有人机/无人机(MAV/UAV)协同作战正成为各国的研究热点，针对相关领域目前对协同作战效能评估的需求，探讨了一种基于Hopfield网络的有人机/无人机协同作战效能评估的方法。通过分析有人机/无人机协同作战典型模式，综合“观察—判断—决策—行动 (OODA)”任务回路，建立了有人机/无人机协同作战效能评估指标体系，将利用可拓层次分析法(EAHP)和模糊评判法得到的评价数据作为离散型Hopfield神经网络(DHNN)的参考标准，依据DHNN的联想记忆功能设计了有人机/无人机协同作战效能评估模型，并进行了仿真验证分析。仿真结果表明，该方法能够实现对有人机/无人机协同作战效能客观有效的评估。

地磁导航算法是地磁辅助导航系统的核心。首先, 分析了地磁匹配算法的基本原理;然后, 以此为基础从特征空间、相关性度量、搜索空间和搜索策略4个方面总结了地磁匹配算法的研究现状和改进方法;各种新方法的引入为匹配策略的改进提供了新的思路；最后，根据工程应用中的实际问题，指出了地磁导航算法的改进策略，为其工程化应用奠定了基础。

针对现有的四旋翼无人机频域参数辨识方法存在的不易兼顾频带宽度与精度, 且辨识过程效率较低等问题, 提出了一种改进的频域辨识算法。首先, 建立了悬停条件下四旋翼无人机的系统模型, 然后对基于四旋翼无人机平台的实测数据采用组合窗处理得到频率响应, 再将模式搜索中的K-平均聚类算法应用于辨识过程, 得到四旋翼无人机状态空间模型。结果表明, 该方法兼顾辨识精度与复杂度, 辨识得到的模型频率响应能与四旋翼无人机实际模型较好地拟合。

针对传统获取四旋翼无人机关键参数的时域方法存在的对环境适应性不强, 计算量大, 风洞试验成本高、周期长等问题, 提出了基于UKF数据预处理与CIFER组合的辨识算法。首先, 建立了悬停条件下四旋翼无人机的系统模型, 然后对基于四旋翼无人机平台的实测数据进行无迹卡尔曼滤波处理, 再将其应用到频域辨识工具CIFER软件包中, 对于模型中不易确定的关键参数进行辨识。结果表明, 经过数据预处理的数据辨识得到的结果在低频阶段跟踪性能好, 曲线吻合程度较好, 关键参数可信度高。

针对平面目标姿态测量问题,提出了一种基于棋盘靶标的单目视觉测量方法,设计安装简单,在保证测量精度的同时简化了测量过程。首先,基于棋盘靶标对摄像机进行标定;然后,利用单应性条件得到外参矩阵,并利用Givens矩阵对外参矩阵进行分解,求得姿态角;最后,在靶标任意安装的情况下,基于旋转矩阵约束条件研究了安装偏差的自标定方法。实验结果表明:距离3 m时,在静态测量时垂直光轴方向姿态角的测量精度可达0.02°,其他两个姿态角的测量精度可达0.05°;动态测量时垂直光轴方向姿态角的测量精度可达0.1°,其他两个姿态角的测量精度可达0.5°。

针对四旋翼无人机姿态控制中反馈信号存在强噪声干扰时PID控制效果变差的问题，提出了一种基于跟踪微分器的PD控制器设计方法，并利用粒子群优化算法（PSO）整定跟踪微分器参数。首先,针对跟踪微分器对信号的跟踪与滤波作用，分别提出了基于跟踪误差的跟踪性能评价指标与基于高频信息能量的滤波性能评价指标，然后利用跟踪性能评价指标和滤波性能评价指标的加权和作为适应度函数设计PSO算法整定跟踪微分器参数；最后的仿真实验证明，当四旋翼飞行器的传感器量测噪声较强时，基于该方法的控制器具有良好的控制性能。

为全面改善无人动力伞飞行高度控制性能,提出一种带跟踪微分器的积分先行控制(TD-IPD)方法。以线性二次型最优控制引出的积分先行控制器为基础,考虑到微分环节的干扰问题,引入跟踪微分器将信号从干扰中分离出来,并用最速控制综合函数fsun(·)减小达到稳态时所用步数;由于积分环节易饱和,采用饱和补偿方法对积分环节结构进行修改,从而提高积分环节抗饱和能力;以某动力伞的高度控制为对象,通过Matlab仿真验证了所提方法的有效性。

针对四旋翼无人机的姿态控制问题, 设计了一种基于块控反步法的姿态控制器。建立了四旋翼无人机完整的姿态运动模型, 包括姿态动力学模型和空气动力学模型, 并将其转化为多输入多输出非线性系统的状态空间方程。在介绍块控反步控制器的基础上, 给出了积分反步姿态控制器的设计过程。将滤波器引入控制器设计中, 解决了对虚拟控制律求导所产生的“计算膨胀”问题。对控制系统的Lyapunov稳定性分析表明, 所设计的控制系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明所设计的控制器具有良好的跟踪能力和较强的鲁棒性。

采用试凑方式对四旋翼飞行器PID控制参数人工进行调整工作量大、费时且难以达到较好的控制效果。为了解决控制参数优化问题, 提出基于带交叉因子的粒子群算法(PSO)的PID参数优化策略。将带交叉因子的粒子群算法能快速准确找到最优参数解的特点与PID控制结合起来, 在控制过程中将PID参数作为粒子群中的粒子, 用遗传算法对粒子进行选择、保优、交叉, 以ITAE准则作为误差性能指标, 用粒子群算法调整PID参数, 得出最优的粒子作为四旋翼飞行器的PID控制器参数。仿真结果显示, 该方法具有更强的灵活性、适应性和鲁棒性, 并能提高控制系统的精度, 具有很好的工程应用价值。

针对光学系统像差的判定问题, 提出从理论上对各种像差的剪切干涉图样进行仿真分析。此分析依据波像差理论, 结合剪切干涉在像差测量中的应用, 建立波像差与干涉条纹的联系, 采用计算机仿真手段对光学系统各种像差的典型剪切干涉图样进行了模拟, 包括初级像差和二级像差。仿真结果表明, 各种初级像差和二级像差均有其各自的典型剪切干涉图样, 根据特征图样可以直接判定主要的像差种类。研究所得出的各种像差典型干涉图可为判断光学系统存在哪种像差提供参考与依据。