针对无人作战飞机自主化任务需求, 提出了一种“人在回路上”的UCAV自主任务规划解决方案; 针对该方案中的UCAV快速自主轨迹规划需求, 提出了基于高斯伪谱法的快速轨迹规划解决方案。该方案在充分考虑UCAV的气动力特性、发动机推力特性及大气环境特性的基础上建立了高精度的UCAV模型, 详细分析并构建了比较真实的UCAV飞行包线约束模型和三维战场环境约束条件, 在此基础上, 构建了基于最优控制理论框架的UCAV轨迹规划模型; 最后, 详细分析并实现了采用GAUSS伪谱法求解该问题的实现过程。仿真结果表明, 该方法能以较高的精度和速度生成满足各种复杂约束要求, 连续并且真实可行的最优轨迹。

精细规划主要目的是实现飞控和火控的有效结合, 提出一套实现精细规划的理论框架。建立了威胁约束和火控边界条件约束模型, 给出了飞行器六自由度运动方程, 以运动方程为状态方程, 结合约束条件, 将精细规划问题转化为最优控制问题; 引入了主要应用于求解航天控制问题的勒让德伪谱法, 将最优控制问题转化为带约束的复杂非线性规划问题; 通过对CFSQP算法软件包的改进, 有效地减少了优化变量和约束条件数量, 使其能对大规模非线性规划问题快速寻优; 最后进行了实例仿真, 结果表明了该理论框架对实现精细规划的有效性。

提出了一种基于Split Bregman迭代求解分段常值模型(也称为C-V模型)的运动目标检测方法。该方法首先采用高斯混合模型进行背景建模, 然后减去背景得到图像序列的运动区域部分(本方法的处理对象)。由于引入了Split Bregman迭代方案, 可以在保证演化过程稳定的前提下采用相对较大的时间步长。在真实红外序列图像上的检测情况表明, Split Bregman迭代方案加速了曲线的演化并且极大地降低了迭代过程所需的次数, 说明了该方法的有效性。

采用滚动时域控制(Receding Horizon Control, RHC)方法对空战机动决策进行建模研究。首先, 基于空战态势和战斗机作战能力给出探测优势和攻击优势的集合描述, 并建立定量评估函数, 得到机动决策的目标集; 其次, 综合考虑战斗机的战术优势、机动时间和控制损耗构建了决策指标函数; 然后, 基于直接多重打靶法给出其数值求解方法。仿真结果表明: 基于RHC的机动决策方法能够在规避目标威胁的情况下, 有效地达成攻击条件。

针对作战决策同步难以定量化研究问题, 提出从时间角度来定量研究作战决策同步。首先, 从时间消耗角度分析作战决策同步过程, 提出作战沟通的时效性指标; 其次, 建立具有时滞耦合效应的作战决策同步模型; 最后, 通过实例分析可知, 该模型克服了由群体沟通意见模式造成沟通后决策水平不一致的缺点。提出采用调整网络联接和转移决策目标节点的方法, 可提升作战决策同步性能, 为作战决策同步定量研究提供一种新思路。

为了提高导弹姿态控制系统的飞行可靠性, 提出了基于故障补偿思想的导弹执行机构主动容错控制方法。该方法充分研究了一类导弹所采用的“＋”型布局火箭发动机执行机构的结构和功能特点, 分析了执行机构故障模式及其影响, 在此基础上提出了主动容错控制方案, 并推导出在执行机构卡死故障和恒值偏差故障情况下基于故障补偿思想的容错控制算法。仿真结果表明, 该方法具有良好的容错控制效果, 克服了传统被动容错控制方法在适用范围上的局限性。

为解决模型未知情况下多输入多输出非线性奇异摄动系统的跟踪问题, 提出一种新型的自适应模糊控制器。首先将被控系统分解为快慢子系统, 对慢子系统, 设计后件参数可调的直接型自适应模糊控制器, 能保证系统的慢状态跟踪预定轨迹; 对快子系统, 则设计模糊控制器, 能够保证快子系统的稳定, 最终控制器为二者的合成。Lyapunov方法证明,只要摄动参数足够小, 就能保证整个系统的稳定。仿真验证了所提方法的有效性。

为实现UCAV认知导航对特征点匹配的高匹配分数和低错误率要求, 提出了一种针对SURF特征点匹配的融合方法。该方法在分析比值法和相关法提纯匹配对性能的基础上, 将两者融合, 通过划分阈值区间提纯匹配对。仿真结果表明, 该方法获得的匹配对具有高匹配分数和低错误率, 同时有效弥补了比值法无先验知识时阈值模糊的缺陷。

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题, 基于姿态非线性耦合数学模型, 设计了一种自抗扰姿态控制器。引入自抗扰控制技术, 介绍了自抗扰控制器结构, 包括安排过渡过程, 扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈。针对模型非线性耦合特点, 介绍了多变量系统的自抗扰解耦控制原理, 并设计了一种自抗扰姿态解耦控制器。基于Simulink搭建仿真模型进行了仿真。参数整定及仿真结果表明, 所设计自抗扰控制器具有强鲁棒性、抗干扰性, 系统具有良好的动态性能和稳态性能, 对非线性耦合系统能有效地控制。

介绍了机载综合传感器系统的由来, 给出了综合传感器系统的实现方法及特点。对美国“全球鹰”无人机综合传感器系统的体系架构进行了分析, 最后对我国无人机光电与射频探测综合传感器系统的发展提出了几点建议。

为了解决红外系统低背景探测性能的测试与评估问题, 需要建立一套能够模拟低背景探测环境的红外冷舱测试系统。首先, 介绍了国外低背景红外冷舱测试系统的发展概况; 重点梳理了美国空军实验室的真空冷舱系统(KVACC)的研制历程, 并介绍了KVACC的舱体、冷却系统、真空保持系统、低温准直光学系统、低温目标源及场景投影系统、低温标定系统、超洁净无尘试验室及监控系统等七大主要组成部分及各部分的功能, 总结了冷舱系统研制的关键技术; 分析了KVACC冷舱系统的发展途径及设计特点, 并对我国冷舱技术的发展提出了建议。

为了更好地演示无人直升机飞行控制的仿真效果, 开发了无人直升机飞行控制多通道视景仿真平台, 该平台使用3个通道在弧形大屏幕上演示仿真效果。软件部分使用Visual C++6.0编程, 利用Creator软件建立无人直升机三维模型和飞行场景, 采用Vega软件实现动画显示效果。硬件部分由3台计算机、3台投影仪和2个控制杆组成, 实现多通道视景仿真数据的传输及同步, 以及三通道视锥配置, 并实现三通道渲染场景的无缝拼接。通过无人直升机在此平台上的飞行仿真证明, 该多通道视景仿真系统比传统视景系统的显示效果更为突出。

本着多功能、低成本和小型化的原则, 以数据电台为硬件平台, 基于时分双工通讯方式(TDD)和时分多址通讯体制(TDMA), 设计了适用于自主作战、多机协同作战无人机的简易型一站多机式无人机测控系统。该测控系统还以CF卡为存储介质, 集成了遥测数据记录与回放功能, 实现了通讯链路中断后的半实时和非实时测控功能。

全息图的快速生成是当前计算机制全息的重点与难点, 为提高全息图的生成速度, 提出一种基于Cuda并行计算的全息图快速生成方案。首先利用OpenGL的深度缓存对空间物体进行离散取样, 获得空间离散物点集, 再对传统的查表算法进行优化处理, 大大减小查找表的空间大小, 离线制作查找表, 存入GPU纹理内存, 合理设计并行计算方案, 将Cuda并行计算的方法应用于全息图的快速生成。实验表明该方法有效可行, 并行计算可将全息图的生成速度提高40倍左右, 同时, OpenGL的使用给交互式全息图的计算机生成提供一种研究思路。

为适应近年来头盔显示器微型化和轻量化的发展需求, 设计了一种紧凑型折反式头盔显示器光学系统。通过减小分束镜倾角使整个棱镜更薄; 系统引入双胶合透镜和非球面, 用以消除系统色差及其他像差; 所有元件采用胶合方式实现一体化结构, 更加紧凑, 便于装调。设计的光学系统技术指标为视场角27.0°×20.4°, 出瞳距离25 mm, 出瞳直径12 mm, 后截距大于5 mm, 眼分辨率满足在40 lp/mm时的调制传递函数(MTF)值大于0.5, 系统畸变小于0.5%。分析结果表明, 该系统具有良好的成像质量, 系统像差特性满足目视系统的成像要求, 可广泛应用于虚拟现实的各个领域。

针对导弹从内埋**舱发射过程中存在的气动与运动紧密耦合的问题, 为获得准确的弹道参数并进行控制, 结合Fluent和Simulink各自的优点, 利用Fluent的Journal文件和Simulink的S函数, 通过共享数据文件的方式开发了两者的数据接口, 建立了并行协同仿真平台。建立了通过舵面控制导弹运动的模型, 对比仿真了导弹在无控和闭环控制情况下从内埋**舱发射时的空气动力特性和弹道特性。仿真结果验证了并行协同仿真的可行性, 表明舵面控制能够有效改善内埋导弹的初始弹道特性。

从民用飞机飞行记录系统应用出发, 介绍了飞行记录系统的组成、架构、功能要求等, 阐述了民用飞机飞行记录系统设计和安装过程中应遵循的基本准则。对民用飞机新一代飞行记录系统作了详细介绍, 表明了未来民用飞机飞行记录系统集成化、综合化的发展趋势。

介绍了一种长波红外双视场扫描型光学系统。描述了扫描型双视场光学系统的设计模型, 利用摆镜扫描实现视场扩展, 采用光路中径向切入镜组实现变倍比为2.5倍的双视场设计, 其F数为1.67, 摆镜扫描角度为±6.5°。光学系统采用Ge 、ZnS两种红外材料, 使用非球面技术很好地校正了系统像差, 传函接近衍射极限, 在-40～+60 ℃环境温度范围内系统具有良好的成像质量, 可用于机载或车载光电系统。

机载视频点播中的路由选择问题是有效保证点播服务用户体验的重要技术之一。该问题可抽象为一个受控离散时间排队系统, 包括一个分发器与一些VoD服务器。该系统可用马尔科夫决策过程进行建模。由于马尔科夫决策过程存在状态空间爆炸问题, 因此给出了一种基于贪心策略的启发式算法。该启发式算法较为简单, 且可以在线执行。最后进行了大量仿真实验, 说明启发式算法较为有效。

为实现视轴变化、扩大探测视场, 双光楔扫描需要进行大角度跳转。提出一种时间最优与模糊PID(比例-积分-微分)控制器相结合的控制策略, 时间最优控制用于快速消除大角度偏差, 模糊PID位置控制保证到位后精度高、超调量小, 从而提高系统的静态和动态性能。试验结果表明,控制系统可以实现双光楔的快速定位, 提高抗干扰能力, 有较强的鲁棒性; 同时由于操作性强, 有较高的应用和推广价值。

为提高电动操纵负荷系统力感跟踪精度、动态性能, 阐述了电动操纵负荷系统组成及工作原理; 建立系统数学模型, 在电流和速度双环伺服控制的基础上, 提出迭代学习控制加前馈补偿复合控制策略; 利用阶跃与正弦响应信号对系统进行仿真测试和分析。仿真结果表明, 采用迭代学习加前馈控制策略, 系统跟踪精度进一步提高, 动态性得到改善, 可应用于实际操纵负荷系统。

ARINC 659背板数据总线是一种高可靠的容错数据总线, 是ARINC 651标准定义的综合模块化航空电子系统的关键组件。探讨了综合模块化航空电子系统对背板总线的要求,阐述了ARINC 659背板数据总线的体系结构、介质访问机制、同步机制、总线编码等, 并对ARINC 659背板数据总线的确定性、容错性、编码特性、扩展性进行了深入分析。ARINC 659背板数据总线支持时间和空间分区, 具有完备的容错性能, 对降低机架式综合模块化航空电子系统开发与认证风险有积极作用。