随着智能协同算法与自主化技术在空、天、海装备领域中的广泛应用,多域集群分布式协同自主控制技术得到深入研究,并显著提升了无人装备的智能自主化程度。从多域集群分布式智能自主控制技术的发展需求出发,系统梳理多域协同领域相关文献和多域集群分布式协同控制技术的国内外研究现状;深入分析了多域集群协同自主控制技术策略方法、重点研究方向和前沿方法;通过总结相关关键技术与方法,讨论了其在未来发展趋势。为提升无人集群系统协同自主控制能力提供参考。

陶瓷在长时高温和高应力下工作时会发生蠕变,蠕变损伤累积将最终导致失效发生。蠕变损伤的演化与陶瓷的微结构有十分密切的关系,建立陶瓷材料的微观有限元模型有助于更深入地了解这一关系。以氮化硅陶瓷为研究对象,提出一种基于动力学的三维晶体沉积数值模型,结合Monte Carlo Potts结晶生长模型对氮化硅陶瓷的烧结过程进行模拟,力求还原氮化硅陶瓷的动态生长过程以及结晶后晶体大小、形状、取向分布以及空洞的大小、形状、分布等微观结构特征。基于该模拟生成的几何边界描述自动生成Python脚本,在有限元软件中完成建模。利用该有限元模型对氮化硅陶瓷的统计弹性常数进行验证,计算结果与试验数据对比,相对误差约为4.5%,吻合良好。

为研究典型装药结构(球形和圆柱形)近场爆炸(0.06m/kg^1/3<Z<1m/kg^1/3)(Z为对比距离)冲击波特性,支撑弹药抗殉爆技术发展,设计开展kg级柱形装药近场爆炸冲击波载荷表征试验,构建炸药近场爆炸数值计算模型,分析得到球形和柱形装药近场爆炸冲击波结构和峰值空间分布规律。研究结果表明:近场反射载荷受爆轰产物影响,超压曲线存在多峰结构和锯齿形波动,原因可能是多次反射波效应和马赫区后爆轰产物复杂流动;爆轰产物-空气冲击波界面压力和密度梯度互异引起Rayleigh-Taylor不稳定效应,产生的界面微射流提高了多次反射波结构的复杂度,导致近场反射载荷试验测量结果不确定度增大;近场入射超压曲线表现为典型双峰结构,峰值分别由空气冲波和爆轰产物主导,同时受结构效应影响,柱形装药入射峰值载荷沿轴向和径向空间非均匀性较强,方位角为30°~60°时受桥联波效应影响空间散布较大;修正的预测模型可描述柱形装药(长径比为0.8)中心起爆时,0.06m/kg^1/3<Z<1m/kg^1/3范围内任意方位角和对比距离处入射峰值超压和冲量,与数值模拟结果偏差小于20%。

在使用红外成像探测物体高温燃烧产生的火焰、物体爆炸产生的高温碎片场景时,由于红外成像视场内场景温度快速升高,导致红外成像动态范围变大、图像饱和、细节信息丢失、弱小目标被高温背景淹没等现象,针对上述问题总结出抗火光干扰高动态红外成像探测技术途径,系统介绍抗火光干扰高动态红外成像相关技术研究现状,围绕技术发展途径,分析给出抗火光干扰高动态红外成像探测技术的发展趋势。

磁梯度张量系统作为磁性目标全张量梯度探测的应用基础,以区域磁异常产生的磁梯度张量场为信息源,通过矢量磁传感器间的差分计算实现磁梯度张量分量测量。相较磁总场和矢量场探测设备,磁梯度张量系统具有分辨率高、信息量大、抗干扰能力强等优势,能获取目标更多的潜在物性信息,研究世界范围内基于磁梯度张量系统的目标探测技术进展,可为我国磁探测设备现代化信息化建设提供理论参考和技术支持。通过阐述现代磁法探测技术发展过程和阶段,对国内外研究团队设计搭建的基于超导效应和磁通门法两种类型的磁梯度张量系统及其应用进行了介绍和归纳,并针对磁梯度张量系统的校正补偿与降噪、磁性目标定位与识别等关键技术进行了前沿综述,展望了未来高精度磁梯度张量探测仪器的设计研发思路,对磁梯度张量探测各类关键技术目前存在的问题和发展趋势进行了总结。

针对当前基于强化学习的雷达干扰决策方法依据单一因素、固定规律设置探索率参数导致算法收敛需要的对抗回合次数增多的问题,提出一种探索率自适应设置的强化学习雷达干扰决策方法。基于模拟退火法的Metropolis参数调节准则,结合对抗过程中干扰机已识别的雷达工作状态数量、干扰成功次数、算法收敛曲线变化率及干扰机对雷达的认知程度,推导一种探索率自适应设置准则。依据干扰动作的有效性,设计一种干扰动作空间裁剪策略,减小干扰动作空间维度,进一步提高算法收敛速度。在仿真实验中,设计两个不同的雷达工作状态图,并结合Q学习算法予以对比验证。仿真结果表明,在雷达工作状态转换关系发生变化的情况下,新方法均可完成探索率的自适应设置,与基于模拟退火法以及单一因素、固定规律的探索率设置方案相比,新方法在两个状态图下收敛需要的对抗回合次数分别减少了18%、26%、45%和42%、44%、48%,同时还可获得更大的收益和更高的干扰成功率,为基于强化学习的多功能雷达干扰决策提供了一种新的探索率设置思路。

为研究横流作用下尾翼式超空泡射弹入水时的空泡流动与弹道特性,采用重叠网格技术和6自由度运动模型对横流干扰下射弹垂直入水过程进行数值模拟研究,分析横流对尾翼式超空泡射弹入水空泡形态、流体动力特性及入水弹道特性变化的影响。研究结果表明:横流的作用限制了迎流侧空泡的径向发展,而对背流侧空泡的扩张则起促进作用,使得整体空泡形态沿流向发生偏移,从而增大了迎流侧弹肩和尾翼的沾湿面积,改变了沾湿处压力场的分布,使射弹的尾拍幅频远大于无横流情况。同时,射弹在空泡内尾拍运动的加剧,增大了升/阻力系数,加速了射弹速度的衰减。此外,空泡形态沿流向的偏转,使俯仰角在背流侧的摆动幅度大于迎流侧,弹道轨迹发生偏移,因此横流对射弹的轨迹和姿态角变化产生明显的影响。

无后坐力发射可有效降低后坐力,但会降低初速,为克服初速与后坐力之间的矛盾,提出基于可燃药筒和电磁感应点火的无后坐力枪方案,能够在不降低初速的同时实现无后坐力。通过电磁感应将能量传递到点火头,点火头点燃弹膛内发射药与可燃药筒,提供发射能量,在达到一定压力后打开尾部拉瓦尔喷管,向后喷射气体平衡弹头向前冲量。高初速无后坐力发射装填密度高、最大膛压高,内弹道容易出现不稳定。为提高内弹道稳定性,建立了射击过程中经典内弹道模型,运用数值仿真分析内弹道性能,并研究内弹道稳定性。开展弹道试验研究,对所提方案进行验证。研究结果表明:该方案能够在提高弹头初速的同时将后坐冲量降低到1.5N·s以下,可为轻武器未来发展提供新的思路。

为解决传统检测方法在处理复杂、动态以及数据长度实时变化的飞行轨迹数据时特征提取不准确、检测效率较低的问题,提出一种结合长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络和支持向量数据描述(Support Vector Data Description,SVDD)的无监督异常检测方法。利用LSTM网络提取可变长度飞行轨迹的关键特征,并将其转化为固定长度的序列表示;通过SVDD算法构建多维超球分类器,对正常飞行轨迹进行建模,从而识别潜在异常轨迹。为进一步提升模型性能,引入基于梯度的优化算法(Gradient-Based training algorithm,GB),实现LSTM与SVDD参数的联合训练,大幅度提高检测精度和计算效率。仿真实验结果表明,新提出的基于梯度优化的长短时记忆网络和支持向量数据描述模型(Long Short-Term Memory network and Support Vector Data Description model based on Gradient-Based training algorithm optimization, LSTM-GBSVDD)的飞行轨迹异常检测方法在处理复杂、多变的飞行轨迹异常检测任务中表现出较好的有效性和优越性,有较强的应用前景。

人员是战争中的关键因素。为评估爆炸毁伤元素对人员的杀伤效能,借助数值模拟、实验及理论计算工具,结合人员杀伤判据开展冲击波、热效应及弹片3种毁伤元对人员的杀伤效能评估。划分冲击波超压对人员的杀伤区域,建立比例爆距与人员杀伤等级间的关系,得出最小的人员杀伤安全比例爆距Z为8.155m/kg^1/3;计算爆炸热效应空间分布,提出自由场非云爆或温压弹不适于单独评估热效应对人员的杀伤效应;数值模拟计算破片生成过程,得出破片质量、数量及速度等并与理论计算结果对照,评估弹片比动能对人员的杀伤效应。所得结论可为战斗部设计及战场人员防护提供参考。

未爆弹药是指已被解除保险、起爆、点火或以其他方式准备使用或已经使用,因各种原因可能在点火、投掷、发射、掩埋后由于引信失效、功能失灵、设计缺陷等原因没有爆炸的弹药。阐述了未爆弹药安全化处置技术国内外研究现状,分析了未爆弹药磁法探测、声磁结合探测、光学探测等未爆弹探测技术,以及烧毁处理、爆破销毁、切割处理等非接触处置销毁技术原理,并总结了不同探测及处置技术的优缺点及适用场景。提出水下未爆弹药探测及处置技术是当前国防领域重点关注的问题,也是研究热点。未爆弹药安全化处置关键技术研究可为未来无人化、安全化、环保化的未爆弹探测处理提供理论基础。

传统坦克双向稳定系统的控制策略难以有效处理新一代全电双向稳定系统中的耦合性、非线性和不确定性,而基于模型的非线性控制能够充分利用系统动态模型的先验信息提升控制效果。因此,建立计及执行器动态的全电双向稳定系统机电耦合动力学模型,提出一种基于神经网络补偿的非线性滑模控制方法。引入滑模面和基于双曲正切函数改进的滑模鲁棒控制律设计非线性滑模控制函数,以有效地消除系统振荡,提高系统的稳态性能。同时,深度融合多层神经网络,准确估计系统的不确定性并进行前馈补偿,避免高增益反馈。基于Lyapunov理论严格证明了新控制策略可以实现连续控制输入下坦克全电双向稳定系统的渐近稳定性能。搭建了联合仿真环境与半实物实验平台,通过大量对比实验验证了新控制策略的优越性。

作战指挥决策是联合作战活动的核心内容,是作战活动成功与否的关键。为了从认知心理学角度破解海上编队作战指挥决策能力弱的难题,在系统分析海上编队作战指挥决策问题的基础上,基于决策双系统理论对海上编队作战指挥有限理性决策进行科学映射,构建海上编队作战指挥有限理性决策函数模型,划分海上编队作战指挥有限理性决策类型,识别海上编队作战指挥有限理性决策认知偏差,提出海上编队作战指挥智能混合决策框架,形成海上编队作战指挥有限理性决策能力增强策略。研究结果表明,新框架具有较好的科学性、有效性和智能性,可有效提升指挥员的作战指挥决策能力,为开展下一代辅助决策支持系统的研制提供有力的理论和技术支撑。

随着信息技术的进步,装甲车辆的人机交互方式不断更新,为探究新型多模态交互下乘员的任务绩效,指导未来装甲车辆多模态操作、告警方式的设计,建立一套可集成多模态交互、可调节环境负荷大小的新型人机交互实验系统。基于该系统,招募20名成年男性开展了操作(输入)方式、告警(输出)方式和环境负荷水平的三因素工效学实验。在虚拟实验平台中完成不同实验条件下的模拟击打目标实验,分析被试的任务绩效。实验结果表明:相对于在触屏输入或语音输入下,机械输入下乘员的反应时间最短,但乘员操作错误率最高;机械输入和触屏输入下乘员的任务完成时间远优于语音输入;相对于单模态视觉告警,叠加了触觉告警的视觉+触觉(Visual+Tactile,V+T)双模态告警会显著缩短乘员反应时间,而叠加了听觉告警的视觉+听觉(Visual+ Auditory,V+A)告警则无明显差异;V+T或V+A双模态告警可以显著缩短乘员任务完成时间;对于环境负荷的影响,低环境负荷下乘员任务绩效明显高于高环境负荷;随着环境负荷的增加,V+T告警中叠加听觉告警会造成告警冗余;该研究可为装甲车辆舱室多模态人机交互设计提供实践依据。

针对串联式四轮腿机器人精确控制姿态的问题,提出一种以无偏差模型预测控制为核心的运动控制框架。所涉及的模型为考虑机身、腿部和车轮的质量分布而建立的合成质心动力学模型,并且基于自抗扰控制思想,将模型的未建模特性视为扰动,建立扩张状态观测器对其进行估计和补偿;为解决姿态调节过程中车轮易滚动导致腿部外展的问题引入关节闭环控制,同时设计额外的车轮控制策略以辅助约束腿部状态。在串联式轮腿机器人上进行了硬件试验,研究结果表明,新的运动控制框架能够准确跟踪期望姿态信号,有效抑制地形扰动和外力扰动,确保机器人的行驶平稳性和抗干扰能力。

水陆两栖飞机在水面滑行过程中会不可避免地会遭受波浪等复杂海况的水动冲击,严重时可能引起机身结构变形破坏,对机体及机乘人员的安全造成威胁。以国产大型水陆两栖飞机为研究对象,采用结构化任意拉格朗日-欧拉(Structured-Arbitrary Lagrangian-Eulerian,S-ALE)方法,研究水陆两栖飞机在波浪水面滑行过程中的水动响应问题。建立基于S-ALE和罚函数接触算法的流固耦合模拟方法,采用仿物理推板式造波模式与质量阻尼消波法模拟生成数值波浪水池,分别对平静水面和波浪水面滑行过程中的飞机水动特性和耐波性进行研究。研究结果表明:S-ALE方法可以有效地模拟水陆两栖飞机在水面滑行的动响应过程;波高1.2m下飞机以19.4m/s速度稳定滑行时姿态角为7°,对应的谐振波长为机身长度的2~3倍,谐振波长下飞机姿态变化幅度和升沉运动的剧烈程度会显著高于其他波长;飞机机身与波长比值为1、波高为1.8m时垂向过载不断变大,1.2m波高环境下逐渐收敛,波高的变化对纵摇和质心位置升沉规律影响不大。