跨域协同任务规划是无人系统实现集群化、自主化、多功能化的关键技术和重要支撑。主要聚焦海洋自主无人系统,阐述了无人系统跨域协同任务规划的基本概念和原则特点,分析了跨域无人集群典型应用案例,提出了无人系统跨域协同任务规划的控制结构和基本流程,构建了分布式任务规划模型,并通过剖析现阶段存在的突出问题,总结了下一步研究展望,以期为我国海洋自主无人系统建设和发展提供一定的参考。

面向利用巡飞弹集群对地面高防御移动目标进行作战的任务场景,提出基于高度划分巡飞弹不同作战功能的攻击决策流程方法。通过在任一巡飞弹部署YOLO X与VGG-16耦合的察打评估一体在线目标识别与毁伤评估网络(YOLO-VGGNet),能够使弹群仅基于视觉感知信息在无通信条件下进行自主作战。同时提出一种末端再评估与目标攻击点选取方法,使得巡飞弹既能在飞临目标的攻击末端对地面目标进行再评估,又能对目标未受打击的特征部位进行定位,从而弹群节点均能自主决定是否继续进行攻击并优先攻击目标的特征部位。仿真实验结果表明:在无通信条件下,通过应用所提的基于YOLO-VGGNet的在线毁伤评估网络,巡飞弹集群既能对任务区域中的运动目标进行完全毁伤,又能减少不必要的弹药损耗并优先攻击目标特征部位,研究有望提升弹群整体作战效能。

高熵合金因其优异的综合力学性能被应用于高速碰撞和爆炸冲击等极端环境。为研究高熵合金在动态加载下变形、损伤及破坏行为,设计并制备了HfZrTiTaAl系难熔高熵合金,开展准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆实验,结合数值模拟得到含损伤的Johnson-Cook本构模型参数,模拟材料在动态加载下的损伤演化过程及破坏。研究结果表明:该难熔高熵合金在准静态压缩条件下具有良好的塑性,在0.001~3500s^-1应变率范围内,HfZrTiTaAl系高熵合金具有应变率效应,屈服强度从1140MPa增加到1568MPa;在高应变率加载下试样的损伤主要集中在与加载方向呈45°的断面上,且在试样中间的单元损伤程度大于试样两侧单元的损伤程度;随着加载应变率的增大,损伤度大于0.8的单元占试样总单元的百分比也逐渐增大。

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。

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。

为研究超声速喷管扩张型面对水下火箭推进喷管多相流动与推进性能的影响,对具有不同扩张段型面的锥形和抛物型喷管在变深度静水环境、过膨胀条件下的流动过程进行数值模拟。基于流体体积多相流模型建立水下超声速燃气射流计算模型,详细分析扩张型面类型和关键参数对喷管近场流动结构、流动分离特征和推力振荡特性的影响规律。研究结果表明:深水工作喷管内的分离激波结构高度不稳定,扩张段分离点处还可能呈现气-液分离,喷管推力在满流值的基础上振荡;抛物型喷管内存在流动分离模式的动态转换,受限激波分离下气-液分离现象不显著,与型面参数相比,型面类型的影响更为突出,抛物型喷管的推力振荡比锥形喷管更缓和,且在大水深下的差异更明显;在90m水深下,不同型面喷管平均推力的最大差异达到基准抛物型喷管的10.13%。

针对无人系统难以应用于复杂任务场景的难题,将群体智能涌现作为研究出发点,以四旋翼无人机为研究对象,开展规模化无人集群共识模型与协同控制方法研究。设计感知视角空间剖分下的邻居优选机制和自吸引互排斥机制,生成集群空间构型,结合观点动力学中社会共识的形成机理构建观点综合机制,实现集群速度同步。提出自主分群、合群机制和主动规避与安全避障结合的避障方法,灵活调整集群规模以适应密集障碍物环境和多目标场景。验证结果表明,所提方法在仿真平台上可以应用于50架无人机的分布式集群,在多障碍物的室内、森林和城镇环境下,10架无人机集群能以5m/s的飞行速度安全穿越障碍区;所提方法在实物平台上可以应用于4架无人机的分布式集群,同时安全穿越室内障碍物区域,验证了集群模型的有效性。

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。

水面无人艇(Unmanned Surface Vehicles,USV)具有机动性好、隐蔽性强、活动范围广等优点,在侦查、反潜、搜救等任务中具有广阔的应用前景,而环境感知技术是USV执行任务的基础,受到广泛关注。对国外USV环境感知技术发展现状进行调研,通过具体案例对USV环境感知技术进行定义并剖析任务难点;结合USV使用的感知设备,从单模态感知和多模态感知两个角度具体分析USV感知技术研究现状;总结分析USV暂未解决的难点并对USV环境感知技术发展给予展望。

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%。

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(Styrene Ethylene Butylene Styrene,SEBS)嵌段共聚物与白油混合制成的凝胶拥有与弹道明胶类似的性质,且相比于弹道明胶,具有良好的温度稳定性、优异的透明度和耐老化性能。为了研究SEBS凝胶替代弹道明胶进行创伤弹道试验的可行性,对其力学特性进行全面测量。采用万能材料试验机和改进的霍普金森压杆对4种质量分数(15%、20%、25%和30%)SEBS凝胶进行准静态和动态力学特性的测试,研究共聚物含量对凝胶力学性能的影响,并与10%和20%弹道明胶力学性能进行对比,以确定与弹道明胶力学性能最为接近的质量分数。采用5.8mm步枪弹直接侵彻3种质量分数(15%、20%和25%)SEBS凝胶,通过高速摄影机拍摄弹丸运动姿态和靶标内瞬时空腔演化过程,并与侵彻10%质量分数弹道明胶试验结果进行对比。试验结果表明:准静态压缩下10%弹道明胶的应力-应变曲线介于15%和20%SEBS凝胶之间,20%弹道明胶的应力-应变曲线介于20%和25%SEBS凝胶之间,高应变率下20%和30%SEBS凝胶力学特性分别与10%和20%弹道明胶接近;15%SEBS凝胶的最大空腔直径与10%弹道明胶最为接近,但空腔的膨胀和收缩速度高于弹道明胶;所得研究成果可为SEBS凝胶替代弹道明胶作为新的软组织替代物提供数据支撑。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

大功率柴电机组是重型串联式混合动力车辆的供电单元,受多缸柴油机曲轴谐振转矩冲击和发电机电磁转矩脉动耦合作用的影响,系统扭转振动现象突出,动力学品质较差。针对上述问题,建立考虑机电耦合效应的发动机-发电机组动力学模型,分析机电耦合效应对系统固有特性的影响,揭示扭转振动特性随电磁刚度、转子偏心率、扭转减振器刚度等参数变化的规律,分析系统在发动机和电机联合激励作用下动力学响应特性,明确了主响应的阶次。为解决低频扭转振动响应过大的问题,提出基于双回路解耦的扭转振动控制总体框架,针对发动机主谐次扰动抑制设计面向启停机过程的独立模态空间最优控制器和面向稳态运行工况的自适应滤波补偿控制器,并进行仿真验证。研究结果表明,所设计的扭转振动主动控制算法能够在发动机全速域内实现对主谐次扭转振动的有效抑制。

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。

为更好地保护人民的生命财产安全,针对目前依靠人力进行交通管理工作时统计不准确、反馈不及时等问题,提出一种适合部署在边缘终端设备上的基于YOLOv7-tiny算法改进的车辆目标检测算法。通过构造深度强力残差卷积块对主干网络的轻量级高效层聚合网络(Efficient Layer Aggregation Network-Tiny,ELAN-T)模块进行轻量化改进;通过削减分支,对特征融合网络的ELAN-T模块进行轻量化改进,降低网络的参数量和计算量,并对特征融合网络的结构进行重新构造;引入高效通道注意力机制和EIOU边界框损失函数提升算法的精度。在预处理后的UA-DETRAC数据集上实验,改进后的算法参数量相比于原始的YOLOv7-tiny算法降低了15.1%,计算量降低了5.3%,mAP@0.5提升了5.3个百分点。实验结果表明,改进后的算法不仅实现了轻量化,而且检测精度有所提升,适合部署在边缘终端设备上,完成对道路中车辆的检测任务。

为解决传统回环检测算法依赖里程计精度与外部定位信息、消耗过多计算资源以及现有轻量化回环检测算法平移不变性差、难以适应越野场景下稀疏环境特征等问题,提升无人驾驶平台在卫星拒止条件下执行长时间、大范围行进任务的定位能力,提出一种利用激光雷达点云对地面特征进行描述的轻量化回环检测算法。不同于现有的利用深度学习从单帧或多帧点云中提取点云特征并构建全局描述子,所提算法使用快速的激光点云地面特征描述方式,实现单帧点云快速特征提取与全局一致的位置特征描述,将多帧激光点云地面特征聚合为子地图回环检测描述子;在临近帧之间依靠里程计位姿实现轻量化全局描述子的构建,不依赖先验位置信息进行全局描述子的匹配并实现回环检测;在越野环境下以机械式激光雷达、固态激光雷达对算法进行实车验证。研究结果表明,与已有的轻量化回环检测算法对比,验证了该算法在越野环境下回环检测高召回率、实时性好、占用资源少的优势。

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。

为研究潜射导弹在极地水下环境下发射的相关机理,基于有限元分析软件、采用任意拉格朗日-欧拉方法和光滑粒子流体动力学方法分别搭建流体和无限大整冰模型,并针对冰力学性能对应变率敏感的特性,采用添加了状态方程的塑性压缩张量材料模型,构建水下航行体出水破冰的流固耦合仿真模型。在完成关键数值计算方法有效性验证的基础上,通过数值仿真分析研究不同冰层厚度、航行体速度条件下航行体所受载荷变化情况,并得到航行体在破冰过程中所受到的碰撞接触力和破冰过程中航行体及冰的应力分布。研究结果表明:航行体出水破冰过程中,随着冰层厚度的增加,航行体受到的接触作用力增大,作用时间增长;随着破冰速度的增大,航行体所受接触作用力增大,作用时间缩短。

在复杂通信环境下,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)难以为用户提供稳定且准确的位置信息,为解决受测量数据的不确定性而导致定位偏差问题,提出一种自适应遗传优化的通信定位(Enhanced Adaptive Genetic Location,EAGL)算法。建立一个基于到达时间差的定位模型来反映目标源位置与信号环境之间的关系,并对满足目标函数的可能解进行实数编码,同时建立适应度函数,用于计算每个个体的适应度值。对种群执行选择运算以及改进的自适应交叉、变异运算来提高种群基因型质量,避免陷入局部最优解的困境。通过迭代得到最高适应度值的个体的基因型,以获得目标源的准确坐标。仿真结果表明:所提算法的定位精度比基本遗传算法(Simple Genetic Algorithms,SGA)和Chan-Taylor算法更高,并且随着测量值误差的逐渐增大,EAGL算法在不同误差条件下表现出的误差波动最小;EAGL算法性能稳定,并能够实现较高精度的定位。

随着复合材料圆柱壳在导弹发射、潜艇船舶等工程领域中的广泛应用,随机载荷引起的随机振动逐渐成为其动力学设计优化的重要考虑要素。使用1阶剪切壳理论和Hamilton原理构建壳体的运动控制方程,并通过人工虚拟弹簧施加边界条件,结合虚拟激励法与回传射线矩阵法,分离出广义解向量中的非齐次激励方程,推导出基底加速度和随机载荷激励下的统一矩阵列式,以完成对复合材料圆柱壳的随机动力学解析建模及求解。将计算的平稳/非平稳随机响应结果与有限元仿真进行比较,证明新解析模型的有效性。在此基础上,开展了一系列针对功率谱的工程算例,揭示了壳体厚径比、正交各项异性比以及铺层数量对圆柱壳随机振动响应的影响。

为验证快速运动平台装备电场传感器探测舰船目标的可行性,通过分析快速运动平台背景电场的产生机理,搭建基于水面快艇的高速运动平台电场探测系统,并开展实艇海上测量试验,对快艇不同位置、快艇发动机不同工况及不同航行速度下的背景电场进行测量,并对测量结果进行分析。实测数据表明:快艇平台运动感应电场和快艇自身腐蚀及电磁辐射是背景电场的主要来源,背景电场在1Hz以下(准静态电场)频段能量较大,舰船静电场不适合作为探测信号源;航速在20节以下时,快艇探测平台在1~30Hz频段背景电场谱密度约为0.4μV/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$,舰船轴频电场可作为目标信号源。为验证快艇平台电场探测的可行性,在5~15kn不同航速下对100A·m的电场目标进行探测,探测距离达1500m,表明利用快速运动平台装备电场传感器对舰船电场进行探测是实际可行的。

连续激光辐照下,强光元件的表面吸收率是导致其异常温升的主要因素。研究发现,强光元件的表面吸收率受多种因素影响,呈现非线性变化。为此提出等效表面吸收率的概念,用于表征强光元件对激光的综合吸收性能。首先建立高斯连续激光辐照强光元件的有限元模型,用于模拟激光辐照下强光元件的温升过程。搭建激光辐照效应试验系统,对强光元件的表面吸收率、表面形貌和表面中心点温升过程进行测试、试验与分析,试验结果验证了所建模型的正确性。根据试验结果修正了模型参数,获得了强光元件对激光的等效表面吸收率。研究结果表明:与实测表面吸收率相比,等效表面吸收率仿真误差更小、精度更高。研究结果可为强光元件的状态监测和污染物防控提供参考。

面向大规模无人机集群协同作业场景,针对航迹冲突频繁导致集群航迹规划高耗时的问题,开展基于强化学习冲突消解的大规模无人机集群航迹规划方法研究。构建“顶层冲突消解-底层航迹规划”的双层规划架构,降低航迹冲突的时空维度。在顶层冲突消解层,设计基于Rainbow DQN (Deep Q-Networks algorithm)训练框架的冲突消解策略网络,将每个航迹冲突的消解过程转换为二叉树拓展左、右树节点的动作选择过程,实现不同冲突消解顺序与冲突消解结果的映射,减少树节点的遍历,提高冲突消解效率;在底层航迹规划层,将时间维度引入空间避碰策略,提出基于节点重扩展机制的跳点搜索法(Re-planning Jump Point Search, ReJPS),增加规划可行域,提升航迹冲突的消解能力。仿真结果表明:相比基于CBS (Conflict Based Search)+A^*方法与CBS+ReJPS航迹规划方法,新方法在最优性相当的前提下,平均规划耗时分别降低了86.64%和19.65%。

超空泡射弹出水过程往往会因为发射扰动、横流、波浪等情况出现攻角,影响射弹运动轨迹,对射弹成功出水造成干扰。基于流体体积多相流模型和移动计算域方法,建立超空泡射弹带攻角出水数值计算模型,对不同攻角、速度的射弹出水过程进行仿真。计算结果表明:水中运动阶段射弹存在较小攻角时对空泡形态影响很小,攻角继续增大时射弹肩部和尾部出现沾湿,肩部沾湿产生的二次空泡可能会重新包裹尾部,并导致空泡在迎流侧径向分布更长、不对称明显,空泡在射弹穿透液面后存在扩张趋势。射弹在运动初期表面压力较高,随着空泡的生成高压区域迅速减小,后续运动中会由于局部沾湿、液面附近空泡闭合以及与液面飞溅碰撞而出现局部高压。局部高压多出现在迎流侧,导致该侧压力大于背流侧,射弹出现侧向力和偏航力矩,使射弹的运动轨迹和姿态改变以及攻角减小,初始攻角越大对射弹运动中的攻角、偏航角变化和运动轨迹的影响越明显。当射弹处于5°攻角且速度持续增大时,速度对空泡形态、射弹运动轨迹和偏航角的影响减弱。

为提高智能汽车的避障能力,提出一种基于速度障碍模型的智能汽车轨迹规划控制方法。结合速度障碍法和障碍物膨胀法,建立智能汽车的速度障碍模型,将动态障碍物在速度空间中的运动不确定转化为位置不确定,实现安全裕度根据障碍物尺寸和相对速度自适应调整。为兼顾轨迹跟踪精度和行驶稳定性,根据汽车状态方程、模糊控制原理和模型预测控制原理设计智能汽车模糊模型预测控制器(Fuzzy Model Predictive Control,FMPC)。为验证该方法的有效性,采用仿真软件建立其仿真模型。仿真结果表明:对多个随机的静、动态障碍物均可实现避障,且在避障后快速平稳地跟踪参考轨迹。通过避障稳定性分析得出,目标车速为100km/h,其最大横向速度为4.01km/h,最大横摆角速度为20.8°/s,最大质心侧偏角为2.32°,满足汽车行驶稳定性要求,该方法有效提高了智能汽车的避障能力及其行驶稳定性。

飞行器集群是现代军事对抗与社会生活的重要新质力量。然而,复杂空域环境、动态飞行冲突和信息获取受限挑战集群飞行安全。安全控制是保障集群高效协同的关键。结合集群系统和任务场景特点,从时空和信息两个维度总结飞行器集群安全的关键问题,提出基于感知-判断-决策-执行(Observation-Orientation-Decision-Action,OODA)环思想的集群安全控制的研究框架。从非结构飞行环境、集群运动行为、受限信息交互和不确定状态估计等方面,探讨集群安全的相关概念、模型描述和效能评估,阐述集群安全控制的基本方案及关键技术;给出对飞行器集群安全控制未来智能化发展的思考,以期为构建更完善的集群安全技术体系提供参考和启发。

为提升无线通信物理层的保密性,提出一种全新的基于2维Hénon-cosine-exponent混沌加密的动态双层广义多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法(Dynamic Double-layer Generalized Multi-parameter Weighted Fractional Fourier Transform Secure Communication Method for 2-dimensional Hénon-cosine-exponent Chaotic Encryption,2D-HCE-DDL-GMPWFRFT)。通过向Hénon映射引入余弦和幂指非线性项扰动混沌迭代过程,构建新型2维Hénon-cosine-exponent混沌映射(2-dimensional Hénon-cosine-exponent Chaotic Encryption,2D-HCE),Lyapunov指数、系统分岔图等,验证其优越性。以广义多参数加权分数傅里叶变换(Generalized Multi-parameter Weighted Fractional Fourier Transform,GMPWFRFT)为基础,结合双层WFRFT结构,设计并构造64种双层广义多参数加权分数傅里叶变换(Double-layer Generalized Multi-parameter Weighted Fractional Fourier Transform,DL-GMPWFRFT)。利用2D-HCE混沌序列实施星座幅相加密、随机选取DL-GMPWFRFT变换类型,对星座进行动态变换加密,进而掩盖调制信号样式,并增强系统对参数检测的防御能力。仿真结果表明,新方法加密后星座图呈现类高斯分布,密钥空间大,可达到2²¹⁸,密钥敏感性好,即使非法窃听者密钥与正确密钥有10^-15误差,非法窃听者误比特率仍然在0.4~0.5之间。

保障全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)为用户提供高精度导航定位、测速、授时信息是导航战的首要任务,然而GNSS用户端与卫星距离遥远,相较于GNSS系统端,更易受到干扰和欺骗等的蓄意毁伤。故为提升用户端对抗干扰威胁的能力、推进其抗干扰技术的发展与成熟,急需开展用户端抗干扰性能评估研究,但已有研究多针对单一类型指标、特定应用场景开展用户端抗干扰算法研究与性能分析,存在分项评估研究不足、综合评估研究缺失等问题。为此,设置单天线抗干扰、阵列天线抗干扰、惯导辅助抗干扰、无人机抗干扰这些典型应用场景,建立针对多应用场景的用户端抗干扰性能评估指标体系,并引入可用度A、可信度D、能力值C方法改进已有模型的应用局限,提出用户端抗干扰的分项性能评估方法;基于模糊综合评判思路与改进组合赋权法,改进已有加权积模型,提出用户端抗干扰的综合能力评估方法。实验结果表明,相比于已有评估模型,采用所提方法实现应用场景的多模型串联,降低了接收机的跟踪门限使其未超过45°,减小了动态测量误差率使其不大于1,增加了阵列增益使其不超过36dB,提高了被测装备性能评估准确度及其对抗干扰威胁的能力,能有效辅助多应用场景的性能优化与装备升级。

为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条件的二次规划问题,通过与无障碍环境下的制导律相结合,得到闭式解形式的避障制导律。仿真结果验证了所提方法的有效性,可全局上满足安全性和稳定性要求,对于无人水下航行器在复杂海洋环境中的安全航行具有实际应用价值。

随着现代海战复杂性的增加,舰载机在复杂战场环境中的作用日益凸显。为提升舰载机的作战效能和资源利用效率,减轻指挥人员制定作战规划方案的负担,研究了舰载机任务分配与弹药配置协同优化问题。系统分析了协同决策过程中的关键要素,以最大化任务收益、最小化舰载机被击毁成本和弹药成本为优化目标,建立舰载机任务分配与弹药配置协同优化问题模型。结合模型特点,提出了一种基于适应度的自适应全局人工蜂群算法用于模型求解。仿真结果证明了新提出的模型和算法的有效性,能够显著提高舰载机任务收益,同时降低作战成本。研究成果可为舰载机作战方案的制定和完善提供理论参考和决策依据。

针对跨介质航行器入水冲击带来的结构损伤问题,提出一种采用负泊松比头罩降载的方法,利用负泊松比结构特殊的拉胀效应,使头罩吸收更多的冲击能量。采用任意朗格朗日-欧拉算法分析了负泊松比头罩对航行器降载特性的影响规律,并通过实验数据对数值方法进行了验证。研究结果表明:与传统降载头罩相比,负泊松比头罩在结构轻量化的基础上可有效降低结构入水冲击载荷,在入水速度分别为20m/s、35m/s、50m/s时,加速度峰值可以降低75%、70%、68%,具有良好的降载缓冲效果;不同胞元夹角、壁厚和边长参数下,负泊松比结构的降载特性有较大差异,在胞元角20°、胞元壁厚0.5mm、1.6倍胞元边长参数下,负泊松比头罩的降载特性达到最优效果。