针对军航战时空中进攻作战安全返航通道容量评估问题,提出节点合流调控元胞自动机模型(MR-CA模型).根据空中进攻作战安全返航通道设置构型,聚焦通道交叉处的节点运行特性,将节点安全间距保持量化到合流规则中,研究不同可接受间隔条件下节点合流通道最大流量.并基于节点合流通道的交通运行特性,建立最小风险通道进入时间窗,将容流平衡调控的时间节点前移,在战略管理和预战术管理中消解个体战机在节点处的潜在航迹冲突,实现最大通行能力.仿真结果表明:节点合流后通道容量随间隔减小而增大,最大达到102架/h;在最小风险通道可进入时间窗范围内,通过MRCA模型在决策圆处对战机进行动态调控,能够保证节点安全合流,实现流量最大化.
多无人机集群协同规划是无人机自主控制领域的前沿热点之一.提出了一种基于无监督学习离散鸽群优化的多机侦察任务分配方法.通过Dubins路径建立无人机模型,给出了简化的传感器模型和侦察目标的模型,并建立了无人机集群任务分配的模型和性能指标函数.采用无监督学习方法对侦察目标进行柔性分组,利用改进离散鸽群优化策略对该任务分配模型进行了求解,以有效解决无人机机间任务负载不平衡问题,可提高无人机集群侦察的效率.通过仿真对比实验和三维态势视景仿真平台综合实验,验证了所提出方法的可行性和有效性.
针对无人机集群基于信息网络的协同作战能力评估问题,采用衡量信息不确定性程度的信息熵对网络的节点能力和作战边的权值进行量化,构建信息流转动态评估网络.首先通过节点度受限最短路算法找出该网络可能的并行作战环,分串行、并行和混合3种模式的计算法算出评估网络最小能力熵,实现无人机集群协同作战行动量化评估;然后通过对无人机集群海上封控作战行动进行能力评估,验证该评估方法的有效性;最后基于最大效能原则,给出无人机集群协同策略和作战使用上的建议.
针对非精确情报信息环境下跨域无人集群动态目标分配问题的算法进行了研究.首先,描述了一个实际的跨域无人机群作战场景,并对由于探测信息不精确性带来的目标位置和火力单元落点的不确定性进行了分析,在此基础上建立了目标预分配的概率模型,并设计改进的离散多目标粒子群算法求解;其次,针对作战环境中实时出现的新目标,提出了基于市场机制的合同网目标重分配算法,实时更新目标分配方案;最后,通过实验仿真验证了所提算法的有效性.
为了使基于案例推理(CBR)技术在末段高层反导部署中的应用能更好地提高反导部署的效率,研究了末段高层反导部署案例库的构建与使用问题.首先,研究了案例库的组织与构建问题,主要围绕案例的表达、案例库的组织结构和案例库的构建流程展开;其次,研究了案例库的应用,其核心内容是相似案例的检索匹配,并给出了实例分析;最后,研究了案例库的精简问题.
快速、准确地检测材料表面缺陷已成为各领域研究的重要目标,为增加检测效率,实现设备轻量化,提出了一种基于YOLOv5的目标检测优化算法,添加DyHead检测头,融合多个注意力机制,增强模型的检测精度;更换aLRPLoss损失函数,减少超参数调节工作,优化训练过程;基于FasterNet提出C3-Faster,代替网络中的C3模块,以PConv的思想提升模型检测性能,减少模型体积;最后添加轻量级上采样算子CA-RAFE,扩大模型感受野,提升对不同大小目标的检测效果.实验结果表明,改进后的YOLOv5模型相比于原版模型,在钢材表面缺陷数据集上总体平均精度提高了4.174%,参数量减少了11.25%,计算复杂度减少了13.75%,权重体积减少了10.72%,检测性能高于SSD、RetinaNet、FCOS、YOLOv3、YOLOv4等主流目标检测算法,在工业检测中具有较高的应用价值.
为提高碳纤维在混凝土中的分散性,利用可再分散聚合物乳胶粉与短切碳纤维对混凝土进行复合改性,运用正交试验方法,基于L9(43)正交试验表,设计两批18(2×9)组聚合物乳胶粉-碳纤维复合改性混凝土(PMCFRC)的坍落度、28 d抗压强度及纤维分散性检测试验.第1批正交试验研究了水灰比、聚合物掺量、碳纤维掺量对PMCFRC性能的影响,第2批正交试验研究了分散剂种类、分散剂掺量、减水剂掺量对PMCFRC性能的影响,获得PMCFRC的坍落度、抗压强度、电阻率等基本参数,并利用极差和方差分析方法,研究各因素的主次顺序,分析其是否影响显著,基于此寻找出PMCFRC最优配合比.结果表明:第1批正交试验中,对于坍落度、电阻率以及电阻率变动系数,碳纤维掺量为显著因素;对于28 d抗压强度,水灰比为显著因素;第2批正交试验中,对于坍落度和28 d抗压强度,减水剂掺量为显著因素;对于电阻率和电阻率变动系数,分散剂掺量为显著因素.PMCFRC最佳配合比为:水灰比0.49,聚合物掺量12%,碳纤维掺量0.3%,砂率34%,分散剂选用羟乙基纤维素,分散剂掺量0.4%,减水剂掺量1.2%,消泡剂掺量0.3%.
气膜阻尼能够有效抑制航空发动机叶片的多阶振动,且具有结构简单、附加质量小等优点.针对带气膜阻尼平板结构,建立了带气膜阻尼平板振动模型,推导出考虑温度影响的抑振率表达式;采用有限元法,研究了均匀温度场和非均匀温度场对气膜阻尼结构抑振率的影响.结果表明:①无论是在均匀温度场还是非均匀温度场下,带气膜阻尼平板均表现出较高的抑振率;在两种温度场下,平板温度由20℃增加至600℃,带气膜阻尼平板抑振率增幅均不超过10%.②气膜内气体温度由室温20℃增加到600℃时,带气膜阻尼平板抑振率增幅变化不超过4%,气膜内气体随温度变化对带气膜阻尼平板抑振率影响较小,可适用于不同温度环境.③当平板振动为二扭振型时,气膜阻尼结构抑振效果不仅大幅下降,而且吸振薄板的振动会加剧平板本身的振动,且在不同温度梯度下都可能出现.
针对复杂情况下低空无线信道特性,选取近山地城镇环境视距和非视距2个场景在2.4 GHz频率下开展实地低空无线信道测量活动,分别收集1 200组信道的多径幅度值,结合统计性方法分析其对应的均方根时延扩展与莱斯因子2种小尺度衰落特性,并进行拟合.测试结果表明:2种场景的均方根时延扩展平均值分别为255 ns、1 429 ns,莱斯K因子平均值分别为3.8 dB、0.32 dB,前者莱斯K因子大于0 dB的比例为58.68%,说明该环境下莱斯信道为主;后者大于0 dB的比例为10.16%,说明该环境下瑞利信道为主;拟合的结果表明:均方根时延扩展Gamma拟合,莱斯K因子正态拟合,最后得出了对应的概率密度分布函数.
为应对未来快节奏、大规模的空中战斗需求,聚焦有人-无人协同空中作战体系结构研究,以作战管理作为底层逻辑,构建协同作战体系结构框架.首先梳理作战管理基本理论,建立"任务-能力"和"能力-资源"的属性映射;然后利用美国国防部体系架构框架视图模型,对有人-无人作战活动从作战管理层级进行顶层设计,依照职能属性进行时序和逻辑梳理.探究体系结构建模中包含的作战管理"嵌套"现象,能够降低军事研究人员对作战行动的理解屏障,为有人-无人协同空中作战建模仿真提供理论支撑.
凹腔作为超燃冲压发动机的一种火焰稳定器受到广泛关注,凹腔剪切层与背景激波系的相互作用影响凹腔火焰稳定器的性能.为深入分析背景激波系对凹腔流动的影响,设计了长深比为13.3的闭式凹腔,将凹腔模型前缘激波和风洞上壁面干扰激波作为背景激波系,在Ma=2的直连式风洞中开展了背景激波系与凹腔剪切层的相互作用的试验,采用高速纹影系统对瞬态流场进行了捕捉,重点关注背景激波系和凹腔剪切层的动态变化特性.采用纹影序列的本征正交分解来研究流场中的主要相干结构,采用快速傅里叶变换和连续小波变换对流场的频率域特征进行了分析.结果表明:在背景激波与剪切层相互作用下,激波结构产生大尺度振荡,凹腔内流动结构产生小尺度脉动.通过对激波位置的傅里叶变换分析,发现激波振荡的主导频率集中在90～400 Hz的范围内.通过对纹影图像的空间傅里叶变换分析,发现5 kHz以下的流场振荡主要由激波振荡引起,5 kHz以上的流场脉动主要由凹腔内流动结构引起.
目前,利用时域间断伽辽金方法(DGTD)求解各类介质中的电磁传播问题时,通常考虑求解普通介质本构关系的麦克斯韦方程组.然而,具有非互易性本构关系的Tellegen介质中的电磁传播非常复杂,且少有研究.基于Tellegen介质的本构关系,推导出了一种适用于该介质的时域间断伽辽金系统矩阵离散方案,准确模拟了平面波在Tellegen介质中的时域传播特性.利用所提出的算法,计算了空气与Tellegen介质的分层空间模型,分析了Tellegen介质对电磁波极化偏转角度的影响;同时,针对不同电磁参数的Tel-legen介质,计算了反射波与透射波的电场偏转角度,并将时域间断伽辽金方案计算的结果与文献[1]以及解析解进行了对比,验证了该方法的有效性与可行性.
海战场是军事对抗的重要战场之一,海上作战涉及空中、水面、水下以及海岸陆地等空间,作战资源对象数量庞大且能力多样.随着无人系统技术的不断发展,跨域无人集群将成为未来海上作战的重要力量.以海上跨域无人集群作为研究对象,首先梳理了跨域作战的相关概念及演变过程,定义了跨域无人集群的内涵,然后阐述了美军单域无人集群项目的发展趋势及现状,分析了近期跨域无人集群演习的主要内容,之后对无人集群关键技术现有研究成果进行了提炼总结,指出了跨域无人集群发展面临的挑战.最后给出了跨域无人集群未来的发展趋势.
弹载合成孔径雷达(SAR)在大角度俯冲运动阶段,由于其复杂的飞行特性,回波信号存在严重的耦合性和空变性,这将导致传统的聚焦算法失效.针对这一问题,提出了一种改进的极坐标格式(PFA)频域成像算法.首先建立大角度俯冲弹载SAR的斜距模型,并对距离历程进行泰勒级数展开,然后利用级数反演法推导高精度的回波二维频谱.在二维频域,将高阶交叉耦合项进行二维分解,并在此基础上推导出新的频域二维插值映射函数,极大提升了聚焦成像的效果.相对于传统 PFA,文中算法更适用于大角度俯冲弹载SAR,并通过仿真实验验证了其有效性.
针对现有均匀线阵远场窄带非相干多目标估计算法对低信噪比、少快拍情况适应性差、运算复杂度高,以及现有深度学习方法难以有效提取数据复值特征的问题,提出基于深度卷积神经网络的波达方向估计方法.该方法将波达方向估计问题转换为阵列输出协方差矩阵到目标到达角度的逆映射问题,利用阵列输出协方差矩阵的 Hermitian特性,提取其上三角阵的实部、虚部及相位特征,构造网络的输入数据,搭建包含三维卷积层的深度卷积神经网络用来提取数据特征,网络的标签对应目标的到达角度,从而实现多个信源的波达方向估计.试验仿真表明:该方法可以充分提取空间特征,提高波达方向估计精度并降低算法复杂度.所提方法在低信噪比、少快拍数的情况下,其估计精度明显优于MUSIC、ESPRIT以及ML算法.
针对传统方法和基于神经网络方法在滚动轴承故障预测中存在的问题,提出一种双自适应滑动时间窗故障预测模型.首先,通过设置能够去除相关性的状态估计非线性算子,将滚动轴承振动信号映射为能够表征其退化状态的故障特征—故障程度指标 DR.其次,以损失函数为判据,设置模型参数自适应更新机制,以及建立能够自适应选取数据长度的滑动时间窗口.最后,通过西安交通大学发布的滚动轴承全寿命周期数据,模拟实际中突发性故障和渐发性故障综合作用下的故障发生情况,验证了所提出的故障预测模型的有效性.实验结果表明,提出的预测模型能够准确判断滚动轴承退化阶段的开始时刻和故障时刻,真实反映滚动轴承性能退化的趋势,预测误差仅为 0.068%,预测时间仅占 2 次故障间隔时间的 1.385%,满足复杂工况下滚动轴承故障预测的需求.
针对当前有人/无人协同作战任务的复杂化、交互界面的信息量剧增等问题,提出了一种基于PCTB-TA的有人/无人协同作战交互任务模型.该模型关注有人/无人协同作战中外部环境因素对操作员进行人机交互带来的影响以及在这些影响下操作员的缺省任务.首先,综合分析有人/无人协同作战任务流程及其特点,构建交互任务概念模型;其次,确定有人/无人协同作战中 5 个典型作战任务,对各任务的目标、序列、显示变量、影响因素、操作等概念元进行研究分析,最后,根据有人/无人协同作战概念模型及对概念元的分析,建立动态环境下有人/无人协同作战交互任务模型.相较 CTT、GOMS等模型,该模型融入作战中时刻变化的外部因素,能够更好地描述在动态战场环境下有人/无人协同作战交互任务流程,在有人/无人协同作战中为操作人员高效完成交互任务提供理论模型,为未来各类有人/无人协同作战信息系统人机界面的优化设计和研制奠定基础.
从武器装备的实际电磁攻防需求出发,聚焦于超材料在电磁领域的应用,简单回顾了电磁超材料的发展历程和实用化进程,着重介绍了近年来最可能产生颠覆性技术的领域——智能可重复编程超材料及基于其的智能隐身系统.基于长期对电磁隐身、新型电磁器件的研究,结合实践经验,对目前超材料隐身技术成熟度进一步提高所面临的难点进行分析,并对未来的发展做出了建议和展望.
航空发动机精确的剩余使用寿命预测是确保发动机安全服役必须开展的环节.针对复杂工况环境下涡扇发动机的剩余使用寿命预测问题,提出了一种基于极端梯度提升和卡尔曼滤波的寿命预测模型.首先,采用高斯分布对原始振动数据进行分析,提取具有时间序列和退化趋势的特征数据,并为其设置剩余使用寿命(RUL)标签;其次,利用随机搜索算法对融合参数范围进行寻优,在极端梯度提升(XGBoost)中加入卡尔曼滤波器解决预测值不平滑和噪声干扰的问题;最后在商用模块化航空推进系统仿真数据集(C-MAPSSC)上进行了验证和分析,实验结果证明:与其他模型相比,文中采用的寿命预测方法准确度更高.
现代飞机舵面大多采用主动式余度作动系统.这种系统固有的力纷争现象,导致传统的基于原位载荷校准试验的飞机结构载荷测量方法,不再适用于现代飞机操纵舵面铰链力矩飞行测量.提出了一种基于离位载荷校准试验和原位载荷验证试验的飞机舵面铰链力矩测量方法,建立了相应的载荷测量模型,分析确定了铰链力矩测量精准度的影响因素,给出了可能引起的系统误差的验证和修正方法,形成了主动式余度作动舵面铰链力矩飞行测量流程.通过多型飞机舵面铰链力矩测量试飞,验证了该方法的可行性和有效性;提高了飞机舵面铰链力矩测量的精准度,为飞机舵面设计载荷验证与优化提供了可靠的实测载荷;得到了飞机舵面各作动机构的载荷分配,实现了飞机舵面作动系统力纷争的飞行监测,确保了飞行安全.
