改进遗传模拟退火算法的航迹规划方法研究

建立了基于真实地形数据和火力威胁区的航迹规划空间模型,结合具有概率突跳特性的模拟退火和群体并行搜索的遗传算法的特点,提出了一种改进遗传模拟退火算法的飞行器航迹规划方法。使用该算法对飞行器的攻击航迹在数字地图下进行了仿真验证,结果表明该方法是一种有效的航迹规划方法。     

基于时间约束集的多弹道式飞行器避撞发射时间规划

提出了通过调整发射时间解决多弹道式飞行器飞行避撞问题的算法框架,在该框架内针对多弹道式飞行器协同打击时是否发生飞行碰撞提出了检验算法,对于飞行器碰撞规避问题建立发射时间约束集模型,约束集由飞行器间发生碰撞的发射时间间隔约束构成。在该时间约束集的基础上建立以多弹道式飞行器同时打击为优化目标、含有不等于号表达式时间约束的优化问题,并通过"Big-M"法将该问题转化为非线性规划问题的标准形式,再利用序列二次规划(SQP)算法进行求解。该框架将发射时间调整问题转化为最优化规划问题,降低了传统遍历性发射时间调整算法的计算复杂度。基于MATLAB平台环境对所提模型及规划算法进行了仿真,验证了所提算法的合理性与有效性,同时具有较高的计算效率。     

多滑翔飞行器时间协同轨迹快速规划

从高超声速飞行器集群"探测-打击-评估"一体化任务需求出发,针对多滑翔飞行器时间协同再入轨迹规划问题进行研究,提出集群再入的协同形式及轨迹规划方案,基于改进序列凸化算法解决了再入总飞行时间的精确控制问题,从而实现滑翔段时间协同。首先,给出了滑翔飞行器集群的协同策略,将求解模型转化为协同时间的确定、协同时间约束下的轨迹规划子问题。将模型中的时间项误差等加入罚函数,提高了协同轨迹求解可行性。引入飞行路径角预设剖面作为软约束,并通过罚函数与信赖域自适应调整,以避免轨迹求解时的振荡问题,提高了序列凸化算法的收敛性。以CAV-H飞行器模型为例验证了算法的有效性,仿真结果表明,所提算法对初值的敏感性低,求解得到的再入总时间可调范围与伪谱法一致,轨迹规划结果的平滑性及计算时间均优于伪谱法。     

利用GPS进行姿态估计的一种算法

首先建立了全球定位系统（ＧＰＳ）姿态确定的观测方程;然后给出了利用ＧＰＳ进行飞行器姿态估计的模型,并对该模型进行了线性处理;最后利用攻推广卡尔曼滤波技术,针对某飞行器进行了仿真计算。计算结果表明,对于不同的测量噪声和系统噪声,滤波器都有较好的估计,姿态估计的精度明显高于单纯ＧＰＳ姿态确定的精度,可以满足大多数飞行器对姿态确定的要求,证实了模型和算法可用性。     

一种基于虚拟导航点的超低空飞行器威胁回避算法研究

为解决超低空飞行器在飞行过程中遇到突发威胁时的自主回避问题,提出了一种基于虚拟导航点的威胁回避算法。此算法以超低空飞行器具备自主探测能力为前提,针对不同威胁的规模和种类可快速生成虚拟导航点,实现对威胁的回避。结合算法设计和模型建立,将算法应用于存在未知威胁情况下的超低空飞行器实时自主飞行中,并进行了仿真。仿真结果表明,该算法理论简单,易于实现,能够有效保证超低空飞行的安全性。     

基于预警卫星系统的临近空间飞行器跟踪简

 系统地研究了如何对临近空间飞行器进行有效实时跟踪的问题,并提出了一种基于约束总体最小二乘与自适应交互式多模型（CTLS-AIMM）滤波相结合的实时跟踪滤波算法。首先考虑到临近空间飞行器的特点,选择使用红外预警卫星系统探测目标飞行器,并使用约束总体最小二乘算法（CTLS）对目标进行粗定位;然后在粗定位信息基础上,使用自适应交互式多模型滤波算法（AIMM）对目标飞行器进行实时跟踪。在AIMM中,根据临近空间飞行器机动特性,合理选择目标模型集,并使用迭代最小二乘算法对模型参数进行自适应调整。通过仿真,验证了该跟踪滤波算法的可行性。     

基于预警卫星系统的临近空间飞行器跟踪

系统地研究了如何对临近空间飞行器进行有效实时跟踪的问题,并提出了一种基于约束总体最小二乘与自适应交互式多模型（CTLS-AIMM）滤波相结合的实时跟踪滤波算法。首先考虑到临近空间飞行器的特点,选择使用红外预警卫星系统探测目标飞行器,并使用约束总体最小二乘算法（CTLS）对目标进行粗定位;然后在粗定位信息基础上,使用自适应交互式多模型滤波算法（AIMM）对目标飞行器进行实时跟踪。在AIMM中,根据临近空间飞行器机动特性,合理选择目标模型集,并使用迭代最小二乘算法对模型参数进行自适应调整。通过仿真,验证了该跟踪滤波算法的可行性。     

基于DNN的飞机俯仰运动响应预测研究

针对人工智能的辨识方法在飞行器模型辨识应用中存在间接依赖数学模型以及泛化能力较低的局限性问题,基于深度学习思想,提出了一种新的数据处理方式,完成飞行器的系统模型辨识。首先,针对飞行器动态模型的特点,提出一种基于时序性的飞行数据处理方式;其次,采用交叉熵损失函数进一步优化深度神经网络;最后,针对飞行器纵向非线性模型进行仿真计算。仿真结果表明,训练好的模型成功提取了飞行器输入与输出之间的非线性映射关系,使得基于深度神经网络的飞行器模型能够对未知输入进行状态预测,克服了目前基于神经网络辨识算法的局限性。     

基于模型预测静态规划的自适应轨迹跟踪算法

轨迹跟踪是飞机自主运动控制的关键问题之一。跟踪模型预测静态规划（T-MPSP）是一种新近发展的基于非线性模型的轨迹跟踪算法,但对于飞行器受损等情况下,模型参数相较于标称模型具有较大的偏差时,则可能导致轨迹跟踪效果不理想。提出了基于参数估计的自适应轨迹跟踪算法,在模型预测静态规划（MPSP）的框架下得出解析解,实现了对参数的实时估计,据此更新跟踪模型预测静态规划算法中所使用的模型后,可以有效扩大对参数偏离的适应性,并保留模型预测静态规划计算效率高的特点。通过仿真对比得出,相较于已有的跟踪模型预测静态规划,改进后的算法对模型参数偏离的容忍性明显提高,且算法迭代效率高,适于在线应用。     

改进型蚁群算法的全局路径规划仿真研究

针对传统蚁群算法收敛较慢的问题,提出了一种在复杂环境下全局路径规划的改进型蚁群算法。利用链接图法建立了路径规划的空间模型;借鉴狼群分配原则对信息素进行更新;在缩小搜索区域,提高搜索效率的过程中,引入了启发式概率公式和启发函数;通过参数自适应调整策略,进一步对最优解进行了优化。将基于Dijkstra算法的初始路径规划和改进后蚁群算法的规划结果进行了仿真对比,结果表明,改进后蚁群算法的全局优化性能较好,具有一定的有效性和可行性。     

Influence of stealth aircraft dynamic RCS peak on radar detection probability

For modern stealth aircraft, it is important to analyze the influence of Radar Cross Section (RCS) peak exposure on penetration for guiding stealth design and penetration trajectory planning, which needs to reflect the RCS statistical uncertainty and the RCS difference with the change of incident angle. Based on the RCS characteristics of typical stealth aircraft, this paper established a simplified RCS dynamic fluctuation statistical model with the parameters log mean and log standard deviation. According to the detection probability algorithm in radar signal processing field, this paper built the algorithm of radar detection probability based on the RCS dynamic fluctuation statistical model. The analysis of examples concluded that the key to successful penetration is to shorten the RCS peak exposure time, which can be reduced by decreasing the RCS peak width or increasing velocity. Based on the conclusion, this paper proposed the method of turning maneuvering to reduce RCS peak exposure time dramatically.     

基于遗传算法的飞机维修拆卸/装配序列规划研究

飞机维修拆卸/装配序列规划是整个飞机产品维修作业的重要组成部分,同时也是飞机远程诊断与远程维修的重要研究内容。针对飞机维修过程中拆卸/装配序列规划问题的特点和要求,本文从维修产品的拆卸/装配过程稳定性、拆卸/装配方向和拆卸/装配工具的改变次数三个方面来设置目标函数,解决了零件数量大的产品规划计算效率不高且没有考虑产品的维修过程稳定性问题。本文开发出了基于遗传算法的飞机维修拆卸/装配序列规划系统,并结合具体产品进行了验证。     

飞机设计域向工装域映射机理研究

为提高某飞机制造企业产品设计、工艺规划和工装设计的协同设计效率和响应速度,对三者之间的映射机理进行研究。首先依据企业需求,定义飞机设计域、工艺域和工装域的信息构成;然后,明确飞机设计-工艺-工装之间的有机联系,构建基于多色集合理论的分层映射模型,给出映射模型的建模原理和建模流程,从而实现飞机部件从设计特征到工装概念设计特征的映射;最后,开发了相关设计工具并在该公司某机型舱门骨架的装配工艺规划和工装概念设计中进行应用验证,为实现飞机设计-工艺-工装的一体化设计奠定了理论基础和实践基础。     

基于改进人工势场算法的无人机群避障算法研究

针对无人机运动避障人工势场算法本身存在的极小值问题和局部最小值问题，采用改进的人工势场算法，提出了一种新的路径规划方法。不同于目前的人工势场法，该模型从双机相互作用开始，在障碍物斥力的基础上，增加了无人机之间的斥力，同时定义集群的前置形心作为另一个引力源。算法分析表明，该方法能够有效避免无人机陷入局部最小值，并增强了无人机机群的控制和避障能力。基于该无人机控制模型，给出了路径规划设计并进行了仿真实验。实验结果表明，基于该模型的无人机机群控制具有更好的避障性能和追踪目标的能力。     

基于粒子群优化算法的飞机维修计划编制优化

针对国内航空公司的维修生产管理,分析了维修计划的编制流程,建立了相应的整数规划数学模型,该模型采用维修停场损失、维修加班费用和维修外包费用的和作为目标函数,可用于混合机型机队的定检维修计划的制定。同时分析研究了粒子群优化算法,并采用该算法对模型进行求解。数据仿真结果表明,建立的模型和求解算法切实可行。     

A study of morphing aircraft on morphing rules along trajectory

Morphing aircraft can meet requirements of multi-mission during the whole flight due to changing the aerodynamic shape, so it is necessary to study its morphing rules along the trajectory. However, trajectory planning considering morphing variables requires a huge number of expensive CFD computations due to the morphing in view of aerodynamic performance. Under the given missions and trajectory, to alleviate computational cost and improve trajectory-planning efficiency for morphing aircraft, an offline optimization method is proposed based on Multi-Fidelity Kriging (MFK) modeling. The angle of attack, Mach number, sweep angle and axial position of the morphing wing are defined as variables for generating training data for building the MFK models, in which many inviscid aerodynamic solutions are used as low-fidelity data, while the less high-fidelity data are obtained by solving viscous flow. Then the built MFK models of the lift, drag and pressure centre at the different angles of attack and Mach numbers are used to predict the aerodynamic performance of the morphing aircraft, which keeps the optimal sweep angle and axial position of the wing during trajectory planning. Hence, the morphing rules can be correspondingly acquired along the trajectory, as well as keep the aircraft with the best aerodynamic performance during the whole task. The trajectory planning of a morphing aircraft was performed with the optimal aerodynamic performance based on the MFK models, built by only using 240 low-fidelity data and 110 high-fidelity data. The results indicate that a complex trajectory can take advantage of morphing rules in keeping good aerodynamic performance, and the proposed method is more efficient than trajectory optimization by reducing 86% of the computing time.     

基于空闲时间窗和多Agent的A-SMGCS航空器滑行路由规划

先进场面活动引导与控制系统(A-SMGCS)中的航空器滑行路由规划是一个典型NP难题。为解决航空器滑行路由规划的优化性和计算量之间的矛盾,提出一种基于空闲时间窗的路由规划方法,并利用多Agent系统(MAS)进行算法求解。首先,建立滑行资源图以对场面滑行区进行建模。其次,按照航班计划为航空器设置滑行优先级,并按优先级顺序依次规划路由,后规划的路由不破坏已有路由,即利用滑行路段的空闲时间窗进行规划。每次只需为一架航空器规划滑行路由,降低了问题的求解难度;通过搜索空闲时间窗获得路由使场面交通均衡分布,保证了路由规划的整体优化性。分析了空闲时间窗特性,指出空闲时间窗的可达性条件和避免同步资源交换冲突的条件。最后,设计MAS,把建立、维护和搜索空闲时间窗图的复杂集中式求解过程简化为通过路由管理Agent,航空器Agent和资源节点Agent相互协作实现对场面路由规划问题的分布式求解。仿真结果表明,设计的MAS能够快速找到空闲时间窗中的最优解;与固定预选滑行路径算法相比,航空器的平均滑行时间显著减少,最多可以节省19.6%的滑行时间。     

基于威胁网的飞行器航迹快速搜索算法

提出了一种基于威胁网的飞行器航迹快速搜索算法。该方法能够在具有未知威胁的飞行环境中在线进行实时航迹规划。首先根据获得的先验信息建立威胁网．其次在建立的威胁网上确定出一条安全走廊，最后在安全走廊的基础上进一步细化从而得到一条最优航迹。当飞行环境中有预先未知威胁出现时．该方法可根据更新后的信息局部修正受影响的航迹来获得新的全局最优航迹。仿真结果表明，该算法能够有效地进行实时规划，获得较满意的航迹。     

任务规划系统机动模型与航线设计

航空兵任务规划系统中飞机空对地攻击航线解算的准确性、航线生成质量和航线解算速度是衡量任务规划系统能力的重要指标。飞机空对地攻击航线设计是飞机航线规划中典型的多约束复杂机动,其在设计与使用过程中受到来自时间、空间及飞机本体的多维约束,对飞行动力学建模与航迹优化提出了较高的要求。本文利用面向对象的思想对飞机无侧滑动力学模型...     

基于TD-RLS算法的四旋翼飞行器系统参数辨识

在对飞行器气动参数进行辨识的过程中,常需要对获得的数据求微分或二次微分,而利用差分法求微分会放大噪声的影响,引入滤波器抑制噪声又会产生相位延迟.针对这一问题,提出了一种跟踪微分器-递推最小二乘(TD-RLS)辨识算法.首先,建立了悬停条件下四旋翼飞行器的系统模型;然后,基于实验室四旋翼平台飞行试验实测数据,将TD-RLS算法应用于飞行器参数辨识.最终的辨识结果表明,在四旋翼飞行器悬停或者小角度飞行条件下,该方法可以实时获得比较精确的系统模型.