UCAV最优筋斗机动实时指令生成设计

提出了基于时间最短的无人作战飞机(UCAV)筋斗机动动作实时轨迹生成方法。利用机载计算机预先装订的UCAV气动及三自由度飞机模型,实时生成具有迎角及法向过载保护的最优轨迹指令,同时采用经典控制方法进一步缩小跟踪误差,最终实现了UCAV所需的筋斗机动。仿真结果表明,该方法具有实时性强、生成轨迹易于跟踪控制、可有效保证飞行安全等优点。     

超视距空战机动动作库设计及动作的可视化

在两类常见空战动作库的基础上设计了超视距空战机动动作库,以直接攻击为例对空战机动动作库中的机动动作进行了设计.运用OpenGL图形库,研究了模型的导入、数据驱动、视点漫游和数据读取技术,实现了超视距空战机动动作轨迹的三维显示.提高了动作库的通用性,可以方便直观地学习空战机动动作,为空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定基础.     

基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法

基于能量优化的无人机机动能够使无人机在不失去决定性位置优势的情况下获取相对于对手的能量优势，足够的能量优势可转换为有效的位置优势，有利于无人机在空战中随时改出当前机动并投入下一机动动作，对于无人机获取空战胜利至关重要。开展了基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法研究，通过在无人机机动飞行包线内设计合适的机动指令，使得无人机能量性能指标最优。以上升转弯机动为例进行了机动轨迹生成的详细设计，并与常规上升转弯机动轨迹生成结果进行对比，仿真结果显示所设计的机动动作完成时间缩短了28.6%~83.8%，总能量变化减少了64.7%~70.1%，实现了无人机机动飞行的能量优化。     

自主近距空战中机动动作库及其综合控制系统

针对自主近距空战中机动动作库的设计,采用定性与定量结合的方法对机动动作进行描述,以准确体现机动动作的几何形态和战术意义,构成含描述参数的机动动作库。对于机动动作的控制,提出了按照任务控制-运动学控制-动力学控制-被控对象划分的综合控制系统多层递阶结构。其中,机动动作控制器针对每种机动动作分别设计指令生成器,生成气流角和速率指令;气流角控制器采用含指令滤波的backstepping方法进行控制律设计。以半滚倒转和高速摇摇为例进行仿真验证,仿真结果表明,机动动作的描述参数能准确体现其几何形态和战术意义,并通过综合控制系统实现有效控制。     

粒子群算法在机动指令跟踪控制器中的应用

基于Backstepping的设计思想设计了机动轨迹跟踪控制律,以实现战机某些预定的战术机动动作。首先,将飞行动力学模型和运动学模型分解为三轴方向的相对简单的子系统,然后采用反步法分别设计控制律,使得整个系统渐近稳定。由于控制器中含有可调参数,每次跟踪不同的参考轨迹都需要重新设定控制器参数值才能达到良好的跟踪效果,因此利用粒子群算法对控制器参数进行了优化整定,从而保证控制器的自适应性。最后,以机动动作库中战机的某些机动动作为参考轨迹实现全局渐进跟踪,取得了良好的跟踪效果,验证了粒子群算法在控制器参数寻优中的有效性和可行性。     

空战机动动作库设计方式研究

具体阐述了两类常见空战动作库的设计 :典型战术动作库和基本操作动作库 ,详细分析了这两类空战机动动作库的不足 ,最后提出了改进动作库设计的具体意见和建议。     

基于飞行任务的飞行品质评估方法

提出一种基于飞行任务的飞行品质的评估方法。介绍了基于飞行任务的飞行品质评估方法的流程,以及常规迎角下机动动作的选取方法与大迎角下机动动作的选取方法,分析了标准评估机动任务库的选取方法。以实际飞行任务和战术要求为依据,建立了标准评估机动任务库,并明确了各机动动作与飞行品质分析的对应关系,飞行品质评估的环境组成。并基于大迎角俯仰截获任务给出了飞行品质评估试验分析过程及评估结果,验证了该方法的有效性。     

无人机空战仿真中基于机动动作库的决策模型

根据无人机空战仿真需要和专家系统原理,建立了一套基于机动动作库的快速响应自主空战机动决策系统模型;根据第三代战斗机空战中典型的机动动作,建立了相应的专家数据库;通过对驾驶员经验的分析,建立了专家知识库,并将整套决策模型应用于空战仿真中.仿真结果表明,应用该模型建立的空战仿真系统,可以使无人机根据实时战场环境,实现快速自主决策空战模拟飞行.     

基于IL-HMM的目标机动动作识别

针对隐马尔科夫模型(HMM)不能实时更新的问题,提出一种基于增量学习-隐马尔科夫模型(IL-HMM)的目标机动动作识别和预测方法,并构建了基于目标机动识别的意图威胁分析方法。HMM能够较好地处理时间序列问题,增量学习提供了一种解决数据更新的方法,将HMM与增量学习相结合,使得模型训练延伸至全过程,从而提高模型的识别率。空中目标三维运动是关于方向状态与动作状态的HMM过程,通过观测目标的方向状态,识别出当前动作状态,并进行轨迹预测,对目标的意图威胁进行分析。仿真试验表明了动作识别的准确性,同时通过对比传统HMM与IL-HMM识别的精度,验证了所提方法的可靠性。     

Monte-Carlo法仿真评估航空兵空战效能

通过对仿真原理的比较分析,得出Monte-Carlo法比数学解析法更适用于航空兵空战效能评估。按照航空兵空战效能的Monte-Carlo仿真评估过程,研究了红蓝方机初始位置与相对位置的确定方法,设计了对飞机进行飞行仿真与轨迹描述的建模思路与方法,建立了飞机空战战术机动动作库,进行了飞机搜索发现能力与射击效果的仿真并进行了仿真举例。     

A distributed approach for lidar-based relative state estimation of multi-UAV in GPS-denied environments

In this paper, we present a distributed framework for the lidar-based relative state estimator which achieves highly accurate, real-time trajectory estimation of multiple Unmanned Aerial Vehicles(UAVs) in GPS-denied environments. The system builds atop a factor graph, and only onboard sensors and computing power are utilized. Benefiting from the keyframe strategy, each UAV performs relative state estimation individually and broadcasts very partial information without exchanging raw data. The com...     

雷暴天气下的仪表进近航段航线规划研究

雷暴天气会对飞机运行安全产生严重影响,在进近航段中若遭遇雷暴天气会造成改航不经济、实时性差、效率低等问题,采用改进的动态窗口法（DWA）对雷暴天气下的进近航线进行仿真规划。算法前期通过建立DWA 下的飞机运动模型及人为设定雷暴轨迹进行模拟仿真,验证算法躲避雷暴改航仿真的功能性;通过对案例中的雷暴位移坐标进行时间相关的拟...     

受限航路空域自主航迹规划与冲突管理技术

为了解决在基于航迹运行的空中交通管理自动化系统中人机意识同步的问题，以航路运行为对象，开展了面向受限空域的自主四维航迹（4DT）冲突探测与解脱（CD&R）技术研究。基于自由航线空域（FRA）环境，提出基于栅格的空域离散化处理与计算方法；在此基础上，提出受限空域自主航迹运行两阶段方法：阶段1运用可视图（VG）法和Dijkstra算法，实现了满足限制区约束的航空器期望航迹快速规划；阶段2提出航迹可达时空域模型及其图形化表达方法，并基于连续飞行动力学推导出了不同情况下的航空器位置更新模型，并采用局部冲突探测与解脱方法，以飞行距离最短为目标，实现航空器自主路径与速度联动规划，从而支撑空地、人机认知同步的无冲突四维航迹生成；最后，以中国西部典型空域为运行场景开展仿真实验，验证了所提方法的计算高效性和模型有效性，并对栅格尺寸和探测距离这2个关键参数进行了灵敏度分析。结果表明，所提方法能够支撑复杂空域高密度运行环境自主航迹运行，为推动自主空中交通系统发展提供了新思路和新方法。     

基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的空天飞行器实时轨迹优化

针对空天飞行器大气层内上升段实时轨迹优化问题，提出一种基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的轨迹优化方法。首先，应用Newton-Kantorovich迭代方法将轨迹优化问题转化为一系列的子问题，每个子问题都是一个线性最优控制问题；其次，针对Newton-Kantorovich迭代方法忽略运动方程中的高阶信息，导致难以收敛这一问题，提出Proximal-Newton-Kantorovich迭代方法，在子问题的性能指标中加入邻近规则化项，改善了Newton-Kantorovich迭代方法的收敛性；最后，将子问题离散为二阶锥规划问题，并应用内点法进行求解。提出的Proximal-Newton-Kantorovich凸规划方法是一种求解非线性轨迹规划问题的可行途径。理论分析表明，Proximal-Newton-Kantorovich迭代方法的收敛结果一定是轨迹优化问题的局部最优解。数值实验表明，此方法的计算时间在毫秒级。     

带落角约束的虚拟目标实时轨迹生成算法

针对导弹带落角约束条件打击目标的要求,在纵向平面内,根据导弹和目标的实时运动轨迹,提出了一种虚拟目标实时轨迹生成算法,并且给出了该算法中所需要的目标实时位置信息的估算方法.仿真结果表明,以该算法得出的虚拟目标轨迹作为导弹的跟踪对象,采用变结构导引律能满足落角约束条件,并且能够提供很高的命中精度,从而证明了该算法的正确性和有效性,为带落角约束条件打击目标提供了一种新的思路和途径.     

基于高斯伪谱法的翼伞系统复杂多约束轨迹规划

翼伞系统在实际环境中飞行时易受到风场以及地形环境等复杂干扰的影响,无法精确归航,控制难度较大。针对该问题,提出了一种针对复杂多约束条件的翼伞系统的最优控制轨迹规划方法,可同时实现翼伞系统在复杂环境下逆风对准、精确着陆以及控制量全局最优的控制目标。首先,建立了风场干扰下的翼伞系统模型;然后,通过引入地形环境曲面,将复杂环境转化为实时路径约束,将轨迹着陆偏差以及逆风雀降转化为终端约束,并考虑控制量消耗最小为目标函数,以此将复杂环境下的翼伞系统的轨迹优化转化为一系列非线性的带有复杂约束的最优控制问题;最后,采用高斯伪谱法将多约束最优控制问题转化为易于求解的非线性规划问题。通过设立3组复杂环境仿真实例和实验验证,表明本文方法使翼伞系统在多种较恶劣的复杂环境中有效应对多类约束条件,规划出控制量全局最优的可行轨迹。与已有的混沌粒子群优化算法相比,本文方法具有较好的最优性和较高的精度。     

基于ACARS的飞机航迹实时安全监控技术

首先简述TACARS系统的定义和特点,然后通过试验找到一种合适的航迹数据预测方法,接着用该方法预测航迹数据,最后提出一种符合实时安全监控要求的航迹数据预测算法.试验结果表明基于三次样条的航迹预测方法具有很高的精度和较强的工程实用价值.     

集群无人机队形重构及虚拟仿真验证

队形重构是集群无人机（UAV）控制的重要问题，指无人机按照要求安全、无碰撞地从一个队形变换到另一个队形，其难点在于快速规划最优安全轨迹并控制无人机进行轨迹姿态的高精度跟踪。针对集群无人机队形重构的上述问题，首先，基于CAPT（Concurrent Assignment and Planning of Trajectories）算法，解决了多无人机的目标分配和轨迹生成的实时性问题，实现了集群无人机的最优安全路径规划；其次，提出一种有限时间多变量积分滑模连续控制算法，解决了无人机轨迹姿态的高精度跟踪问题，并通过MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性；最后，为了更加真实直观地演示无人机三维仿真效果，建立了基于Gazebo-ROS的无人机仿真平台，实现了12架四旋翼无人机队形重构"建模-仿真-可视化"的一体化仿真演示，验证了上述路径规划算法和轨迹姿态控制算法的有效性。     

Real-time trajectory optimization for powered planetary landings based on analytical shooting equations

Traditionally, numerical trajectory integration for shooting equation calculation and iterations for shooting with randomly guessed initial solutions deteriorate the real-time performance of indirect methods for on-board applications. In this study, the indirect method is improved to achieve real-time trajectory optimization of fuel-optimal powered planetary landings with the help of analytical shooting equation derivations and a practical homotopy technique. Specifically, the contributions of t...     

基于GPM的高超声速飞行器再入轨迹优化

为保证高超声速飞行器具有最大再入距离,应用高斯伪谱方法求取了存在路径约束及终端约束的飞行器最优再入轨迹。首先选取迎角及倾斜角作为最优控制量,并分析再入轨迹的最优控制模型;然后应用高斯伪谱方法将最优控制问题离散成非线性规划问题,并采用SNOPT软件包对非线性问题进行求解,得到最优轨迹。通过仿真证明了该方法求得的最优轨迹对初始值不敏感,且具有良好的实时性。