仿生变构型飞行器智能控制技术:进展与展望

仿生变构型飞行器是一种为适应环境和任务的变化而具备动物外部构型变化能力的新型飞行器，变构型的动态飞行特征给控制系统设计带来了一系列挑战。飞行器仿生变构型的过程是一种飞行器“眼、耳、脑、体、翼”等多器官协调的智能行为，控制系统设计的主要目标是在“感知—决策—反馈—执行”全控制回路的框架下解决“为何变”“如何变”等智能行为的设计问题，赋予飞行器(特别是无人飞行器)在复杂干扰和不确定环境下强自主、强适应、强生存等智能能力。结合近年来智能控制和仿生技术的发展，从仿生智能的视角梳理变构型飞行器控制技术的研究现状和存在问题，指出仿生变构型飞行器设计需要完成从“方法论”“系统论”设计到“环境/任务/系统一体化”设计亦即“行为论”设计的跨越;进一步提出了机理与数据混合驱动建模、多维信息仿生感知、智能自适应变形决策、变形与飞行一体化控制、全回路安全控制等前沿科学问题，并给出了可能的解决思路。     

天基星空背景观测覆盖范围计算方法研究

针对日趋复杂的空间环境，天基观测由于其分布灵活和全天候观测的特性受到越来越多的关注，该类问题为典型的星空背景观测（above-the-horizon，ATH）问题。基于分段积分思想，提出了一种ATH观测三维空间覆盖范围的计算方法，涵盖了该问题所有可能的10种积分形式，适用于因观测约束参数不同取值而形成的任意几何构型场景。不仅在二维平面覆盖问题上与现有方法进行了比较并验证，还首次解决了ATH在三维空间中覆盖体积的定量解析计算难题。仿真结果表明，平面和空间覆盖最大化所对应的最优观测轨道高度存在明显差异，空间覆盖计算模型能更为准确有效地表示卫星覆盖性能，同时能为星座优化设计提供参考。     

多源信息融合卫星组合导航系统的可观度分析

针对基于GNSS卫星、地标矢量和星光矢量的多源信息融合的高轨卫星组合导航系统,分别利用系统可观度分析方法和状态可观度分析方法对其进行分析。仿真结果表明:在GNSS导航卫星不可见时,地标矢量和星光矢量可以有效地提供测量信息,并保证滤波器的稳定。可观度分析结果表明:系统可观度主要受GNSS导航星的可见星数目影响较大,地标矢量和星光矢量的引入有助于提高可观度;基于状态的可观度可以大致反映出滤波器每个状态的误差大小。     

水导激光加工CFRP深槽微观形貌特性

碳纤维增强塑料(CFRP)中树脂基体和纤维增强相两种异质材料的性能存在巨大差异，使得其在航空航天领域的广泛应用受到现有加工能力的制约。因此，具有热损伤小、加工深度能力强等优势的水导激光加工技术在特种加工领域展现出优越的加工能力。基于有限元法中的单元生死技术，建立了水导激光加工非均质纤维树脂基体的三维瞬态温度场模型。在该模型下，利用双向循环扫描的加工方式对切面的微观形貌进行仿真与实验研究。研究表明：水导激光加工时水射流对材料的强对流换热效果显著，使材料的去除率和排屑率保持在一个较高的水平。在深槽加工时，铺层为90°的表层碳纤维会出现断裂现象，这成为断面损伤的主要来源。通过对切面不同侧边、不同深度的表面形貌进行分析，认为水射流高效的排屑率是实现水导激光高精度加工的关键因素。因此，改变扫描深宽比能有效减少深槽处的纤维损伤，切面可以获得较小的粗糙度和锥度。当扫描深宽比减少一倍时，损伤区域缩小46%。     

空间仿生可变构智能感知网络技术

基于仿生集群系统感知功能与行为的视角，提出了空间感知网络的若干前沿科学问题，包括仿生可变构异构空间分布式智能感知网络设计、单星自主机动对准和协调操控、星群协同相对测量与控制等。在干扰对抗态势下，空间感知网络的生存智能需求是保持各节点的可变构型网络、异构分布式感知与协调控制，从抗扰、容错和节能等角度提出了未来智能感知网络所应具有的安全、绿色和免疫等特征。仿生空间感知网络的目标是通过可变构异构分布式星群设计，实现星群多源信息融合和“眼、耳、脑、体、群”的智能协调，提高感知网络的智能协调能力以及对于空地目标与空间态势的感知、理解、预判和机动处置能力。