An IPC-based Prolog design pattern for integrating backward chaining inference into applications or embedded systems

Prolog is one of the most important candidates to build expert systems and AI-related programs and has potential applications in embedded systems. However, Prolog is not suitable to develop many kinds of components, such as data acquisition and task scheduling, which are also crucial. To make the best use of the advantages and bypass the disadvantages, it is attractive to integrate Prolog with programs developed by other languages. In this paper, an IPC-based method is used to integrate backward chaining inference implemented by Prolog into applications or embedded systems. A Prolog design pattern is derived from the method for reuse, whose principle and definition are provided in detail. Additionally, the design pattern is applied to a target system, which is free software, to verify its feasibility. The detailed implementation of the application is given to clarify the design pattern. The design pattern can be further applied to wide range applications and embedded systems and the method described in this paper can also be adopted for other logic programming languages.     

基于神经网络的机动飞行器自适应控制方法

针对机动飞行器强耦合性、快时变性以及高不确定性的问题,建立了六自由度刚体运动数学模型,按照时间尺度将姿态运动模型分为快变子系统和慢变子系统并分别设计动态逆控制律。然后给出了神经网络自适应控制器的设计方法,对神经网络的逆误差补偿原理、输入的选择、权值矩阵更新规则进行分析。通过算例进行六自由度仿真,证明本文方法的跟踪精度较高。     

结合颅骨形态特征与神经网络的民族判别

针对颅骨民族判别问题，提出结合颅骨形态特征与神经网络的判别方法，可以推进法医人类学的发展，加快探索民族发展历程。首先，根据颅骨形态学相关研究，提取36个维吾尔族和汉族颅骨数据的几何特征；其次，采用反向传播神经网络（BPNN）对特征向量进行民族判别，并通过Adam算法对网络进行优化，避免陷入局部最优值，添加正则化项保证算法稳定性；最后，分别采用2种网络结构进行对比实验，输入层、隐藏层和输出层的神经元个数分别为36、6、2和36、12、2，并设置不同初始学习率进行对比实验。结果表明:隐藏层神经元个数为12、学习率为0.000 1时，分类精度最高，测试阶段平均准确率最高为97.5%。为了验证所提方法的普适性，生成116例国外颅骨数据进行实验，测试阶段平均准确率为90.96%。相比较于支持向量机（SVM）、决策树、KNN、Fisher等机器学习方法，所提方法学习能力更强且分类精度有明显提升。      

拦截大气层内机动目标的自适应积分滑模制导律

针对大气层内机动目标拦截的末制导问题，提出了一种自适应积分滑模制导律。基于抑制弹目视线旋转的原则，设计了一种视线转率收敛速率可调的跟踪剖面，选取跟踪误差与其积分为状态变量，采用状态有限时间收敛的积分滑模面与快速趋近律推导得到了积分滑模制导律。为了处理未知的目标机动项，提出了一种自适应算法，对目标机动项上界的平方进行估计，构成了自适应积分滑模制导律，并证明了其有限时间收敛的特性，给出了各状态变量的收敛域。最后，将制导律转换成适用于大气层内拦截的形式。仿真结果表明，所提制导律能够精确拦截机动目标，剖面跟踪误差收敛速度快，过载分布均匀，能量消耗少，并具有良好的噪声特性，易于工程实现。     

星-地混合通信网络前向链路安全传输方案研究

针对星-地混合通信网络前向链路在部分非理想信道状态信息(CSI)及非理想CSI下卫星窃听链路的安全问题，提出一种将地面基站信号作为协同干扰的安全传输方案。优化目标为地面基站节点传输速率最大，确保卫星合法节点接收信号质量，同时利用地面基站发送信号阻塞卫星潜在窃听节点对卫星信号的侦听。通过半定松弛原理将其转化为可解的凸优化问题，分别设计分层迭代、高斯随机化和二分搜索算法对问题进行优化求解。仿真校验结果表明，所提方案能够降低网络对CSI误差的敏感性，提高网络的可靠性和保密性。     

在轨服务中的仿生抗冲击结构研究

针对在轨服务航天器末端执行器在抓捕目标时由于速度不匹配而产生的振动问题，本文受自然界中高速奔跑的袋鼠腿部结构启发，将嵌套仿生X形结构安装在服务航天器机械臂和抓捕机构之间，来抑制由碰撞所产生的抓捕后振动。通过对此系统在受到外冲击力下进行建模分析，并与传统的弹簧质量阻尼器和单层仿生X形结构的隔振性能进行对比，仿真结果表明,此嵌套仿生X形结构隔振系统具有更好的振动隔离效果，能够更加有效地抑制航天器抓捕后振动。     

十二表冗余捷联惯导系统数据融合技术研究

针对采用正十二面体冗余仪表构型的十二表冗余捷联惯性导航系统,通过仿真和样机试验,开展了基于最小二乘估计的数据融合算法研究。对不同故障模式下的系统精度进行了分析,并通过Monte Carlo仿真验证了数据融合算法对提高系统导航精度的有效性。设计开展了样机静态导航试验,试验结果表明,理论最优的马尔柯夫估计并不完全适用于脉冲输出形式仪表的数据融合。最后通过优化改进加权系数、构造加权矩阵,显著提升了样机的静态导航精度,使样机位置误差和姿态误差与三表直接解算相比分别降低了78.6%和77.9%。     

基于多步裁定法评估编队超视距空战效能

提出了评估编队歼击机超视距空战效能的多步裁定法。用损失交换比和剩余飞机数量作为效能指标,将最优火力分配与空空反导弹引入到多步裁定模型中。考虑了电子对抗与飞机生存力,计算了歼击机领先发射概率、空空导弹击毁概率和发射次数。算例表明,领先发射一方超视距空战效能通常较高,滞后发射一方若采用最优火力分配、空空反导弹、电子对抗及提高飞机生存力等措施也可提高超视距空战效能。此模型计算简便,合理有效。     

Design and Fabrication of a Bio-inspired Acceleration Sensor Using Liquid Mass Blocks

A linear acceleration sensor,which is inspired by the human balance organ,is designed and prepared. It uses a liquid mass-block and a symmetrical-electrodes metal-core polyvinylidene fluoride fiber(SMPF)as the sensor element. The output signal of the sensor has an exponential relationship with the excitation amplitude of the impacting vibration. It is capable of detecting the amplitude and the correct frequency for sinusoidal excitations using an exponential correlation. The experiments indicate that both the output signal of the sensor and the resonance frequency increase substantially with increasing diameter of the metal core. The first-order resonance frequencies of the sensors with 40,60,and 80 μm diameter metal wires are below 10 Hz,which is near the range of human body motion frequencies.