Multi-UAV reconnaissance task allocation for heterogeneous targets using an opposition-based genetic algorithm with double-chromosome encoding

This paper presents a novel multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) reconnaissance task allocation model for heterogeneous targets and an effective genetic algorithm to optimize UAVs’ task sequence. Heterogeneous targets are classified into point targets, line targets and area targets according to features of target geometry and sensor’s field of view. Each UAV is regarded as a Dubins vehicle to consider the kinematic constraints. And the objective of task allocation is to minimize the task execution time and UAVs’ total consumptions. Then, multi-UAV reconnaissance task allocation is formulated as an extended Multiple Dubins Travelling Salesmen Problem (MDTSP), where visit paths to the heterogeneous targets must meet specific constraints due to the targets’ feature. As a complex combinatorial optimization problem, the dimensions of MDTSP are further increased due to the heterogeneity of targets. To efficiently solve this computationally expensive problem, the Opposition-based Genetic Algorithm using Double-chromosomes Encoding and Multiple Mutation Operators (OGA-DEMMO) is developed to improve the population variety for enhancing the global exploration capability. The simulation results demonstrate that OGA-DEMMO outperforms the ordinary genetic algorithm, ant colony optimization and random search in terms of optimality of the allocation results, especially for large scale reconnaissance task allocation problems.     

基于Cramér-Rao下限的多传感器跟踪资源协同分配

针对防空指挥控制系统中多传感器管理问题,提出了一种基于目标跟踪精度Cramér-Rao下限的多传感器跟踪资源协同分配方法。该方法首先利用目标战术重要性函数求解目标优先级;然后在目标优先级函数和目标—传感器配对效能函数的基础上,构造了多传感器资源协同分配一般模型,并根据目标跟踪过程特点将Cramér-Rao下限引入到协同分配的模型中,使得在进行跟踪资源协同分配时无需考虑目标跟踪滤波算法的选择。对于分配过程中出现的NP(Non-deterministic polynomial)难问题,探讨了利用匈牙利算法寻求满足条件的目标传感器最优组合,给出了模型求解的步骤。仿真结果表明,这种多传感器跟踪资源协同分配方法的可行性与模型求解的快速性。     

虚拟维修仿真系统的设计与实现

为解决当前虚拟维修平台在处理维修任务时存在的不足,提出了虚拟维修仿真系统结构框架。将系统结构设计成主要由维修场景构建、维修任务和动作分解及维修性分析评价数据输出三个功能模块组成。基于Jack软件平台完成了系统开发。以某装备维修任务典型工况为例,对系统进行实例验证。结果表明：该系统能有效地加快维修过程的创建,改善了人机界面的交互功能,提高了虚拟维修仿真系统的智能化程度,基本满足了维修仿真的需求,具有可行性与实用性。     

推力器布设对控制误差的影响分析

航天器推力系统发动机数目及其构型的选择直接影响控制系统的精度和完成要求任务的燃料消耗量.对航天器六自由度控制的推力分配问题进行了研究,参考卫星导航系统中几何精度衰减因子的定义,提出了发动机构型精度衰减因子的概念,用于定义发动机相对几何关系引起的执行误差与分配误差间的比例关系.通过矩阵理论分析得到了构型精度衰减因子随参与分配发动机数目增加而增加的结论,并通过仿真计算对相关结论进行了验证,为航天器发动机数目及其构型的选择提供了理论参考.     

基于PDCA循环的系统测试性设计方法

采用PDCA的核心思想,结合某型综合显示控制系统研发过程工程实际,提出了一套系统测试性设计的技术方法。通过将系统测试性设计过程按照“策划-实施-评估-改进”的戴明环循环思路,以测试性需求实现和验证为出发点,聚焦测试性设计技术状态风险管控,提出了测试性设计工作的关键技术路径,落实测试性设计过程闭环,可有效指导系统测试性设计。     

基于事件本体的CGF飞机实体作战计划模型

以海空作战仿真中的CGF为研究对象,在分析BDI Agent中的信念、愿望、意图与作战计划之间关系的基础上,分析了其中的动作序列的关系问题,利用时间关系公理对作战实体的思维状态进行了刻画,以CGF飞机Agent实体编队进行对海突击为想定,建立了基于事件本体的CGF飞机Agent实体作战计划模型,并利用Protégé本体建模工具进行了实现。应用实践证明,虚拟海战场中的CGF作战计划本体模型,可以为虚拟海战场综合环境建模和仿真中的作战实体作战计划提供语义上的支持,提高了作战实体的智能水平和对战场环境的认知能力,为CGF实体智能建模提供了新的手段和途径。     

固体微推力器阵列的推力估计与分配补偿方法

针对固体微推力器阵列(SPMA)中微推力器一次性点火,推力测试中难以获得精确推力的特点,为实现推力在线估计和实时补偿,提出一种利用二次规划对微推力器阵列推力进行估计,同时结合混合整数规划算法进行推力分配的方法,对估计算法收敛性以及控制系统稳定性进行了分析。该方法在不修改控制律的前提下,对推力器推力进行在线估计,并采用推力分配的方法实时补偿推力器出现的推力偏差,对系统稳定性的分析证明该方法可以保证系统的有界稳定。将其应用到微纳卫星编队保持中,仿真结果表明,在微推力器阵列出现推力偏差的情况下,该方法能很好地补偿推力偏差对控制系统造成的影响。     

Closed-loop dynamic control allocation for aircraft with multiple actuators

A closed-loop control allocation method is proposed for a class of aircraft with multiple actuators. Nonlinear dynamic inversion is used to design the baseline attitude controller and derive the desired moment increment. And a feedback loop for the moment increment produced by the deflections of actuators is added to the angular rate loop, then the error between the desired and actual moment increment is the input of the dynamic control allocation. Subsequently, the stability of the closed-loop dynamic control allocation system is analyzed in detail. Especially, the closedloop system stability is also analyzed in the presence of two types of actuator failures: loss of effectiveness and lock-in-place actuator failures, where a fault detection subsystem to identify the actuator failures is absent. Finally, the proposed method is applied to a canard rotor/wing (CRW) aircraft model in fixed-wing mode, which has multiple actuators for flight control. The nonlinear simulation demonstrates that this method can guarantee the stability and tracking performance whether the actuators are healthy or fail.     

推力矢量飞机控制系统设计与仿真研究

针对某型推力矢量飞机提出了一套控制方案,较好地将理论与工程实践结合起来,解决了飞机在全包线范围内的飞行控制问题。该控制方案包括常规机动控制器、大迎角超机动控制器、控制分配器及轨迹跟踪控制器等几个主要环节的设计,完成的控制系统满足全包线飞行品质的要求,可实现对大机动轨迹的精确跟踪。最后,对此综合控制系统进行数字仿真并给出部分仿真结果,结果表明所提出的飞行控制系统设计方案是成功的。     

基于射击次数的编队防空队形优化配置

为解决舰艇编队协同防空中抗击多方向来袭目标流的队形部署优化问题,提出了以编队对来袭目标流的综合射击次数为目标函数的优化方法。将编队总射击次数分解为零航路捷径和非零航路捷径下的射击次数之和,利用射击次数与、杀伤区纵深、队形配置向量之间的约束关系,给出了计算方法。以一字队形为例,建立了队形部署优化模型。