Evasion guidance algorithms for air-breathing hypersonic vehicles in three-player pursuit-evasion games

In practical combat scenario, the cooperative intercept strategies are often carefully designed, and it is challenging for the hypersonic vehicles to achieve successful evasion. Based on the analysis, it can be found that if several Successive Pursuers come from the Same Direction (SPSD) and flight with a proper spacing, the evasion difficulty may increase greatly. To address this problem, we focus on the evasion guidance strategy design for the Air-breathing Hypersonic Vehicles (AHVs) under the SPSD combat scenario. In order to avoid the induced influence on the scramjet, altitude and speed of the vehicle, the lateral maneuver and evasion are employed. To guarantee the remnant maneuver ability, the concept of specified miss distance is introduced and utilized to generate the guidance command for the AHV. In the framework of constrained optimal control, the analytical expression of the evasion command is derived, and the constraints of the overload can be ensured to be never violated. In fact, by analyzing the spacing of the pursers, it can be classified whether the cooperative pursuit is formed. For the coordination-unformed multiple pursers, the evasion can be achieved lightly by the proposed strategy. If the coordination is formed, the proposed method will generate a large reverse direction maneuver, and the successful evasion can be maintained as a result. The performance of the proposed algorithms is tested in numerical simulations.     

结合跳点引导的无人机随机搜索避撞决策方法

针对无人机在城市空域环境和密集交通流下的避撞决策问题，提出马尔科夫决策过程（MDP）和蒙特卡洛树搜索（MCTS）算法对该问题进行建模求解。蒙特卡洛树搜索算法在求解过程中为保证实时性而使其搜索深度受限，容易陷入局部最优，导致在含有静态障碍的场景中无法实现避撞的同时保证全局航迹最优。因此结合跳点搜索算法在全局规划上的优势，建立离散路径点引导无人机并改进奖励函数来权衡飞行路线，在进行动态避撞的同时实现对静态障碍的全局避撞。经过多个实验场景仿真，其结果表明改进后的算法均能在不同场景中获得更好的性能表现。特别是在凹形限飞区空域仿真模型中，改进后的算法相对于原始的蒙特卡洛树搜索算法，其冲突概率降低了36%并且飞行时间缩短47.8%。     

Computational engineering analysis of external geometrical modifications on MQ-1 unmanned combat aerial vehicle

This paper focuses on the effects of external geometrical modifications on the aerodynamic characteristics of the MQ-1 predator Unmanned Combat Aerial Vehicle (UCAV) using computational fluid dynamics. The investigations are performed for 16 flight conditions at an altitude of 7.6 km and at a constant speed of 56.32 m/s. Two models are analysed, namely the baseline model and the model with external geometrical modifications installed on it. Both the models are investigated for various angles of attack from −4° to 16°, angles of bank from 0° to 6° and angles of yaw from 0° to 4°. Due to the unavailability of any experimental (wind tunnel or flight test) data for this UCAV in the literature, a thorough verification of calculations process is presented to demonstrate confidence level in the numerical simulations. The analysis quantifies the loss of lift and increase in drag for the modified version of the MQ-1 predator UCAV along with the identification of stall conditions. Local improvement (in drag) of up to 96% has been obtained by relocating external modifications, whereas global drag force reduction of roughly 0.5% is observed. The effects of external geometrical modifications on the control surfaces indicate the blanking phenomenon and reduction in forces on the control surfaces that can reduce the aerodynamic performance of the UCAV.     

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。     

航空公司飞机选型评估方法

市场上往往具有多款机型能够满足航空公司增加或更换退役飞机的需求,因此需要对这些机型进行产品竞争力及投资分析评估。本文从备选机型角度,提出了飞机选型的4大分析要素并根据实际运营情况分别进行了详细分解研究。应用于案例的分析和计算表明,该方法符合航空公司实际选型评估需求,对航空公司合理评估和选择机型具有较大的参考价值。     

无人平台复杂地形探测的视触融合方法

为提高无人平台在复杂环境中的地形探测能力以及解决在小样本数据下识别地形困难的问题，提出了一种无人平台复杂地形探测的视触融合方法。在原始宽度学习的基础上，建立了多模态级联特征节点宽度学习框架。首先进行触觉和视觉初步特征提取和融合特征提取，随后将融合特征矩阵经宽度学习分类器得到地形识别的结果。最后，在自建的视觉-触觉地形 (V-T2)数据集进行了实验验证。结果表明，相比于传统的融合算法，提出的融合算法有很好的准确性和鲁棒性，为无人平台地形探测提供了有效的策略。     

基于IMU/FADS/无线电的火星上升器组合导航方案

以火星采样返回任务中火星表面上升为背景，研究了基于惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）、嵌入式大气数据传感系统（Flush Air Data Sensing System, FADS）和无线电信标的组合导航方法。首先，在传统的IMU导航框架中加入由无线电测量获得的相对距离、速度信息，以及由FADS获取的动压、温度数据，建立了基于IMU、无线电和FADS的导航观测模型；然后，基于无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter, UKF）技术对测量信息进行了融合，并压制了过程噪声和测量噪声，从而对上升器的状态进行了联合估计；最后，在数值仿真中，将UKF与自适应无迹卡尔曼滤波（Adaptive Unscented Kalman Filter, AUKF）技术进行了对比，在比较不同滤波器性能的同时，验证了组合导航方法的有效性。     

异构无人系统协同作战关键技术综述

针对异构无人系统的规模、异构性强弱，对异构无人系统进行了分类，引入了异构无人系统协同作战班组的概念以及应用设想，并通过城市环境中异构无人系统协同作战问题为牵引，提出了异构无人系统协同作战面临的挑战与解决思路，在此基础之上，从异构无人系统协同控制架构、协同任务规划、智能交互、目标感知、环境感知等主要方面对异构无人系统协同作战的关键技术进行了分析，最后对异构无人系统协同作战目前的研究进展与挑战进行了总结。     

吸气式电推进系统可行条件分析

吸气式电推进系统作为有可能实现长寿命超低轨飞行的技术而被关注。根据不同轨道环境条件，采用管状结构进气道、以及机械增压的吸气方式，讨论了吸气式电推进系统所需的可行条件。分析表明，在轨高度180~240km，航天器所需总功耗与迎风面之比需要大于2kW/m2，电推力器比冲需大于4×104m/s，方可满足推阻平衡需求。分析得出，实现吸气式系统在地球轨道的运用，关键技术在于增加气体收集效率并且降低收集功耗，同时电推力器的效率还需进一步提升。     

先进战斗机过失速机动大气数据融合估计方法

可控的过失速机动是先进战斗机超机动性能的重要标志，飞机飞行包线的扩大已超出传统的大气数据系统测量范围，可靠的迎角、侧滑角、总压、静压等飞行大气数据是制约先进战斗机过失速机动中飞行控制的关键因素。以中国推力矢量验证机为对象，基于过失速机动飞行试验的数据，开展大气参数估计与验证研究。结合过失速机动的时间与空间特性，研究了基于风速、地速、空速矢量和惯性姿态、导航参数的大气参数融合计算方法；针对过失速大迎角状态下飞机周围气流非定常、模型非线性导致的融合大气参数误差的复杂特性，进一步构建深度神经网络，对机动状态融合迎角、侧滑角的强非线性误差进行拟合。仿真和飞行试验表明：该方法可在大迎角飞行状态下实现主要大气参数的融合估计，过失速机动过程中融合迎角误差优于2.3°，融合得到的大气参数可为过失速大迎角机动飞行控制提供可靠的大气参数状态反馈。