雷达威胁环境下的无人机三维航迹规划

提出了一种雷达威胁环境下应用A*算法进行低空突防三维航迹规划的方法。首先对地形高程数据进行综合平滑处理,建立满足无人机机动性能要求的安全飞行曲面,并结合雷达威胁量化模型,计算出地形遮蔽雷达盲区的范围,最后在满足地形遮蔽雷达盲区的安全飞行曲面上运用A*算法规划出三维飞行航迹。仿真结果显示,该算法能简单、快速地获得三维最优航迹,易于工程实现。     

地形跟踪/地形回避飞行器航迹优化

提出了一种新的地形跟踪／地形回避（ＴＦ／ＴＡ）飞行器透迹优化方法,该方法将地形、威胁和障碍综合在一起用特定的地形模型来描述,并通过将地形模型与飞行器运动方程有机结合,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题,最后利用极大值原理给出了航迹优化算法,算法生成的航透既能以给定的高度跟踪地形又能自动回避危险和障碍物。     

基于飞行仿真平台的相关坐标变换模型

飞行力学中相关的飞行器运动方程都是在地面坐标系中建立的,地面坐标系的前提假设"平面大地"与地球表面具有曲率不符,经纬度能真实反映飞行器的飞行情况,但不能直接运用于飞行器运动方程.针对以上情况,提出了能够运用于地面坐标与经纬度相互转换的模型.在飞行仿真平台上,由飞行器运动方程建立相关的飞行机动动作模型,再由提出的坐标变换模型将运动方程中的相关参数转换为经纬度.实验结果表明,坐标变换模型是合理的,具有实用性,能运用于相关的飞行仿真平台中.     

无人机(固定翼)空中飞行规律研究

对揭示和描述无人驾驶飞行器空中飞行规律的运动方程的推导过程,和运动方程中各个参数物理概念进行了详实的分析,并将无人飞行器的运动方程与有人机运动方程进行了对比研究,结果表明:无人机、导弹和有人机空中飞行遵循同一个飞行规律。     

一种基于虚拟导航点的超低空飞行器威胁回避算法研究

为解决超低空飞行器在飞行过程中遇到突发威胁时的自主回避问题,提出了一种基于虚拟导航点的威胁回避算法。此算法以超低空飞行器具备自主探测能力为前提,针对不同威胁的规模和种类可快速生成虚拟导航点,实现对威胁的回避。结合算法设计和模型建立,将算法应用于存在未知威胁情况下的超低空飞行器实时自主飞行中,并进行了仿真。仿真结果表明,该算法理论简单,易于实现,能够有效保证超低空飞行的安全性。     

基于数字地图预处理的低空突防航迹规划

为保证飞行器能够实现所规划的航迹,研究了将地形及飞行器性能等信息融合构造虚拟地形表面的数字地图预处理方法,包括数据插值具体步骤和地形平滑处理方法。通过设计综合地形跟随、地形回避、威胁回避(TF/TA2)的目标函数,对最小威胁曲面进行转化,提高了实时航迹规划的速度,采用微分进化(DE)优化算法,实现了三维TF/TA2最优实时航迹规划。仿真结果表明,此地图预处理和实时航迹规划算法是有效可行的。     

一种适用于弹性飞机飞行仿真的补丁方法

现代飞行器呈现轻结构、大柔性和低阻尼等特点，气动弹性效应成为不可忽视的因素，使得弹性飞机存在明显区别于刚性飞机的运动响应。由于弹性飞机飞行仿真需研究刚弹耦合方程，增加了建模和验证的难度。针对该问题，提出了一种适用于弹性飞机飞行仿真的补丁方法，通过广义气动力的拆分和测量信号弹性增量的叠加构成“补丁模块”，将该模块置入6自由度全量方程的刚性飞机飞行仿真中，实现弹性飞机的飞行仿真。该方法充分利用了原有刚性飞机的飞行仿真模型，简化了弹性飞机的建模过程，有利于开展后续工作。以某大展弦比无人机为例，基于“补丁模块”的弹性飞机飞行仿真分析给出了对应的配平方法，并在机动响应、气动力非线性和气动伺服弹性稳定性研究中验证了该飞行仿真方法的可行性和准确性。     

一种极坐标系升力式再入六自由度仿真模型

建立了升力式再入飞行器在极坐标系下的六自由度模型。首先,定义了建模所需坐标系及转换关系;然后,建立了极坐标系下的升力式再入质心运动方程以及面对称飞行器在体坐标系下的转动方程,并利用坐标转换关系建立欧拉角转换辅助方程;最后,对欧拉角关系、开环六自由度进行了仿真验证。仿真结果表明,该模型可为同时关注位置变量和速度变量的升力式再入飞行器的飞行力学问题研究,如六自由度的轨迹优化、制导控制一体化设计等提供模型参考。     

民用飞机非对称动力时的飞行品质研究

民用飞机发生非对称动力飞行时,要求其能够继续安全飞行并着陆。对于双发飞行器而言,单发失效的概率较大,在此情况下,飞机必须采取相应的操纵来保持飞机安全飞行。因此,有必要对其飞行品质进行研究。通过对六自由度运动方程进行仿真计算,研究了飞机非对称动力时的操稳特性,并总结了其飞行品质的验证方法。仿真结果表明该方法是有效的,并具有一定的工程设计指导作用。     

PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统（FCS）与计算流体力学（CFD）的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程（RBD）以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。     

高机动导弹气动／运动／控制耦合的风洞虚拟飞行试验技术

解决先进飞行器大迎角高机动飞行时的气动／运动非线性耦合问题,需要发展基于非线性理论的风洞试验技术,即风洞虚拟飞行试验技术。该试验能够实现较为逼真的模拟飞行器机动运动过程,气动和运动参数的实时同步测量,以及飞行控制律的集成验证与优化,从而达到探索气动／运动耦合特性和机理的目的。本文介绍了风洞虚拟飞行试验的模拟方法、关键技术及其解决措施,并针对典型导弹模型开展了虚拟飞行验证试验。试验结果表明：目前已经初步具备适用于导弹模型跨声速气动／运动／飞行控制一体化研究的风洞虚拟飞行试验能力。     

飞行仿真中雷达地形数据库构建关键技术

雷达图像仿真是飞行仿真的重要组成部分,而雷达地形数据库为雷达图像仿真提供基本的数据支持。为构建满足仿真精度与实时性要求的雷达地形数据库,对相关关键技术进行了研究。在分析雷达图像仿真原理的基础上,研究了雷达地形数据库在分布式飞行仿真系统中的应用方式和组成形式。根据所用数据源的不同,对雷达地形建模技术进行了分类,并分析了不同建模方法的优缺点。比较了网格式与多边形式2种数据存储与调度技术的特点和适用性,指出多分辨率表示技术雷达地形建模中的重要性,给出了一种材质数据多分辨率映射的基于材质最大出现概率的子取样方法。对机载雷达实波束地形测绘成像进行了仿真。     

一种高效的数字地图高程数据存储格式

分析了DMA的DTED和USGS的DEM高程数据存储格式，比较了其异同，提出了一种高效的数字地图高程数据的存储格式并实现了存取算法。实验表明，该存储格式结构简单、便于扩展、容易实现，是一种Windows下进行数字地图数据交换的有效的文件存储格式，已经被用于数字地图三维可视化软件Terrain和新近开发的综合低空突防系统分布式仿真平台中作为数字地图数据的交换格式。     

All terrain ground collision avoidance and maneuvering terrainfollowing for automated low level night attack

The development of an all-terrain ground collision avoidance system (GCAS) in conjunction with a maneuvering terrain-following (TF) system is discussed. Both systems use a digital terrain database. These systems are presented concurrently because of their complementary mission role. The unprecedented pilot interaction available with the automatic systems provides a means to improve combat survivability significantly. The pilot is able to execute high rate turns, evasive maneuvers, and inverted ridge crossings while following the terrain contour. Safety is maintained in day, night and weather by the GCAS. The combination of these systems with an automated attack system, automatic target handoff system, night vision system, and a route planner to provide a lethal night attack capability is examined. Piloted simulation and preliminary flight test results are presented     

所需性能导航的飞行模拟机视景仿真实现

为实现适合所需性能导航(RNP)程序训练的飞行模拟机机场视景仿真数据库,从拉萨机场对RNP飞行程序训练的实际需求出发,研究RNP程序,对地形网格算法进行人为干预,引导地形生成需要的效果和精度,满足飞行验证和训练的要求,实现机场三维全态仿真与RNP程序的结合,研究结果可推广到其他类似机场的视景仿真开发。     

三维地形的计算机模拟生成技术

三维地形的生成是许多模拟器中的一项关键技术。文中给出了地形基准数据库的基本概念和一般的建立方法,并给出了形成计算机模拟三维地形的统计特性和产生方法。最后通过大量的计算仿真试验,对三维地形在不同地形条件下的变化进行了仿真评估。仿真结果为三维地形技术在实际的模拟器中的应用提供了依据。     

低空突防实时仿真中DED数字地图的地形提取技术研究

DED地形文件格式是MutiGen公司的专有数据格式,尚无关于其数据存储格式的详细说明,为在低空突防实时仿真系统中应用DED地形数据构建地形探测雷达模型、验证突防算法,通过实验分析得出DED地形文件信息存储格式,给出了地形数据提取与坐标转换的算法,有效地克服了低空突防实时仿真中缺乏大范围高精度地形数据的问题,解决了数学仿真和视景仿真地景完全匹配的难点问题。     

虚拟现实技术在飞行器级间分离仿真中的应用

主要讨论应用虚拟现实技术进行飞行器级间分离仿真分析的方法。给出了飞行器级间分离仿真时用于控制飞行器模型运动的虚拟世界结构，并且据此建立了一个包括飞行器模型和场景模型的虚拟世界。基于Matlab和Simulink，还给出了将虚拟世界与其它的计算程序结合起来的方法，实现计算、仿真、显示一体化。基于此框架，通过流体力学、飞行力学计算以及级间相对姿态和位置的计算和分析．研究讨论了飞行器级间分离碰撞干扰问题，为级间分离方案和分离机构设计提供了依据。     

一种飞行器投放分离气动力辨识修正方法

空中投放发射的大翼面飞行器的分离轨迹与姿态受载机干扰流场影响更加明显,对分离时干扰气动数据库的准确性提出了更高要求。针对投放分离干扰气动力特点,提出了一种简化的差量气动力模型,并给出了一套飞行数据处理与参数预估计的方法。分离段飞行数据的辨识结果与六自由度飞行动力学仿真结果说明了提出的差量气动模型与相关数据处理方法的有效性。用辨识结果对气动数据库进行修正提高了数据库的准确度,可提高分离安全飞行仿真分析的精度。