惯性／卫星制导炸弹鲁棒制导律设计

针对"惯性/卫星"制导炸弹特点和技战术要求,设计了一种带落角约束的满足L2增益指标的鲁棒制导律.制导律以控制视线角稳定为目标,选取状态变量简单,不要求炸弹速度可控,避免了求解复杂的Hamilton-Jacobi不等式,求解过程简便,便于工程应用.最后选取两种恶劣投弹环境进行了六自由度仿真,仿真结果表明:制导律对外界干扰和模型不确定性有很强的鲁棒性,并且能够很好地约束弹着角,同时较大地提高了投弹攻击区范围.     

无动力滑翔弹在风干扰下的控制与仿真研究

风场是无动力滑翔弹飞行过程中的一项重要干扰因素。针对滑翔导弹的气动力模型和其在不同飞行时段的运动特点,建立了航弹的姿态控制模型和制导律模型。并在一定的初始投抛条件下,利用C＋＋与Matlab飞行仿真软件混合仿真,对航弹的飞行参数进行了大量的计算和相应的6-D飞行轨迹仿真。提出了无动力飞行器的姿态控制方法和计算机软件实现仿真的技术途径。仿真结果表明风干扰是影响无动力滑翔弹控制系统稳定性和精度的重要因素。对于具有滑翔段的飞行器在实际设计中很有参考价值和工程实用价值。     

卫星制导炸弹参数空间法控制器设计

针对卫星制导炸弹在飞行过程中存在的参数摄动问题,特别是大空域参数时变,经典控制理论所设计的控制器难以满足要求.为消除干扰,保证系统的稳定性,采用参数空间法设计卫星制导炸弹的飞行控制系统,以适应其参数的大范围的变化,提高了控制精度.对某型号卫星制导炸弹,设计了俯仰通道的参数空间法控制律,给出了卫星制导炸弹控制系统计算机辅助设计的算法.数字仿真结果表明,方法能有效地解决卫星制导炸弹参数摄动带来的控制器设计问题,增强了控制系统的稳定性和鲁棒性.     

制导炸弹模态的综合火力/飞行控制系统设计

在制导武器模态下不易获得基于载机的瞄准误差,而不能使用非制导武器模态的典型系统结构配置方案,对此使用基于目标的瞄准误差反馈来实现载机的自动攻击,由此构造的综合火力/飞行控制系统结构在此称为整体式配置结构,并给出了综合控制系统的各组成部分及结构,最后在制导炸弹模态下进行了整个综合火力/飞行控制系统仿真,仿真结果表明用该系统实现制导炸弹自动攻击可获得十分优良的性能;提出的方法对其它制导武器模态的IFFC系统设计仍有普遍意义。     

激光半主动寻的导引头目标捕获概率仿真研究

该文针对某型激光制导航空炸弹系统,在加入各种干扰因素的基础上进行了全弹道计算机数学仿真,采用蒙特卡洛法估算了该激光制导航空炸弹在各种干扰下对目标的捕获概率,分析了风场、投弹篮框和初始离轴发射角三种扰动因素对目标的捕获概率的影响,并在此基础上提出了两种提高捕获概率的方法。仿真结果表明,所述方法对提高导引头对目标的捕获概率效果明显,可以应用到激光制导航空炸弹的制导与控制系统中。     

基于Simulink与Unity3D的制导弹药弹道可视化仿真

针对制导弹药的弹道可视化仿真中,观察视角单一,场景搭建简陋,无法模拟战场环境下制导弹药在攻击中的动态过程等问题,提出一种制导弹药弹道可视化模型的搭建方法。以某型激光制导弹药为对象,基于Simulink与Unity3D软件建立了联合仿真模型,采用Matlab/Simulink软件构建六自由度弹道仿真模型,采用Unity3D搭建包括制导弹药、目标和战场环境在内的三维场景,采用UDP通信协议将Simulink中的仿真数据传输到Unity3D中,提出一种数值可视化技术,能同时观察制导弹药的飞行姿态和仿真数值结果,实现制导弹药在战场环境下的弹道可视化仿真。将制导弹药参数加载到仿真模型中,对不同状态的目标进行了模拟攻击实验,实验结果显示,该仿真模型能够多视角、全方位地显示制导弹药的飞行姿态、弹道和过载情况,对于需要修改参数以逼近实战条件下的攻击过程,每次修正都能立刻通过可视化平台查看和验证修改结果。该可视化仿真模型为制导弹药的可视化仿真提供了便利的方法,对制导弹药的设计和作战使用具有一定的参考作用。     

卫星制导炸弹模型参考变结构控制器设计

为减小卫星制导炸弹各通道间的耦合影响,提出了机弹分离后快速单通道滚转控制至滚转稳定再介入俯仰、偏航控制的控制策略,建立了各通道的飞行控制模型.针对炸弹大空域参数时变特点,给出了一种模型参考变结构控制的方法来适应参数大范围的变化,提高了控制精度.对某型号卫星制导炸弹,分别设计了滚转、俯仰、偏航通道的变结构控制律.然后进行了六自由度弹体仿真.仿真结果表明,控制方案能有效地解决卫星制导炸弹通道间的耦合现象,增强了控制系统的适应性与鲁棒性.     

基于hp-自适应伪谱法的高超声速飞行器上升段闭环制导研究

对于高超声速飞行器的上升段而言,希望其能够在短时间内飞行较远的距离,并且达到理想的速度和高度;最重要的就是如何优化其轨迹,规避上升过程中的各种干扰因素,自主完成整个飞行任务。文章以X-33飞行器模型作为研究对象,提出一种基于hp-自适应伪谱方法的轨迹优化方法和闭环制导策略,实时修正飞行路径,使其最终以理想速度到达目标位置。通过仿真验证了该方法的可靠性。结果表明,该方法具有较高的精度,收敛时间快,为闭环制导实时性研究提供了方向。     

基于变结构控制的固定前置角制导律设计

弹载合成孔径雷达（SAR）的方位成像能力受飞行导弹的观测角影响,其末制导段采用前侧视工作方式。因此,必需合理设计制导律使前侧视条件成立。为了保证末制导段弹目间具有合适的夹角,采用变结构控制方法设计了一种固定前置角制导律,该制导律能够解决合成孔径雷达导引头对于前置角约束的问题。在制导律设计过程中,首先建立了弹目相对运动关系模型和具有终端角度约束时的视线角变化模型;在此基础上采用变结构控制的方法设计了固定前置角制导律;进而,对该固定前置角导引律进行了性能分析,得出了其一般攻击特性;最后,通过弹道仿真论证了其正确性与有效性。     

基于粒子群的高超声速飞行器闭环制导研究

对于高超声速飞行器的研究来说,凭借其超高的飞行速度和飞行高度,能够在短时间内飞行更远的距离。为了达到作战要求,需要规划整个飞行轨迹,而最为重要的便是上升段的制导问题。本文以X-33高超声速飞行器模型为研究对象,提出基于粒子群算法的闭环制导策略,实时修正飞行轨迹,使飞行器最终准确到达目标位置;并对该方法的可靠性进行了仿真验证。仿真结果表明,基于粒子群算法的闭环制导策略优化精度高,物理概念明确,能满足高超声速飞行器上升段的闭环制导需求。     

GNSS制导的V字型野外火隔离弹的控制策略

针对森林、草原大火的难于扑救和扑救过程中容易造成人员的严重伤亡。研制一种GNSS制导的野外火扑救弹,在先进的Compass/Galileo系统引导下,通过稳定控制系统依据无动力载体滑翔飞行的方案弹道,并利用载体上的“＋”字型尾翼对俯仰和偏航两个通道进行控制,可以实时有效地对于构成的V型灭火隔离弹的三个无动力载体姿态进行操纵。从而,可以使野外火隔离弹在空投后向着减少误差信号的坐标方向滑翔增程飞行,并且以V字形灭火隔离带的形状准确地命中着火点的地面目标,对准其野外火进行有效的阻隔与扑救。     

基于导向图优化的单幅图像深度去雾算法

针对雾霾等天气条件下获取的图像出现对比度下降、颜色失真等降质现象,提出一种基于导向图优化的单幅图像深度去雾算法。该算法在对大气散耗函数特性进行分析的基础上,引入图像局部均值和标准差优化导向图;再进一步对导向图进行分区域滤波,得到平滑且边缘清晰的导向图;然后采用快速引导滤波估计大气散耗图;最后根据大气散射物理模型恢复清晰图像。实验结果表明,恢复的图像清晰自然,细节丰富,近景去雾彻底,远景去雾有很大提升,在景深突变处的边缘取得较好的效果,提高了户外视觉系统的视见度和鲁棒性。     

基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划研究

无人机在进行山地航测时,经常遭遇鸟类等动态障碍,若不能及时规避掉障碍,极容易发生坠机事故。为此,研究一种基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划方法。基于山地环境模型,结合飞行路径长度、路径平滑度建立一个综合目标函数并利用改进布谷鸟搜索算法求解,得到无人机山地航测的初始路径。对图像进行预处理后,识别无人机初始路径飞行过程中遇到的障碍物,并通过超声波测量无人机与障碍物之间的距离,以此建立速度障碍模型,实现速度障碍碰撞分析,通过滚动窗口的方式确定无人机与障碍物是否存在飞行冲突。基于滚动速度障碍避障方法实现滚动角度避障和速度避障,获取最终的优化路径,完成基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划。测试结果表明:航测避障路径长度为571.45m,平滑度为165.52,规划的方案更具合理性。     

General fight rule-based trajectory planning for pairwise collision avoidance in a known environment

This paper presents a general flight rule-based autonomous trajectory planning scheme for two aerial vehicles to avoid obstacles and collisions in known environments in low-altitude airspace for general aviation. Flight rules in low-altitude airspace are first introduced based on the general flight rules in US, UK and China, and then the suitable flight rules are embedded into the trajectory planning algorithm. It is supposed that the flight parameters, such as positions and velocities, are all available to the aerial vehicles involved in the possible conflict. Then the trajectory of each aerial vehicle is calculated by optimizing an objective function, such as distance and fuel consumption, with the constraints corresponding to the airspace traffic rules. The optimization problem is solved by receding horizon control (RHC) based mixed integer linear programming (MILP). Compared with other collision avoidance algorithms, the proposed algorithm can be adapted to plan the autonomous trajectory to avoid pairwise collision and obstacles as proposed general flight rules. Simulations show the feasibility of the proposed scheme.     

Aerial online mapping on-board system by real-time object detection for UGV path generation in unstructured outdoor environments

An optimal path provides efficient operation of unmanned ground vehicles (UGVs) for many kinds of tasks such as transportation, exploration, surveillance, and search and rescue in unstructured areas that include various unexpected obstacles. Various onboard sensors such as LiDAR, radar, sonar, and cameras are used to detect obstacles around the UGVs. However, their range of view is often limited by movable obstacles or barriers, resulting in inefficient path generation. Here, we present the aerial online mapping system to generate an efficient path for a UGV on a two-dimensional map. The map is updated by projecting obstacles detected in the aerial images taken by an unmanned aerial vehicle through an object detector based on a conventional convolutional neural network. The proposed system is implemented in real-time by a skid steering ground vehicle and a quadcopter with relatively small, low-cost embedded systems. The frameworks and each module of the systems are given in detail to evaluate the performance. The system is also demonstrated in unstructured outdoor environments such as in a football field and a park with unreliable communication links. The results show that the aerial online mapping is effective in path generation for autonomous UGVs in real environments.     

一种基于GPS/SINS的精确制导炸弹控制系统的设计研究

基于GPS/SINS(卫星定位捷联惯导系统)复合制导的“联合直接攻击弹药(JDAM)”是美军最近研制成功的新一代制导炸弹。它具有制导精确,成本低廉,全天候攻击等优点[1]。本文给出了基于GPS/SINS制导炸弹的总体方案,重点研究了制导炸弹的弹道优化以及炸弹控制系统的设计,最后给出了仿真实例,仿真结果表明,所设计的控制系统能很好的完成跟踪轨迹的功能。