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A guidance and control design with reduced information for a dual-spin stabilized projectile

Defence Technology（防务技术） 2024年第3期33卷 494-505页

作者： yu Wang jiyan yu Xiaoming Wang Jia Fangxiu Intelligent Ammunition Technology National Defense Key Discipline Laboratory Nanjing University of Science and TechnologyNanjingJiangsu210094China

In this paper,an integrated guidance and control method based on an adaptive path-following controller is proposed to control a spin-stabilized projectile with only translational motion information under the constraint of an actuator,uncertainties in aerodynamic parameters and measurements,and control system *** to the fairly high rotation speed,the dynamic model of this missile is strongly nonlinear,uncertain and coupled in pitch,yaw and roll channels.A theoretical equivalent resultant force and uncertainty compensation method are comprehensively used to realize decoupling of pitch and *** response to the strong nonlinear and time-varying characteristics of the dynamic system,the quasi-linear model whose parameters are obtained by interpolation of points selected as the segmentation points in the trajectory envelope,is used for calculation in each *** cope with the system uncertainty caused by model approximation,parameter uncertainty and ballistic interference,an extended state estimator is used to compensate the output feedback according to the test ballistic *** order to improve the tracking efficiency and ensure the tracking error convergence with only translational motion information,the virtual guide point,whose derivative is deduced according to the Lyapunov principle,is calculated in real time according to the projection relationship between the real-time position and the reference trajectory,and a virtual line-of-sight angle and the backstepping method are used for the design of the guidance and control *** order to avoid the influence of control input saturation on the guidance and control performance due to the actuator limitation and improve the robustness of the system,an anti-saturation compensator is designed according to the two-step *** feasibility and effectiveness of the path-following controller is verified through closed-loop flight simulations with measurement,control,and condition *** result

关键词： Spin-stabilized projectile Reduced information Path-following control Extended state observer Coupled nonlinear system Input saturation

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复杂环境下无人机全覆盖三维路径规划算法

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计算机集成制造系统 2023年第8期29卷 2563-2573页

作者：陈艺于纪言南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对复杂实际环境下无人机进行快速三维全覆盖路径规划的问题,提出了无人机全覆盖三维路径规划算法。首先,二维全覆盖路径规划由全局运动策略、局部运动策略和摆脱死区策略组成,在全局运动策略中改进标记函数和提出次层起点动态搜寻策略... 详细信息

针对复杂实际环境下无人机进行快速三维全覆盖路径规划的问题,提出了无人机全覆盖三维路径规划算法。首先,二维全覆盖路径规划由全局运动策略、局部运动策略和摆脱死区策略组成,在全局运动策略中改进标记函数和提出次层起点动态搜寻策略,摆脱死区策略由A^(*)算法和改进环形搜索算法构成;三维全覆盖路径规划由分层规划策略、地图重构策略和层间连接策略组成,分层规划策略将三维分为不同间隔高度的二维环境,地图重构策略对二维进行动态地图构建,层间连接策略由头一层的遍历终点确定下一层的遍历起点。仿真结果表明:所提算法在二维全覆盖路径规划时,相较于传统的单环搜索方式摆脱死区策略,路径长度缩短2.7%,路径重复率减小3%;相较于无局部运动策略,路径长度缩短14.2%,总死点数目和路径重复率降低32.9%和4.4%,且运行时间减少6.7 s;在三维全覆盖路径规划时,相较于无地图重构策略,路径长度缩短27.33%,死点数目减少16.82%,运行时间减少70.8 s,路径重复率减小7%;最后进行参数分析,得出本算法性能最优时参数取值。综上,该算法能够适应复杂环境,且能有效降低死点数目和路径重复率,快速规划全覆盖路径,具有较好的鲁棒性。

关键词：无人机三维全覆盖路径规划复杂环境摆脱死区策略地图重构策略

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自适应纹理区域的多尺度融合立体匹配算法

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计算机工程与应用 2023年第18期59卷 198-206页

作者：陈艺于纪言于洪森南京理工大学机械工程学院南京210094

针对传统立体匹配算法匹配精度低,且单一代价函数不能同时应对强纹理区域、弱纹理和无纹理区域的问题,提出一种自适应纹理区域的多尺度融合立体匹配算法。首先设置自适应阈值,将图像划分为强纹理区域、弱纹理和无纹理区域,采用不同的尺... 详细信息

针对传统立体匹配算法匹配精度低,且单一代价函数不能同时应对强纹理区域、弱纹理和无纹理区域的问题,提出一种自适应纹理区域的多尺度融合立体匹配算法。首先设置自适应阈值,将图像划分为强纹理区域、弱纹理和无纹理区域,采用不同的尺度信息融合计算代价,在强纹理区域采用AD与Census相结合计算代价,在弱纹理和无纹理区域采用AD与梯度相结合计算代价;在代价聚合部分,为了解决传统十字臂区域构建过程不能根据不同像素点动态调整臂长的问题,弱化灰度值约束条件,同时添加多阈值梯度约束条件,增加弱纹理和无纹理区域的十字臂长,显著优化弱纹理和无纹理区域聚合过程,达到降低误匹配率的目的;最终通过视差计算和多步视差优化得到视差图。在Middlebury测试平台上进行实验,选择不同光照、不同曝光和无失真三种情况,对比不同代价函数的匹配精度,从而提出多尺度融合代价函数;同时和其他七种主流算法对比代价聚合后的匹配精度,实验结果表明,所提算法较于ELAS,最终平均误匹配率下降3.57个百分点;相较于LESC,实时性相对更强。相比单一的代价函数和聚合方式的立体匹配算法,此算法对不同纹理区域的适应性强,具有很好的鲁棒性。

关键词：机器视觉自适应纹理划分立体匹配多尺度融合聚合十字臂构建

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适用于复杂场景的多目标跟踪算法

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仪器仪表学报 2019年第3期40卷 126-137页

作者：孙宇嘉于纪言王晓鸣南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室南京210094

在视觉目标跟踪应用中,传统算法在光照变化、阴影、遮挡和背景运动等复杂环境下面临着鲁棒性较差的问题。针对上述问题,首先在局部二进制类型(LBP)背景模型基础上,提出了自适应像素距离阈值编码的背景模型(ST-LBSP)克服阴影和光照变化... 详细信息

在视觉目标跟踪应用中,传统算法在光照变化、阴影、遮挡和背景运动等复杂环境下面临着鲁棒性较差的问题。针对上述问题,首先在局部二进制类型(LBP)背景模型基础上,提出了自适应像素距离阈值编码的背景模型(ST-LBSP)克服阴影和光照变化对目标检测的影响;其次,为了克服遮挡、背景运动等问题,计算图像块之间的最小像素距离和图像块和目标历史数据之间的标准化差值平方和距离,依据距离信息对图像块进行整合;同时,对整合后的图像块,计算其光流矢量、区域内差异性和区域间差异性,对图像块进行分割;最后,采用结构化的支持向量机设计多目标跟踪器,实现了鲁棒的视觉跟踪。基于标准数据集的实验结果显示,该方法具有较强的鲁棒性和较高的跟踪精度。

关键词：信息处理技术计算机视觉多目标跟踪目标检测

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自适应温度补偿无线传感器网络时间同步方法

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仪器仪表学报 2019年第1期40卷 132-141页

作者：孙宇嘉于纪言王晓鸣南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室南京210094

时间同步是多智能体网络协同工作的基础,具有重要意义。低成本无线传感器网络节点时钟易受到环境因素的影响,导致节点时间同步误差增大,网络信道负载增加。针对上述问题,提出了一种低时钟再同步周期、自适应温度补偿的无线传感器网络时... 详细信息

时间同步是多智能体网络协同工作的基础,具有重要意义。低成本无线传感器网络节点时钟易受到环境因素的影响,导致节点时间同步误差增大,网络信道负载增加。针对上述问题,提出了一种低时钟再同步周期、自适应温度补偿的无线传感器网络时间同步方法。首先,基于双向通信时间同步模型,提出了温度补偿的节点频移量动态估计模型;然后,采用Almon函数加权求和的方式对温度和频移量数据进行融合,解决数据采样率不匹配和模型维度高的问题;其次,为进一步提高时间同步精度,采用Kalman滤波器对频移量和相移量估计值进行滤波,并采用系统状态后验估计值对节点本地时间进行补偿;最后,参照IEEE 802.15.4标准对时间同步精度的要求,设计了一种失效风险最小化的再同步决策函数,最大限度提高节点再同步周期,减少信道负载。在高低温箱、室内和室外3种环境下进行实验以验证所提的方法。试验结果表明,与洪泛时钟同步协议(FTSP)时间同步协议相比,自适应温度补偿的时间同步(ATCTS)算法平均时间同步误差降低了97.4%,室外环境下平均时间同步周期为324 min。

关键词：时间同步频移量估计自适应周期无线传感器网络

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低信标节点密度传感器网络的启发式定位算法

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仪器仪表学报 2018年第1期39卷 225-233页

作者：孙宇嘉王晓鸣于纪言南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室

针对传统无线传感器网络定位算法在信标节点密度较低时定位误差较大的问题,提出了一种基于加权最小二乘的迭代定位算法。首先,该算法将最小二乘估计器进行线性化处理,并根据节点之间的距离量测的方差进行加权,获得加权最小二乘估计器。... 详细信息

针对传统无线传感器网络定位算法在信标节点密度较低时定位误差较大的问题,提出了一种基于加权最小二乘的迭代定位算法。首先,该算法将最小二乘估计器进行线性化处理,并根据节点之间的距离量测的方差进行加权,获得加权最小二乘估计器。然后,通过分析定位过程中影响未知节点定位精度的因素,基于空间点分布的椭圆拟合,对信标节点的线性化程度、离散程度和偏置程度进行量化。以该量化特征作为未知节点定位估计的置信评分,结合信标节点集扩展和信标节点剪裁控制迭代过程中的误差传递。仿真和实验结果表明,与传统定位算法相比,该算法可以在极小信标节点占比情况下获得较高的定位精度,且在各向异性网络中表现出较好稳定性。

关键词：信息处理技术无线传感器网络迭代定位误差控制

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基于AODV的多弹组网路径稳定路由算法

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兵器装备工程学报 2019年第10期40卷 119-124页

作者：高翔于纪言南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室

弹道修正火箭弹多弹组成的无线网络由于节点高速运动、网络拓扑变化频繁,易导致弹节点间链路频繁断开,网络性能严重下降等问题。针对以上问题,提出了一种基于速度感知和路径稳定性的AODV路由改进算法RS-AODV。RS-AODV在路由发现阶段根... 详细信息

弹道修正火箭弹多弹组成的无线网络由于节点高速运动、网络拓扑变化频繁,易导致弹节点间链路频繁断开,网络性能严重下降等问题。针对以上问题,提出了一种基于速度感知和路径稳定性的AODV路由改进算法RS-AODV。RS-AODV在路由发现阶段根据节点的位置和相对运动速度以及通信半径筛选出合适的路由节点,综合考虑节点剩余能量和路由跳数等因素,建立相应的路径稳定评估函数,通过路径稳定评估函数筛选出最佳路由线路方案。采用OPNET进行网络仿真表明,RS-AODV路由算法较经典的AODV更适合运用在高速运动的节点网络中。

关键词：高速节点多弹组网速度感知路径稳定 RS-AODV OPNET

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固定鸭舵导引组件修正力模型改进及参数辨识

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兵工学报 2019年第2期40卷 257-264页

作者：冯斌于纪言王钰王晓鸣鞠潭南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094

固定鸭舵双旋弹道修正弹通过调整固定鸭舵相位角控制修正力方向,从而改变弹体姿态,实现弹道修正。准确的导引组件修正力模型是提高修正弹修正精度的关键。本文在风洞试验基础上验证了数值计算的有效性。针对非零攻角下翼身干扰不对称现... 详细信息

固定鸭舵双旋弹道修正弹通过调整固定鸭舵相位角控制修正力方向,从而改变弹体姿态,实现弹道修正。准确的导引组件修正力模型是提高修正弹修正精度的关键。本文在风洞试验基础上验证了数值计算的有效性。针对非零攻角下翼身干扰不对称现象,基于小扰动理论建立了基于4片舵片考虑翼身干扰的修正力模型。使用计算流体力学(CFD)所得数据,通过Levenberg-Marquardt算法对修正力模型进行参数辨识。辨识结果表明:基于4片舵片气动模型的y轴方向、z轴方向修正力随相位角呈正弦规律变化;在给定马赫数情况下,所建立的气动模型弹头对舵片的干扰系数对攻角变化不敏感,干扰系数随攻角相对变化小于4. 9%;所建立的修正力气动工程模型y轴方向和z轴方向修正力的残差平方和比现有模型更小,头部修正组件的修正力模型与CFD计算结果吻合较好。

关键词：双旋弹非对称鸭舵气动特性导引组件

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基于改进A^(*)算法的AGV路径规划

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兵器装备工程学报 2019年第S2期40卷 183-187页

作者：高翔于纪言南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室南京210094

提出了一种改进的A^(*)算法。首先在节点扩展环节,引入象限概念,限制当前节点只朝向目标节点所处的象限移动,有效降低了寻路过程中搜索的节点数量。其次在估价函数中考虑了AGV转向时间消耗成本、有效的搜索最短时间路径。采用索引矩阵... 详细信息

提出了一种改进的A^(*)算法。首先在节点扩展环节,引入象限概念,限制当前节点只朝向目标节点所处的象限移动,有效降低了寻路过程中搜索的节点数量。其次在估价函数中考虑了AGV转向时间消耗成本、有效的搜索最短时间路径。采用索引矩阵和无序数组的混合数据结构实现对Open表和数据的管理,显著提高了算法的效率。通过仿真实验分析比较了文中算法和传统A^(*)算法的性能。仿真结果表明,文中算法能有效减少寻路过程中的搜索节点数和转向次数,提高了路径搜索效率和平滑度。

关键词：改进A^(*)算法象限估价函数数据结构 AGV

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基于AODV的多弹组网速度感知路由算法

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兵器装备工程学报 2019年第5期40卷 137-141页

作者：何东于纪言南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室南京210094

弹道修正火箭弹多弹组成的无线网络由于节点高速运动、网络拓扑变化频繁,易导致弹节点间链路频繁断开,网络性能严重下降。针对以上问题,提出了一种具有速度感知的AODV路由改进算法SA-AODV。SA-AODV在路由发现阶段,根据节点的位置和通信... 详细信息

弹道修正火箭弹多弹组成的无线网络由于节点高速运动、网络拓扑变化频繁,易导致弹节点间链路频繁断开,网络性能严重下降。针对以上问题,提出了一种具有速度感知的AODV路由改进算法SA-AODV。SA-AODV在路由发现阶段,根据节点的位置和通信半径以及节点间的相对运动速度选出一部分在通信范围内且与数据发送节点相对运动速度较小的路由节点,然后通过节点间的相对运动速度评估出每条可到达目的节点的路由线路的有效生存时间,根据有效生存时间的长短选择最佳路由方案。采用OPNET进行网络仿真表明,SA-AODV路由算法较经典的AODV更适合运用在高速运动的节点网络中。

关键词：高速节点多弹组网速度感知 AODV SA-AODV OPNET

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