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基于改进平衡优化算法的折叠翼飞行器自抗扰控制器设计

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北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2449-2460页

作者：孟志鹏杨柳庆王波刘燕斌军事科学院国防科技创新研究院北京100071 南京航空航天大学无人机研究院南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016

针对折叠翼飞行器(FWV)模型误差和抗扰动能力较差及自抗扰控制器(ADRC)人工参数整定难的问题,提出一种基于莱维飞行的改进平衡优化(LEO)算法。给出典型FWV动力学模型,基于ADRC结构设计一种FWV的姿态控制器;在此基础上用所提算法整定了A... 详细信息

针对折叠翼飞行器(FWV)模型误差和抗扰动能力较差及自抗扰控制器(ADRC)人工参数整定难的问题,提出一种基于莱维飞行的改进平衡优化(LEO)算法。给出典型FWV动力学模型,基于ADRC结构设计一种FWV的姿态控制器;在此基础上用所提算法整定了ADRC参数,并从控制性能和抗干扰的角度对经参数优化后的ADRC和传统ADRC进行仿真对比;将所提算法与经典平衡优化算法、粒子群优化(PSO)算法等进行仿真对比。仿真结果表明:所提算法优化的控制器能提高FWV的控制精度和扰动抑制性能,验证了所提算法在解决ADRC参数优化问题时的优越性。对搭载优化后ADRC的样机进行实飞验证,结果表明:在风扰之下,FWV样机仍具有较好的飞行性能指标,进一步验证了所提算法优化的ADRC对FWV抗扰能力的提升。

关键词：折叠翼飞行器改进平衡优化算法莱维飞行自抗扰控制器姿态控制

类双锥型升力式返回器横航向不稳定性分析及改进

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北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2800-2809页

作者：陈刚孙雪李广兴赵丹马建颖何程上海航天技术研究院上海宇航系统工程研究所上海201109 南京航空航天大学无人机研究院南京210016

类双锥型升力式返回器的横航向稳定性对其理想再入策略的实施构成严苛的约束,且在设计阶段需要进行专门分析。针对类双锥型升力式返回器的标称再入过程,使用数值仿真方法计算该飞行器在全速域、宽迎角范围内的横航向稳定性,结合流场特... 详细信息

类双锥型升力式返回器的横航向稳定性对其理想再入策略的实施构成严苛的约束,且在设计阶段需要进行专门分析。针对类双锥型升力式返回器的标称再入过程,使用数值仿真方法计算该飞行器在全速域、宽迎角范围内的横航向稳定性,结合流场特征分析亚/跨/超声速速域内的横航向稳定性突变规律;重点分析涡流发生器、航向增强型面、重心偏置对横航向稳定性的影响及其作用机理,最终确定了航向舵偏转与重心偏置相结合的方案就是最佳横航向增稳方案。

关键词：升力式返回器高超声速横航向稳定性流动机理增稳措施

基于RRT-Dubins的无人机航迹优化方法

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兵工学报 2024年第8期45卷 2761-2773页

作者：王东振张岳赵宇黄大庆扬州大学信息工程学院江苏扬州225000 南京航空航天大学无人机研究院江苏南京210016

针对多障碍物环境下考虑无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)始末位姿、转弯半径和航迹长度的1阶光滑约束的UAV航迹规划问题,提出一种基于快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)算法和Dubins曲线以局部最优逼近全局最优... 详细信息

针对多障碍物环境下考虑无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)始末位姿、转弯半径和航迹长度的1阶光滑约束的UAV航迹规划问题,提出一种基于快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)算法和Dubins曲线以局部最优逼近全局最优的UAV航迹优化方法。利用RRT算法和基于贪心算法的剪枝优化方法,在二维任务空间中规划出满足避障要求的可行离散航路点。采用多条Dubins曲线平滑连接航路点,根据UAV始末位姿确定首尾曲线端点,基于UAV性能、障碍物和飞行参数的约束关系,建立多约束的航迹优化数学模型。通过粒子群优化算法确定曲线类型,同时优化曲线连接处位姿和曲线半径,获得最短航迹。仿真结果表明:所提方法得到的航迹与其他方法相比,在不同障碍物数量和始末位姿的多种场景中,平均长度缩短了11.48%,在避开障碍物的同时,满足UAV动力学约束。

关键词：无人机航迹规划快速搜索随机树算法 Dubins曲线粒子群优化算法航迹优化

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基于高速飞行器火力控制模型的智能解算方法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1693-1701页

作者：杨犇金飞腾刘燕斌陈柏屹彭寿勇南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学自动化学院南京211106 北京空天技术研究所北京100074

研究吸气式高速飞行器的火力控制解算问题,针对高速飞行器较传统的亚音速与超音速飞行器系统响应时间短,飞行环境复杂,对火力控制模型解算要求度高等难点,提出了一种高速飞行器火力控制模型的解算方法。构建了面向高速飞行器平台的火力... 详细信息

研究吸气式高速飞行器的火力控制解算问题,针对高速飞行器较传统的亚音速与超音速飞行器系统响应时间短,飞行环境复杂,对火力控制模型解算要求度高等难点,提出了一种高速飞行器火力控制模型的解算方法。构建了面向高速飞行器平台的火力控制模型,并根据高速飞行器的飞行特性,使用快速模拟法结合阿基米德优化算法求解攻击区域,并反解出载机初始的指令信号。仿真结果表明,该解算方法解算精度高,控制参数少,所实现的攻击区域广,且能发挥高速飞行器较强的飞行性能。

关键词：高速飞行器火力控制攻击区域阿基米德优化算法智能解算

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融合多维姿态自适应感知的无人机目标定位

光学精密工程 2024年第14期32卷 2272-2285页

作者：凌智城雷仲魁黄大庆徐诚胡亚楠南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京211106 南京航空航天大学无人机研究院江苏南京210016 南京长空科技有限公司江苏南京211899 南京航空航天大学航天学院江苏南京211106

针对无人机光电侦察平台目标定位中各姿态系统误差难以辨识和消除的问题,研究了融合多维姿态自适应感知算法的目标定位系统。本文依据目标定位原理建立了全流程的目标位置解算模型,利用光电侦察平台的锁定跟踪特性对合作目标点进行多次... 详细信息

针对无人机光电侦察平台目标定位中各姿态系统误差难以辨识和消除的问题,研究了融合多维姿态自适应感知算法的目标定位系统。本文依据目标定位原理建立了全流程的目标位置解算模型,利用光电侦察平台的锁定跟踪特性对合作目标点进行多次测量,分析多维姿态的系统误差偏移对定位结果的差异表征,基于深度神经网络设计多任务学习的时序特征提取模型对各系统误差进行自适应估计和反向补偿。实验结果表明无人机在4000 m飞行高度下,该系统能有效消除77%的系统误差,目标定位的误差由103 m下降至19 m,定位精度提升81%,可实现高精度的无人机目标定位。

关键词：目标定位无人机姿态自适应感知系统误差多任务学习

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基于场变换的非高斯随机过程快速算法

航空学报 2024年第18期45卷 192-204页

作者：刘晋铭谭星陈卫婷何欢南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学振动工程研究所南京210016

在非高斯平稳随机振动环境试验技术中,基于概率密度函数的试验技术更能精确地还原试验环境。但现有基于概率密度函数的随机信号仿真算法存在效率问题,难以在工程上应用。本文基于随机过程的场变换理论,提出了一种非高斯平稳随机过程仿... 详细信息

在非高斯平稳随机振动环境试验技术中,基于概率密度函数的试验技术更能精确地还原试验环境。但现有基于概率密度函数的随机信号仿真算法存在效率问题,难以在工程上应用。本文基于随机过程的场变换理论,提出了一种非高斯平稳随机过程仿真的快速算法。针对场变换理论中关键二重积分计算困难、计算速度慢的问题,对2个随机过程的相关系数函数进行级数展开,将一个含有隐式函数的复杂二重积分问题转换成一个简单的定积分问题,并利用Gauss-Hermite求积规则进行了快速求解。数值仿真验证了该方法能够在不影响仿真精度的前提下,提高非高斯平稳随机过程仿真的效率,满足了随机振动环境试验对于随机信号生成的实时性需求。

关键词：随机振动环境试验非高斯平稳随机过程随机信号仿真场变换理论概率密度函数

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基于综合赋权的目标可攻击价值综合评估排序

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1731-1737页

作者：孙学安王寅周齐贤南京航空航天大学航天学院南京211106

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标... 详细信息

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标的打击价值,建立空地目标价值综合评估的指标体系,采用熵权法和层次分析法相结合的主客观综合赋权法对指标进行赋权,最后通过扇形雷达图法对空地目标价值综合评估排序,并通过实例仿真计算多个空中和地面目标的价值,得出了符合常规的目标价值排序。

关键词：自主攻击目标排序综合赋权扇形雷达图法威胁评估

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高超声速飞行器时间协同预测校正鲁棒制导

宇航学报 2024年第3期45卷 421-432页

作者：魏昀鹏都延丽王文凯刘燕斌南京航空航天大学航天学院南京211106

针对存在参数不确定性的多高超声速飞行器滑翔段协同制导问题,提出了一种时间协同的预测校正鲁棒制导方法。首先,基于剩余飞行时间的动态航向角误差走廊实现了横向协同制导,为调整飞行时间提供了有利条件;设计了随协同飞行任务进程变化... 详细信息

针对存在参数不确定性的多高超声速飞行器滑翔段协同制导问题,提出了一种时间协同的预测校正鲁棒制导方法。首先,基于剩余飞行时间的动态航向角误差走廊实现了横向协同制导,为调整飞行时间提供了有利条件;设计了随协同飞行任务进程变化的权值函数,将剩余飞行时间引入纵向制导的预测校正过程中,确保协同飞行任务落点和协同时间的精度。其次,基于改进无迹卡尔曼滤波估计的方法对气动参数的不确定性进行估计,通过对剩余飞行时间与剩余能量的综合分析,修正了航向角误差走廊和标称迎角剖面,以提高协同制导系统的鲁棒性能。最后,分别在标称环境和参数不确定环境下开展了仿真实验,其结果证明了该协同制导方法的可行性和鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器预测校正时间协同制导鲁棒制导无迹卡尔曼滤波

基于传递熵的空中交通航路网络拥堵传播特性分析

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交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 263-273页

作者：张洪海瞿昕宜沈雪万俊强南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京211106

为深入剖析空中交通拥堵态势演变特性,辅助空中交通管制,确保航路网络的高效运行,本文研究空中交通航路网络拥堵传播相关问题。首先,选取交通流量、交通密度和交通汇聚度作为航段拥堵评估指标,建立FCM(Fuzzy C-Means)航段交通拥堵状态... 详细信息

为深入剖析空中交通拥堵态势演变特性,辅助空中交通管制,确保航路网络的高效运行,本文研究空中交通航路网络拥堵传播相关问题。首先,选取交通流量、交通密度和交通汇聚度作为航段拥堵评估指标,建立FCM(Fuzzy C-Means)航段交通拥堵状态评估模型;其次,提出基于传递熵理论的航段拥堵传播模型,并分析拥堵与拥堵传播之间的关联性;然后,建立基于传播指数与显著性面积指标的关键航段识别方法;最后,采用广州区域管制扇区内实测数据检验本文提出方法的有效性。研究结果表明:综合考虑宏观和微观特征的拥堵识别模型能够有效地划分航段的交通状态;拥堵传播受时段和拥堵程度的影响较大,夜间时段,畅通态在拥堵传播中占据主导地位,信息传播量比日间高30%,且信息有效期更长;在白天,高拥堵航段在拥堵传播中占主导地位,其信息传播量约为低拥堵航段的1.2倍,但信息有效期较短;广州高空航路网络的拥堵传播呈现明显的时空差异性,拥堵传播高峰时段主要位于12:00-14:00和18:00-20:00,略早于拥堵高峰期,沪蓉航路等东西向主干航路是拥堵传播的关键航路。这些规律可为空中交通管制单位实施管制措施和优化航路结构等提供理论支持。

关键词：航空运输交通拥堵传播传递熵航路网络时空因果关系