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基于弹丸旋转规律的弹道终点辨识和引信全弹道安全控制方法

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兵工学报 2024年第9期45卷 3105-3113页

作者：史博陈曦李鹏斐韩若愚秦泗超贺中正孙颢洋北京理工大学机电学院北京100081

弹丸在飞行时所处的复杂环境可能引起弹药在待发状态下意外作用。基于6自由度刚体弹道方程组,运用4阶龙格-库塔算法对运动方程组进行数值计算,得到弹丸旋转速度随时间的衰减规律。采用某型榴弹开展炮射试验并回收试验数据,对弹丸旋转周... 详细信息

弹丸在飞行时所处的复杂环境可能引起弹药在待发状态下意外作用。基于6自由度刚体弹道方程组,运用4阶龙格-库塔算法对运动方程组进行数值计算,得到弹丸旋转速度随时间的衰减规律。采用某型榴弹开展炮射试验并回收试验数据,对弹丸旋转周期2阶导数的过零特征点进行验证。针对发射装药量和射角两个发射条件对特征点的影响规律进行研究,提出基于旋转特征点的弹道终点时刻辨识方法,设计基于磁场传感器的弹道终点实时辨识系统,并开展靶场炮射试验进行验证。研究结果表明,弹载弹道终点辨识系统和弹道跟踪雷达获取的弹道终点时刻相对误差小于5%,验证了所提弹道终点辨识方法的正确性。在此基础上,进一步提出适用于一种旋转稳定弹药的机械-电子双模全弹道安全控制方法,在利用发射后坐过载和旋转离心力两道环境信息的基础上,采用终点辨识作为第三道环境信息,实现引信全弹道安全控制。新提出的基于弹丸旋转规律的弹道终点辨识及引信安全控制方法,为提高旋转稳定弹药全弹道安全性提供了新的思路。

关键词：旋转稳定弹药引信全弹道安全控制旋转周期终点辨识 2阶导数

基于深度学习和双域融合的红外成像制导系统复杂背景噪声去除方法

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兵工学报 2024年第6期45卷 1747-1760页

作者：栗苹周宇曹荣刚李发栋曹宇曦李佳武张安琪北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081 北京理工大学唐山研究院河北唐山063611

红外成像制导系统受到严苛运行环境影响,其成像过程伴随复杂背景噪声干扰,严重影响系统制导跟踪精度。为减少复合噪声对红外成像效果的影响,在分析多种常见噪声的成因和特性的基础上,提出一种基于加性成分和乘性成分的噪声特性先验设定... 详细信息

红外成像制导系统受到严苛运行环境影响,其成像过程伴随复杂背景噪声干扰,严重影响系统制导跟踪精度。为减少复合噪声对红外成像效果的影响,在分析多种常见噪声的成因和特性的基础上,提出一种基于加性成分和乘性成分的噪声特性先验设定,结合空间域和变换域的双域融合去噪思想,设计了一种基于深度卷积神经网络的多类型噪声去除方法。该方法将富梯度流卷积模块引入UNet++结构以缩减梯度信息冗余并提升多感受野特征提取能力;针对噪声形态特性提出维度注意力机制以实现双域噪声估计;引入高阶双树复小波变换作为域变换方法,提升在不同尺度和方向上对噪声成分的识别能力。通过消融实验验证了噪声先验设定以及双域融合去噪思想的有效性和优越性,通过对比实验证明了所提方法对多种类型噪声均具有优秀的去噪能力。所提方法对高斯噪声的去噪峰值信噪比和结构相似度指标分别达到29.57和0.85,优于其他典型噪声抑制方法;对多类型混合噪声则分别达到27.84和0.82,达到良好的去噪水平。此外,也验证了所提方法对真实图像噪声具有优秀的去噪能力。

关键词：红外成像图像去噪深度学习空间域去噪变换域去噪

基于卷积神经网络的肌电信号人体运动模式识别技术

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兵工学报 2024年第7期45卷 2144-2158页

作者：刘亚丽鲁妍池马勋举宋遒志北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院外骨骼技术研发中心山东济南250300

随着外骨骼机器人等肌电控制设备的快速发展,表面肌电信号此类非平稳、非周期信号在高性能运动识别系统中的应用已成为相关研究领域的重点。为实现肌电信号跨域特征融合,提出一种基于肌电信号的双卷积链神经网络模型,采集7块关键肌肉的... 详细信息

随着外骨骼机器人等肌电控制设备的快速发展,表面肌电信号此类非平稳、非周期信号在高性能运动识别系统中的应用已成为相关研究领域的重点。为实现肌电信号跨域特征融合,提出一种基于肌电信号的双卷积链神经网络模型,采集7块关键肌肉的原始肌电信号,经特征提取,转化为能量核相图和离散小波变换系数特征图,分别输入双卷积链神经网络的卷积神经网络分支和MobileNetV2分支,利用融合模块提取高层隐藏特征并进行充分交互。制备包括以上两种特征图像和传统肌电信号图谱在内的3种数据集。3组交叉实验结果表明:所提方法对6种自测下肢运动的平均识别准确率达94.19%,显著优于其他特征组合与网络架构;在ENABL3S开源数据集识别7种下肢运动中取得98.32%的稳态识别准确率,进一步验证了所提方法优良的肌电特征捕捉能力和模式识别准确性。

关键词：外骨骼机器人表面肌电信号运动模式识别双卷积链神经网络能量核小波变换分析

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自由活塞发动机电动压气机优化及熵产分析

内燃机学报 2024年第1期42卷 78-86页

作者：陈雪康施新胡晨星北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将... 详细信息

为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略.结果表明:叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1.不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团.压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失.优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低.上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导.

关键词：自由活塞发动机电动压气机不可逆流动损失熵产涡度

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不可达系统的鲁棒贝叶斯估计方法

控制理论与应用 2024年第2期41卷 221-228页

作者：易圣伦任雪梅北京理工大学自动化学院北京100081

本文针对模型扰动下的不可达系统,提出了一种新的针对退化分布下的极大极小博弈问题的求解和证明方法.首先,文章将有相对熵约束的极大极小博弈问题转换成了一个无约束的拉格朗日函数,并找到其在均值和奇异的方差矩阵方向上都为严格凹函... 详细信息

本文针对模型扰动下的不可达系统,提出了一种新的针对退化分布下的极大极小博弈问题的求解和证明方法.首先,文章将有相对熵约束的极大极小博弈问题转换成了一个无约束的拉格朗日函数,并找到其在均值和奇异的方差矩阵方向上都为严格凹函数的条件;其次,本文通过求解其均值和方差的极大值,得到所对应的鲁棒贝叶斯估计器和奇异的扰动状态误差协方差矩阵;最后,文章证明存在一个唯一的拉格朗日乘子满足其约束条件.微机电系统加速度计漂移估计仿真结果表明对所提算法的有效性.

关键词：鲁棒估计贝叶斯理论不可达系统极大极小博弈

小口径定距空爆弹末端防空拦截实时模拟及开舱距离研究

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兵工学报 2024年第2期45卷 584-593页

作者：娄文忠何博冯恒振李昕哲杨庭琪苏文亭吕斯宁张明荣余学瑞北京理工大学机电学院北京100081 重庆长安望江工业(集团)有限责任公司重庆401120

针对现有小口径定距空爆弹末端防空拦截及开舱距离模拟中,无法体现开舱后子弹云团与目标的动态交会过程,并忽略了定距空爆引信实际启动规律,导致毁伤效能评估不准确的问题,开展小口径定距空爆弹末端防空拦截实时模拟及开舱距离进行研究... 详细信息

针对现有小口径定距空爆弹末端防空拦截及开舱距离模拟中,无法体现开舱后子弹云团与目标的动态交会过程,并忽略了定距空爆引信实际启动规律,导致毁伤效能评估不准确的问题,开展小口径定距空爆弹末端防空拦截实时模拟及开舱距离进行研究。通过建立多束定向预制破片战斗部、弹目交会及以巡航导弹为拦截目标的等效目标数值模型,搭建小口径定距空爆弹末端防空拦截实时模拟平台。基于实时模拟平台,引入武器系统误差与定距空爆引信实测启动规律,分析炮弹在不同射击距离下开舱距离与毁伤效能的关系,并对小口径定距空爆弹引信技术发展方向进行展望。研究结果表明,引信实际启动规律使得最优毁伤效能随射击距离的增加而减少的幅度增大,在射击远距离目标时,0~20 m的开舱距离内都存在着较高的完全脱靶率。

关键词：小口径弹药定距空爆弹末端防空拦截引信启动规律实时模拟毁伤效能开舱距离

基于脑机接口与人机闭环的远程脑控无人机系统

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兵工学报 2024年第9期45卷 3191-3203页

作者：刘思宇张德雨明致远刘梦真刘紫玉陈启明张健吴景龙闫天翼北京理工大学医学技术学院北京100081 北京航空航天大学杭州创新研究院浙江杭州310051 北京理工大学机电学院北京100081

随着现代军事战争的迅速演变,远程脑控无人机在实现战场信息获取、目标监视和战术部署方面扮演着愈发重要的角色。提出一种应用于远程脑控无人机的压缩感知控制范式和人机闭环控制算法,基于该控制范式及控制算法搭建面向军事应用场景的... 详细信息

随着现代军事战争的迅速演变,远程脑控无人机在实现战场信息获取、目标监视和战术部署方面扮演着愈发重要的角色。提出一种应用于远程脑控无人机的压缩感知控制范式和人机闭环控制算法,基于该控制范式及控制算法搭建面向军事应用场景的远程脑控无人机系统。在线实验结果表明:8名被试人员通过该脑控无人机系统进行导航任务,平均任务完成率为0.95,平均任务完成时间为100.46 s,显著优于基于人机开环控制算法的脑控无人机系统;新提出的脑控无人机系统可以应用于军事场景下的战场侦察,大幅度提高作战人员的无人机远程控制能力,拓展作战人员的战场感知范围。

关键词：脑控无人机脑机接口人机闭环压缩感知

纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合薄膜的电泳沉积制备及热性能

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火工品 2024年第3期 7-13页

作者：邓正亮王亚军何鹏飞刘瑞华甘强冯长根北京理工大学机电学院北京100081

为将纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合物(Metastable intermolecular composite,MIC)薄膜应用于微机电系统,采用水热法制备了MnO_(2)纳米棒和MnO_(2)纳米线,采用电泳沉积技术(Electrophoretic deposition,EPD)制备了纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜,对其结构、微观形貌以及热性能进行表征分析,并开展不同悬浮液浓度及电场强度下Al/MnO_(2)MIC薄膜的沉积动力学研究。结果表明:沉积的MIC膜均匀致密,无明显裂纹;纳米Al在薄膜中处于过剩状态;Al/MnO_(2)纳米棒薄膜的放热量高于Al/MnO_(2)纳米线。在沉积电压(或悬浮液浓度)不变的情况下,沉积质量与沉积时间呈抛物线关系,Al/MnO_(2)纳米棒的沉积效率高于Al/MnO_(2)纳米线。研究表明EPD法是制备纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜的理想方法,具有应用于微机电系统领域的潜力。

关键词：亚稳态分子间复合物含能薄膜电泳沉积沉积动力学热性能

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人体穿戴髋关节助力外骨骼的行走运动学分析

北京大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 422-430页

作者：刘玉黄岩周志浩北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学智能机器人与系统高精尖创新中心北京100081 仿生机器人与系统教育部重点实验室北京100081 北京大学人工智能研究院北京100871

针对现有下肢助力外骨骼研究中缺少对关节层面的运动学分析以及缺少对髋关节外骨骼助力机制的研究这一现状,对一款髋关节助力外骨骼在多种助力模式下的运动进行采集和分析,得到被试在不穿戴外骨骼、外骨骼零助力、外骨骼低助力、外骨骼... 详细信息

针对现有下肢助力外骨骼研究中缺少对关节层面的运动学分析以及缺少对髋关节外骨骼助力机制的研究这一现状,对一款髋关节助力外骨骼在多种助力模式下的运动进行采集和分析,得到被试在不穿戴外骨骼、外骨骼零助力、外骨骼低助力、外骨骼中助力、外骨骼高助力和外骨骼阻力共6种模式下的运动数据,并通过逆运动学计算和数据分析,得到关节角度曲线和步态特征。实验结果在关节层面明确了髋关节外骨骼的助力机制,可为助力外骨骼的设计和运动控制提供参考。

关键词：下肢助力外骨骼运动学分析人体行走运动步态特征