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基于双/多基SAR的集群协同探测与制导新进展

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航空学报 2025年

作者：吕金虎汪宗福刘克新于江龙刘德元北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

在高动态、强对抗、资源受限等复杂环境下，集群作战系统协同探测与制导技术面临严峻挑战。基于双/多基合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）的协同探测与制导技术，能够实现被动前视高分宽幅成像、多视角信息融合增强、以及... 详细信息

在高动态、强对抗、资源受限等复杂环境下，集群作战系统协同探测与制导技术面临严峻挑战。基于双/多基合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）的协同探测与制导技术，能够实现被动前视高分宽幅成像、多视角信息融合增强、以及多方向协同打击，是解决未来复杂环境下集群高可靠协同探测与制导难题、完成感知-认知-决策-执行（Observation, Orientation, Decision, Action, OODA）回路闭环的一种有效途径。近年来，随着双/多基SAR技术的进步，双/多基SAR在协同探测与制导领域的研究有了显著发展。本文旨在对双/多基SAR在集群协同探测与制导中的研究进展进行综述。具体来说，首先探讨基于双/多基SAR的协同探测与制导机理和典型工作模式，同时梳理复杂环境下基于双/多基SAR的协同探测与制导两个核心关键任务的技术需求；然后，介绍复杂环境下基于双/多基SAR的协同探测与制导涉及的各项关键技术及其进展，并对双/多基SAR架构下的协同探测与制导技术瓶颈与挑战展开分析；最后，围绕智能化、抗干扰等多方面挑战，展望基于双/多基SAR的集群协同探测与制导技术未来发展趋势。

关键词：双/多基SAR 集群系统协同探测协同制导复杂环境

基于分层自主决策和DQN的自适应牧羊控制方法

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控制与决策 2025年

作者：赵江杨智池沛王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学无人系统研究院

牧羊控制方法逐渐被应用于机场鸟群驱离、无人机放牧、空地协同监视和引导等大规模集群运动协调问题.以牧羊无人机为例,提出基于分层自主决策和深度Q网络(DQN)的自适应牧羊控制方法.首先,考虑离群个体活跃度衰减等因素,建立牧羊控制问... 详细信息

牧羊控制方法逐渐被应用于机场鸟群驱离、无人机放牧、空地协同监视和引导等大规模集群运动协调问题.以牧羊无人机为例,提出基于分层自主决策和深度Q网络(DQN)的自适应牧羊控制方法.首先,考虑离群个体活跃度衰减等因素,建立牧羊控制问题的感知和运动模型;然后,针对个体滞留和离群问题,提出基于全局质心的弧形轨迹(GCM-Arc)控制方法和避障策略,提升羊群受控个体占比;最后,建立分层自主决策模型,结合GCM-Arc控制方法与深度Q网络,提出分层GCM-Arc控制方法,以实现控制模式自适应切换和参数自适应调整.数字仿真实验表明,所提出方法在牧羊任务时间、无人机总路程、羊群平均半径、单体离群率和牧羊任务成功率方面,明显优于经典的两种牧羊控制方法.

关键词：牧羊控制无人机分层自主决策深度Q网络自适应路径规划

面向多目标跟踪的集群无人机自组织共识决策方法

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航空学报 2025年

作者：赵江皮明豪田栢苓池沛王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院天津大学电气自动化与信息工程学院北京航空航天大学无人系统研究院

分布式无人集群通过自主决策与信息交互，可实现协同跟踪与动态任务分配，在复杂多变的动态目标跟踪控制场景中展现出较大的应用潜力。针对单一无人集群难以对多个分散运动的目标进行有效跟踪的挑战，提出了一种基于信息共识的集群无人... 详细信息

分布式无人集群通过自主决策与信息交互，可实现协同跟踪与动态任务分配，在复杂多变的动态目标跟踪控制场景中展现出较大的应用潜力。针对单一无人集群难以对多个分散运动的目标进行有效跟踪的挑战，提出了一种基于信息共识的集群无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）自组织动态决策方法。首先，考虑到无人机间的通信距离约束与通信时延，设计了基于最新时戳转发原则的集群信息共识算法，实现集群无人机的信息共识。其次，提出了基于求助应答的集群协同决策算法，实现了成员调配决策与自组织分组。最后，设计了基于自协调机制的目标跟踪控制算法，实现控制分量权重的自适应调整以及自组织的目标跟踪。与现有关于多目标跟踪的研究相比，本文方法可在目标跟踪过程中实现动态目标分配决策，可根据各目标的逃逸风险大小确定为各目标分配的无人机数目。仿真结果表明，所述方法可在目标分散运动时实现集群的自组织分组，分组的无差率在0.9以上。

关键词：无人机多目标跟踪集群信息共识协同决策自组织

动态闭环不确定性量化理论与智能无人系统应用

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中国科学:技术科学 2025年第1期55卷 1-13页

作者：郭雷李文硕崔洋洋朱玉凯章健淳余翔包为民北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310051 中国航天科技集团有限公司科技委北京100048

干扰和不确定性广泛存在于各类实际系统.对干扰与不确定性的认知与量化是复杂系统设计、分析、控制与决策的关键问题,也是智能系统工程理论研究和实践的重要途径.鉴于无人自主系统的实时、反馈和闭环特征,依赖于开环离线计算分析的不确... 详细信息

干扰和不确定性广泛存在于各类实际系统.对干扰与不确定性的认知与量化是复杂系统设计、分析、控制与决策的关键问题,也是智能系统工程理论研究和实践的重要途径.鉴于无人自主系统的实时、反馈和闭环特征,依赖于开环离线计算分析的不确定性量化方法不再适用.本文结合无人自主系统背景,提出动态闭环不确定性量化理论,重点阐述如何突破多源异质干扰与不确定性闭环精细表征、动态分离估计、同时补偿/抑制/消纳、重构优化决策、智能测试评估和系统自主进化等关键技术,形成“复合表征-分离估计-前馈补偿/反馈抑制/闭环消纳-重构优化-智能测试与进化”的动态闭环不确定性量化理论框架,为实现“安全、绿色、免疫”智能无人系统设计和智能系统工程提供重要理论基石,提升复杂不确定环境下无人系统的自主性、安全性和可靠性.最后,结合若干典型案例说明了动态闭环不确定性量化理论在无人系统的应用.

关键词：无人系统动态闭环不确定性量化多源干扰与不确定性智能测试与进化智能系统工程

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基于局部信息融合的激光惯性里程计算法

导航定位学报 2025年

作者：杨丰澧赵龙北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院/数字导航中心

针对点云匹配不准确和特征冗余的问题，提出一种基于局部信息融合的激光惯性里程计算法：首先，对于特征处理后的点云数据，在局部地图中利用最近邻搜索获得初始匹配；然后，将局部范围内的相似匹配进行融合获得精确匹配，最后使用因子... 详细信息

针对点云匹配不准确和特征冗余的问题，提出一种基于局部信息融合的激光惯性里程计算法：首先，对于特征处理后的点云数据，在局部地图中利用最近邻搜索获得初始匹配；然后，将局部范围内的相似匹配进行融合获得精确匹配，最后使用因子图融合激光里程计（LO）和惯性测量单元（IMU）预积分约束构建激光惯性紧耦合的里程计系统。实验结果表明，通过在KITTI数据集上测试，与其他激光惯性里程计算法相比，本文算法的相对位姿误差平均降低17.1%，绝对位姿误差平均降低11.3%。

关键词：激光雷达(LiDAR) 激光惯性里程计平面点边缘点因子图

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基于事件触发机制的受油机空中加油稳定控制

北京航空航天大学学报 2025年

作者：邢卓琳徐忠楠荆献勇苏子康王宏伦南京航空航天大学自动化学院江苏曙光光电有限公司空军航空大学航空作战勤务学院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

针对无人受油机在空中加油过程中因时变质量/转动惯量，以及加油机尾涡、大气紊流等未知气流扰动导致的位置不稳定问题，提出一种基于事件触发机制的抗干扰飞行控制方法，以确保稳定受油机位置的同时，降低通信资源的占用。构建考虑复... 详细信息

针对无人受油机在空中加油过程中因时变质量/转动惯量，以及加油机尾涡、大气紊流等未知气流扰动导致的位置不稳定问题，提出一种基于事件触发机制的抗干扰飞行控制方法，以确保稳定受油机位置的同时，降低通信资源的占用。构建考虑复杂气流扰动和时变质量/转动惯量的无人受油机动力学模型，并将其改写为仿射非线性形式，以便后续控制器设计；为减少加油过程中通信资源的占用，引入事件触发机制，以最小化不必要的通信传输和执行器能耗；采用事件触发扩张状态观测器，对加油过程中无人受油机的时变模型扰动和不可测外界扰动进行准确估计，并在控制器设计中予以前馈补偿；开发了事件触发动态面抗干扰飞行控制器，实现无人受油机的位置稳定控制，并通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性。仿真结果表明：所提方法在降低通信资源占用和提高控制精度方面具有显著优势。

关键词：空中加油时变质量/转动惯量系统飞行控制事件触发控制抗干扰控制

复杂非线性和输出约束下一类非线性系统的自适应输出反馈事件触发跟踪控制

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控制与决策 2025年

作者：孙琛林岩王雪松张绪中国矿业大学信息与控制工程学院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

本文针对一类具有复杂非线性和输出约束的输出反馈非线性系统提出了一个自适应事件触发跟踪控制方法,其中系统的复杂非线性由与输出相关的非线性函数和不可测状态耦合构成.为了估计不可测的状态变量并补偿复杂的系统非线性,首先利用增... 详细信息

本文针对一类具有复杂非线性和输出约束的输出反馈非线性系统提出了一个自适应事件触发跟踪控制方法,其中系统的复杂非线性由与输出相关的非线性函数和不可测状态耦合构成.为了估计不可测的状态变量并补偿复杂的系统非线性,首先利用增益调节技术设计一个动态高增益,并基于此设计一个修改的高增益K-滤波器.然后,对跟踪误差引入性能约束函数并设计自适应动态面输出反馈控制器.基于此控制器设计一个触发条件来确定事件触发控制信号,使得系统的通信资源得到有效的节约.结果表明,利用所提的方案,系统的复杂非线性和触发误差均能被有效处理,输出约束能被保证,并且跟踪误差能够收敛到一个任意小的紧集.最终,控制方案的有效性通过高超声速飞机得到验证.

关键词：自适应控制事件触发控制输出反馈跟踪复杂非线性输出约束非线性系统

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UH模型数值计算优化分析

北京航空航天大学学报 2025年第2期51卷 546-552页

作者：张奎姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102206

数值计算是进行岩土工程问题分析的重要工具,将统一硬化(UH)模型准确、高效地应用于岩土工程数值计算具有重要价值。基于此,研究分析了UH模型在理论继承性、加卸载判断、等效思想应用等方面的优越性,开发了UH模型图形用户界面(GUI)组件... 详细信息

数值计算是进行岩土工程问题分析的重要工具,将统一硬化(UH)模型准确、高效地应用于岩土工程数值计算具有重要价值。基于此,研究分析了UH模型在理论继承性、加卸载判断、等效思想应用等方面的优越性,开发了UH模型图形用户界面(GUI)组件和用户自定义材料(UMAT)子程序,进而将UH模型有效嵌入有限元软件,并通过应用切线刚度矩阵的对称化方法及低压应力变换改进公式改进了数值计算的收敛性。将UH模型应用于地基荷载板试验模拟,发现UH模型计算所得荷载-沉降曲线与试验数据较为接近,体现了UH模型在地基变形计算中的可靠性。研究结果实现了UH模型数值计算功能的有效开发及计算方法的改进优化,对解决复杂岩土工程问题具有重要价值。

关键词：数值计算统一硬化模型用户自定义材料收敛性地基承载力

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基于多焦距复眼的合作目标宽范围自适应相对定位

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飞行力学 2025年

作者：杨思捷鲁泽胡芳芳王春阳全权北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院中国空气动力研究与发展中心

提出了一种多焦距复眼系统，用于实现无人机在大范围内的自适应相对定位。该系统通过组合不同焦距的镜头，以解决传统光学变焦和数码变焦在视觉定位中的局限性。在介绍坐标系和相机模型的基础上，详细描述了基于多焦复眼的相对位姿估计... 详细信息

提出了一种多焦距复眼系统，用于实现无人机在大范围内的自适应相对定位。该系统通过组合不同焦距的镜头，以解决传统光学变焦和数码变焦在视觉定位中的局限性。在介绍坐标系和相机模型的基础上，详细描述了基于多焦复眼的相对位姿估计方法，并通过扩展卡尔曼滤波器进行状态估计，从而该算法能够在特征点数量受限的情况下提供鲁棒的位姿估计。利用AirSim模拟器搭建了仿真实验，并开展了实物实验。实验结果表明，多焦复眼视觉系统能够在5～50 m甚至更远的距离范围内提供鲁棒且自适应的相对位姿估计，并具有较高的定位精度和良好的鲁棒性。

关键词：无人机相对定位复眼