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未知环境下无人机编队智能避障控制方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 358-369页

作者：黄号马文卉李家诚方洋旺西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 西北工业大学自动化学院西安710072

为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究。在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现... 详细信息

为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究。在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现避障控制;并结合人工势场的方法和领从一致性设计了僚机群避障避碰控制策略,确保僚机能够规避障碍,跟随长机执行飞行任务。数值仿真实验结果显示,Greedy-DDPG算法的训练时长比DDPG算法的缩短了5.9%,避障的泛化能力得到提升;Monte Carlo仿真实验验证结果显示,该方法具有良好的鲁棒性。采用该方法可实现无人机编队协同飞行,对于保障无人机编队在未知环境中的飞行安全具有重要意义。

关键词：编队控制避障避碰强化学习集中式协同

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蝠鲼交错排布集群游动水动力性能

物理学报 2024年第13期73卷 201-209页

作者：高鹏骋田徐顺黄桥高潘光褚勇西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学宁波研究院无人航行技术研究中心宁波315048

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能,首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型,然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法.系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚,流... 详细信息

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能,首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型,然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法.系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚,流向间距0—1.5倍体长(BL)下的双蝠鲼集群游动过程,并结合全局三维涡结构和特征截面二维涡结构对集群系统以及集群中各单体的平均推力/效率进行分析.数值结果表明:当单体间流向间距较小时,相比于单独游动,推进性能急剧下降;随着流向间距增加,领航蝠鲼推进性能基本同单体游动保持一致;但当Dx=0.4BL时由于领航蝠鲼尾涡恰好越过跟随蝠鲼前缘直接作用在跟随蝠鲼初始脱落鳍尖涡处,大幅提升其旋涡能量,因此此时系统平均推力和效率提升均最大,分别为29.69%和6.77%.

关键词：蝠鲼集群游动交错排布水动力特性涡结构

制导控制系统半实物仿真总体方案设计及集成联试

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系统仿真学报 2024年第1期36卷 83-96页

作者：常晓飞焦佳玥陈康符文星闫杰西北工业大学无人系统技术研究院陕西西安710072

半实物仿真作为一个大型分布式仿真系统,其总体方案的设计优劣和集成联试的是否顺利,直接影响了系统性能指标的表现和建设目标的实现。归纳总结了总体方案设计的工作内容,分析了实时性、兼容性、扩展性和安全性的性能要求;给出了包括功... 详细信息

半实物仿真作为一个大型分布式仿真系统,其总体方案的设计优劣和集成联试的是否顺利,直接影响了系统性能指标的表现和建设目标的实现。归纳总结了总体方案设计的工作内容,分析了实时性、兼容性、扩展性和安全性的性能要求;给出了包括功能层次、运行机制和结构组成在内的典型半实物仿真系统总体方案;概括了仿真系统的集成联试内容,总结了典型系统的集成联试步骤,给出了系统验收测试的内容和系统可信度评估方法。

关键词：半实物仿真总体方案集成联试运行机制

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蝠鲼交错排布集群游动水动力性能研究

物理学报 2024年

作者：高鹏骋田徐顺黄桥高潘光褚勇西北工业大学宁波研究院无人航行技术研究中心西北工业大学航海学院

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能，首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型，然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法．系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚... 详细信息

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能，首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型，然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法．系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚，流向间距0～1.5倍体长下的双蝠鲼集群游动过程，并结合全局三维涡结构和特征截面二维涡结构对集群系统以及集群中各单体的平均推力/效率进行了分析．数值结果表明：当单体间流向间距较小时，相比于单独游动，推进性能急剧下降；随着流向间距增加，领航蝠鲼推进性能基本同单体游动保持一致；但当Dx=0.4BL时由于领航蝠鲼尾涡恰好越过跟随蝠鲼前缘直接作用在跟随蝠鲼初始脱落鳍尖涡处，大幅提升其旋涡能量，因此此时系统平均推力和效率提升均最大，分别为29.69%和6.77%．

关键词：蝠鲼集群游动交错排布水动力特性涡结构

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基于预设性能的导弹拦截鲁棒智能制导律

宇航学报 2024年第5期45卷 753-761页

作者：闫天程昊宇高萌靖郭雨岩许斌西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 华南理工大学自动化科学与工程学院广州510641 西北工业大学自动化学院西安710072

针对具有模型不确定性的导弹拦截问题,研究了结合预设性能控制的复合学习方法。首先,建立了导弹拦截的制导控制一体化模型。为了保证对双方脱靶量的约束,基于预设性能函数来保证跟踪性能。考虑系统中的模型不确定性,为了提高系统在不确... 详细信息

针对具有模型不确定性的导弹拦截问题,研究了结合预设性能控制的复合学习方法。首先,建立了导弹拦截的制导控制一体化模型。为了保证对双方脱靶量的约束,基于预设性能函数来保证跟踪性能。考虑系统中的模型不确定性,为了提高系统在不确定性下的精度,构造了一种复合学习律来在线估计系统的未知非线性函数。最后,通过Lyapunov分析,证明了系统的稳定性。经过仿真验证,所提出的算法可保证成功拦截目标,并能保证跟踪误差在规定的性能曲线之内,证明了该算法的有效性。

关键词：预设性能控制复合学习方法导弹拦截制导控制一体化模型不确定性

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亲水-超疏水相间表面通气减阻实验研究

力学学报 2024年第1期56卷 94-100页

作者：郭沛洋张毅张梦卓胡海豹西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518063

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循... 详细信息

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循环管道测试系统,测试了在湍流状态下,超疏水条带宽度与雷诺数对减阻效果的影响,并分析了对应的气膜铺展状态及其对减阻特性的影响.结果表明,亲水-超疏水相间表面持续通气能解决表面气膜层的流失问题,实现气膜层的长时间稳定维持;表面减阻率随水流速度(雷诺数)的增大呈现降低趋势,且表面气膜稳定性逐渐降低;表面减阻率随超疏水条带宽度增加呈现出先增后减的趋势,并在超疏水条带宽度为5.0 mm时达到最大,最大减阻率为40.2%.分析原因在于,超疏水条带较窄时,高剪切应力的液固界面占比较高,带来了较高的阻力;而条带较宽时,表面气膜层稳定性不佳.因而在某一流动状态下,存在最为合适的超疏水条带宽度,使得减阻效果最佳.

关键词：超疏水表面减阻通气气膜湍流

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采用利希滕贝格图的高超声速飞行器轨迹优化

宇航学报 2024年第2期45卷 181-191页

作者：张笑妍程昊宇韩博闫杰西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 中国人民解放军93525部队日喀则857000

针对复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化问题,提出一种混合算法进行求解,以解决现有轨迹优化方法对初值的强依赖性以及易陷入局部最优等问题。将高超声速飞行器再入轨迹优化建模成一个非线性规划问题,并设计双层优化结构进行求... 详细信息

针对复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化问题,提出一种混合算法进行求解,以解决现有轨迹优化方法对初值的强依赖性以及易陷入局部最优等问题。将高超声速飞行器再入轨迹优化建模成一个非线性规划问题,并设计双层优化结构进行求解。上层中,提出一种基于利希滕贝格图的自适应分段利希滕贝格算法(Adaptive piecewise Lichtenberg algorithm,APLA),为高斯伪谱法提供良好的初值。APLA通过引入拉丁超立方体抽样提升算法初始触发点的效能,引入全局至局部搜索分段策略及自适应因子提高算法收敛速度和收敛精度,改善算法易陷入局部最优等情况。下层中,高斯伪谱法在最优解附近具有较好的收敛速度和较高收敛精度,因此使用高斯伪谱法以加快搜索过程,提升解的全局最优性。综上,提出再入轨迹优化混合算法(APLA_GPM),实现对高超声速飞行器再入轨迹优化问题快速、准确求解。仿真结果表明,APLA_GPM在高超声速飞行器再入轨迹优化方面具有更快的收敛速度、更高的精度以及更强的鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器再入轨迹优化利希滕贝格算法高斯伪谱法

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基于残差密集连接注意力的红外目标识别算法

电光与控制 2024年第6期31卷 31-35页

作者：刘琦妍张凯王田田杨尧西北工业大学无人系统技术研究院西安710000

针对红外目标识别时目标与干扰混淆、干扰遮挡目标导致算法性能下降的问题,提出了一种基于残差密集连接注意力的空中红外目标识别算法。首先,为跨层实现浅层与深层特征的融合、获取融合深度特征、提升特征复用性并增强语义信息,提出了... 详细信息

针对红外目标识别时目标与干扰混淆、干扰遮挡目标导致算法性能下降的问题,提出了一种基于残差密集连接注意力的空中红外目标识别算法。首先,为跨层实现浅层与深层特征的融合、获取融合深度特征、提升特征复用性并增强语义信息,提出了改进的残差密集连接模块;其次,为增强融合深度特征的自适应表达能力,设计了并行混合注意力模块;最后,通过在大量红外数据集上的测试证明,相比于GoogLeNet算法,所提算法平均识别正确率提高了1.9个百分点,证明了算法的有效性。

关键词：红外空空导弹目标识别特征融合 GoogLeNet

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基于双向流固耦合的航行体高速入水研究

中国造船 2024年第1期65卷 166-175页

作者：鱼怡澜施瑶潘光西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学无人水下运载技术重点实验室西安710072

基于弹性体假设对直径为0.533m、以100m/s速度入水的航行体建立了高精度流固双向耦合数值模型,并试验验证了该数值模型的有效性。进行了不同角度的入水仿真,获得空泡及载荷的演变规律。主要结论如下:随着入水角减小,喷溅水幕的闭合时间... 详细信息

基于弹性体假设对直径为0.533m、以100m/s速度入水的航行体建立了高精度流固双向耦合数值模型,并试验验证了该数值模型的有效性。进行了不同角度的入水仿真,获得空泡及载荷的演变规律。主要结论如下:随着入水角减小,喷溅水幕的闭合时间推迟,空泡非对称性加剧;弹性体在入水时承受的冲击载荷峰值小于刚性体,且呈振荡衰减趋势;航行体应力峰值呈圆环形分布,应力在入水初期出现峰值并振荡衰减,而且在尾部出现应力集中;斜入水时,应力分布及头部纵向变形不对称。随着入水角的增大,应力和应变的峰值增大,应力波传播时间缩短。

关键词：高速入水流固耦合空泡冲击载荷