为揭示活性弹丸侵彻陶瓷靶板爆裂毁伤机理,开展活性弹丸冲击陶瓷靶板弹道碰撞实验,得到不同撞击速度下活性弹丸侵彻陶瓷靶板的爆裂毁伤行为及靶板碎片云飞散特性。基于一维应力波理论、活性材料激活假设,分析活性弹丸冲击激活行为。结合伯努利公式建立活性弹丸侵彻陶瓷靶板爆裂毁伤行为分析模型。综合实验及理论对不同速度下活性弹丸侵彻陶瓷靶板的爆裂毁伤行为进行讨论,从靶板毁伤模式、弹丸激活特性、靶后碎片云飞散特性等方面开展深入分析。分析结果表明:爆燃反应对活性弹丸侵彻陶瓷靶板的作用行为影响显著;随着速度的增大,活性弹丸爆燃反应更加剧烈,对靶板毁伤效应增强,陶瓷靶板毁伤程度不断加剧,毁伤模式从整体开裂到中心开坑四周辐射,随后演化为爆裂破碎;随着速度的增大,冲击形成陶瓷锥质量不断增大,陶瓷碎片飞散速度先增大后减小,靶后碎片云形态呈现由类截椭圆到梭镖状的变化趋势。

为进一步对具有横向效应增强的侵彻体(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)侵彻金属靶板后破片的最大径向速度进行有效预测,采用数值模拟与理论分析的方法,对PELE撞击靶板时的碰撞压力、径向压力和破片停止加速时间进行详细的对比分析。研究结果表明:弹性波理论低估了PELE撞击靶板时的碰撞压力,而冲击波理论的计算结果与实际情况更加吻合;轴向压力全部转换为径向压力而不是一定比例转换;当壳体达到最大失效应变时,壳体开始破碎,并停止加速更符合实际情况。通过上述分析改进了径向速度模型,并分别与弹性波模型、冲击波模型和试验结果进行对比,在碰撞压力较大时,新模型能够对PELE侵彻金属靶板后破片的最大径向速度进行有效预测。

双旋弹道修正弹在有控飞行阶段会由于气动力的变化而表现出高动态特性,使安装于引信隔旋头部的捷联惯性导航系统测量数据存在外杆臂误差,对弹道参数测量产生影响,导致修正精度下降。针对这一问题,通过建模分析章动进动和弾轴摆动角速度对于双旋弹道修正弹引信隔旋头部SINS测量数据的影响,揭示了二者之间的联系,提出一种基于陀螺仪测量数据的外杆臂效应误差补偿方法。仿真结果表明:对于某射程为30km的双旋弹道修正弹,弹丸的高动态特性会导致约57m的射程误差,经过误差补偿后可降低至不到10m;实验结果表明:采取该补偿方法后,位置解算误差平均减少约55%。基于陀螺仪测量数据的外杆臂效应误差补偿方法能够有效减小双旋弹道修正弹的高动态惯导解算误差,显著提高弹药的精准打击能力。

引信热防护技术与等效试验技术是提升引信快速烤燃安全性与热防护多轮优化设计效率的关键。根据引信一维热传导模型,构建炸药及引信壳体径向温度分布方程,建立基于铝-硅气凝胶的航空炸弹引信热防护模型,通过引信快速烤燃仿真模拟研究,获得引信内部炸药经历20min 800℃烤燃环境的温度变化曲线。隔铝-硅气凝胶的临界厚度为3mm,炸药最终温度比其5s爆发点(280℃)低87.8℃,可以保证引信的热安全性。以铝-硅气凝胶包覆的引信为验证主体,结合快速烤燃标准试验方法建立基于仿真分析-高温火焰喷射试验平台的引信快速烤燃等效试验方法。试验结果表明,标准试验的引信易损点测温数据与仿真数据对比,精度优于91%;等效试验下引信易损点测量温度与标准试验测量结果对比,精度优于95%。试验结果表明,标准试验的引信易损点测温数据与仿真数据对比,标准试验精度优于91%;等效试验下引信易损点测量温度与标准试验测量结果对比,等效试验精度优于95%。

约束装药点火后反应演化模型是安全弹药缓释结构设计的理论依据,而炸药燃速-压力关系是反应演化模型的重要组成部分。为了给2,4-二硝基苯甲醚(2,4-Dinitroanisole,DNAN)基熔铸炸药的安全弹药反应烈度控制设计提供基础,基于激光点火技术和快响应热电偶火焰阵面探测技术,建立密闭空腔线性燃烧燃速-压力特性实验测量系统,得到典型DNAN基熔铸炸药RB-2(DNAN/奥克托今/Al/黏结剂)的燃速-压力特性,研究温度对炸药燃速-压力关系的影响。研究结果表明:随着温度的升高,RB-2炸药燃速增大,压力指数增加,同时压力越高、温度对燃速的影响越显著;RB-2炸药在60MPa压力下会发生固体结构失效,导致燃速剧增,使炸药由线性传导燃烧机制向对流燃烧机制转变;与熔铸B炸药相比,RB-2炸药的燃速和压力指数较低,结构失效压力较高,意外点火后的反应增长慢,更容易通过反应缓释结构调控反应烈度。

高能炸药在装药结构、不同起爆方式等强载荷激励下产生的超压爆轰状态,可提高炸药能量释放能力。针对新型六硝基六氮杂异伍兹烷(Hexanitrohexaazaisowurtzitane,CL-20)基含铝炸药在超压爆轰作功下的核心问题,就是如何准确表征超压爆轰产物的状态。为此,基于阻抗匹配法测试了CL-20基含铝炸药在超压爆轰条件下的粒子速度,计算冲击波在不同介质中的界面压力,确定CL-20基含铝炸药爆轰反应区的特征参量,结合实数遗传算法(Real-Arithmetic Genetic Algorithm,RA-GA),标定爆轰产物的JWL+多方指数γ状态方程参数,并揭示不同爆轰产物状态方程对超压爆轰雨贡纽压力的影响。研究结果表明:当铝粉含量为0%~30%时,CL-20基含铝炸药超压爆轰反应区持续时间、爆轰反应区宽度与铝粉含量呈正比,较无添加铝粉的反应区宽度增加了1.97~2.7倍,但爆轰应区能量释放效率与铝粉含量呈反比;铝粉含量相同时,添加AP后爆轰反应区能量释放效率降低了25%。另相较于现有超压爆轰状态方程,采用JWL+γ方程能较好地标定超压雨贡纽参数和C-J状态的等熵膨胀,压力计算结果与实验结果偏差在5.5%之内,可为深入认识炸药爆轰反应区的动态力学行为提供理论支撑。

旋转爆轰发动机作为一种极具潜力的新型空天动力装置,是当前航空航天推进领域的研究热点和前沿。以液态煤油为燃料、富氧空气为氧化剂,通过改变富氧空气中的氧含量和当量比,开展氧含量对空桶燃烧室内液态煤油旋转爆轰传播特性影响的实验研究,实验在文献[15]的环形燃烧室研究基础上进行。借助空桶燃烧室将常温条件下液态煤油富氧空气旋转爆轰波稳定传播所需的氧含量成功降低至0.28。实验过程中不同氧含量和当量比下旋转爆轰波均以单波模态传播。研究结果表明:当量比约为1时,爆轰波平均速度随着富氧空气中氧含量的增加而增大,氧含量为0.28时旋转爆轰波平均传播速度为1742.7m/s,且在较低氧含量条件下爆轰波传播速度低于理论速度;在较高氧含量(0.34~0.43)条件下爆轰波过驱;氧含量对爆轰波稳定性具有重要的影响,氧含量0.28条件下当量比增加至1.31时爆轰稳定性较差,氧含量0.38条件下当量比1.35时爆轰波仍具有较高的稳定性。

针对泡沫铝夹芯板在水下冲击载荷下的动态响应和能量耗散机制进行深入分析,旨在为舰船和海洋工程结构的防护设计提供科学依据。通过水下爆炸等效冲击试验和流固耦合仿真,验证试验与仿真结果的一致性,量化结构参数不同芯层质量比、面板厚度和泡沫铝密度与冲击载荷对夹芯板抗冲击性能的影响。利用神经网络和遗传算法,对夹芯板结构进行多目标优化。研究结果表明:受到水下冲击载荷后,泡沫铝夹层板出现局部压溃和边界剪切等变形模式;夹芯板质量一定时,存在最佳的芯层质量比和最佳湿面板厚度,且随着无量纲冲量的增大而增大;随着湿面板厚度和芯层密度的降低,芯层压缩变形吸能效率增加;优化后的夹芯板变形和质量均显著减小。

为了解决现有拼接式陶瓷防弹插板陶瓷片之间缺乏结构协同、对冲击能量耗散差等问题,设计一种基于铁定甲虫骨质结构的仿生拓扑互锁构型陶瓷拼接方案,开展其在枪弹冲击下对人体的防护性能数值模拟研究。基于生物材料的微观结构和工程结构中的拓扑互锁原理,设计仿铁定甲虫骨质结构的异型防弹插板陶瓷面板。基于3D-DIC试验验证仿真模型的准确性,开展DBP 10式5.8mm步枪弹侵彻正方形、六边形和仿生拓扑互锁构型陶瓷拼接防弹插板的数值模拟,发现仿生拓扑互锁构型陶瓷块能有效地让周围陶瓷参与到对冲击能量的耗散中,仿生拓扑互锁构型陶瓷防弹插板受到侵彻后的背面鼓包高度比六边形陶瓷防弹插板减少约8%。设计基于仿生拓扑互锁陶瓷构型的新型单兵防护插板,开展M80枪弹对穿新型单兵防护人体躯干的钝击效应数值模拟,结果表明:钝击能量主要被肌肉和胸肋骨承担,胸肋骨的应力峰值达到30.7MPa,可能会出现骨裂;心脏最大应力为930.2kPa,肺部最大应力为777.5kPa,可能会造成心肌损伤和肺部软组织挫伤。

针对机载捷联导弹打击地面移动目标场景下中末制导交班点处的目标捕获问题,研究了弹体位置散布、姿态散布和目标散布3个要素对于红外导引头捕获概率的影响,利用函数误差分析推导了视线角均方差的解析表达式,并建立了当前点和前置点两种攻击方式下导弹捕获概率解析模型。仿真结果验证了模型的正确性,并可以据此确定可打击目标的运动速度范围。

为优化串联式混合动力履带车辆的燃油经济性及能量管理系统的离线训练用时,提出一种采用蒙乔森(Munchausen)优化算法及优先经验采样(Prioritized Experience Replay,PER)算法的双重深度Q网络(Double-Deep Q_learning Network,DDQN)的能量管理策略。通过包含发动机发电机组、动力电池组及驱动电机的模型对整车功率需求进行解算,根据功率需求,用能量管理控制策略对发动机节气门开度进行最优控制。采用蒙乔森优化算法、PER算法共同作用于离散型DDQN,同时提高网络对高影响数据的选取训练概率及对最优解的专注训练能力,在2种算法共同作用下DDQN能量管理策略的燃油经济性可实现对连续型复杂神经网络的超越,同时具有较大的离线训练用时优势。仿真实验结果表明:与基于PER的双延迟深度确定性策略梯度算法相比,新的能量管理控制策略可使得串联式混动履带车的燃油经济性平均提高4.6%,控制策略训练用时平均优化了35.3%。

金属密封圈在各种机械产品中广泛应用,其主要依靠粗糙表面弹塑性接触变形实现密封。针对传统的粗糙表面微观接触有限元仿真方法计算效率低、弹塑性接触变形收敛困难的问题,提出有限元-边界元耦合的金属密封圈弹塑性微观接触计算方法。建立金属密封结构宏观有限元模型,精确求解密封面接触应力分布;建立密封面微观形貌,在弹塑性接触等效的基础上,以宏观接触应力分布作为边界条件,提出残余形变量和残余应力场叠加的弹塑性接触计算边界元方法,求解粗糙表面弹塑性变形的接触状态。同时,对密封面微观接触等效建模方法进行验证,并与粗糙表面微观接触的有限元仿真方法进行对比,证明所提有限元-边界元耦合仿真方法与有限元方法计算精度相当,但是计算效率提高了近8倍。采用四联通网格模型求解密封面泄漏通道,作为密封性能评价指标,系统研究材料参数、接触应力、表面粗糙度、粗糙表面参数等因素对金属圈密封性能的影响规律。搭建密封实验台对金属圈的泄漏率进行测量,获得了金属圈实际泄漏率随法向载荷的变化规律,仿真结果与实验规律趋势一致。

针对叶片高周疲劳裂纹损伤过程无有效在线监测手段的难题,采用声发射新技术开展定幅载荷作用下叶片高周疲劳裂纹声发射在线监测试验研究,探索叶片裂纹萌生、扩展声发射信号特征演化规律。研究高周疲劳裂纹声发射参数、频谱特征,提出裂纹活性系数指标,将叶片高周疲劳裂纹分为裂纹萌生、亚稳态扩展、快速扩展3个阶段,在裂纹萌生结束及裂纹快速扩展阶段,裂纹活性系数明显增加,可以实现裂纹早期预警。采用广义S变换分析裂纹不同损伤阶段声发射信号频谱。研究结果表明:裂纹萌生时信号能量集中在90~160kHz,裂纹扩展时信号能量主要集中在80~180kHz;裂纹快速扩展时在120kHz处出现明显的能量峰值;裂纹快速扩展时信号能量最大,裂纹萌生时能量次之,亚稳态扩展时能量最小。

为了控制残余奥氏体含量以获得更高性能的航空轴承钢,优化深冷处理工艺是有效的途径。研究深冷时间对经淬火、-75℃下深冷和回火处理后的低碳Co-Cr-Mo-Ni-W高合金钢组织和力学性能影响,结果表明:深冷回火后试验钢的组织主要为回火马氏体,同时还有一定量残余奥氏体和细小均匀分布在基体上的纳米碳化物;在2~6h范围内,随着深冷时间延长,由于残余奥氏体含量降低,回火马氏体板条细化,位错密度提高,纳米级碳化物数量增加且分布均匀化,强度显著提高,塑性逐渐降低;深冷时间超过6h后,残余奥氏体含量继续减小,位错密度增加,纳米碳化物尺寸长大,数量减少,强度和塑性均变化不大;试验条件下,深冷时间为6~10h时,获得了超高强度和良好的强塑性匹配,屈服和抗拉强度分别为~1690MPa和~1940MPa,延伸率为~14.3%。

针对动态环境中实时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)算法位姿估计存在的定位漂移、实时性差等问题,提出一个名为YSG-SLAM的实时语义RGB-D SLAM系统。为了提高系统实时性,新增两个并行线程:一个用于获取二维语义信息的语义分割线程,一个语义建图线程。为优化系统在处理动态物体时的准确性和鲁棒性,YSG-SLAM引入快速动态特征剔除算法,并耦合漏检补偿模块来应对基于实时实例分割(You Only Look At Coefficients,YOLACT)算法可能出现的漏检情况,有效地提升了特征点剔除的精确度和系统的整体稳定性。为减少由特征点聚集引起的定位误差从而优化特征点的空间分布,设计自适应角点提取阈值计算方法,使特征分布更加均匀。语义建图线程充分利用二维语义信息与三维点云数据,可选择性构建语义地图和八叉树地图,提高了系统的环境感知能力及机器人在复杂环境下的相关任务执行能力。YSG-SLAM在德国慕尼黑工业大学数据集、Bonn数据集上进行了评估,相较于原ORB-SLAM2,各项定位误差下降达93%。实验结果表明,YSG-SLAM有效提升了系统实时性,定位精度高,且可构建两种地图,具有一定的实用价值。

在高速射弹测试领域,射弹的极高速度使探测技术面临显著挑战,实时检测与定位射弹的能力受限。由于射弹实验布设复杂、成本高昂,引起射弹检测可用数据集的稀缺。针对上述问题,搭建跨介质射弹入水测试系统,使用高速相机捕捉射弹,制作跨介质射弹数据集并采用数据增强的方法扩充现有数据集。针对射弹入水瞬间检测精度相较于射弹在空气和水中检测精度明显降低的问题,提出一种基于坐标注意力机制的跨介质小目标检测方法。该方法在高精度识别射弹小目标的基础上,替换传统的卷积为深度可分离卷积,在检测精度、速度和模型复杂度之间实现了良好的平衡。实验结果表明,新方法在射弹入水瞬间的检测精度提升了2.68%,召回率提升了7.31%,为跨介质高速小目标检测提供了解决方法。

构建环境地图是导航的前提,完整详细的地图能够有效辅助无人平台规划最佳移动路径。针对传统导航地图构建方法存在数据冗余及地形结构区分困难的问题,提出一种面向无人平台建筑内导航的地图轻量化处理与楼梯区域分类方法。提取无人平台可行驶区域,减少数据冗余,并基于楼梯上表面的分布特性去除离群点。利用包含边缘平滑处理的地图构建算法,生成边界清晰、形状规整的多层栅格地图(Multi-layer Grid Map, MGM)。提取楼梯环境特征,结合Laplace平滑的朴素贝叶斯分类算法,区分并标记台阶和转弯平台等结构。实验结果表明:所提方法生成的地图在保持高分辨率的同时,数据量较传统点云地图减少了1个数量级以上,且地图分类的宏精准率达到91.3%。相较于传统方法,该方法能构建更加轻量化且具有地形分类标签的建筑内MGM,为无人平台安全高效的导航提供支持。

在空地协同场景下,特殊障碍物的识别与处理对地面装备安全运行至关重要。针对非结构化环境中样本稀缺的问题,构建了包含33 124张图像的检测数据集,覆盖多类典型特殊障碍物,支持复杂场景下的识别任务。为准确评估检测算法性能,设计融合类别信息与定位精度的综合评价指标,增强模型对比的科学性。提出结合物理属性与环境语义的可通行性分析方法,为地面无人系统路径规划提供依据。实验结果表明,该数据集与评估体系显著提升检测精度,所提方法能有效识别坑洞、水面等典型特殊障碍物。

针对等式约束跟踪系统中多约束并存且当前约束信息不确定下状态估计问题,提出基于深度学习的联合等式状态约束辨识与递推滤波算法。利用门控循环单元构建约束判别网络,借助雷达量测实现当前时刻等式状态约束的在线辨识;在递推滤波框架下基于级联门控循环单元构建增益学习网络,实现概率模型与数据学习联合驱动的目标状态自适应估计;通过滤波投影联合约束判别网络辨识的约束信息和增益学习网络输出的状态估计,获得满足当前时刻等式状态约束的高精度目标状态估计。典型多道路目标跟踪实验结果表明:新算法相比卡尔曼滤波、交互式多模型(基于不同运动模型构建模式集/不同等式状态约束构建模式集)和KalmanNet等算法,在不同量测噪声水平下具有更高的估计精度和更好的鲁棒性。

高超声速战斗部飞行时表面通常承受严重的气动加热,并经过结构传热影响内部装药的热安全性。为此,整体采用有限体积法,流固边界上采用双向耦合,模拟高超声速战斗部气动加热和结构传热问题。结合炸药化学反应动力学模型,开展了不同速度和攻角下的高超声速战斗部气动加热温度场分布规律和装药热-点火响应分析。研究结果表明:高超声速气动加热和结构传热下战斗部飞行时弹体和装药温度最高处主要集中在头部,并向后、向内递减,不同攻角下温度呈现不对称分布,迎风面温度随攻角的增大而升高,背风面温度随攻角的增大而降低;引入化学反应动力学模型,马赫数6高超声速战斗部装药约35.4s在装药顶部发生点火,温度为574K,战斗部飞行速度越快,所受气动加热越严重,其装药点火时间越短;设计了一种典型热防护结构,使得战斗部在以高超声速飞行100s的过程中,外壳和装药温度平均降低79.12%和71.45%,并保证内部装药不点火;研究结果可为高超声速战斗部热安全性评估提供技术支撑。

为了提高弹载前向脉冲激光引信的定距精度,有必要研究高速飞行条件下弹前激波带来的影响。基于传统的脉冲激光回波模型,提出一种半解析方法对受激波干扰的脉冲激光回波信号建模,并引入最优置信区间的概念来构建测距数据分布和误差评价模型。以典型破甲弹为研究对象,基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程求解器进行气动流场计算,获得弹体周围密度场分布。以光程差和斯特列尔比为气动光学效应评价标准,采用高精度的4阶Runge-Kutta法对穿过弹前非均匀流场的激光束进行光线追迹。仿真分析了不同飞行马赫数、目标倾角和探测距离对脉冲激光回波波形与定距精度的影响。仿真结果表明:3Ma以下脉冲激光引信的测距性能受到轻微影响,探测系统误差和随机误差分别在4Ma时达到最小和最大。所得研究成果为抑制高速飞行条件下脉冲激光引信的气动光学效应提供了理论依据。

爆炸箔起爆技术具有高安全性和高可靠性,且便于微型化、集成化,契合精密微起爆系统需求。为深入认识爆炸箔起爆系统小尺寸装药引发与爆轰输出特性,搭建电爆炸驱动飞片特性同步观测系统,以及飞片冲击起爆小尺寸装药爆轰的炸药与窗口界面粒子速度测试系统,研究飞片速度、形态特性及其冲击作用下超细六硝基茋(Ultrafine Hexanitrostilbene, HNS-IV)小尺寸装药的起爆与爆轰反应行为。研究结果表明:起爆电压与飞片出膛速度呈正相关,起爆电压900~1500V时,飞片出膛速度为2000~4200m/s;高强度冲击下HNS-IV基炸药爆轰成长距离短,在3455m/s飞片作用下,2.14mm内可成长为稳定爆轰,爆轰波结构分析表明其反应速率快,爆轰反应时间小于27ns,反应区宽度仅0.13mm;3mm直径小尺寸装药条件并未显著影响HNS-IV炸药的主要爆轰反应,但反应后期出现能量快速衰减现象。基于试验标定炸药爆轰反应速率方程,进一步仿真研究了装药尺寸对能量输出的影响,结果显示与增加装药直径相比,增大药柱厚度更能有效提升装药端面的能量输出。

目前针对舰船加筋板架结构的超高速撞击问题,研究工作更侧重于残余弹体信息和靶板破口特征,缺乏对弹靶撞击后破片群的形成过程和分布特征的研究。基于有限元-光滑粒子自适应耦合方法,加入Johnson-Cook失效判据和最大拉应变失效判据,数值模拟柱形弹撞击加筋板架结构时破片群的形成过程。模拟结果表明:柱形弹撞击加筋板架结构时,受到加强筋影响,会形成特殊“双马鞍形”的破片群形貌,破片群的主体部分集中在前端,由内部的风险破片和外围的微小破片组成,且破片分布与实验结果吻合较好。依据破片分布特征将撞击过程分为3个阶段,详细讨论不同阶段破片的形成方式和扩展过程。改变柱形弹的撞击位置,给出不同加筋形式下的破片群形貌特征。针对破片群中的风险破片,探究其质量和动能等特征参数,并讨论不同撞击点的影响程度,可用于评估对后板的威胁程度。分析结果表明:在不同撞击点背面的加强筋影响下,破片朝向特定区域集中,形成“双马鞍形”和“马鞍形”形貌,且风险破片的产生主要受主筋影响。

为研究受横向扰动下聚能射流侵彻威力的变化规律,建立聚能射流动态侵彻的有限元模型,分析由静态向动态条件的射流侵彻过程的演化过程。基于虚拟原点理论和量纲分析方法,引入虚拟源在量纲分析模型中对射流进行表征。建立考虑横向扰动、射流和靶板强度的射流动态侵彻深度的工程化预测模型。设计并开展基于火箭滑车的射流动态侵彻试验,对数值模拟及预测模型进行验证。研究结果表明,射流动态侵彻深度随靶板横向扰动的增加呈指数型下降;数值模拟、预测模型及试验结果之间吻合较好,预测模型和数值模拟均具备一定的准确性和有效性,新建立的预测模型能够描述横向扰动对聚能射流侵彻威力的影响,为评价成型装药动态毁伤威力提供依据和参考。

针对活性材料的动态破碎特性及其对冲击释能行为的影响,以Al/Ti与Al/Ti/W两种活性材料为研究对象,开展活性材料的动态破碎软回收试验,获得不同撞击速度下材料的碎片尺寸分布特征,同时开展活性材料的冲击引发释能测试。对两种材料的冲击释能压力特征与反应过程进行分析,结合以上研究工作,提出一种基于材料破碎特性和反应尺寸阈值的冲击释能压力计算方法。研究结果表明:活性材料的破碎特性是影响其冲击释能行为的关键,Al/Ti与Al/Ti/W两种材料在冲击破碎后形成的细小碎片尺寸累积分布可用Logistic分布函数描述,材料在反应室内的冲击反应过程可分为一次反应与二次反应阶段;所提出的释能压力计算方法在计算一次反应阶段释能压力峰时,计算误差小于15%。

临近空间高超声速滑翔飞行器(Hypersonic Gliding Vehicle,HGV)具有高速、高机动特性以及超强的突防能力,对现有防御系统造成严重威胁。针对临近空间高机动目标拦截任务中跟踪预测难的问题,提出一种基于气动力加速度估计的HGV智能轨迹预测方法。根据HGV目标运动模型,分析其机动模式和气动力变化规律,选定气动升力加速度、气动阻力加速度和倾侧角控制量3个参数作为轨迹预测参数,替代目标运动模型中的未知项。建立基于气动加速度估计的动力学跟踪模型,利用雷达量测数据和无迹卡尔曼滤波实现预测参数的实时跟踪估计,并以此为输入构建长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络训练模型,对预测参数的变化规律与时序关系进行在线学习。利用训练完备的LSTM预测网络迭代预测目标未来时刻的气动加速度,结合运动方程数值积分外推,实现目标轨迹在线预测。数值仿真结果表明,新方法能有效预测非合作HGV目标轨迹,预测精度高、稳定性好。

多飞行器角度最优协同制导能够以最低能耗实现对机动目标的多向拦截,是制导领域的重要研究方向。现有最优协同制导方法需利用全局信息生成最优制导指令,故多采用集中式通信拓扑,而集中式通信可靠性较低,不利于实际应用。针对上述问题,基于分布式凸优化理论,提出一种分布式能量最优多向协同制导方法,以解决分布式信息局部性与协同指令全局最优性之间的矛盾。该方法基于广义弹道成型制导律(Generalized Trajectory Shaping Guidance Law,GTSG),通过解析推导飞行器控制能量与期望终端视线角的映射关系,以总控制能量为目标函数,并结合相对视线角约束构建分布式凸优化问题。提出扩展原始对偶算法,实现分布式全局寻优,实时协调飞行器期望视线角,使多飞行器在GTSG作用下以最小能耗协同拦截目标。仿真结果及其分析表明:相比于现有的集中式多向协同制导算法,所提方法无需依赖中心节点,同时兼顾了全局能量最优性。

针对无人机成像场景典型目标点云数据集稀缺的问题,建立机载线阵激光雷达动态成像模型,提出一种基于柱体素的点云目标检测算法对仿真数据真实性进行验证。基于虚拟仿真平台建立典型目标模型与崎岖地形、伪装覆盖和植被遮蔽等典型场景,结合激光点云获取仿真模型、机载平台运动模型、拼接成像及畸变校正方法,获取激光点云数据集,基于重叠面积的完整度判别标注方法进行数据集标注;采用柱体素特征提取模块处理目标顶部特征,通过标注的仿真数据集训练点云目标检测算法,并在基于等效实验获取的真实数据集上进行算法评价。检测算法在实测数据集上的识别准确率为93.2%,评价结果表明机载线阵激光雷达动态成像模型具有较高的可信度,仿真数据能够反映真实目标特征。

三维线阵合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)与高速平台相结合,可实现极限场景下的成像。但要完成该体制下的SAR成像,要克服因其高速度、大加速度所带来的更复杂的距离徙动和空变特性。提出适用于高速平台三维线阵SAR的回波信号模型及斜距模型,并利用隐函数求导的方法实现对三维频谱的求取。为了均衡方位向及跨航向空变调制相位,利用最小二乘拟合方法进行方位向和跨航向的二维重采样操作,完成对该两个维度上空变相位误差的补偿。研究结果表明,新提出的基于最小二乘拟合的补偿算法能有效去除空变相位误差对成像的影响,提高了在高速场景下三维线阵SAR的成像性能,仿真实验验证了新算法的有效性。

激光雷达获取的三维点云数据是自动驾驶的关键数据源,但其标注难度大、数据量有限且标签不确定性高,限制了基于深度学习的三维目标检测模型的训练效果。针对以上问题,提出点云掩码策略构建预训练数据集,结合迁移学习提升模型检测精度;提出基于高斯分布的定位不确定性估计建模方法,使目标检测模型在预测边界框坐标的同时预测每个坐标的定位不确定性。实验结果表明,在不明显增加算法复杂度的前提下,新方法有效减少了误检现象,显著提高了目标检测的准确性。