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2020年 第41卷 第8期    刊出日期：2020-08-31

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论文

火炮输药机构小射角输药到位一致性稳健优化设计

刘太素， 钱林方， 陈光宋

2020, 41(8):  1473-1482.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.001

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针对火炮输药机构在小射角非满装药输药过程中到位一致性差的问题，提出基于稀疏混沌多项式展开的输药过程稳健优化设计方法。建立输药机构的动力学模型，并通过试验验证模型的正确性和有效性；基于稀疏混沌多项式展开求取不确定性输入参数对输药到位的代理模型；以模块药到位以及到位标准差最小为目标，建立输药过程的稳健优化设计模型，采用NSGA-Ⅱ优化算法对优化模型进行求解。计算结果表明：输药到位一致性得到了提高，且到位均方差较初始减小了26.74%，验证了该方法的有效性。

基于卷积神经网络的路面识别及半主动悬架控制

刘秋， 孙晋伟， 张华, 胡煦， 顾亮

2020, 41(8):  1483-1493.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.002

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路面对车辆的平顺性、操纵稳定性有直接影响，实时获取路面信息对提升车辆性能具有重要意义。针对传统路面识别方法中难以精确识别多种路面类型的问题，采用卷积神经网络对路面类型进行识别，并根据不同路面输入下悬架系统的输出响应来调整控制器参数，使可控悬架在不同路面下均保持最优性能。建立车辆1/4半主动悬架模型；搭建卷积神经网络基本结构并通过所采集的4种典型城市和非城市路面图像对网络进行训练以及测试；采用遗传算法求取沥青路、弹石路、砂石路、水泥路4种不同路面激励下悬架的最优控制参数；根据路面识别结果及优化结果实现悬架控制参数的自适应调整。仿真结果表明：基于卷积神经网络的路面识别方法能够对多种路面进行准确识别；基于路面识别和遗传算法的半主动悬架控制系统可根据不同路面类型自适应调整悬架参数，有效提升车辆性能。

基于刚体弹道模型的防空火控解算方法

何山， 吴盘龙， 李星秀， 恽鹏， 薄煜明

2020, 41(8):  1494-1501.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.003

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为改善火控系统的通用性和实时性，提出了基于刚体弹道模型的防空火控解算方法。对目标量测信息进行无偏转换，并将无偏转换得到的噪声协方差矩阵做解耦，在对目标状态准确估计同时，降低滤波算法计算的复杂度；利用割弦迭代法计算出命中点坐标，并在每次迭代过程中，利用虚拟脱靶量对射击诸元进行修正，减少对弹道微分方程的计算次数，极大提高火控解算的求解速度。仿真实验结果表明，该方法有效和可行，可以更加精确地计算出射击诸元，且计算量相对于传统火控解算方法得到了显著改善。

基于概率假设密度滤波与无迹Kalman滤波的多目标跟踪与识别

邹汝平， 刘建书

2020, 41(8):  1502-1508.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.004

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为提高导引头末制导阶段抗干扰能力，针对典型的欺骗式距离-速度联合拖引干扰模型，研究了基于概率假设密度（PHD）滤波的多目标跟踪与基于无迹Kalman滤波（UKF）的多目标识别技术。为说明导引头目标识别原理，给出了距离-速度联合拖引干扰模型；根据导引头测量原理，通过导引头框架角、导弹-目标相对距离、径向速度建立系统跟踪模型，给出了基于PHD滤波的多目标跟踪与基于UKF的多目标识别的基本原理；基于典型的目标运动模型（匀速直线与匀速转弯模型），针对目标施加的4次距离-速度联合拖引干扰，采用目标跟踪结果以及估计的目标速度和加速度信息进行多目标跟踪与识别分析，能够很快实现真假目标识别。仿真实验结果表明，利用PHD滤波与UKF信息能够有效实现对距离-速度拖引干扰下的多目标跟踪与识别。

薄钢板在CL-20基含铝炸药内爆载荷作用下的变形响应和工程预测

卢广照， 姜春兰， 毛亮， 王在成

2020, 41(8):  1509-1518.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.005

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针对圆形钢板在内爆炸载荷作用下的变形响应问题，利用爆炸容器罐进行了一系列以六硝基六氮杂异伍兹烷 (CL-20)基含铝炸药为主的内爆炸试验。以圆形钢板作为容器罐装填口的密封结构来承受装药爆炸冲击载荷，开展了100 g、200 g两种装药量下10%、20%、30%3种不同铝含量的CL-20基含铝炸药内爆炸冲击加载密封钢板的测试试验；建立了密封钢板最大残余变形挠度的工程预测模型。结果表明：铝粉在后燃烧阶段释放的能量对冲击钢板变形能起到一定作用，密封钢板的最大残余变形量取决于炸药内爆炸初始冲击波的有效冲量（正相位冲量）；对于200 g装药量，随着铝含量由10%升至30%，初始冲击波有效冲量依次降低6.9%和7.8%，钢板的变形和失效程度减小，最大残余变形挠度依次减小5.3%和7.5%.

光电稳瞄系统前向运动及地理扫描

任元斌， 王惠林， 谢娜， 刘栋， 韩瑞

2020, 41(8):  1519-1528.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.006

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为分析飞机前向运动对光电稳瞄系统扫描策略的影响,介绍与稳瞄系统相关的地心地固坐标系、导航坐标系、机体坐标系、瞄准线坐标系等4种常用坐标系，归纳了常用坐标系之间的齐次变换关系。从微分运动的角度，用运动学表达式论述了载机前向运动对两轴四框架稳瞄系统所产生的成像机理。搭建从稳瞄系统内部控制元件一直到系统外部地理指向的全链路仿真模型，并根据运动学关系在模型中施加相应的控制作用，以消减飞机前向运动对稳瞄系统所带来的成像影响。给全链路仿真模型赋予和物理实际相符的电学和运动学参数，模拟了稳瞄系统在空中对地定位和扫描的过程。结果显示，该前向运动理论分析正确且有效，所搭建的全链路模型可用。

基于模糊控制策略的快速反射镜伺服控制

高歆杨， 柯芳， 邹伟， 余潇， 袁佳

2020, 41(8):  1529-1538.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.007

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伺服性能是保证精确跟踪的前提条件，为了探索出提高快速反射镜伺服性能的控制方法，提出一种将模糊控制策略与PID结构相结合的模糊控制器用于快速反射镜伺服回路。该模糊控制器既继承了PID便于工程实现的优点，又拥有可自适应整定控制参数的特点，从而可提高现有快速反射镜的伺服性能，更好地适应各类运行工况。以基于高频摇摆电机的快速反射镜为应用对象设计了模糊控制器，进行仿真实验，并与基于传统PID控制的现有方案进行了对比。对实际工况下快速反射镜伺服性能的仿真实验结果表明：基于模糊控制策略的快速反射镜将抑制带宽从50 Hz提高到120 Hz、随机输入信号下稳态误差均方根从12.996″压缩到1.620″，验证了所提出的模糊控制器对提升快速反射镜伺服性能的可行性及有效性；基于模糊控制的快速反射镜可作为高精度复合轴系统中的子轴部分，应用于战术激光武器等要求跟瞄精度达到微弧度量级的光束定向场合。

焦深延拓的透雾连续变焦光学系统设计

丁贵鹏， 陶钢， 庞春桥， 王小峰

2020, 41(8):  1539-1548.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.008

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针对目前雾霾天气搜寻-跟踪的成像需求，同时出于降低光学系统加工装调难度、减弱热效应对像质影响的考虑，设计了一款加入波前编码技术的大焦深、大靶面、连续变焦、近红外光学系统。利用光学设计软件，通过在系统孔径光阑处放置立方位相编码板并优化位相板参数，获得系统变焦范围内任意焦距处的最大拓展焦深，分析了不同焦距处系统的焦深延拓倍率。该系统工作波段为1.20~1.67 μm，具有良好的透雾性能，焦距为18~90 mm，探测器靶面为全画幅，搜索视场较大，有利于发现目标；在不同变焦位置，短焦端焦深最大为传统系统的6.43倍，长焦端焦深最大为传统系统的3.21倍，大大改善连续变焦系统对像面定位精度的敏感性，从而使该系统不仅具有优良像质，也使设计、加工、装调要求更加宽松，并有利于消除热效应的影响。

二进制偏置载波信号伪码周期联合估计方法

张笑宇， 冯永新， 钱博

2020, 41(8):  1549-1557.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.009

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二进制偏置载波（BOC）信号具有抗干扰性和抗截获性，其伪码周期精确估计可为后续信号处理提供重要依据。通过分析BOC信号自相关函数的特性，提出一种新的BOC信号伪码周期估计方法。该方法在传统二次谱估计方法的基础上增加正交分路来消除噪声和载波分量的影响，得到基带调制序列的自相关函数；对离散谱线进行统计分析，在未知信号参数条件下对BOC信号进行精确的伪码周期估计。仿真结果表明：基于正交分路的二次谱估计方法可在低信噪比情况下精确地估计BOC信号伪码周期；相比于传统二次谱估计方法，新估计方法可提高3 dB的信噪比容限。

基于旋转反射镜光学成像的动态目标跟踪方法

卢莉萍， 郑潇

2020, 41(8):  1558-1565.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.010

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为完善军事靶场实验中精准获得动态目标参数，针对现有目标跟踪方法无法快速跟踪高速运动目标的问题，提出了一种基于反射镜光学成像的动态目标跟踪方法。利用光反射原理，采用高速相机与反射镜结合的方式采集动态目标的多图像信息，建立目标运动数学模型；依据反射镜角度偏移量，研究反射镜转动参数与目标运动参数的匹配关系；采用嵌入式控制器、反射镜、光学相机等搭建系统硬件平台，并结合目标运动数学模型和图像处理算法，实现目标跟踪系统多参量的调控与优化。系统测试结果表明，在变速运动状态下所建立的目标跟踪模型能够获得清晰的目标图像，达到了跟踪的目的。

二维矢量水听器及其在Argo浮标平台上的应用技术

孙芹东， 王超， 张小川， 王文龙

2020, 41(8):  1566-1572.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.011

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传统同振式矢量水听器在水下缓动声纳平台应用时，自身姿态变化难以准确测量，导致目标测向精度低，为此开展了二维复合同振式矢量水听器研究。分析二维矢量水听器姿态实时测量与校正原理，选取微机电系统姿态传感器作为姿态感知器件，设计具备姿态测量功能的二维复合同振式矢量水听器，并实现其在Argo浮标平台的集成应用。海上试验结果表明：同振式矢量水听器可在10~3000Hz范围内采集声场信息，矢量通道具有余弦指向性，在1 kHz频点处灵敏度为-179.5 dB （0 dB参考值为1 V/μPa)，声压通道灵敏度级为-191.5 dB±0.5 dB(0 dB参数值为1 V/μPa)， 具备姿态测量功能；同振式矢量水听器应用于浮标平台进行海洋环境噪声与水中目标同步监测技术可行，为其在水下缓动声纳平台工程化应用奠定了基础。

温敏光子晶体结构色调控

乔宇，张峰，孟子晖，王飘飘，邱丽莉

2020, 41(8):  1573-1580.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.012

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为满足现代战争对军用设备视觉隐身的需求，设计了一种具有环境自适应性,制备涂装简单,制作过程绿色环保的光子晶体温敏变色材料。采用乳液聚合法制备粒径分别为132 nm、205 nm、 275 nm、 300 nm的聚苯乙烯微球，并将其垂直沉降自组装形成结构高度有序、结构色明显的三维聚合物光子晶体。对温度敏感的聚N-异丙基丙烯酰胺/丙烯酰胺水凝胶与聚苯乙烯三维光子晶体相结合，制备出结构色随环境温度发生改变的光子晶体凝胶膜。基于色度、饱和度、亮度色彩模式，通过实验分析验证了该材料颜色可随环境温度变化做出响应。结果表明，光子晶体温敏变色材料可以实现环境温度自适应响应，在视觉伪装方面具有一定的应用前景。

动态环境下无人地面车辆点云地图快速重定位方法

郑壮壮, 曹万科， 邹渊, 张旭东, 杜广泽

2020, 41(8):  1581-1589.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.013

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无人地面车辆在战时全球定位系统定位信号缺失情况下，依靠车载传感器确定在已有地图中的位置是无人车辆发挥效能的关键。现有方法多基于二维栅格地图，难以适用于场景变化大的复杂环境，为此提出了一种动态环境下基于三维点云地图、采用聚类词带模型的快速定位算法。通过连续多帧激光雷达点云数据进行反向溯源，利用贝叶斯公式进行动态障碍物剔除，对点云进行聚类并提取各类的视点特征直方图描述子，进而构建词典与数据库并快速匹配，实现无人车点云地图中快速起始位置寻址；基于改进的实时激光定位与建图算法，完成了后续精准定位。实车实验结果表明：该算法在动态环境下能有效准确地在三维点云地图中精准定位，满足实时性需求。

基于无人驾驶单流传动的中型履带车辆大坡道起步控制

张瑞增， 龚建伟， 陈慧岩， 王博洋， 刘海鸥

2020, 41(8):  1590-1599.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.014

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为解决基于二级行星转向机速差转向的无人驾驶履带车辆坡道起步控制问题，对该类型车辆的起步过程进行分析，提出一种无人驾驶履带车辆的协调自动起步控制策略，并进行了实车验证。控制策略包括车辆起步负载的获取与计算，起步过程中发动机、操纵杆控制策略和车辆起步控制流程。在大坡道（≥15°的坡道）起步的情况下，利用双侧二级行星转向机进行起步，减少起步过程中摩擦元件的磨损，避免起步过程中发动机熄火，减少或者避免车辆“倒溜”现象的发生。控制策略通过无人驾驶履带车辆自身装备的环境感知设备和电子地图信息对车辆当前状态进行准确估计，生成发动机转速等初始坡道起步控制参量。对起步过程中操纵杆动作进行聚类分析，确定操纵杆第一位置敏感区域和非敏感区域的分界面，对不同区域进行针对性控制。依据试验数据确定发动机初始转速，制定控制规则。实车试验结果表明，上述控制算法能够有效保证无人驾驶二级行星转向机的履带车辆坡道起步成功率。

固定翼无人机多工况聚类及工况匹配

梁少军， 张世荣， 郑幸， 林冬生

2020, 41(8):  1600-1612.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.015

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固定翼无人机（UAV）执行任务全程可分为多个工况，对UAV进行工况分析是故障诊断的前提。基于UAV操控原理，选取横向、纵向、速度控制回路的9个状态变量（升降舵偏角、左副翼舵偏角、右副翼舵偏角3个执行器输出数据以及航向角、俯仰角、倾斜角、高度、空速、缸温6个传感器输出数据）表征UAV实时工作状态。根据UAV数据特征提出共享近邻改进的密度聚类（SNN-DBSCAN^*）算法，用于划分UAV工况。结合数据剪切率、满意曲线概念得到适合SNN-DBSCAN^*算法的拐点启发式参数优化方法。提出独立成分分析与支持向量机（ICA-SVM）融合算法用于在线工况匹配，其中独立成分分析（ICA）算法旨在对UAV各变量数据进行特征提取和重构，以提高匹配模型的抗干扰能力。UAV实飞数据结果表明：SNN-DBSCAN^*算法可在不增加先验知识基础上合理地划分UAV工况，ICA-SVM匹配模型可以获得满意的工况匹配准确率，且对UAV的变量偏差有较好的抵御能力。

基于深度神经网络的无人作战飞机自主空战机动决策

张宏鹏， 黄长强， 轩永波， 唐上钦

2020, 41(8):  1613-1622.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.016

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机动决策是决定无人作战飞机空战成败的关键因素。为提高空战获胜概率，提出用深度神经网络进行决策。构建了36种机动动作，通过飞行仿真，得到由当前态势、控制量和未来态势构成的样本；用样本训练深度神经网络，使其能够根据当前信息快速准确预测未来态势，设计了决策目标函数和态势评估函数，空战过程中，利用训练好的网络预测所有动作对应的未来态势，根据决策目标函数从中选出最优动作；在不同初始条件下，分别与采用简单机动和自主机动的敌机进行空战仿真，并对空战态势进行评估。结果表明，所提方法在均势时能通过较少的动作获得空战胜利，在劣势时能通过一系列机动获得优势，且决策用时缩短了9 ms.

基于翘曲度阈值约束的铝合金板材热轧工艺优化与实验验证

叶海潮， 范武林， 秦国华， 林锋， 郑许， 杨扬

2020, 41(8):  1623-1632.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.017

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蛇形热轧是能够保证板材中心发生充分变形、破碎铸造状态下粗大晶粒为加工组织的铝合金厚板制备关键工艺，为此研究了板材在蛇形轧制工艺过程中产生的翘曲变形及其控制问题。通过研究铝合金板材轧制的机理模型，构建铝合金板材的蛇形轧制有限元仿真模型，得到有限元仿真值与参考值、测量数据吻合较好，应力、应变的最大相对误差仅为6.92%和7.33%，而翘曲因子也只有13%左右的误差；基于有限的训练样本组合，建立等效应变和翘曲因子的耦合预测模型，得到预测值与相应仿真值的误差不超过6%；在翘曲因子不超过规定阈值的约束条件下，建立使等效应变达到最大的轧制工艺参数优化模型，通过轧件等效应变构造个体的适应度函数，提出了轧制工艺参数优化模型的遗传算法求解方法。利用该方法不仅实现了铝合金板材轧制工艺参数的合理设计与选择，而且提高了板材轧制过程的仿真计算效率。

基于Elman神经网络和Copula函数的多维装备效能评估模型

杨梓鑫， 薛源， 孙畅， 徐浩军， 韩欣珉

2020, 41(8):  1633-1645.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.018

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针对当前空战装备效能评估数据呈现出的非线性、多维性和耦合性等特征，将Elman神经网络与Copula函数相结合，提出了一种多维装备效能的评估模型。基于现代化空战特点建立效能评估指标体系的同时，结合战场环境与信息化空中对抗体系的仿真数据，利用Elman神经网络的权值参数自学习能力以及对非线性数据的良好拟合性，得到了边缘分布的预测模型及分布类型；针对分布数据之间的强耦合特征，选取Gumbel Copula函数、Clayton Copula函数、T-Copula函数、Frank Copula函 数、Joe Copula函数5种常用Archimedean Copula函数对变量间的相关性进行构造，通过对参数辨识和拟合优度结果进行对比，发现基于T-Copula函数所构建的联合分布模型与原始数据分布最为契合。以概率统计指标为评估依据，将该方法与传统方法进行了对比验证，得出了该方法的预测精度及适用范围均有所提升的结论。

基于仿真的合成部队装备维修保障资源需求确定和效能评估

王双川， 贾希胜， 李锋， 胡起伟， 齐良哲， 曹文斌

2020, 41(8):  1646-1657.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.019

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针对平时陆军合成部队装备维修保障资源需求确定及其验证问题，开展合成部队装备维修保障资源需求分析和装备维修保障效能评估研究。从保障对象、保障资源、保障策略3个方面对合成部队装备维修保障问题进行分析；以火控系统为例，采用蒙特卡洛仿真方法对单装火控系统维修时间和备件需求进行计算，在此基础上，分别计算单一种类装备群火控系统和多种类装备群火控系统的维修时间和备件需求，进而确定合成部队火控系统的维修保障人员和备件需求量；通过效能评估检验合成部队火控系统维修保障人员和备件需求计算结果的可信性。研究结果表明：采用该仿真方法确定合成部队各装备子系统的维修保障人员和备件需求是可行的；通过维修保障效能评估能够对维修保障资源需求计算结果进行验证。

基于拓扑势的作战体系网络节点重要度评估方法

王超， 郭基联， 符凌云

2020, 41(8):  1658-1664.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.020

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针对传统重要度排序算法无法客观全面评估作战体系中各装备实体重要度的不足，运用复杂网络理论，结合数学中的拓扑学和物理学中的场论思想，提出基于拓扑势的重要度排序方法。通过定义序列距离，引入覆盖率指标，对拓扑势排序结果与常规方法排序结果的相似度进行对比分析。设计一个作战想定示例，对基于拓扑势的重要度排序算法的有效性进行分析验证。结果表明，该算法可以精确客观地量化分析体系中不同装备对体系结构构建以及任务完成能力的支撑作用，为战时兵力部署、指挥体系构建、战场抢修决策提供重要依据。

移动荷载作用下考虑纵向连接间隙的浮桥结构计算

黄恒， 陈徐均， 施杰， 魏枭

2020, 41(8):  1665-1674.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.021

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基于弹性基础梁理论，建立了计算移动荷载作用下长浮桥竖向变位和桥跨弯矩的数学模型。在此基础上，根据变位互等定理和影响线理论，引入间隙角和转角影响线的概念，推导并证明了移动荷载作用下考虑纵向连接间隙的浮桥计算方法。该方法可以求解存在连接间隙的浮桥在移动荷载作用下的变位和受力情况。研究结果表明：连接间隙增大使浮桥的吃水增大，桥跨弯矩和桥节连接处受力减小；荷载移动速度增大，浮桥最大吃水和桥节连接处的受力都将增大；浮桥纵向连接间隙和荷载移动速度对于浮桥的变形和受力是不可忽视的，设计合理的连接间隙，对于优化浮桥结构至关重要；浮桥通载过程中，一定要按照限定的速度和载重通行，确保通行安全；模型计算结果与文献［16］中的数值计算和模型试验结果对比，具有较好的一致性。

综述

无人水面艇自主部署自主水下机器人平台技术综述

郑荣， 辛传龙， 汤钟， 宋涛

2020, 41(8):  1675-1687.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.022

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自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)作为组建海底空间站和观测网的重要工具，在近30年间，其相关技术蓬勃发展，逐步由单体控制向多海洋平台协同协作方向发展，其中利用USV自主布放回收AUV成为新的研究热点。综述了基于USV对AUV进行动态部署平台的最新进展；基于系统学观点从拖曳稳定性、拖曳动对接准确性和拖曳对接快速性3个方向来阐述USV部署AUV平台关键技术的研究和应用现状，总结了提高部署平台拖曳稳定性的措施，并对USV自主部署AUV平台的研究方向和研究重点进行了展望。

研究简报

双侧电传动履带车辆模糊前馈-反馈转向控制

张杰， 袁东， 张朋， 魏曙光

2020, 41(8):  1688-1696.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.023

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针对双侧电传动履带车辆转向控制存在目标跟踪慢和抗干扰性能差等问题，通过车辆动力学分析和驾驶员操控信号解析，在直接转矩控制的基础上设计了一种模糊前馈-反馈转向控制算法。该算法将方向盘转角及变化率作为模糊控制输入，对两侧电机目标转矩进行前馈补偿；采用转向半径的偏差及变化率作为模糊控制输入，对目标转矩差进行反馈修正。通过实时仿真系统dSPACE平台构建车辆的硬件在环实时仿真平台，对控制策略的实时性和可行性进行了验证。结果表明，模糊前馈-反馈控制在车辆不同速度和不同转向半径工况下均能有效缩短转向动态响应时间，同时转向轨迹的抗扰性能得到了提高，实现了车辆快速稳定转向。