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2022年 第43卷 第S2期    刊出日期：2022-11-30

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论文

末端反导小口径转管炮技术发展

邱志明， 曹渊

2022, 43(S2):  1-6.  doi:10.12382/bgxb.2022.B025

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末端反导小口径转管炮具有发射率高、可靠性好、作战能力强等特点，是反导作战体系的重要环节。总结了“密集阵”、“卡什坦”、“守门员”、6管30 mm舰炮、7管30 mm舰炮和11管30 mm舰炮等国内外小口径转管炮装备的发展历程和技术特点，针对性地分析了末端反导作战面临的高超声速、变轨机动以及弹群协同饱和攻击等挑战，系统总结了未来末端小口径转管炮“打得更快”、“打得更准”、“毁伤威力更强”、“持续作战能力更强”的发展需求，从小口径转管炮极速发射技术、供弹-补弹-弹库一体化技术、末端多武器综合防御技术和“末端小口径转管炮+智能”技术等四个方面，提出了末端反导小口径转管炮的技术发展趋势。

舰艇平台机动航线与导弹攻击航路一体化设计方法

杨华东， 周末， 孙海文

2022, 43(S2):  7-12.  doi:10.12382/bgxb.2022.B020

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针对舰艇平台行动规划与火力机动规划结果冲突，导致回退重算、兵力火力行动规划效率低的问题，提出舰艇平台机动航线与导弹攻击航路一体化设计方法。根据双方平台运动参数及导弹末端攻击角或攻击方向，基于平台最短时间机动战术，进行舰艇与目标的虚拟遭遇点预测及导弹飞行航路动态规划。迭代计算舰艇平台的机动航向、机动时间及航程等机动参数，并推荐计算本平台的导弹发射点。分别给出了导弹直航方式和航路规划方式下舰艇平台最短时间接敌机动的实现步骤。结果表明，该方法可实现舰艇平台抵达推荐的发射点后，即可立即按规划的导弹飞行航路发射导弹，充分使用导弹的射程，在尽可能远的距离发射，达到“先敌发射、先敌命中”效果。

一种基于深度学习的无人艇海上目标识别技术

王亮， 陈建华， 李烨

2022, 43(S2):  13-19.  doi:10.12382/bgxb.2022.B021

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目前，我国正在大力发展海洋武器装备，其无人化研究得到广泛关注，其中海上无人艇智能化是研究热点。针对我军对海上大中型目标检测和高精度定位的需求，进行基于深度学习的海上无人艇目标识别技术设计。设计了多源、多体制协同感知架构，以解决设备智能计算任务重复与资源浪费和深度学习加速问题；进行多层次特征提取、分析、融合技术设计，确定单/多传感器特征选取对象；开展基于深度学习的多特征目标检测、识别技术设计，建立基于深度学习网络的多源多维联合检测、识别处理方法。实验验证结果表明，所设计的方法对可见光图像识别率达99.7%以上，具有良好的识别效果。

基于视线导引策略的无人艇航迹跟踪控制算法

王潋， 李烨， 陈霄， 罗荣， 完颜娟， 唐嘉钰

2022, 43(S2):  20-25.  doi:10.12382/bgxb.2022.B008

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为实现复杂海洋环境下无人艇对期望航迹的精确跟踪和安全航行控制问题，对目前用于无人艇航迹跟踪控制的视线导引策略进行了详细研究，可分为基于前视距离的视线导引策略和基于包围圈的视线导引策略两大类，并分析了两类算法各自的优缺点。建立无人艇数学模型，基于前视距离的视线制导策略和PID控制思想设计无人艇航迹跟踪控制算法。仿真实验结果表明：所提算法具有良好的航迹跟踪控制效果，可为现阶段我国无人艇自主航行控制技术的研究和无人艇装备建设提供参考。

反无人艇群弹药战斗部参数对效能影响分析

冯炜， 崔东华， 刘海晓， 周末， 赵江， 李恒， 胡志鹏

2022, 43(S2):  26-31.  doi:10.12382/bgxb.2022.B004

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近年来，随着自主感知、自主协同、自主控制技术的快速发展，无人艇群逐渐形成作战能力，而目前尚无高效反无人艇群弹药装备。针对无人艇群作战反制难点，基于末端敏感技术探测，提出利用多爆炸成型弹丸战斗部实施毁伤的炮射弹药方案，采用蒙特卡洛模拟打靶法对弹药作战使用过程进行仿真，重点分析考虑多种因素条件下战斗部飞散角设计方法，研究炮-目距离、目标数量、运动速度和目标尺寸等特性对弹药毁伤效能的影响。仿真计算结果表明，基于末端敏感技术的炮射弹药在反无人艇群作战中具有较高效能，该弹药方案可为我国发展反无人艇群弹药装备提供借鉴和启示。

海上无人机蜂群目标威胁评估方法

孙海文， 于邵祯， 江源， 周末， 唐嘉钰， 李丹

2022, 43(S2):  32-39.  doi:10.12382/bgxb.2022.B006

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针对海上无人机蜂群目标威胁评估问题，构建无人机蜂群威胁评估指标体系，建立海上无人机蜂群威胁评估模型，提出一种改进逼近理想解法的无人机蜂群威胁排序方法，设计二级威胁评估流程。仿真分析结果表明，新方法可以有效准确地对多批次无人机蜂群目标进行威胁评估，为反无人机蜂群作战指挥决策提供参考依据。

复杂不规则海域下固定翼无人机覆盖搜潜路径规划

马焱， 冯炜， 罗荣， 李烨， 孟祥尧

2022, 43(S2):  40-52.  doi:10.12382/bgxb.2022.B024

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针对使用固定翼无人机（F-W UAV）进行大范围海域潜艇快速检查覆盖搜索的问题，提出复杂不规则凹多边形区域凹点选择性移除方法的Dubins曲线搜索策略。建立UAV搜索探测代价的数学模型，结合F-W UAV的转弯特性，在传统UAV对凸多边形区域进行覆盖检查搜索的方法基础上引入Dubins曲线轨迹法。针对不规则凹多边形区域，为避免对所有凹点的“暴力”移除，提出改进的凹点移除法，将不规则凹多边形区域处理成规则的凸多边形区域。设计了复杂边界区域中UAV覆盖搜索策略对比验证实验。仿真结果表明，对多边形区域边界进行凹点处理和沿跨度搜索方向进行Dubins曲线搜索的方法可使检查覆盖搜索的无效航行代价大幅降低，可为高效搜潜提供理论支撑。

基于不同湍流模型的水下航行体圆柱结构流动特性数值模拟

何佳伟， 翟峻仪， 高伟鹏， 李烨

2022, 43(S2):  53-63.  doi:10.12382/bgxb.2022.B022

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为提高水下航行体的隐身性能，探究不同湍流模型对水下航行体圆柱结构水动力数值模拟的影响。基于OpenFOAM开源计算流体力学工具包，进行水下航行体圆柱结构的数值模拟。开发3种混合湍流模型嵌入OpenFOAM工具包，3种模型分别为尺度自适应模拟方法、部分平均N-S方程方法和改进的延迟分离涡方法。基于开发的3种模型进行数值计算仿真，得到水下航行体典型圆柱结构的绕流场分布以及受力特征。研究结果表明：湍流模型的选取对于水下航行体水动力模拟有着显著影响，所得结果对后续探究水下航行体辐射噪声的研究具有指导意义。

国外无人反水雷装备及技术发展

徐同乐, 刘方, 肖玉杰, 王慎, 白一惠, 罗荣

2022, 43(S2):  64-70.  doi:10.12382/bgxb.2022.B019

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随着“零伤亡”战争理念日趋深入人心，雷区无人化已逐步成为未来水雷战的发展趋势，无人系统作为新质作战力量，其在反水雷领域的应用发展备受瞩目，值得深入研究。根据国外无人反水雷发展现状，梳理对比了无人水下航行器、无人机、无人艇在反水雷领域应用的技术特点和典型装备技术战术指标，阐述归纳了无人反水雷装备发展在能源动力、自主控制、协同控制、布放回收及隐蔽隐身等方面的关键技术，并针对遥控方式、通用设计、功能拓展、协同发展等方面总结分析了未来发展趋势，可为我国无人反水雷发展提供一定的参考。

带视场约束的多飞行器协同导引律

刘振宇， 刘炳琪， 王继平， 杨春伟

2022, 43(S2):  71-77.  doi:10.12382/bgxb.2022.B001

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针对带有视场约束的多飞行器协同攻击静止目标问题，提出一种分布式协同导引律。通过速度坐标系下交战运动方程，将非线性运动模型转换为2阶智能体模型、相应的视场约束转换为智能体类速度约束。结合速度约束一致性协议设计了一种到达时间协同导引律，实现了带视场约束条件下的多飞行器协同攻击。研究结果表明：提出的导引律克服了传统协同导引律存在数值奇点的问题，协同过程不需要进行导引律的切换。通过数值仿真和对比研究验证了所提导引律的有效性，并在测量噪声与通信延迟存在的情况下依然具有稳定的制导性能。

基于注意力机制的高超声速飞行器LSTM智能轨迹预测

杨春伟, 刘炳琪, 王继平, 邵节, 韩治国

2022, 43(S2):  78-86.  doi:10.12382/bgxb.2022.B002

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临近空间高超声速飞行器具有非惯性轨迹形式和大范围、强机动的突防能力，对目标飞行轨迹的准确预测能够为反导拦截系统有效拦截提供有力技术支持。针对高超声速飞行器的滑翔式和跳跃式飞行轨迹预测问题，提出一种基于注意力机制的Seq2Seq轨迹预测模型，利用LSTM网络设计编码器和解码器，同时利用注意力机制提取的信息进行解码预测。该网络以目标轨迹的位置、速度、弹道倾角和攻角六维特征序列作为输入网络，网络输出为未来一段时间内的连续轨迹序列，利用弹道仿真模型获得的目标飞行器轨迹数据作为训练集对网络进行训练与优化。实验结果表明，该网络能够对高超声速飞行器的多种飞行轨迹进行有效的轨迹预测，预测误差小，能够为反导拦截系统提供有利参考。

基于模糊小波神经网络的高功率微波武器与中近程防空武器协同作战效能评估

李烨， 郑纯， 滕哲， 顾晓东， 罗荣， 辛泽宇

2022, 43(S2):  87-96.  doi:10.12382/bgxb.2022.B005

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为提升舰艇在海面的防空作战能力，针对武器装备技术发展对防空作战带来的挑战，提出一种基于高功率微波武器（HPM）与中近程防空武器协同作战效能研究方法。用该方法分析构建协同作战效能评估指标，论证模糊小波神经网络原理及动态学习率。设计多武器协同防空任务想定及拦截方案，对评估数据进行量化及归一化，并运用预处理后的数据对网络进行训练，待其收敛后进行效能评估及HPM体系贡献率计算。研究结果表明：加入HPM能够提升中近程防空武器协同作战效能，提升舰艇综合作战能力。

弹群在复杂作战空间下的自适应分布式协同制导策略

姜尚， 陈锋， 高伟鹏， 李进军， 孙东彦

2022, 43(S2):  97-106.  doi:10.12382/bgxb.2022.B023

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为提高舰炮制导弹药的突防能力与毁伤效果，提出一种自适应分布式协同制导策略，多发弹药能够在复杂作战空间环境下自组织协同作战。为克服外界干扰与弹药自旋导致的测量视线角速率受限，设计观测性能迅速准确的扩张状态观测器。针对不确定的通信时滞，基于协同一致性理论与积分滑模设计视线方向分布式控制器，旨在有限时间内趋同攻击时刻。为在有限时间内零化视线角跟踪误差和视线角速率，结合剩余飞行时间构造视线法向和侧向的非奇异终端滑模自适应控制器。通过Lyapunov理论与构建Lyapunov-Krasovskii泛函，论证系统一致最终有界。实验结果显示：相较于已有研究，新策略能够提升弹群在复杂作战空间下对机动目标的协同制导性能。

导弹武器全寿命周期成本分析与控制策略

雷良， 周丹发， 张颖， 顾村锋， 刘瑞

2022, 43(S2):  107-114.  doi:10.12382/bgxb.2022.B009

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随着科学技术的进步，各种武器装备在变得越来越先进的同时，其用于包括研制、生产、使用和维护在内的全寿命周期成本也变得越来越高。针对以导弹为例的各类武器装备成本居高不下的问题，总结调研了国内外相关成本分析与控制方法，对导弹武器装备进行了全寿命周期的成本分析，提出了导弹武器的全寿命周期成本管控综合策略与效费权衡思路，并从总体方案设计、元器件选型优化、生产制造三个主要方面提出了降低导弹武器成本的具体方法与措施，可为类似武器装备成本分析与控制研究或研制项目提供参考。

基于深度学习的船体三维模型自动生成方法

王晓琦， 赵旸， 张键， 王硕

2022, 43(S2):  115-119.  doi:10.12382/bgxb.2022.B011

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三维船体模型具有广泛的应用场景，但制作成本较高。提出一种基于深度学习的船体三维模型自动生成方法：通过卷积神经网络结构从一张二维平面图中提取角点；按照特定的规则将各角点组成线段，每一个线段表示一面墙体；将线段变换生成三维模型。制作500张二维船图用于模型训练，并制作30张二维船图用于测试。研究结果表明：新算法可以精确地检测输入图片的角点位置和种类，并生成清晰、美观、通用的三维模型，效果很好。

船艇界河航行越界报警系统设计研究

刘曰胜， 张绍荣， 朱程鹏， 张文拴， 张程智

2022, 43(S2):  120-125.  doi:10.12382/bgxb.2022.B014

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船艇在界河巡逻执勤过程中，通常采用目力观测和经验判断等方法判断船只是否越界，而在恶劣气象条件下或航标配布不到位的界河河段存在航行安全隐患，有必要使用助航报警系统进行辅助决策。通过融合集成导航定位、识别判定和报警3个子系统，综合运用北斗和地理信息系统技术，合理使用网络地图资源建立报警区域数据库，并利用铅垂线法和CalcIntersectPoint函数实现船位状态的识别和判断。阐述了船艇界河航行越界报警系统的基本特点和设计思路，阐明了系统实现过程，验证分析了系统的性能。研究结果表明：通过船艇界河航行越界报警系统的制作实现，可为界河航行越界报警系统的下一步开发提供一定的理论、技术、数据上的支撑。

天基自组织网络分布式抗毁路由算法设计与研究

高曌， 王亚琼， 曾骏杰， 任术波， 张磊， 高梓贺， 陶滢

2022, 43(S2):  126-132.  doi:10.12382/bgxb.2022.B018

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天基自组织网络是一种大时空尺度的复杂网络，具有节点数量庞大、组成复杂、星间拓扑结构高动态变化等特点。为保证网络信息传输的连续性，亟需设计一种能够尽量减少重路由的出现，并对网络故障情况及时给出准确响应的天基自组织网络路由协议。针对现有卫星路由算法使用的源端重路由方法中存在的时延大、丢包率高的问题，提出一种天基自组织网络分布式抗毁路由算法，以最小化端到端时延为约束求解最优路径，并通过断点续传的方法可以在失效节点处重新探测一条到达目的节点的路径。仿真结果表明，在节点可能失效的场景中，该算法以少量控制开销为代价，可以获得较好的数据传输率和时延性能，保证了路由的可靠性和抗毁性。

相同时变时延条件下的卫星协同编队方法

张建库， 王迪， 王睿， 张龙飞， 张泽宇

2022, 43(S2):  133-138.  doi:10.12382/bgxb.2022.B017

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在卫星协同编队任务中，卫星协同编队通信受通信带宽限制。为解决卫星协同在通信时延条件下协同编队问题，将卫星通信系统设计成由位置和速度信息为主的双重冗余通信信息传输方式。利用矩阵的方式，对时延条件下卫星协同系统的可控性进行分析，并分析基于位置和速度的双重冗余通信信息传输方式对协同系统的稳定性以及收敛速度的影响。以通信延时系统稳定收敛为基础设计仿真实例，验证所设计协同编队方法在时延情况下的有效性与稳定性。仿真结果表明：基于位置与速度双重冗余通信信息传输方式构建的通信延时系统稳定收敛，仿真验证协同编队卫星的位置快速稳定收敛，速度快速保持一致，形成一字编队。

基于数字孪生的卫星装备智能设计系统

戴璐， 邵一夫， 郭宇元， 徐志红， 赵琪， 张兵， 杜德岩， 梁天

2022, 43(S2):  139-145.  doi:10.12382/bgxb.2022.B010

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“十四五”期间，卫星装备研制任务数量将逐年增加，卫星装备的复杂程度也不断提高。为改进以经验为主的卫星装备传统设计模式，解决卫星装备设计数据库标准化程度低、数据可继承性差、数据生命周期覆盖率差、生产试验运行数据与原始数据交互率低，导致设计效率低、研制成本高、维护升级困难等难题，提出一种基于数字孪生的卫星装备智能设计方法。将卫星装备按尺寸、载荷、特点分类归纳出卫星载荷条件、卫星装备功能模块、生产检测试验模块、运维模块组成的数据库。依据卫星尺寸、接口、载荷等条件根据计算规则驱动孪生出卫星装备数字功能模块，并自动装配成孪生模型，根据载荷的一些特殊条件对数字孪生模型功能模块进行智能联动调整，并可以将孪生模型计算结果、装备实物验证结果和当前孪生数字模型进行对比迭代和修正，不断提高孪生数字模型准确性，并可以通过孪生模型全生命周期数据监控，实时将实物维护改造信息同步映射到孪生模型，进一步提高卫星装备设计效率，缩短研制周期，削减研制成本。

基于连续小推力转移的小行星防御轨道设计与仿真

刘豪， 董跃， 杨倩， 刘佳

2022, 43(S2):  146-152.  doi:10.12382/bgxb.2022.B003

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人类发现的小行星越来越多，为应对小行星碰撞地球，国内外许多学者开展了动能撞击防御技术的研究，有学者基于脉冲转移方案开展了Apophis小行星动能撞击轨道优化设计。采用连续小推力直接转移方案对Apophis小行星动能撞击进行轨道设计和仿真。结果表明，新方案对发射时地球的位置敏感度较低，所有窗口下最优转移轨道的飞行时间都接近于最大允许飞行时间；撞击时Apophis的轨道相位均在近日点一侧，此时Apophis的轨道速度较高，有利于得到较大的撞击速度。通过对新设计方案和脉冲直接转移方案的设计结果进行比较，新方案实现的Apophis速度增量约为脉冲转移方案的1.78倍。

基于SSA-PID和卡尔曼滤波控制的发射筒充氮系统设计

李光保， 高栋， 路勇， 平昊， 周愿愿

2022, 43(S2):  153-163.  doi:10.12382/bgxb.2022.B013

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针对目前发射筒充氮、置换工艺中操作不便、氮气压力难以精确控制等问题，以及为满足偏远恶劣环境下对发射筒进行充氮置换作业的要求，设计一种基于麻雀搜索算法(SSA)-PID与卡尔曼滤波控制的自动化充氮系统。该系统以PLC为核心，采用卡尔曼滤波方式完成对温度、湿度及压力参数的滤波。利用SSA完成对改进PID算法的参数优化，结合优化后改进PID控制算法完成对充氮流程和置换流程的工艺控制。应用上位机，通过MODBUS RTU总线通讯完成系统内各元器件的监测和控制，实现充氮系统的自动化精确操作。通过MATLAB软件仿真及应用结果表明，基于SSA-PID与卡尔曼滤波的发射筒充氮系统提高了发射筒维护的工作效率和质量，实现了手动和自动的工作模式、故障报警和数据记录功能，满足了恶劣环境下对发射筒进行充氮置换作业的要求。

强化学习在智能无人系统决策管理中的应用

卫宁， 王冠

2022, 43(S2):  164-169.  doi:10.12382/bgxb.2022.B012

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智能无人系统需要在复杂环境下快速稳定地进行决策，并具备应对非预期状态的能力。智能无人系统往往由于环境及任务复杂度高而难以实施决策管理，利用强化学习平台进行智能无人系统决策管理是很好的解决方案。针对智能无人系统所处的多样性、复杂性、高动态性和不确定性环境，利用强化学习平台进行智能无人系统决策管理，在传感器有限的情况下对环境和态势进行准确感知与决策，使智能体能够利用自学习和自适应能力快速完成决策。强化学习通过与环境的自主交互过程来学习决策策略，使得策略的长期累积奖励值最大，通过强化学习平台和仿真平台的对接来进行决策模型搭建和智能体训练，并通过对智能体输出策略的控制来实现智能无人系统的决策管理。

基于数据驱动的航天器产品热处理技术

杨鑫， 闻强苗, 李思振， 程德, 舒文祥， 白晶莹

2022, 43(S2):  170-177.  doi:10.12382/bgxb.2022.B016

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航天器研制任务呈现快速增长态势，趋向于批量化、快速响应、柔性定制等特性，但传统航天器热处理过程以手工操作为主，人工巡查记录数据，存在生产装备数字化差，过程数据及时性、准确性、完整性差，缺乏大数据分析的问题。以基于数据驱动的模块化工艺技术研究为核心，开展模块化工艺设计与执行；以热处理生产装备数字化及自主健康管理技术研究为基础，开展数字化装备与工艺技术等研究；以生产数据自动采集与集成、大数据分析技术研究为手段，开展数据自动采集与集成、质量问题分析与决策等研究，实现热处理生产装备数字化，热处理生产过程数字化管控，热处理过程数据自动采集与大数据分析，实现特种工艺信息化，显著提升宇航产品热处理本质生产能力。

温热条件对7B04铝合金性能的影响

刘文袆， 陈福龙， 王耀奇， 曲海涛， 韩玉杰

2022, 43(S2):  178-182.  doi:10.12382/bgxb.2022.B007

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针对高强铝合金航空复杂构件室温成形难问题，通过电阻炉加热及冲压成形试验探究了温热条件对7B04铝合金硬度及成形性能的影响规律，通过差示扫描量热仪及透射电镜探讨其性能变化机理。研究结果表明：7B04铝合金加热后，升温速率越快，材料硬度下降越快；在400 ℃以上炉温条件下加热较长时间，硬度会先降后升；在200~450 ℃温度范围内，7B04板材冲压成形性能随出炉温度提高而提高，加热至400 ℃以上出炉冲压成形效果较好，升温速率的提高可以使7B04铝合金在硬度降幅相同的情况下，达到更高的成形温度，获得更好的成形性能。