兵工学报

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稀疏奖励下基于强化学习的无人集群自主决策与智能协同

李超, 王瑞星, 黄建忠, 江飞龙, 魏雪梅, 孙延鑫

2023, 44(6): 1537-1546. doi:10.12382/bgxb.2022.0177

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无人集群将深刻地塑造战争样式,为提升无人集群自主决策算法能力,对异构无人集群攻防对抗自主决策方法进行研究。对无人集群对抗模型设计进行总体概述,并对无人集群攻防对抗场景进行模型设计;针对无人集群自主决策采用强化学习技术广泛存在的稀疏奖励问题,提出基于局部回报重塑的奖励机制设定方法;在此基础上叠加优先经验回放,有效地改善稀疏奖励问题;通过程序仿真和演示系统设计,验证该方法的优越性。该方法的研究将加速基于强化学习技术的无人集群自主决策算法网络收敛过程,对无人集群自主决策算法研究具有重要意义。

基于分层强化学习的无人机空战多维决策

张建东, 王鼎涵, 杨啟明, 史国庆, 陆屹, 张耀中

2023, 44(6): 1547-1563. doi:10.12382/bgxb.2022.0711

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针对无人机空战过程中面临的智能决策问题,基于分层强化学习架构建立无人机智能空战的多维决策模型。将空战自主决策由单一维度的机动决策扩展到雷达开关、主动干扰、队形转换、目标探测、目标追踪、干扰规避、武器选择等多个维度,实现空战主要环节的自主决策;为解决维度扩展后决策模型状态空间复杂度、学习效率低的问题,结合Soft Actor-Critic算法和专家经验训练和建立元策略组,并改进传统的Option-Critic算法,设计优化策略终止函数,提高策略的切换的灵活性,实现空战中多个维度决策的无缝切换。实验结果表明,该模型在无人机空战全流程的多维度决策问题中具有较好的对抗效果,能够控制智能体根据不同的战场态势灵活切换干扰、搜索、打击、规避等策略,达到提升传统算法性能和提高解决复杂决策效率的目的。

多目标空地异构无人系统协同任务分配方法

范博洋, 赵高鹏, 薄煜明, 吴祥

2023, 44(6): 1564-1575. doi:10.12382/bgxb.2022.0095

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针对由地面无人车与多无人机组成的空地异构无人系统面向大范围、多目标的协同任务分配问题,以无人系统完成任务时间为优化目标,同时考虑无人机收放、续航能力以及任务时序等约束条件,建立空地异构无人系统的任务分配模型,提出一种多目标空地异构无人系统任务分配方法。结合密度值最大聚类和混合粒子群优化算法,对空地异构无人系统的任务分配问题进行求解,从而得到满足约束条件的全局任务分配结果;通过仿真实验对所提方法进行验证。实验结果表明,该方法能够有效地求解在不同作战环境中的空地异构无人系统的任务分配问题。

基于T/S-SAS的多无人机四维协同攻击航线生成

张堃, 刘泽坤, 华帅, 张振冲, 李珂, 于竞婷

2023, 44(6): 1576-1587. doi:10.12382/bgxb.2022.0211

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针对多无人机攻击目标时间协同以及飞行航线空间协同问题,提出基于时间与空间双协同稀疏A^*搜索(T/S-SAS)算法的多无人机四维协同攻击航线生成算法。改进飞行扩展节点模型,设计基于并发扩展的算法结构,建立时间协同代价计算模型与多机防碰撞约束模型,并开展仿真研究。研究结果表明:所提算法能够增强无人机攻击航线的规划效率、减少不同无人机抵达目标的协同攻击时间极差、解决不同无人机之间的空间防碰撞问题;该算法使多无人机协同攻击航线满足时间/空间约束,提升了多无人机协同时间打击性能及飞行路线空间协同性能,提高无人机协同作战效率与作战能力。

融合天空偏振光的视觉SLAM研究进展与展望

夏琳琳, 张晶晶, 初妍, 张道畅, 宋梓维, 崔家硕, 刘瑞敏

2023, 44(6): 1588-1601. doi:10.12382/bgxb.2022.0288

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模仿生物复眼对偏振光敏感机理的偏振光导航是近年兴起的新技术,具有稳定、无源及完全自主的特性,偏振传感器的小型化、一体化使其与低成本相机、惯性测量单元等有效集成成为可能。回顾分析多传感器融合的视觉同时定位与地图创建(Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)解决方案,梳理偏振导航传感器、天空偏振模式等最新研究进展,进而通过对辅以天空偏振光的视觉-惯性导航系统(Visual-Inertial Navigation System,VINS)的探索,进一步阐释该方案是应对视觉SLAM室外长航时导航实际的可行解。在此基础上,指出面向室外机器人操作系统、图优化框架的偏振成像仪定向观测约束模型的挑战性问题,供研究者探讨。所开发的偏振光辅助的VINS-Fusion具有扩展绝对位姿约束边的图优化技术特色,可实现全局一致的导航轨迹跟踪,为遥感测绘、军事探索等任务中的自主移动机器人导航与定位提供了创新性技术支持。

硬目标侵彻起爆控制技术研究现状及展望

刘伟钊, 李蓉, 牛兰杰, 施坤林

2023, 44(6): 1602-1619. doi:10.12382/bgxb.2022.0102

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为进一步推动硬目标侵彻起爆控制技术发展,按照硬目标侵彻起爆控制过程,综述了信号感知、信号处理与起爆控制方法的发展现状。分析侵彻过载信号组成、特征、响应传递的理论成果,总结基于过载时频特征的混叠信号处理、特征提取和特征强化方法,概述新型探测器件、滤波材料和自适应算法及数值仿真的研究现状,揭示了侵彻过载信号的复杂性和目前起爆控制技术的局限性。为满足侵彻弹药持续发展需求,应掌握弹体结构、目标特性、侵彻工况约束下过载特征变化规律,探究多物理场信号产生的机理,研究复合传感、信息融合及快速处理方法,制定基于模型驱动的起爆控制策略,形成适应范围更广泛的起爆控制方法。

复杂背景下显著度表征的车辆伪装效果动态评估

王冬, 高钦和, 黄通, 刘志浩, 高蕾

2023, 44(6): 1620-1631. doi:10.12382/bgxb.2022.0181

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针对作战流程中车辆目标在复杂地貌背景下的伪装效果动态评估需求,提出一种复杂地貌背景超像素分割和综合显著度表征的车辆伪装效果评估方法。基于目标在背景中的显著度与伪装效果的负相关性,方法采用超像素邻接模型,引入本地显著度和目标显著度进行伪装效果综合表征;选取车辆和背景多尺度图像的视觉特征,构建多维显著度矩阵;通过复相关系数法和变异系数法进行有效特征筛选;采用熵权法计算综合显著度对伪装效果进行评估。通过算例验证分析,方法能综合复杂地貌背景、车辆伪装状态和经典显著度视觉特征等多种因素进行伪装效果评估,量化分析车辆伪装状态的显著特征和优势应用环境,为车辆的伪装设计、状态运用和隐蔽区域选择提供建议。

预置舵角对跨介质航行体入水尾拍运动影响试验

刘喜燕, 袁绪龙, 罗凯, 祁晓斌

2023, 44(6): 1632-1642. doi:10.12382/bgxb.2022.1117

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为研究预置舵角对跨介质航行体高速入水过程尾拍运动特性的影响,搭建高速入水试验平台并设计带有内测单元的试验模型,开展入水角为20°时不同预置舵角下跨介质航行体高速入水试验研究。采用高速摄像机记录入水空泡,同时由内测单元测量航行体的运动参数和表面压力,分析预置舵角对跨介质航行体高速入水过程中空泡发展特性、入水运动特性以及表面压力的影响规律。试验结果表明:跨介质航行体入水过程中先后经历滑行运动阶段和尾拍运动阶段,尾拍形成的法向过载最高可达滑行产生法向过载的2倍;入水距离约5倍航行体长度时,入水空泡形成闭合,泡内压力在闭合前后呈先降低后增大的变化趋势;入水空泡闭合时,随着预置舵角增大,形成的附体空泡与主体空泡发生分离,在预置舵角为10°时,空泡尾流出现双涡管现象;预置舵角越大,跨介质航行体入水转平/偏转能力越强,当形成单侧尾拍运动后,航行体爬升效率提升。

基于通道校正卷积的真彩色微光图像增强

何锦成, 韩永成, 张闻文, 何伟基, 陈钱

2023, 44(6): 1643-1654. doi:10.12382/bgxb.2022.0204

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针对现有真彩色夜视相机所成图像亮度低、对比度低、噪声和色彩失真等问题,提出基于通道校正卷积的神经网络算法。通道校正卷积的上分支引入通道注意力块分析RGB通道之间的特征,用来代替U-Net网络中的传统卷积,实现颜色恢复并保留更多图像信息;在传统损失函数中增加Sobel损失函数和色彩损失函数,抑制噪声的同时并保护图像细节,减小色差、增强对比度。采集真实场景下的图像数据集,提升对实际数据的处理效果。实验结果表明:该算法能同时处理低照度图像的亮度、对比度、噪声和色差问题,增强效果优于目前主流算法;与传统卷积的U-Net网络相比,降低了模型复杂度,提高了运行速度,计算量减少了13.71%,参数减少了13.65%,PSNR值提升了29.20%,SSIM值提升了7.23%,色差减少了10.46%,兼顾了成像质量与成像速度。

航空集群一发多收有源定位最优构型

王维佳, 王玉冰, 田瑾, 毛昭军, 杜琳琳

2023, 44(6): 1655-1664. doi:10.12382/bgxb.2022.0104

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针对航空集群一发多收有源协同定位运用问题,研究一发多收有源协同定位最优构型与航迹优化方法,进一步提升有源协同定位效果。建立一发多收有源协同定位模型,分别基于 A优化准则与D优化准则推导不同接收机数目情况下航空集群有源定位对目标进行定位的最优几何构型,推导出最优构型的解析解,为航空集群航迹优化提供理论支撑;将得到的最优构型运用到航空集群航迹优化中,提出基于A/D准则的航空集群有源定位航迹优化方法。通过仿真实验,航迹优化后的航空集群一发多收有源定位精度有较大幅度提升,说明航迹优化在航空集群有源协同定位的有效性。

耦合尾喷管堵盖运动的水下固体火箭发动机点火启动过程特性

王德友, 李世鹏, 金戈, 王茹瑶, 官典, 王宁飞

2023, 44(6): 1665-1676. doi:10.12382/bgxb.2022.0136

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为研究水下固体火箭发动机点火启动过程的流场特征与工作特性,对尾喷管堵盖分离约束下的点火燃气泡演化过程进行数值模拟。采用流体体积多相流模型与动网格技术,建立耦合喷管堵盖运动的水下燃气射流仿真模型。对点火初期燃气泡形貌瞬态演化和流场参数的振荡特性进行分析,揭示变深度下发动机点火的初始推力脉动特征及形成机制。研究结果表明:点火开盖初期压差驱动堵盖强烈地冲击液相,尾壁空间产生高压区形成初始推力峰;点火深度越深,燃气泡沿轴向的增长速度越慢、长度越短,颈部出现收缩时刻越提前,流场参数和发动机推力的脉动特性越强;深水下燃气泡颈部收缩后,发动机喷口激波系出现往复振荡,导致尾壁空间产生压力振荡形成多个脉动推力峰,激波系的不稳定运动是推力出现脉动的主导因素。

网络化弹药起爆控制半实物仿真测试方法

刘金月, 龚鹏, 杨昊伟, 李慧博, 唐飞喜, 高翔

2023, 44(6): 1677-1687. doi:10.12382/bgxb.2022.0213

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针对网络化弹药起爆控制功能靶场测试成本高、可重复性差等问题,提出一种基于QualNet仿真平台的网络化弹药动态起爆控制半实物仿真测试方法。基于该测试方法架构,设计了联通真实网络与仿真网络的半实物交互接口,实现了实物原理样机与网络化弹药仿真模型间的实时数据交互;开发了安全系统动态运行监控软件,通过该界面指挥中心可对弹药节点进行远程动态控制与状态信息监测;为保证控制指令等数据报文的可靠实时传输,定义了监控软件与安全起爆控制模块间的应用层通信协议;对网络化弹药远程解保、远程动态起爆控制功能及半实物交互接口时延进行了测试。研究结果表明:该测试方法不仅具有较强的可行性和有效性,而且具有良好的实时性。

考虑故障相关性的复杂二维保修装备机会维修策略

董恩志, 程中华, 王荣财, 张孝娜, 张月星, 吴巍屹, 岳帅

2023, 44(6): 1688-1703. doi:10.12382/bgxb.2022.0101

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针对保修期内孤立地对各单部件进行维修降低装备可用度、增加装备保修成本的问题,结合复杂装备的特点和二维保修现状,以保修期内的装备可用度为主要定量化分析指标,探索最优的多部件系统机会维修策略。以多部件系统故障相关性分析为基础,结合各单部件预防性维修计划,运用机会维修策略,通过引入机会维修时可靠性阈值,将各单部件预防性维修工作组合优化,建立了多部件系统二维保修可用度模型。算例分析中,运用遗传算法求出某新型装甲突击车动力系统最优机会维修策略。对比分析结果表明:机会维修策略将动力系统可用度提高10%、保修成本降低9.3%,充分验证了机会维修策略的有效性,提升了装备维修保障的军事和经济效益;该策略可为二维保修服务下多部件系统机会维修策略的制订提供科学依据与定量化分析方法。

GaN器件质子辐照与电场综合试验系统及方法

季启政, 刘尚合, 王志浩, 杨铭, 丁义刚, 王思展, 沈自才, 刘宇明

2023, 44(6): 1704-1712. doi:10.12382/bgxb.2022.1115

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基于GaN器件质子辐照损伤机制和退化特性,根据剂量深度分布等效拟合原理,提出与地球同步轨道质子辐照环境等效的多能质子综合辐照试验方法。针对空间内带电问题计算电路板材料的充电电位,设计用于内带电效应模拟的静电场和瞬态电场的模拟方法及装置。建立质子辐照与电场综合试验系统并开展初步的试验。研究结果表明:GaN器件在跨导峰值处的栅源电压随质子注量发生偏移;相对于单独质子辐照,质子和电场综合作用下器件特征参数变化速度更快,幅度更大,证明了所提试验方法及系统的有效性。

外物损伤对叶片振动疲劳裂纹扩展性能的影响

杨硕, 杜天玮, 张晓鹏, 马梁, 张桂昌

2023, 44(6): 1713-1721. doi:10.12382/bgxb.2022.0109

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为研究外物损伤(FOD)对航空发动机叶片的疲劳裂纹扩展影响,基于落锤冲击试验系统,在不同冲击能量下进行TC4钛合金试件的FOD模拟试验及振动疲劳试验,获得损伤试件的裂纹长度与疲劳寿命的关系,并拟合疲劳断口裂纹形貌参数,建立疲劳裂纹扩展寿命预测计算模型。研究结果表明:损伤缺口的深度和宽度随冲击能量的减小而非线性的减小。当冲击能量较大时,试件的疲劳裂纹先沿弯曲微裂纹扩展,后沿直线扩展;当冲击能量较小时,试件疲劳裂纹保持直线扩展。裂纹的萌生寿命与冲击能量、应力水平二者相关。

炸药抗过载性能试验方法

周霖, 倪磊, 李东伟, 张向荣, 刘海青, 江涛, 朱英中

2023, 44(6): 1722-1732. doi:10.12382/bgxb.2022.0074

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炸药抗过载性能的测试与表征,是侵彻战斗部装药选型的重要依据。基于单自由度受迫振动模型,建立炸药抗过载性能试验测试装置,模拟战斗部侵彻过程中炸药装药所承受的力学环境和变形行为,提出过载条件下炸药的点火判据 $∫ σ ·$ dσ(σ和 $σ ·$ 分别为应力和应力率),形成了炸药抗过载性能表征方法。采用该装置对3种典型的DNAN基不敏感侵彻熔注炸药的抗过载性能进行测试,得到它们的点火阈值分别为1.8GPa²/ms、2.2GPa²/ms和3.3GPa²/ms;采用平头弹侵彻试验方法,对上述3种炸药的抗过载性能进行验证,得到了3种炸药的着靶爆炸反应的临界速度范围分别为444~475m/s、512~531m/s和大于570m/s。研究结果表明,炸药抗过载性能测试和平头弹侵彻试验方法试验的验证结果一致,说明炸药抗过载性能试验方法可作为侵彻战斗部装药选型的科学有效手段。

考虑铲钻刀具倒棱刃口几何参数的钻削力理论模型

王贵林, 于爱兵, 邹翩, 李毅, 李克凡, 吴森凯

2023, 44(6): 1733-1743. doi:10.12382/bgxb.2022.0753

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为铲钻倒棱刃口的设计、开发和应用提供参考,建立考虑倒棱刃口几何参数的铲钻钻削力模型。基于正交切削理论,引入材料因刃口挤压产生形变的几何系数,建立倒棱刃口铲钻相对于主切削刃方向的切向力和法向力模型,根据铲钻切削刃的实际加工计算出铲钻的轴向力和扭矩。考虑分屑槽对铲钻钻削力的影响,使用变形系数代替剪切角和摩擦系数。采用有限元模拟铲钻钻削过程,进行铲钻的钻削力测试实验,得到铲钻的轴向力、扭矩,并将倒棱刃口铲钻的钻削力与锋利刃口的钻削力进行对比。研究结果表明:建立的钻削力理论公式适用于计算倒棱刃口铲钻轴向力和扭矩的计算,得到了倒棱刃口宽度和角度对铲钻钻削力的影响规律;设计铲钻刀具倒棱刃口时,铲钻刃口的倒棱宽度选择0.1mm,倒棱角度选择10°或30°可以获得较低的钻削力。

基于滑动多周期FFT的调频引信抗扫频干扰方法

周文, 郝新红, 董二娃, 陈彦君

2023, 44(6): 1744-1753. doi:10.12382/bgxb.2022.0119

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针对调频引信快速傅里叶变换(FFT)谐波包络提取方法对抗扫频干扰效果差的问题,提出一种滑动多周期FFT处理方法。在分析扫频干扰作用下调频引信的失效机理的基础上,提出通过多周期FFT进行回波能量的相干积累,实现对干扰的有效抑制,并在相邻处理窗口间滑动更新处理数据,进一步提取预定炸高对应的差频谐波包络进行门限判决。仿真及实测结果表明:滑动多周期FFT处理方法能在扫频干扰下有效提取目标谐波包络特征,相较于传统单周期FFT处理方法,显著改善峰值旁瓣比,提高了调频引信抗扫频干扰的能力。

电磁能与炸药联合加载药型罩基础理论

豆剑豪, 贾鑫, 梁争峰, 黄正祥, 薛标

2023, 44(6): 1754-1763. doi:10.12382/bgxb.2022.0120

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为提高聚能射流对炸药能量的利用率,结合电磁加载药型罩以及爆磁压缩发生器原理,提出一种电磁能与炸药联合加载药型罩的原理结构。联合加载分为两个阶段:第1阶段,电容器放电,在爆磁压缩发生器中形成初始磁通;第2阶段,炸药1爆轰,压缩磁场,电流增大,同时爆轰波传播至药型罩部分引爆炸药2,电磁力与爆轰压力共同压垮药型罩。结合炸药爆轰理论、传统PER射流成型理论以及电磁加载特性,建立电磁与炸药联合加载下药型罩射流成型的理论模型。利用理论模型计算ϕ56mm聚能装药在联合加载结构下的射流成型,并通过理论计算分析联合加载时序对联合加载射流成型的影响。计算结果表明:电磁与炸药联合加载能够增加成型射流的速度以及动能,提高聚能射流对炸药的利用率,并且优化联合加载时序能够进一步提高射流速度和动能;联合加载下射流动能相对传统聚能装药提升了34.5%,对炸药的能量利用率提高了36%。

一种基于被动声呐宽带空间谱的自动检测算法

柳嵩, 姚直象, 陆代强, 袁骏

2023, 44(6): 1764-1774. doi:10.12382/bgxb.2022.0170

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被动声呐宽带目标检测中,基于固定门限的检测不能适应波动背景、对强弱目标共存场景检测时易检出旁瓣或漏检弱目标,此外检测结果中目标占据多个波束易使精确测向产生引导波束选取偏差。针对上述问题,基于宽带空间谱,将排序截断平均算法、局部峰值检测和波束内插算法结合,通过理论和蒙特卡洛实验分析对门限估计值有影响的参数,设计参数自动选取方案,形成检测门限自适应方法及自动检测与精确测向一体化方案。仿真与海试实验结果验证了所提算法的有效性,有较强工程应用价值。

梁弯曲振动的键合空间表示及其在炮口扰动分析中的应用

林圣业, 王茂森, 谢杨杨, 李勇, 戴劲松

2023, 44(6): 1775-1783. doi:10.12382/bgxb.2022.0175

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为模拟梁类复杂系统的动力学行为,基于键合空间理论建立Timoshenko梁弯曲振动的动力学模型和固有频率特性分析方法。定义梁单元势、流、动量和位变空间向量,推导以动量空间向量和位变空间向量及其1阶导数表示的梁单元状态方程;通过直接求解特征值问题获得梁弯曲振动的固有频率和相应振型,所提方法与解析法计算的前6阶固有频率最大相对误差为 0.7960%,MAC不小于0.9972,说明梁弯曲振动键合空间模型是正确的。在此基础上,将所建梁弯曲振动键合空间模型嵌入某火炮自动机系统发射动力学模型中,开展了炮口扰动分析,仿真与连发射击试验测试结果相符,说明所建炮口扰动分析模型是正确的,为弹炮耦合发射系统动力学分析提供了新方法。

磁环型准零刚度隔振系统动态特性

李占龙, 张正, 姜稳稳, 刘琪, 任志曌, 王瑶, 宋勇

2023, 44(6): 1784-1794. doi:10.12382/bgxb.2022.0194

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特种车辆由于其作战、行驶环境复杂多变,使乘员及车载大型精密设备常暴露于低频大幅振动环境中,直接影响作战功效,甚至危及生命安全、引发严重的设备故障。为有效隔离其低频振动,开发了一种磁环型准零刚度隔振系统,对其系统刚度特性和隔振特性进行了理论与实验研究。基于磁电理论和刚度耦合理论,建立正、负刚度理论模型,获得了系统等效刚度,对其刚度机理与参数特性进行分析;进一步建立准零刚度隔振系统的非线性动力学模型,采用谐波平衡法和牛顿-拉夫森迭代法对系统非线性动力学方程进行求解,分析与评估其隔振特性,并搭建实验台进行验证。研究结果表明:负刚度机构具有明显的负刚度效应,与正刚度系统配合,可产生较宽的准零刚度区间;与线性系统相比,该准零刚度隔振系统隔振频带向低频区拓宽71.9%,共振峰值降低65.7%,稳态区间下位移响应幅值下降75%,加速度响应幅值下降80%,具有更宽的隔振频带和更大的振动衰减率。

采用弹体追踪导引律的旋转弹锥形运动稳定性

宋金超, 赵良玉

2023, 44(6): 1795-1808. doi:10.12382/bgxb.2022.0081

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针对旋转弹采用捷联导引头和弹体追踪导引律时可能导致锥形运动失稳的问题,推导了捷联导引头在非旋转弹体坐标系下的动力学模型,建立了复数形式的弹体追踪制导控制系统数学模型;在不同弹体转速及阻尼回路增益情况下,分别考虑导引头响应延迟和陀螺标度因数误差,分析了上述制导控制系统的稳定性,并使用数值方法求得使其稳定的特征参数取值范围。研究结果表明:导引头延迟角越大,使系统稳定的制导回路增益上限越小;陀螺标度因数误差系数大于1时,使系统稳定的制导回路增益上限会变大,当陀螺标度因数误差系数小于1时,使系统稳定的制导回路增益稳定上限会变小。

不同尺度飞行器周围等离子体分布及电磁波传输效应

高铁锁, 江涛, 傅杨奥骁, 丁明松, 刘庆宗, 董维中, 许勇, 李鹏

2023, 44(6): 1809-1819. doi:10.12382/bgxb.2022.0174

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研究气动电磁波传输效应对于评估和解决黑障问题具有重要意义。基于求解三维N-S方程及波动方程的数值方法,分析了天线位置、电磁波频率、飞行器特征尺度等因素对飞行器周围等离子体分布和电磁波传输的影响。研究结果表明:在同一再入条件下,随着球头半径增加,飞行器周围电子数密度、等离子体鞘套厚度以及对电磁波的衰减也随之增大,影响天线附近等离子体分布的主要机制是NO电离反应;轴向天线位置和频率对电磁波衰减具有重要影响,可以通过提高电磁波频率和合理选择天线位置降低等离子体对通信影响;飞行器沿弹道再入过程中,等离子对电磁波的衰减出现峰值,高频电磁波的通信中断区间缩小;典型条件下等离子体分布及通信中断的预测与测量结果一致,该预测手段可为飞行器电磁通信系统设计提供技术支持。

基于三角函数正交性的永磁伺服系统机械参数辨识

朱其新, 姜晨艳, 张国平, 朱永红

2023, 44(6): 1820-1828. doi:10.12382/bgxb.2022.0130

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为抑制永磁伺服系统机械参数不确定对系统控制性能的影响,提出一种利用三角函数正交性进行机械参数辨识的方法。给电机施加两个不同幅值、相同角频率的机械角速度指令,通过正弦、余弦函数在不同区间内的积分实现系统摩擦系数与转动惯量的解耦,在提高辨识精度的同时消除了不定负载转矩对黏滞摩擦系数、库仑摩擦系数和转动惯量辨识结果的影响。利用辨识得到的机械参数值对负载转矩进行观测,并针对系统的摩擦转矩、负载转矩进行对应的前馈补偿。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性,机械参数辨识误差在1%左右,进行前馈补偿后转速环的控制性能得到一定的提升。

液力机械综合传动装置低温阻力矩特性研究与验证

徐保荣, 张金豹, 姚李刚, 邹天刚, 万丽

2023, 44(6): 1829-1836. doi:10.12382/bgxb.2022.0182

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为解决液力机械综合传动装置低温环境下的快速起动问题,需要对其在低温域的传动特性进行试验测试。进行了液力机械综合传动装置和单一旋转件在低温环境下的运行阻力矩特性测试和流场分析。研究结果表明:在特定温度段液力机械综合传动装置的运行阻力矩随转速的升高而降低,单一旋转件测试进一步验证了这一规律;对比不同温度下的流场发现,润滑油液的非牛顿流体特性在该规律中起主要作用。

基于广域部署智能反射面的无人机集群跟踪方法

郑磊, 陈志敏, 贾宇轩

2023, 44(6): 1837-1845. doi:10.12382/bgxb.2022.0217

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无人机在民用和军事领域中都发挥着重要作用,其体积小、数量多、速度快,更会给国防安全带来严重的安全威胁,有效跟踪定位无人机是保障低空安全的关键问题之一。针对典型城市环境中的多目标跟踪问题,提出一种高效费比的多目标跟踪算法。通过广域部署低成本智能反射面,对多目标进行数据融合;同时提出一种改进的数据关联算法,通过特征辅助的模糊数据关联,利用一部分历史数据作为筛选最优观测数据的特征阈值,得到最接近真实值的量测数据。采用卡尔曼滤波进行状态估计,实现对多目标的低成本高精度跟踪。仿真对比新算法与传统概率密度数据关联算法性能。仿真结果表明:新算法相比传统算法在位置和速度方面均方根误差更小,跟踪精度约为1.7m,传统算法约为6.6m,实验结果表明新算法能够有效提高目标关联精度和跟踪性能。

基于余弦-指数非线性混沌映射的射频隐身抗分选信号设计技术

贾金伟, 韩壮志, 刘利民, 解辉

2023, 44(6): 1846-1857. doi:10.12382/bgxb.2022.0201

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射频隐身是当前雷达领域的研究热点之一,抗分选信号是一种主要的射频隐身信号。研究抗分选信号的设计原理,并以此为基础在充分考虑分选算法的容差限制后,提出一种运用余弦-指数新型非线性混沌映射调制产生强随机、宽间隔脉冲重复间隔信号的方法。然后对新型混沌映射的随机性、复杂性、平衡性和所设计信号的抗分选性能进行仿真。研究结果表明,所设计的新型混沌映射较传统经典的一维映射有更强的随机性、更高的复杂性,设计信号与脉冲重复间隔随机抖动信号相比具有良好的抗分选性能。

单轴静压条件下高压多层陶瓷电容的容值变化

刘波, 杨荷, 赵慧, 吴学星, 李华梅, 程祥利

2023, 44(6): 1858-1866. doi:10.12382/bgxb.2022.0103

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针对高压陶瓷电容在外力作用下的容值漂移,提出外力作用下陶瓷电容容值变化的主要原因为材料介电性能的变化,而不是电容间距的变化。针对高压电容的应用场景,通过唯象热力学理论模型分析介质材料在相应场强下受外力时的介电性能变化,张应力将引起材料介电常数增大,压应力将引起材料介电常数减小。进一步的单轴试验结果与有限元仿真结果表明,平行于内电极方向的压力将使介质材料产生张应力,引起材料介电常数增大,导致电容容值升高;垂直于内电极方向的压力将使介质材料产生压应力,引起材料介电常数减小,导致电容容值降低。研究结果证明了通过材料唯象热力学理论模型来分析外力作用下陶瓷电容容值漂移的正确性,为高压陶瓷电容在更加复杂环境条件下的适应性分析与设计提供指导。

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