无人机指令生成器设计

如何将以时间、位置描述的期望航迹或战术机动转化为可以实时跟踪的以速度、姿态指令描述的期望机动轨迹,是无人机设计的难点之一.针对这一问题,提出了一种采用三自由度质点动力学飞机方程,通过建立机动动作规则库,利用机动动作设计指令生成器方法,将描述航迹的时间、位置信息或战术需求转化为无人作战飞机期望的油门、法向过载、航迹角、滚转角信息,直接作为轨迹跟踪回路的期望指令.在机动动作的设计过程中考虑了飞机的飞行性能以及飞行动态的影响,生成的期望控制指令合理可实现.仿真结果表明:该方程实时有效,生成的控制指令易于跟踪,可应用于无人机指令生成器设计.     

军用飞机斤斗类飞行轨迹最优化方法

针对军用飞机斤斗类飞行过程,以半滚倒转和半斤斗翻转为例,建立机动飞行计算模型。根据最小机动速度设置改出速度约束条件,将斤斗类机动平均分段,利用神经网络的拟合功能,得到动作改出速度和操纵条件之间的非线性关系。利用遗传算法的全局寻优功能,结合神经网络得到的权重和偏置结果,探索机动过程中边界飞行性能最大的法向过载选取方法。仿真结果表明,与相关手册中给出的常规操纵方法相比,利用遗传算法优化后得到的过载控制规律飞行,可以使飞机具有更大的高度-速度范围,同时,比直接将遗传算法和数值积分相结合具有更快的计算速度。提出的方法也可以用于其他机型斤斗类飞行轨迹的最优化设计中。研究结果具有一定的实用价值。     

飞机运动轨迹模拟器设计

为使用户能通过控制界面改变轨迹参数控制飞机的运动姿态,设计了飞机运动轨迹模拟器.该模拟器由轨迹模拟计算机和轨迹模拟软件组成.用户可根据飞机的运动参数及空气动力建立运动方程,给定控制规律,使飞机按照控制规律运动,即通过对飞机在每个控制时间段内的控制参数(俯仰角、偏航角、滚动角运动频率、盘旋周期、平飞高度等)的修改,控制飞机在空中飞行的姿态.在VC 环境下编程并调试控制参数,得到的数据信息与理论值相符.模拟得出的数据结果表明,该模拟器能很好地模拟出飞机运动轨迹,并可通过数据接口将得到的角运动信息传递给6自由度运动模拟试验台,完成对惯性器件进行测试和飞行仿真.     

基于试飞数据的固定翼飞机盘旋性能仿真分析技术

针对飞行试验过程中的盘旋性能分析问题,提出一种以试飞数据为基础的盘旋性能仿真分析方法。首先依据拉依达准则识别试飞数据中的异常值,并根据提出的移动基准区间牛顿插值方法对异常值修正;然后建立飞机盘旋运动的动力学计算模型,采用欧拉角法通过坐标变换矩阵求解飞机盘旋动力学方程,计算结果应用中心插值算法进行平滑处理。最后基于某型固定翼飞机实际飞行试验中记录的试飞数据进行算例分析,依据能量机动理论绘制完整的盘旋性能飞行包线,将理论计算结果与仿真结果进行对比表明了所建模型与仿真分析方法的有效性与正确性,为飞机的反馈设计及飞行性能的改进提供方法及依据,在工程实际应用上具有一定的可行性。     

基于改进微粒群算法的飞机纵向飞行轨迹优化

为提高飞机纵向飞行轨迹优化的精度和收敛速度,提出了用改进的微粒群算法对飞机纵向飞行轨迹进行优化的新方法。基于质点动力学和能量状态方程,建立了飞机质点运动数学模型;利用庞特里亚金最小值原理,给出了飞机纵向飞行过程优化的目标方程;引入自适应惯性因子,采用罚函数法对轨迹寻优问题进行无约束化处理,基于改进的微粒群算法对纵向飞行轨迹进行了优化,并给出了算法优化流程。使用改进的微粒群算法,得到了Boeing 737-800飞机纵向飞行最优轨迹。优化结果与试验结果的比较表明,该算法可使纵向飞行轨迹快速收敛于最优解,算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

一种基于CFD的飞行模拟方法

分析了飞行力学模拟与CFD模拟之间的影响关系。详细考虑了机动飞行过程中飞行参数变化与气动力变化之间的相互影响,开发出基于高精度CFD计算的飞行力学模拟方法。改进了传统飞行力学计算方法,保证了气动数据和飞行数据的计算精度。采用此方法,通过一次数值模拟即可得到飞行过程中气动力及飞行轨迹、飞行速度等的变化过程,可用于对飞行器设计方案进行精细模拟。     

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。     

面向网络的实时飞行模拟系统模型

为提高培养飞行员的效率和质量,节约费用,从整体上设计并实现了一种实时的、面向网络的飞行系统仿真模型。为了使其具有通用性及实时性,采用数据驱动方式,并通过使用稳定系数方式单独设计了一种适用的空气动力的数学模型。通过简单的配置用XML(extensib le M arkup Language)格式描述的配置文件,可以同时模拟各种类型的飞机飞行驾驶,为飞行员的飞行模拟训练提供了仿真平台,模型的建立方法可以为同类设计和研究提供借鉴。实践证明,本模型在通用性、实时性以及仿真度等方面基本符合要求,应用此模型实现了某种国产初级教练机的仪表飞行系统,并被应用于飞行员的仪表飞行训练中。测试结果表明,如果不加控制信号,飞机能保持平飞状态达30 s以上。     

空战模拟中飞行晶质的引入

指出了空战模拟中一个重要但是经常被忽略的因素——飞行品质。在对现代空战分析的基础上首次阐述了飞行品质对空战模拟的影响。讨论了将飞行品质引入空战模拟的量化方法：引入飞行品质的影响系数F和将飞行品质作为辅助机动动作判据；并给出了引入影响系数F的具体步骤。     

发动机特性反算研究

通过飞行试验得到的飞机机动性能,以及风洞试验得到的飞机气动性能,在常规飞机机动性能计算程序的基础上,提出了发动机高度速度特性反算计算模型,在这一模型中还包括一个将飞行试验测试数据转换模型,和发动机安装特性计算模型。对现役某些飞机进行模拟仿真,并与相应匹配的发动的高度速度对比表明,该计算模型合理。对以后通过飞行试验为发动机定型提供了新的理论依据,具有较好的工程应用价值。     

航空器智能引导机动决策奖励重塑方法

针对使用深度强化学习进行航空器智能引导研究中存在的飞行轨迹质量差、训练效率低等问题,对应用于机动决策生成的奖励重塑方法进行了研究。首先,构建了航空器引导机动决策生成的深度强化学习模型;其次,从指令连续性和相对姿态两个角度设计了奖励重塑函数,并证明了使用重塑函数前后的策略一致性;最后,在不同类型目的地场景中进行了仿真实验。仿真结果表明,奖励重塑方法对航空器飞行轨迹质量和智能体训练效率有明显的提升。使用本方法快速训练的智能体,可以准确、高效地生成机动决策,引导航空器完成任务。     

飞机稳态失速螺旋特点仿真

针对现有飞机失速螺旋动力学本质和失速特点研究不足的现状,分析了飞机失速和失速螺旋产生的原因,从失速螺旋的进入、定常、改出三个阶段分析了失速螺旋的运动学特点,用力的平衡法推导出失速螺旋运动中的速度、半径、损失高度和时间的计算式及六自由度运动学方程,并运用MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型对稳态平螺旋进行实时仿真计算,通过仿真可以直接观察失速螺旋过程中机体的实时姿态及运动轨迹,解决了飞机稳态尾旋过程状态获取困难的问题。仿真结果表明:构建的模型和使用的方法真实可靠,具有一定的实用性,相关方法也可以运用到其他机型稳态失速螺旋的研究过程中,研究结果可为相关飞行人员提供参考,为安全飞行,避免尾旋奠定理论基础。     

过失速机动的优化

基于飞机质点非线性动力学模型建立了过失速机动的优化模型，并进行了数值优化，其中用罚函数处理约束条件，用共轭梯度法寻优。计算结果表明，近距空战中，进入超大迎角并绕速度欠滚转有利于飞机快速改变航向，过失速机动中应注意能量耗散问题。     

基于LSTM-PPO算法的无人作战飞机近距空战机动决策

近距空战中环境复杂、格斗态势高速变化,基于对策理论的方法因数据迭代量大而不能满足实时性要求,基于数据驱动的方法存在训练时间长、执行效率低的问题。对此,提出了一种基于深度强化学习算法的UCAV近距空战机动决策方法。首先,在UCAV三自由度模型的基础上构建飞行驱动模块,形成状态转移更新机制;然后在近端策略优化算法的基础上加入Ornstein-Uhlenbeck随机噪声以提高UCAV对未知状态空间的探索能力,结合长短时记忆网络（LSTM）增强对序列样本数据的学习能力,提升算法的训练效率和效果。最后通过设计3组近距空战仿真实验,并与PPO算法作性能对比,验证所提方法的有效性和优越性。     

基于监视数据修正的航空器飞行轨迹推算模型

飞行轨迹推算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。在传统飞行轨迹推算方法基础上,针对航空器飞行路径的不确定性,构造了基于监视数据动态修正的航空器飞行轨迹推算模型。该模型综合航空器飞行性能和飞行计划、实时监视信息对航空器飞行轨迹、姿态进行推算。利用真实飞行轨迹进行验证,结果表明:本文模型推算的位置、高度信息更接近实际轨迹,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,具有一定的参考价值和实用性。     

一种民航ASTERIX数据与远程塔台视频监控的融合

为解决远程塔台视频数据单一、离散,无法获取飞行器实时航班信息的问题,提出一种民航ASTERIX数据与机场视频监控信息融合方法。首先在相机视场内采集全球定位坐标及对应图像,利用图像单应模型,得到GPS坐标系与图像坐标系的关系矩阵;结合单应矩阵和民航数据提取的飞行器GPS坐标,计算出飞行器ASTERIX数据对应的像素坐标;同时通过视频检测跟踪方法,完成飞行器在视频中的定位;最后对飞行器在视频中运动轨迹和ASTERIX数据轨迹进行匹配,实现视频中飞行器显示对应航班信息。在典型机场开展实验,验证了本文方法不仅能精确检测飞行器位置,而且在视频中准确显示对应航班信息。     

一种基于反向神经网络的航空器飞行轨迹预测

为了缓解终端区空域拥堵和降低航空器运行风险,提出一种基于反向神经网络(BP)的航空器飞行轨迹预测模型。首先,对航空器历史数据进行筛选和降噪处理,得到基准轨迹;其次,建立基于Hausdorff距离的轨迹相似性矩阵,采用模糊C-均值聚类(FCM)对所有轨迹进行自动分类;最后,综合考虑飞行轨迹的三维位置、速度和航向特征,利用BP神经网络对轨迹特征进行训练学习,建立飞行轨迹预测模型,用于对未来时刻的短期飞行轨迹多维特征进行预测。试验结果表明:该网络模型预测误差小、预测效果好,可以更加准确地进行航空器的飞行轨迹预测。     

终端区4D飞行轨迹预测与冲突预警

为提升终端区飞行轨迹预测精度,实现航空器短时冲突预警,建立一种基于孪生支持向量回归的终端区4D飞行轨迹预测模型。对历史飞行轨迹应用重采样算法,降低轨迹数据规模;利用墨卡托投影将轨迹点经度、纬度与高度化为x-y-z坐标,采用孪生支持向量回归算法学习预测模型,实现短时航空器飞行轨迹动态预测;计算两架航空器水平、垂直距离,建立航空器冲突预警指示函数;对孪生支持向量回归算法进行超参数灵敏度分析,分析各超参数对模型预测效果的影响。根据机场真实数据进行仿真实验,证明：基于孪生支持向量回归的4D飞行轨迹预测模型能够准确捕捉航空器运动趋势,且泛化能力强;所提模型x-y-z坐标预测均方根误差是BP神经网络预测结果的32%,35%和61%,单次预测计算用时减少约0.13 s。     

基于机动动作元的敌机战术机动在线识别方法

敌机战术机动动作的在线识别可为空战态势感知、任务规划和辅助决策提供重要参考信息.针对雷达数据不能提供敌机姿态信息,导致战术机动动作难以直接描述的问题,提出了一种基于空战机动动作元的两级识别方法.首先分析了雷达传感器提供的特征信息;其次根据战术动作的航迹曲线,将空战战术动作分解为11种基本的机动动作元,降低了动作描述的复杂度;然后采用随机森林和支持向量机设计了两级识别方法,层级1利用航迹参数识别机动动作元,层级2根据动作元序列和运动参数识别战术动作.通过对仿真飞行数据进行验证,表明机动动作元能有效描述典型机动动作,提出的方法能够实现敌机战术机动的准确在线识别.      

基于ROS的自主多旋翼飞行器视觉导航系统

 针对在GPS信号缺失的环境下多旋翼飞行器的定位和自主飞行问题,构建了一个基于视觉导航的多旋翼无人飞行器控制系统。采用目前流行的pixhawk飞行控制模块和单目视觉定位算法,基于机器人操作系统（ROS）构建了通信网络系统,并选用一个低功耗的机载主控计算机实时地在板运行该系统。测试结果表明,搭建的无人飞行器平台能实现较精确的视觉定位和自主飞行。