基于机动动作类型识别的飞行员飞行训练质量自动评估方法

飞行训练质量评估是飞行员日常飞行训练的重要组成部分，针对传统飞行训练质量评估方法评估效率低、主观性强等问题，提出了一种基于机动动作识别的自动评估方法。首先，通过构建采用多尺度特征提取的深度残差网络(multi-scale feature extraction deep residual network, MSDRN),实现了战术机动动作的准确识别，克服了传统机动动作识别方法识别准确度低的问题。然后，针对不同类型的战术机动动作，构建了飞行质量评估指标体系，在具体评估时，根据动作识别结果自动选择评估指标，并采用基于博弈论的组合赋权法计算并获得评估结果，由此构建了基于机动动作类型识别的飞行员飞行训练质量自动评估方法。所构建的动作识别方法相较于利用传统的一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network, 1D-CNN)、残差神经网络(residual neural network, ResNet)构建的分类器，识别准确度分别提升了16.2%和3.5%,识别计算时间相比ResNet缩短了23.9%。所提出的整个飞行训练质量自动评估方法摆脱...     

对称机动飞行时飞行员人体动态体表压力分布研究

论述了飞行员人体动态体表压力分布对于飞行过载动感仿真的重要性。给出坐姿人体体表压力模式及其等效压力分析方法。在对称机动飞行情形下,建立了飞行员人体动力学方程,该方程考虑了歼击机飞行员实际坐姿。导出了动态体表压力公式,动态体表压力与飞行员人体加速度之间的惯性传递矩阵。给出与动态体表压力相关的歼击机飞行员人体参数计算方法。以某飞机眼镜蛇机动为例,通过数值求解,得到该机动飞行时飞行员人体动态体表压力分布。研究结果可用于指导过载椅设计。     

基于机会理论的复杂装备系统风险传递GERT研究

针对复杂装备系统任务活动中风险分析传递类型单一、风险机理分析不全面的问题,构建不确定随机图形评审技术模型。首先,根据复杂装备系统的风险特点,基于机会理论提出了风险度,定义不确定随机矩母函数,结合风险基元、风险流构建了图形评审技术(gragh evaluation review technique, GERT)网络分析模型;然后,改进模型通过基元风险度、系统风险度、风险基元重要度等参数,进一步描述风险传递关系;其次,利用矩估计法处理专家信度,采用改进的量子菌群算法求解极大熵模型,分别求得不确定分布函数和概率密度函数,从而得到矩母函数,计算网络模型的参数。最后,选取某型战机执行眼镜蛇机动任务为例,定量评估飞行风险,分析风险机理,验证模型的有效性。     

机载导弹大机动弹射发射动力学特性分析

先进战机在大机动条件下需要实现导弹的内埋式弹射发射,战机大机动发射时导弹弹射分离参数偏离理想设计值,威胁导弹与载机的分离安全。采用理论仿真和试验相结合的方法对战机大机动下的导弹发射动力学进行研究。基于有限元法和柔性多体系统拉格朗日动力学方程并考虑发射系统刚柔气液耦合特性,建立了载机大机动条件性下的导弹弹射发射动力学模型,仿真分析了载机大机动时的离心力和科氏力对导弹弹射分离参数的影响。最后,通过发射试验进行了实际验证。仿真及试验结果表明:离心力有利于发射安全性,科氏力对发射安全性具有负面的影响,大机动发射时须考虑科氏力的影响。     

基于战术机动动作的作战飞机武器投放规划研究

以飞行员惯常使用的基本战术机动动作为对象,展开了对空对地攻击中武器投放过程的规划研究。采用有限状态机模型对典型的战术机动动作进行了建模,实现了对机动过程中飞行模态的准确控制。针对规划求解困难的问题,设计了基于人工免疫系统的规划算法框架,利用生物免疫系统的优良机理,提高了规划求解的速度,避免了规划解的局部收敛。仿真实验表明,规划算法求解速度较快,规划出的机动序列衔接较好,轨迹的各种战术指标符合任务要求。     

面向LVC训练的蓝方虚拟实体近距空战决策建模

真实-虚拟-构造为近距空战对抗训练提供了有力支撑。针对课题对蓝方虚拟实体的实际决策建模需求, 在对比分析深度强化学习与经典智能优化方法的基础上, 从优化理论的角度对神经网络的权值空间和结构空间进行定义, 提出基于智能优化的进化神经网络决策模型及其求解方法。首先,分析近距空战战术特点, 战机飞行运动模型, 实际决策建模需求。其次,分别设计战机关键飞行状态、动作空间、适应度函数, 实现蓝方端到端感知与决策。最后, 给出基于经典遗传神经网络的决策模型及求解示例。结果表明, 所提方法可实现蓝方战机通过对抗数据来学习对手作战特点的功能, 验证了模型及方法的有效性; 同时所提方法对目前智能优化及其改进算法, 以及不同结构神经网络具有通用性。     

基于RBF网络的UCAV战术机动轨迹快速生成方法

针对无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle, UCAV)战术机动动作数学表征困难,机动生成的计算实时性要求高的主要问题,分析了战术机动轨迹建模的基本原理;提出了战术机动轨迹建模的基本思路;设计了基于UCAV运动动力学模型的机动轨迹最优控制方案;建立了基于遗传算法的飞行操控量求解策略。针对操控量求解的实时性问题,基于径向基核函数神经网络,提出了以适应度函数为预测和评判标准的机动飞行操控量快速求解方法,从而建立了初始状态、性能指标与机动飞行操控量的非线性映射模型,实现了机动轨迹的快速生成和机动曲线的精度控制,并通过仿真验证了该方法的有效性。     

一种验证数控系统软件安全可靠性的建模方法

作为一个典型的离散计算机控制系统,CNC(数字控制)系统在运行中需要满足可靠性和安全性.因此如何设计出安全可靠的系统软件以及如何有效地对CNC系统的安全性和可靠性进行验证成为一个非常重要的问题.基于此给出一个新的建模方法TTM/ATRTTL(时间转化模型/全时轴实时时态逻辑)来描述和验证CNC系统.TTM/ATRTTL提供了一整套方法用于描述CNC系统建模的硬实时特性和反馈特性,也提供了一个包括一整套验证规则和定理的验证模型并且应用工具STeP和SF2STeP来实现之.这个验证模型可以用于对TTM/ATRTTL表达的系统的可靠性,安全性进行验证.使用该建模和验证方法可以对OAC(开放式体系结构CNC)系统进行分析和验证,并设计出OAC的逻辑控制器,该控制器是OAC系统的核心部分.验证结果表明,该形式化建模与验证方法可以有效地对CNC系统进行分析和建模.在此基础上,可以开发出能够保证系统可靠性和安全性的CNC系统软件.     

一种验证数控系统软件安全可靠性的建模方法

作为一个典型的离散计算机控制系统,CNC(数字控制)系统在运行中需要满足可靠性和安全性。因此如何设计出安全可靠的系统软件以及如何有效地对CNC系统的安全性和可靠性进行验证成为一个非常重要的问题。基于此给出一个新的建模方法TTM/ATRTTL(时间转化模型/全时轴实时时态逻辑)来描述和验证CNC系统。TTM/ATRTTL提供了一整套方法用于描述CNC系统建模的硬实时特性和反馈特性,也提供了一个包括一整套验证规则和定理的验证模型并且应用工具STeP和SF2STeP来实现之。这个验证模型可以用于对TTM/ATRTTL表达的系统的可靠性,安全性进行验证。使用该建模和验证方法可以对OAC(开放式体系结构CNC)系统进行分析和验证,并设计出OAC的逻辑控制器,该控制器是OAC系统的核心部分。验证结果表明,该形式化建模与验证方法可以有效地对CNC系统进行分析和建模。在此基础上,可以开发出能够保证系统可靠性和安全性的CNC系统软件。     

基于神经网络的符号化飞行动作识别

飞行动作识别是飞行训练评估和空战智能决策等多项关键技术的基础, 实现飞行动作的快速高效识别具有重大意义。对此, 提出一种基于神经网络符号化模型的方法, 实现对基本飞行动作和复杂飞行动作高效识别。首先, 利用微分分割的思想对飞行参数进行切片处理, 然后通过卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)和长短期记忆(long-short term memory, LSTM)神经网络实现飞行动作的模块化处理, 有效代替了传统方法中对原始数据的逻辑推理。并且该方法可以利用基本飞行动作对飞行过程实现飞行数据分割, 具有良好的扩展性, 能够快速处理批量飞参数据。最后对13种基本飞行动作、两种复杂飞行动作和整段飞行数据进行仿真实验。仿真结果表明, 该方法具有良好的识别性能。     

结冰条件下人机环复杂系统分布式仿真方法

飞机结冰严重影响飞行安全,基于人机环的飞行仿真是研究结冰飞行动力学特性与飞行安全的重要手段。针对复杂飞行仿真系统对实时性要求较高的特点,分析了反射内存网的组网构建方法与实时性工作方式,改进了结冰气动导数模型,开发了包括外部环境、气动力计算、风险评估与边界保护等7个网络节点的分布式仿真系统,为结冰飞行事故重现和飞行控制律验证提供了可靠的平台。提出了基于人机环实时仿真的飞行安全分析方法,包括结冰条件下飞行安全窗和基于相平面的稳定域,对提高驾驶员的情景感知能力,保障飞行安全具有参考价值。     

基于STPA-ANP模型的民机系统安全性分析

随着民机系统复杂程度不断提高, 传统的安全性分析方法已不能完全满足危险源高效识别的要求, 为有效分析和评估民机系统安全性, 提出系统理论过程分析(system-theory process analysis, STPA)和网络分析法(analytic network process, ANP)相结合的安全性分析方法。针对STPA没有给出完整的关键致因分析与评估过程, 将STPA与ANP关键结构对应结合, 对危险控制动作进行致因分析和评估, 得到危险控制动作关键致因。以某型民机数字式飞控系统为例展开分析, 通过形式化建模验证及仿真验证, 证明该模型方法可以准确和完整地识别分析系统潜在危险并确定危险关键致因, 为民机系统安全性分析提供支持。     

STPA在进近着陆飞行安全分析中的研究及应用

基于系统理论,把飞机进近着陆阶段不安全事件发生当作系统的涌现特性,将其安全问题当作控制问题,本文采用系统理论过程分析(system theoretic process analysis, STPA)方法进行进近着陆阶段的安全性分析,明确了这一阶段的不安全控制行为,剖析了产生不安全控制行为的主动控制致因因素和反馈致因因素.以飞行员提供不正确的进近着陆高度,速度,下滑角的不安全控制行为(UCA1)为例,剖析其具体的致因因素;最后,在构建飞机进近着陆过程简化的运动学计算框架基础上,对进近着陆过程进行运动学计算分析.对不安全控制行为1 (UCA1)作具体解算和分析,开展了基于STPA的定量安全性分析,表明STPA方法在进近着陆阶段安全性分析是有效的.     

基于极值理论的飞控系统故障后风险定量评估

研究了基于极值理论(EVT)的低频高危事件定量评估方法. 构建了考虑驾驶员响应的飞控系统故障后评估模型, 介绍了角速率传感器故障后极值样本的获取方法. 利用非线性优化模型对极值理论中常用的线性模型进行了改进, 针对极值样本分布模型中参数的辨识, 对比了几种优化算法对文中评估模型的适用性. 采用四种优化算法对模型参数进行了对比辨识以寻求飞行风险条件概率最优解,得出了自适应粒子群算法对文中评估模型适应度最高的结论. 最后将传感器故障风险概率加入有驾驶员响应环节的马尔科夫过程模型对飞控系统风险概率进行动态定量评估. 其最终结果可为定量评估某型机操纵系统的动态可靠性提供理论依据.     

基于QPSO-DGM和熵突变的装备安全性崩溃分析

针对装备安全事故的突发性、复杂性,从系统安全熵“流程突变”角度构建灰色熵突变模型进行安全性崩溃分析。提出了复杂装备系统安全熵、安全熵函数、安全熵势函数等概念,刻画复杂装备系统安全状态从稳定到崩溃的演化机理和过程;建立了复杂装备系统安全熵函数的量子粒子群DGM(2,1)拟合模型,并以拟合值和实际值的灰关联度为适应度函数,提高模型拟合精度;构建装备系统安全熵尖点突变模型,给出安全性崩溃的灰色熵突变判据算法。最后,以某型飞机主起落架控制系统为例,验证了模型的有效性,为定量判断装备系统安全状态提供了新的方法。     

面向对象的战斗机飞行仿真建模初探

由于现代战斗机系统的复杂性和仿真任务的多样性，使得传统软件设计方法设计的飞行仿真软件的可重用性很低。综合运用面向对象技术和模块化设计思想，研究了战斗机飞行仿真的建模方法，设计了具有较好可重用性、可用在其它机型的飞行仿真中的最低限度飞行仿真对象。仿真试验证明所提出的面向对象的战斗机飞行仿真建模方法的可行性和高效性。     

基于STPA的潜艇鱼雷发射控制系统安全性分析

针对潜艇鱼雷发射控制系统,提出一套基于系统理论过程分析(system theoretic process analysis,STPA)的安全性分析方法.借助XSTAMPP安全工程平台,以鱼雷发射阶段解脱武器制动动作为案例,利用所提方法进行了安全性分析.同时改进传统STPA致因场景分析模型,生成精细化的系统安全要求,并利用线性时序逻辑(linear temporal logic,LTL)对生成的安全要求进行规范化描述,克服了传统STPA分析结果使用自然语言描述的局限性,为进一步的模型安全性验证提供理论支撑,同时为系统操作员提供辅助决策.