UAV集群自组织飞行建模与控制策略研究

针对多无人航空器协同控制难题,聚焦无人航空器集群(unmanned aircraft vehicles swarm,UAVS)自组织飞行建模与控制展开研究。基于集群智能理论建立了UAVS系统概念模型,在考虑个体排斥作用、一致作用、吸引作用和个体行动意愿作用4种因素的情况下建立了集群运动的变系数(repulsion matching attracting desire, RMAD)控制器模型,以此为基础,研究了所有个体掌握航迹信息和部分个体掌握航迹信息两种情况下UAVS自组织飞行控制问题,提出UAVS自组织飞行控制策略,实现了UAVS可控性自组织飞行。仿真实验结果表明构造的UAVS运动的RMAD模型及控制方法是可行的,为UAVS的工程应用奠定理论和实验基础。     

基于模糊控制的无人机集群视觉着降

在基于视觉导航的自主着降过程中,旋翼无人机受到自身机械振动和复合风场环境等因素的干扰,降落精度低、速度慢,影响集群回收的安全性。针对这一问题,提出一种基于模糊控制和视觉导航的集群自主着降算法。首先无人机集群飞至降落区域后,无人机通过目标检测算法找到自身对应的降落标识,再利用像素距离解算出无人机与对应降落标识间的实际水平距离,然后通过模糊化、模糊推理、去模糊化得到无人机精准对准降落点的控制指令,最终实现集群精准着降。仿真实验与实际飞行实验结果表明,该算法具有更高的鲁棒性,可有效提升无人机集群着降的速度。     

基于模糊神经网络的无人机实时避障算法

针对模糊控制避障算法在障碍物信息未知的环境中适应性不强,难以有效规避"凹多边形"障碍物的问题,提出了一种基于模糊神经网络的无人机实时避障算法.采用等效夹角对模糊控制器的输入变量进行优化设计,克服了单一角度或距离在障碍物表征方面的局部片面性.基于BP神经网络理论设计了模糊控制器的初始隶属度函数和模糊神经网络架构;将模糊控制器在多个未知环境下生成的有效避障数据作为训练数据集,对模糊神经网络进行训练.仿真结果表明:所提出的模糊神经网络方法与模糊控制器相比具有更强的适应性,在面对未知复杂障碍物时避障更加灵活、路径更短,避障成功率更高.     

具有下层目标的多组线性二次微分对策[JZ]的非劣Nash开环策略

引进多组线性二次微分对策的非劣Nash策略的概念,证明非劣Nash策略存在的充分必要条件。在组与组之间Nash竞争而组内部合作的前提下考虑组内第二对策目标,以组内合作权向量为变量构造组与组之间的静态对策问题,得到使第二对策目标平衡的最优合作权向量,进一步得到同时满足第一目标非劣,第二目标平衡的非劣Nash开环策略。最后,以两组经济对策为算例说明该策略的有效性。     

新型航空集群编队飞行空间对准控制方法

航空集群编队飞行是实现航空集群能力涌现的必要条件。对于飞行器较多的航空集群编队,若采用传统长僚机跟随方式,当僚机数量较多时,一旦僚机出现位置偏差,则容易与周边僚机发生碰撞,存在极大的安全隐患。为此,提出一种航空集群大编队飞行空间对准控制方法,通过分层式对准方法和基于距离的基准机选择算法,构建航空集群编队两级组织架构,并采用一致性控制协议对集群编队飞行进行了仿真验证,实现了航空集群大编队飞行整体队形严整和稳定。     

自主飞行无人机地理围栏算法设计与实现

为提高无人机飞行的安全性,提出了一种自主飞行的无人机地理围栏算法。首先,通过对原始地理围栏缩放并进行顶角平滑与自相交检测处理,提出一种对凹凸地理围栏普遍适用的地理围栏预控制层生成算法;然后,在传统射线法的基础上加入缓冲距离以解决交点数误判问题,利用改进的射线法进行地理围栏越界探测,且针对存在越界危险的无人机设计了一种越界航点重规划方法及相应的边界保持自主控制控制律;最后,利用四旋翼无人机搭建的实验系统进行了验证。仿真及实验结果表明:无人机能够在避免地理围栏越界的基础上尽可能小地修正原飞行路径,证明提出的地理围栏算法有效,能够保证自主飞行的无人机在地理围栏内的飞行安全。     

近空间高超声速弹箭气动数值模拟

针对近空间高超声速飞行弹箭气动力、气动热问题,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和热完全气体模型,运用时间相关有限体积方法及AUSM~+格式对三维非定常可压缩流体Navier-Stokes方程进行了数值模拟.再现了超高速条件下弹箭周围的复杂流动现象,得到热流分布规律,为进一步近空间超高速弹箭研究奠定了基础.计算结果表明阻力系数随着攻角的变化显著变大;弹箭尾翼气动加热很严重,弹箭尾翼变大时气动加热量明显增大,在设计弹箭时应引起足够重视.     

航空集群自主空战研究进展

航空集群自主空战是军事智能化领域必须研究的典型难点问题。综述了智能空战相关理论与技术,理清了智能空战发展的脉络,分析了航空集群理论与技术以及人工智能在空战决策领域的应用现状,探讨了中国智能军事发展的可鉴之策及实现集群自主空战的可行途径。     

战斗识别系统研究启示与空战需求分析

战场态势感知与识别是作战决策的基础,发展适应未来创新作战概念的战斗识别系统对于提升体系作战能力至关重要。在原有战斗识别概念的基础上,提出了适应未来战争和装备发展的战斗识别新概念,从信息主导、分布感知、手段齐备、标准互通、群智汇聚5个角度阐述了未来战斗识别系统的特征,并概述了战斗识别系统支撑未来作战的功能,基于此提出了空战场对战斗识别的需求,为未来战斗识别系统发展提供参考。     

航空集群协同反隐身构型与机动策略

针对航空集群独立反隐身的任务需求,提出使用集群任一成员机载雷达作为发射阵元,群内其他成员机载雷达作为接收阵元,构建多部双基雷达,利用雷达收、发分置带来的空间分集优势,在隐身目标不同方位探测其散射的电磁波,形成反隐身能力。研究了接收节点在不同距离和方位配置时形成的反隐身探测空域;针对机载雷达扫描角限制造成的前向空间探测盲区,提出了3种集群飞行器机动策略。仿真结果表明,航空集群各节点均能够形成一定的反隐身探测能力,不同集群构型能够适应不同威胁等级的反隐身任务需求;发射节点通过S形机动能够达成良好的雷达补盲效果。