针对拦截弹末制导全局稳定设计复杂、计算量大等问题,采用局部稳定性理论来设计导引律。首先应用有限时间稳定性理论对导弹的拦截时间进行估计。进一步对系统变量进行分析,选取主要变量构成子系统,证明其稳定性,并由局部稳定推出全局稳定。该导引律确保视线角速率在有限时间内收敛至零,且数学模型简单,易于工程实现。仿真结果表明,在目标做高速机动逃逸时,该导引方法仍具有较好的拦截效果。
针对空空导弹的舵机卡死、驱动电路失效、伺服电机故障等单片舵失效的故障,设计了一种主动容错飞行控制系统,利用导弹尾舵中各舵面的内在联系和功能上的冗余,改变控制指令分配方式,实现弹体三通道稳定控制,仿真表明该方法对于典型的舵机失效问题具有较强的容错能力,提高了空空导弹飞行控制系统的可靠性。
针对传统的系统级标定方法状态变量维数高、标定参数可观测性差等特点,提出一种十位置系统级标定方法。该方法以分立式标定结果为初值,以速度误差和姿态误差作为观测量,合并加速度计标定误差和光纤陀螺标定误差,降低Kalman滤波器维数。设计10个位置对SINS标定误差进行估计,然后将估计值进行解耦,计算SINS标定参数。仿真和转台实验结果表明:十位置系统级标定方法可以一次性标定出标度因数、安装误差和零位等24个标定参数。
以某型中程弹道导弹头罩在工作时间内的气动加热为研究对象,采用数值求解N-S方程､k-ε湍流模型的方法,得到了导弹头罩温度、热流密度随速度变化的规律。结果表明:头罩在工作时间内随着导弹高度的上升和速度的增加头罩外部的温度增加,热流密度在速度为5Ma时最大,驻点位置在头罩尖端。
针对温度及温度变化对激光陀螺仪温度漂移的影响,在RBF神经网络的基础上,文中提出了基于Kohonen神经网络和正交最小二乘(OLS)算法的RBF神经网络温度补偿方法。该方法可以快速、准确辨识激光陀螺的温度漂移。文中分别采用改进RBF神经网络法、传统RBF神经网络法及多元线性回归法,分别进行辨识与补偿试验。结果表明,经过改进RBF神经网络模型补偿后的陀螺零偏能够满足陀螺恒温测试精度要求,而且避免了陀螺输出受温度及温变速率的影响。
在直瞄式制导武器作战过程中,由于导弹光标大面积遮挡目标,导致目标图像失真,影响到目标跟踪的可靠性和准确性。文中首先采用阈值分割法分离出导弹光标与目标,利用角点检测法获取目标特征并实施跟踪,再依据角点匹配法确定相邻两场角点的对应关系,最后采用了仿射变换对填充区域的像素位置实行必要的坐标变换,最终将导弹光标遮挡的动态目标进行恢复重建。仿真结果表明:该方法可以有效、实时地恢复目标图像,提高对动态目标的跟踪能力。
为实现全向攻击,红外空空导弹需要解决全向制导律设计问题。基于虚拟目标算法和大离轴制导律,提出了一种三维空间全向制导律。全向制导律与大离轴制导律具有统一的形式,但越肩发射初始转弯段和末制导段的制导信息来源不同。针对几种典型攻击条件进行了数字仿真。分析表明,全向制导律具有良好的越肩发射或擦肩发射性能,能够应用于红外空空导弹全向攻击制导设计。
对红外制导空空导弹来言,许多制导信息如弹目相对距离、接近速度、目标加速度等无法直接测量,考虑红外导引头的测量特性,从制导信息重构的角度出发,研究如何利用导弹导引头及惯导等传感器的信息来精确的重构出几种先进制导律所需的制导信息,并将其引入到制导控制回路中,通过仿真验证了重构算法的正确性和实用性。
为了研究鸭舵式修正机构舵偏角的选择方法,建立了不同舵偏角下弹丸的三维模型,并利用FLUENT和ADAMS软件进行联合仿真,得到了不同舵偏角下弹丸的空气动力数据和飞行稳定性特征。同时,研究了不同舵偏角对电机控制能力和鸭舵修正能力的影响,并进行了MATLAB仿真。结果表明,在满足全弹气动布局、飞行稳定、电机有效控制、弹丸修正能力的基础上,尽量选择舵偏角大的舵翼结构。
为了研究空基助推段拦截战术弹道导弹的作战可行性,描述了空基反导的作战过程,并分析了空基反导在作战上存在的制约因素。利用Monte-Carlo仿真的方法,首先分析了预警卫星关键参数对拦截作战的影响,接着分析了拦截弹性能的影响,然后对影响制导精度和脱靶量的因素进行仿真分析,最后从弹头杀伤的角度说明脱靶量对杀伤程度的影响。研究结论为空基助推段拦截武器的装备发展和作战使用研究提供了参考依据。
针对最小二乘支持向量机(LS-SVM)缺失的鲁棒性以及参数难以选择的问题,提出了改进的LS-SVM预测建模方法。该方法首先从样本特征重要程度的角度出发构造特征加权矩阵,然后利用该特征加权矩阵对LS-SVM进行加权,最后采用了人工鱼群优化算法选择模型参数。通过对基准数据集的仿真验证了该方法的有效性和可行性,并将其预测地空导弹生存能力,获得了满意的结果。
针对某型导弹弹载惯导装置缓冲减振机构形式及布局进行设计。采用有限元中的瞬态动力学算法,分析在发动机点火瞬间,弹载惯导装置在经过缓冲减振机构缓冲隔振后的冲击响应情况,并通过地面点火试验对设计方案进行验证。通过仿真计算和实验验证可见该方案在发动机点火瞬间具有缓冲减振功效,缓冲效率高达65%。
为了研究导弹垂直发射装置中导弹支脚和导轨配合间隙对发射影响,对其装配关系进行简化和数学建模,建立配合间隙参数与偏差角关系式。在考虑导轨安装误差情况下,讨论了配合间隙参数对装置通过性影响;利用动力仿真模型,讨论配合间隙参数与发射精度的关系。最后,利用上述关系模型和结论,开发出仿真原型系统,为发射装置配合间隙设计提供参考和指导。
针对制导炸弹采用捷联导引头和进行侵彻型攻击的技术要求,设计了一种具有终端角度约束的自适应比例导引律。基于经典比例导引关系,首先以期望落角为性能指标推导出变系数导引律,然后利用反馈的误差信息对导引系数进行自适应闭环校正,以增强导引律的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的制导律具有较高的制导精度,并且满足落角约束要求。
由飞行器级间分离性能分析的需要,文中针对所设计的新型级间分离机构分离过程做仿真分析。利用ANSYS分析了点火解锁的动力学细节,获得了准确的解锁时间;进而运用数值模拟对分离的全过程进行了仿真,获得了飞行器在分离前后的运动特性。通过将仿真结果与实验数据的对比验证了该分析方法的准确性和分离方案的可行性,为该分离机构的进一步应用与优化提供了可靠的参考依据。
为建立钨球破片速度预报模型,在通过理论分析得到破片速度衰减规律模型,根据48mm钨球破片在高速和中速段速度试验,进一步采用非线性分析的方法建立了破片高速和中速的速度衰减模型;由数据融合的方法建立了可预报破片某点处速度的经验公式。计算和试验结果验证了破片速度衰减模型和速度预报经验公式的正确性和实用性,拓展了球形破片速度预报公式的使用范围。
针对微通道传爆,设计了一种装有条形导爆药的微小型错列式传爆序列,改进了条形装药的压装方法。在条形导爆药两端分别使用微小型电雷管和传爆管作为输入和输出,形成具有两个直角的传爆通道,进行雷管对正的传爆试验和雷管错列的隔爆试验。结果表明:改进后的压装方法工艺性良好;0.8mm药高的条形导爆药传爆可靠,雷管与导爆药最近距离为2mm隔爆安全。
智能地雷是一种新型智能化自主防御武器系统。考虑到扫描方式对交会概率的影响,文中概述了国外典型产品的主要扫描方式,重点对垂直发射扫描方式进行了分析研究。建立了该扫描方式的运动模型,采用模拟仿真的方法对影响交会概率的各种因素进行了计算分析。结果表明,子弹匀速上升速度与稳态转速之比对垂直发射扫描方式的交会概率具有显著影响。
在中心炸点周围布设传感器来提取爆炸后冲击波走时,利用走时层析成像方法来重建爆炸后的冲击波超压场。实验中传感器数目不足导致重建数据不完全,这种不完全数据重建对算法要求更高。文中提出了4种重建算法,即代数重建法、联合迭代重建法、联合代数重建法和期望最大化算法,对这四种算法进行仿真比较。结果表明期望最大化算法比其他算法重建精度高、速度快,在实际爆炸中可以利用此算法指导野外施工,节约试验经费。
为了研究穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室的毁伤效应,运用有限元软件ANSYS-DYNA进行舱室内爆炸仿真。分析了爆炸载荷作用下主舱和后邻舱舱内流场分布、压力变化及其破坏模式,评估了穿爆战斗部装药对组合舱室的毁伤效果。两级装药爆炸产生的冲击波相互作用,提高了主舱室内的冲击波峰值和准静态压力值,增强了对主舱室的毁伤能力,能够实现对舰艇组合舱室的高效毁伤。研究结果为舰艇组合舱室毁伤评估提供了参考。
为了实现小口径弹药的一维弹道修正,文中提出了一种新型的增加阻力式弹道修正机构。利用ADAMS软件对其机构运动特性进行了仿真;利用FLUENT软件对装有该机构的某榴弹进行了气动特性仿真;利用质点弹道方程程序估计了其修正量。仿真结果表明这种阻力修正机构展开速度快,增阻效果明显,修正量满足需要。为该机构的实际应用提供了数据参考。
针对低旋弹药在脉冲发动机工作时影响弹道特性问题,进行了弹道特性仿真,分析了脉冲发动机位置和点火相位对末端修正弹修正能力的影响,并计算了脉冲发动机点火时间误差和位置误差对控制精度的影响,从而为脉冲式末端修正弹的外弹道设计提供理论依据。结果表明:通过调整脉冲发动机的位置和点火相位,可实现末端修正弹药的修正能力要求;点火时间误差和位置误差引起的控制偏差在5.1%以内。
为实现防空火箭弹对抗无人机的杀伤效益最大化,提出了一种评估火箭弹最佳引爆距离的方法。文中分析了无人机的易损性、易受攻击性以及火箭弹破片散布误差,以无人机易损区参考坐标系为基础建立了杀伤概率数学模型,得到了杀伤概率随着爆炸距离等参数变化的规律。仿真计算结果表明,此评估模型能够得到火箭弹最佳引爆区间,实现对无人机最大杀伤。
在LS-DYNA中对破甲弹聚能射流产生机理进行了仿真,得到射流形态及进入颈缩过程的时间,而后在仿真软件Ansoft中建立射流和线圈3D模型,并利用电容器对线圈放电产生高频轴向磁场。仿真结果表明:在外磁场作用下,金属射流表面产生的感应电流与外部磁场作用会产生径向向内的电磁力。由分析得到的电磁力密度分布情况可知,射流凸起位置产生的向内的电磁力最大,而凹陷位置的电磁力较弱,射流的穿深效果由此增强。
为了对某型大长径比固体火箭发动机在极端温度发射时的结构完整性进行分析,采用三维热粘弹性有限元方法,计算得到了推进剂药柱在内压、轴向过载和极端温度载荷(-40℃和+50℃)联合作用下的位移、应变和应力分布规律。研究结果表明,推进剂药柱在高温和低温发射时位移最大值分别为9.3mm和16.4mm,VonMises应变最大值分别为14.6%和23.5%,依据VonMises应变准则,安全系数分别为2.74和2.46,满足结构完整性要求。
常出现于沙漠的沙丘引起的流场具有较好的稳定性和较小的阻力,为能够获得较小的总压损失以及稳定的驻涡区,文中在常规突扩燃烧室的基础上提出了一种新型的沙丘形燃烧室。采用Realizablek-ε湍流模型和二阶差分格式对该燃烧室内部流场进行了数值模拟,分析了在自然条件迎风角度和突扩比一定的条件下,不同背风角度对该燃烧器内冷态流场的影响。结果表明:存在一个最优的背风角度,使得总压损失较小而且内部驻涡稳定。研究结果对沙丘形燃烧器的设计具有指导意义。
装备姿轨控发动机的空空导弹能大幅提高对目标拦截的范围,实现提前拦截、防区外拦截。文中基于多喷管单室固体发动机方案,研究内弹道工作特性,采用数值模拟的方法研究内流参数分布规律,通过详细内流场仿真,发现动力装置均能正常工作,内部流场通畅,气动参数基本呈均匀分布,但多喷管之间存在一定程度的相互影响和干扰。通过试验验证该动力装置的工作特性。
涡流阀方案是实现固体发动机推力调节的一种很有前途的技术途径。文中利用冷流实验系统开展了涡流阀控制流的流量和压强对调节能力和响应特性影响的冷流实验研究。研究结果表明:控制流的压强决定了涡流阀调节压强;提高控制流压强和流量有利于提高涡流阀调节能力和响应性能;在压强变化量一致的情况下,提高控制流压强和流量有利于提高涡流阀响应性能。研究结论可为涡流阀固体变推力发动机的性能分析和设计提供实验支撑。
在大攻角下导弹弹身的非对称绕流会导致较大的侧向力,因此控制非对称流动是非常重要的研究内容。文中主要研究了矢量喷流对导弹大攻角非对称绕流的影响。研究通过流动显示的方法选取了导弹头部非对称流动比较明显的两个截面,采用激光片光流动显示技术研究了大攻角下矢量喷流对导弹头部截面绕流的影响。试验结果表明,矢量喷流促使非对称脱体涡的涡位抬高,矢量喷流对导弹大攻角非对称绕流有一定的控制作用。
为了为弹丸总体优化设计提供参考,应用FLUENT仿真软件仿真研究了弹头引信外形对小口径亚音速弹丸气动力特性的影响,得到了头部形状为单一圆台形、组合圆台形和半球形的三种弹丸在不同攻角、不同马赫数下的阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数和压力中心变化规律。结果表明:攻角对阻力系数、升力系数影响不明显。马赫数小于0.7时,头部形状为半球形的弹丸阻力系数最小、升力系数最大;马赫数大于0.7时,头部形状为组合圆台形的弹丸阻力系数最小、升力系数最大。
针对弹道导弹预警跟踪中存在的获取的目标信息不完整、数据率低的问题,给出了一种基于单星焦平面模板的弹道匹配方法,方法直接对焦平面图像中目标点所在像元的位置数据而非传统的角度数据进行灰色关联分析,同时规避了传统方法中必需的射向估计。仿真结果表明,模型能够准确的匹配出目标弹道并对落点做出较为准确的预测,具有很强的理论及实际意义。
为了研究伞形阻力器一维弹道修正弹的气动特性,在标准82mm口径迫击炮弹上加装伞形阻力器,建立一维修正弹模型。利用流体计算软件Fluent对亚音速飞行时弹丸模型进行了数值仿真。结果表明,阻力伞的展开破坏了弹体头部的流线形结构,改变了弹丸的气动布局,使得弹丸所受阻力增大。阻力伞展开前后阻力系数比可达到2.3左右。研究结果可以为一维弹道修正弹的研究提供帮助。
文中深入研究了贝叶斯网络推理和参数学习方法,提出了基于参数学习贝叶斯网络的目标融合识别方法,逆向分析建立了多传感器目标融合识别贝叶斯网络模型,并采用EM参数学习算法对所建立的网络模型进行参数优化。最后进行了实例仿真,仿真结果表明经过参数学习的贝叶斯网络模型比单纯依靠专家知识的贝叶斯网络模型能更加精确的识别目标。
对GPSL1C/A与L2CM信号的联合捕获技术进行了研究,利用双码联合广义差分技术解决导航数据位周期引起的跳变问题,提高其捕获灵敏度。而后引入了乘性检测方式,提高相关检测量的峰峰比值与算法检测概率,使其更有利于实现微弱环境下信号捕获。实验结果表明,该技术比单码捕获技术灵敏度提高了3dB,在输入信噪比为-24dB,发生数据位跳变时,成功捕获到卫星信号,检测量峰峰比为5.23,比传统算法提高了4.25倍。
针对频率步进雷达目标运动参数估计问题,提出了基于调频傅里叶变换方法估计目标的加速度和速度,实现运动补偿。在分析匀加速运动对目标一维距离像影响的基础上,采用直接相位一阶差分法,并运用调频傅里叶变换分别精确估计目标加速度和速度,并完成对目标回波的运动补偿。计算机仿真实验进一步说明了文中所采用方法的有效性,并具有一定的抗干扰能力。
文中研究在导航系统中应用扩频连续相位调制(spreadspectrumcontinuousphasemodulation,SS-CPM)技术的性能优势,并依据SS-CPM的特性,设计新型的调制方式——CPM-BOC调制。以Compass和GPS信号典型参数为例,研究其频谱特性、码跟踪精度、抗多径、抗干扰等导航性能指标方面的性能。理论分析和仿真结果表明:SS-CPM调制较典型的二进制偏移载波调制族在导航性能方面更有优势,为下一代卫星导航信号波形设计提供参考依据。
搜捕方式是反舰导弹末制导雷达的核心技术,直接决定导弹能否有效捕获目标,从而对后续跟踪、命中目标产生影响。为实时评估末制导雷达的捕获能力,根据“扩展搜索图”体制的搜捕机理,建立了基于高分辨率过程仿真的末制导雷达动态搜捕过程模型。通过仿真着重分析了影响末制导雷达捕获能力的诸多因素,给出了现在点和前置点两种射击方式下缩短末制导雷达电磁暴露时间的具体建议。
包覆层表面缺陷的检测是保证发动机装药质量的重要手段。针对采集的包覆层表面缺陷图像,利用数学形态学的顶帽与低帽变换相结合的方法进行了缺陷特征增强,采用高低阈值的方法实现了缺陷图像的分割,得到了二值化图像,并通过中心半径标定,得出了有效检测区域,计算出了缺陷的大小和位置,检测结果表明,该方法的位置检测精度小于0.4mm,检测分辨率可达到Δ0.5mm,尺寸检测精度小于0.2mm。
空投过程伴随着复杂的加速度变化,其中最重要的就是过载问题。文中针对该现象,设计了具有抗高过载性能的加速度记录仪。进一步结合理论推导和测试试验,对该记录仪进行了实际验证。首先利用马歇特锤冲击试验对系统的抗过载性能进行了检验;其次利用火箭滑车模拟开伞过载试验,获得了开伞加速度试验数据;最后对比试验结果和理论推导,发现系统误差在8%的范围内,证明该记录仪有实用价值。
研究一种捷联惯组系统级标定中转台误差抑制方法。通过分析转台误差传播原理,量化其对标定结果的影响程度,归纳标定残差的迭代规律,提出基于迭代法的转台误差抑制方法,给出迭代收敛判定条件及仿真求解方法,最后进行仿真验证。仿真假定各转台误差项均为10°,仿真结果表明该假设满足收敛条件,且6次迭代计算就可使标定误差小于3%。仿真计算和理论分析结果一致,迭代法能有效抑制转台误差的影响,易于工程实现。
针对火箭炮位置伺服系统强耦合、变负载、非线性的特性,提出了一种具有积分滑模面的模糊自适应滑模控制方法。为了使控制律不依赖对象的精确数学模型,利用模糊系统的万能逼近原理,设计了一个模糊系统,实现了理想控制律的逼近。为了抑制滑模抖振,设计了基于切换增益的自适应律,实现了系统参数的动态调节。仿真研究表明,该方法不仅保证了系统的动、静态品质,有效削弱了控制信号的抖振,而且对参数的不确定性具有较强的鲁棒性。
位置信息场定位法对强弱信息多目标进行定位时,存在对弱信息目标不能定位的问题。针对这个问题,提出了强弱信息多目标位置信息场定位算法,采用按目标位置信息场场强由强到弱的顺序逐级抽取的方法实现对多个目标的顺序定位。仿真结果表明,该方法可以有效实现对强弱信息共存多目标的定位,且定位性能受测向误差与目标间距的影响。
针对箔条质心干扰情况下雷达导引头难以可靠跟踪真实目标的问题,文中提出了一种基于距离高分辨体制的单脉冲角跟踪方法。该方法通过建立左右角度波门以获取目标的左右角偏差,再经融合处理输出角跟踪误差信号,不仅抑制了测角误差,还增加了角跟踪过程中可利用的信息量。仿真实验表明,该方法在质心干扰情况下可保持对目标的有效跟踪,是一种实用的抗箔条质心干扰方法。
光学畸变是宽视场光学设备测角精度的主要影响因素,通过深入分析研究现有光学畸变修正方法,提出了基于视场分区标定建立光学畸变多修正多模型的新方法。通过实验表明,该方法可以有效的提高宽视场光学设备的测量精度,特别适用于成像探测器像元尺寸较大的宽视场光学设备的畸变高精度修正,为连发齐射多目标、快速目标、大动态目标等弹道高精度测量提供了技术支撑。
针对基于1553B总线的导弹武器系统通信协议设计及其可行性验证困难的问题,设计了弹上系统1553B总线通信协议并进行了仿真验证。采用仿真总线系统通信、计算及测量总线负载率的方法对通信协议可行性进行了验证。总线负载率设计计算和仿真试验验证表明:该弹上通信系统的实际总线半载负载率为14.76%、满载负载率为26.72%,远小于1553B总线最大负载不超过50%~70%的要求,理论设计可行,可以满足弹上数据流通信要求。
在分析了目标、背景与噪声的基本特性后,提出了一种时空域累积差分融合的红外小目标检测算法。在空域上,对原始图像采用高通与低通滤波并差分突出目标信息。在时域上利用目标的运动特性进行多帧累积和差分处理,并对空域和时域处理的图像进行自适应分段线性变换增强图像,最后将增强处理的图像根据相应的准则融合采取自适应阈值分割处理。实验结果表明文中提出的算法能有效检测出低信噪比环境下的运动小目标。
分析了电子电路设计中异步FIFO设计的两个关键性难点:避免亚稳态现象的出现和空满状态的判断。为解决这两个问题,文中提出了四种方案:基于格雷码、基于移位码的、基于状态标志和基于区间地址的设计方案。设计方案均采用VHDL实现,并在FPGA的基础上进行仿真验证。结果显示这四种方案虽性能迥异,相差较大,但都有其独特的优势之处,能较好的完成异步FIFO的功能。
