设计了一种适用于制导控制一体化的小波神经网络反演方法(WNNBM)。首先,将目标运动学特性与导弹动力学的系统模型相结合,建立并简化了俯仰通道制导控制一体化模型,综合设计制导律与控制器;其次,利用自适应反演方法对一体化控制器进行总体设计,并针对一体化模型简化程度高,未建模动态难以确定的特点,引入小波神经网络(WNN)逼近系统模型;最后,进行弹道仿真。结果表明,该方法可以有效打击目标,提高系统性能。
为了研究飞行环境下导弹折叠弹翼的展开过程,文中介绍了如何采用气动分析软件CFD-FASTRAN对其进行模拟,包括问题描述、网格划分、计算参数设置等。根据计算结果分析给出了导弹4片弹翼展开过程中的同步性、展开角速度情况以及弹体姿态和姿态角速度的变化情况等。结果表明,模拟方法可行,模拟结果可为导弹总体设计、弹道设计及弹翼机构设计等提供参考依据。
针对某型无人机控制器在非线性条件下动态性能欠佳的问题,把容易实现、鲁棒性好的PID控制法与智能模糊控制算法结合,设计出自适应模糊PID无人机姿态控制器。针对隶属度函数过度依赖专家经验的问题,运用遗传算法来优化隶属度函数,使控制效果达到优化。经过仿真验证,所设计的控制器不但有PID控制精度高、易于实现的优点,还有模糊控制器超调小、动态响应快等优点,并且提高了跟踪和抗干扰性能,可以完成准确快速的姿态控制。
发射区是一个空间区域,当目标处于该空域内不同子域时发射导弹,导弹对目标的杀伤概率不尽相同。为寻求发射区内最佳发射时机,提高导弹的作战效能,对发射区进行等步长离散,计算特征点脱靶量,选取最优发射区域。基于便携式防空导弹仿真平台,以某型便携式防空导弹为算例进行分析,得出发射区内不同子域脱靶量分布的一般规律,为射手和指挥员确定导弹发射时机提供依据。
为解决弹载记录器可靠性低的缺陷,对弹载记录器进行了靶场试验以及回收后的失效原因分析,总结出弹载记录器失效的主要原因是壳体失效和电路体失效,找出了记录器的薄弱环节,并对其的壳体及电路进行了抗高过载优化。最后通过实际试验验证弹载记录器的抗高过载值达到1.7×10⁴g,验证了记录器抗高过载设计的可行性,为记录器可靠性的增强以及弹体飞行数据的准确获取奠定了一定基础。
为了降低非线性对准的计算量而不损失对准精度,针对容积卡尔曼滤波(CKF)采样点数与状态维数成正比、计算量较大的问题,提出了基于简化CKF/降维CKF混合滤波的非线性对准方法。利用大失准角模型和基于线性观测方程的简化CKF算法进行水平对准;使用大方位失准角模型和降维CKF完成精对准。仿真结果表明,该方法摆脱了CKF算法的“维数灾难”和降维CKF对准应用条件限制,能够完成任意失准角下的初始对准并获得较高对准精度,具有重要的工程应用价值。
为了探索一种简便经济的导弹制导模拟方法以满足电子对抗试验需要,提出了一种利用导引头控制无人飞行器以模拟导弹制导过程的方法,利用电视导引头搭载无人飞艇进行了飞行试验验证。基于飞艇飞控系统纵向控制通道的分段式PID控制器以及特别设计的制导指令生成模块,利用电视导引头测量的目标信息,分别按照两种导弹导引律控制和引导飞艇向目标飞行。对试验结果的定量分析表明,飞艇按照预设导引律成功实现了制导飞行。
文中建立了滚仰式位标器结构模型,根据滚仰框架的结构特点和装配形式,利用ABAQUS有限元分析软件对滚仰框架有限元模型进行了静力分析和动态冲击模拟,分析结果表明滚转框架结构可以满足工作要求,验证了所设计的滚仰框架结构的合理性和可行性。通过以上力学分析和研究,为滚仰式位标器其他部件的设计以及样机的研制奠定了理论基础。
导引头共口径技术是主被动雷达导引头关键技术之一。针对导弹主被动雷达导引头内部空间有限的问题,提出了导引头共口径技术,采取了把微带贴片天线应用到导引头表面的措施,得到了预期的结果。通过对微带贴片天线的设计,研究导弹主被动雷达导引头的性能,经过分析和仿真表明所提出方法的有效性。
通过对临近空间高超声速飞行器的受力分析,建立了其周期性跳跃运动的数学模型,仿真分析了其运动特性;提出了一种加速度均匀变化的运动模型(constantdifferentialofacceleration,CDA),并与CV模型、CA模型交互,使用引入强跟踪滤波器的交互式多模型算法对周期性跳跃运动进行跟踪研究。结果表明,该跟踪算法比经典IMM算法有更好的跟踪精度。
针对极小瞬时视场毫米波导引头对目标发现概率低的技术难题,文中提出一种适合其预定回路特点及要求的单神经元自适应PID控制的改进算法。分别对预定回路采用增量式PID控制、单神经元PID(SNAPID)控制和改进单神经元PID(ISNAPID)控制进行仿真对比分析,结果表明改进算法具有较强的抗干扰能力和快速响应能力,并对控制律增量有一定的约束作用,能有效改善导引头预定回路动态性能,提高框架角控制精度,有利于导引头检测和截获目标。
研究了地球旋转对机动式弹道导弹发射阵地选择的影响问题。应用椭圆理论建立了弹道导弹自由段弹道模型,在相同的初始条件下,就是否考虑地球旋转对弹道导弹的射程分别作了计算,结果表明,地球旋转对导弹射程的影响随发射点纬度、射击方向和射程而变化,导弹射程越远,影响越大。
捷联式导引头与弹体固联,弹体姿态的扰动会导致目标在图像中的位置呈现复杂的运动特性。为了实现对目标的稳定跟踪,必须扩大导引头的搜索范围,从而降低了目标跟踪算法的实时性。文中建立了捷联式图像导引头的解耦模型,并提出了一种弹体姿态的解耦算法,利用惯性设备采集到的实时姿态角等信息进行了仿真验证。仿真结果表明算法可稳定的实现目标的实时跟踪。
针对集群聚能串联战斗部设计思想,将前级对目标的破坏简化为开孔预破坏,开展了弹丸对预开孔混凝土靶体的实验研究,分析了靶体开孔形式对弹丸侵彻性能的影响。结果表明,弹丸对预开孔靶体的侵彻深度随靶体开孔数量和开孔深度的增加而增加,相对说来,增加开孔数量相当于增加了靶体破坏面积,对提高后级侵彻能力更为有效。研究结果可为串联战斗部的前级集群聚能装药设计提供参考。
为研究头部形状对半穿甲战斗部侵彻性能的影响,运用ANSYS/LS-DYNA对不同头部形状半穿甲战斗部侵彻薄钢板进行数值模拟,并分析着角与攻角对3种不同头部形状半穿甲战斗部剩余动能与弹体偏转的影响。结果表明:垂直侵彻时,卵头弹与尖头弹侵彻性能优于钝头弹,而钝头弹能使靶板产生更大的变形;斜侵彻时,着角与攻角会使弹体发生偏转,尖头弹与卵头弹侵彻性能随着着角的增加而降低,钝头弹呈先增大后减小趋势,同时小角度的攻角有利于提高弹体的侵彻性能且对弹体偏转有一定的修正作用。以上结论对半穿甲战斗部头部设计、着靶姿态的确定具有一定的参考价值。
爆炸成型弹丸装药结构中存在无效装药区,对有效装药结构进行研究,实现去除无效装药,进而提高装药的能量利用率。首先采用理论分析方法,利用等效平板和等效装药假设,将圆柱形装药对大锥角药型罩的抛掷问题进行简化,对有效装药高度进行理论计算并做相应的修正,确定出大锥角药型罩的最佳装药高度;由理论分析结果,设计出两种不同装药结构形式,通过侵彻试验对比其终点效应。试验结果表明,合理设计有效装药结构可以减少约26.5%的装药量,研究结果对EFP战斗部装药结构优化设计具有一定的应用价值。
摘要:文中结合水面舰艇的目标特性, 提出了以封锁水面舰艇甲板为目的的设障子弹, 并提出了一种设障子弹的设计方案。运用LS-DYNA软件, 进行了数值仿真, 模拟了子弹的侵彻过程, 验证了设障原理, 得到了子弹在侵彻靶板过程中的动态响应和不同工况下的设障能力。仿真结果表明:设计的子弹能够满足要求, 达到预期目的。文中的研究可为新型武器的研制开发提供一定的参考。
针对三段可控离散杆战斗部,探索性提出并分析了错位与顺反等不同排列结构,利用ANSYS/LS-DYNA软件对其进行了数值仿真模拟,动态再现了离散杆从起爆到形成杀伤环的全过程。研究结果表明错位排列有助于段与段杆条间隙的互相补充,使得杆条整体分布均匀,有效提高毁伤概率;反式排列使得段与段杆条的自旋方向相反,杆条形成杀伤环时间缩短,此种排列技术有助于控制每段杆条群杀伤环的形成时间,实现远近距离不同的多重杀伤环空间分布。
针对爆炸场环境的压力测试,基于FPGA软核设计了爆炸场压力测试系统。FPGA通过调用多个软核模块,控制爆炸压力测试。软核参数是可配置的,调用并修改这些可移植软核,可快速完成系统的设计。相比常规测试系统,该压力测试系统具有引用方便、可移植性好、电路复用性强等特点。实验室环境下,系统测试准确。并在爆炸场试验中获得了有效数据,试验结果表明,该系统具有很好的可靠性。
在双下侧冲压发动机地面连管试验中发现实测推力与一维流计算数据相差较大,为探究差异根源,以数值仿真为基础,对比分析了补燃室中均匀流场和非均匀流场对冲压喷管推力特性的影响。分析结果表明,流场的非均匀性导致计算截面上的实际滞止参数与理论计算数据有差异,因此,在这种条件下,不能直接利用一维流理论进行计算;同时,文中在仿真及试验基础上给出了非均匀性对推力影响的工程估算方法。
为定量分析引信隔爆安全性,综合常用的炸药爆轰参数计算方法和实测结果,运用基于炸药做功能力的计算方法,计算雷管在隔爆位置处爆炸的爆轰C-J参数和气体产物膨胀后压力。对炸药力进行了探讨,对余容进行了修正,使得该算法不仅适用于装药密度大于1g/cm³,也适用于装药密度小于1g/cm³的情况,爆轰参数计算结果与实测值最大误差约为10%。该计算方法可为引信隔爆机构设计提供理论参考。
通过研究伺服系统对跟踪设备的影响,分析了跟踪设备在振颤状态下工作所受的干扰。以测试结果绘图,识别出跟踪线的俯仰角速度和方位角速度,能分辨出稳定的目标信号以及周期性的干扰信号。消除振颤干扰的方法,就是剔除受干扰的目标线的角速度值,以稳定的目标角速度替代,以测距结果配合无干扰的俯仰角与方位角,解算无干扰的弹道跟踪结果。
为实现二维修正弹的高速稳定控制,依据弹道修正原理对某二维修正弹在不同飞行速度下舵翼受到的减旋力矩进行模拟实验研究。装置中采用阻尼电机搅拌油液使油盒受到减旋力矩来模拟修正弹舵翼受到的减旋力矩。对减旋力矩进行FLUENT仿真计算,并且对仿真结果用测力装置进行实际测量,电机和油盒的转速由霍尔测速装置进行测量,实验数据用MATLAB进行分析。实验结果表明,该实验装置能够满足修正弹控制机构研究的要求。
为综合利用导弹飞行试验中的遥外测数据实现弹道重构,提出了一种基于UKF的弹道重构方法。分别采用遥测数据与外测数据建立了系统状态方程与观测方程,采用UKF法对弹道状态进行最优估计。通过数值仿真对比分析了UKF法与传统EKF的误差特性以及重构误差对三类误差源的敏感度。结果表明UKF法的误差收敛速度、稳定性及精度均优于EKF法,UKF法的位置与速度误差对外测数据误差较为敏感,而姿态误差对初始姿态误差较为敏感。
为考核导弹与冲压发动机匹配性而建立的弹发匹配验证试验系统,采用了暂冲式气源和渐近式启动的航空发动机主燃烧室作为加热器,常规方式下启动较慢。为使来流能够在当量时间(即累积消耗空气流量除以最大工况流量,以下同)10s内启动成功,对影响来流快速启动的各个因素进行分析,并逐项进行优化设计。通过试验证明,采取的措施有效,来流可以实现快速启动。
鉴于栅格翼相对于传统平板翼所体现的优越性,有必要研究其气动特性。栅格壁剖面形状作为一个重要的几何特征,采用数值模拟的方法,分别对不同的剖面形状进行气动分析。结果显示:剖面形状为菱形、四角形、六角形的栅格翼与矩形剖面的栅格翼相比能够很大程度的减小阻力,一定程度上增加升力,并且提高升阻比。流线型剖面的栅格翼中,菱形和四角形的栅格翼存在较好的气动性能。
针对战术导弹风洞试验模型滚转力矩分量载荷相对于其它分量载荷是一个小量的特点,文中开展了战术导弹模型微量滚转力矩天平总体方案设计、结构设计、灵敏度设计、安全限位设计、干涉分析及固有频率计算等研究,并应用其研究成果完成了一台微量滚转力矩天平的研制,给出了天平静态校准结果。校准结果表明,天平设计方案合理可行。
文中为了研究方形截面导弹的气动特性,设计了舵面位于平面和舵面位于直角两种布局形式方形截面导弹,并通过CFD数值模拟方法分析比较了方形截面导弹和圆形截面导弹的气动特性。分析结果表明,方形截面导弹相比圆形截面导弹具有较大的法向力和横、侧向气动力,其中舵面位于平面布局与舵面位于直角布局的方形截面导弹相比较其横、侧向气动力要小一些。
为了分析蒸发波导下海杂波对雷达探测的影响,以K-分布模型作为研究对象,采用基于球不变随机过程(SIRP)法对其进行仿真;通过分析仿真结果确定了K-分布海杂波形状参数、蒸发波导高度和雷达探测距离之间的关系。结果表明,蒸发波导高度越高,海杂波降低雷达的探测性能越明显。相关结果可以为新型雷达系统的设计及实际应用起到指导性作用。
针对带限高斯噪声干扰效率低下的问题,以GPS接收机码跟踪误差和星历误码率作为干扰效果评估准则,在分析GPSC/A码、P(Y)码和M码信号功率谱特点的基础上,通过对干扰带宽影响码跟踪和星历解调过程进行理论推导,定性的判断出最佳干扰带宽的存在。定量的仿真分析结果表明:对于C/A码信号,当干信比较小时,要充分考虑到误码率的影响,将造成码跟踪误差最大的干扰带宽减小一些,作为其最佳干扰带宽;而对于P(Y)码和M码信号,应选择造成码跟踪误差最大的干扰带宽,作为其最佳干扰带宽。
针对目前动态校准装置难以安全产生窄脉冲激励信号的问题,基于Hopkinson压杆技术,以压缩空气作为激励源,采用子弹撞击杆的方式,提出了一种可以产生6~10µs窄脉冲校准系统。该系统选用600mm×10mm的钛合金Hopkinson杆,使用应变片和轴向激光干涉仪同时测量获取窄脉冲信号。利用该系统进行了动态校准实验,实验结果表明,该系统产生的窄脉冲可充分激励起8309的谐振频率,通过幅频特性曲线得其工作频带。
文中通过耦合高精度加权本质无振荡格式和LevelSet方法,实现了固体火箭发动机点火阶段运动激波与动态裂纹相互作用的数值模拟。考虑到移动网格技术在处理复杂界面以及界面拓扑变形时的困难,利用LevelSet方法对不断推移的裂纹界面进行追踪,实现了运动激波同裂纹移动边界的耦合计算。计算得到了激波绕射裂纹的流场图谱,清晰的分辨出了激波在裂纹中的传播过程,并分析了激波在裂纹中传播引起压力振荡的机理。通过动态边界条件和静态边界条件计算结果的对比,探讨了引入移动边界计算的必要性。
雷达目标的微动特征为目标精确识别提出了新的技术途径。针对宽带雷达体制下弹道目标回波,利用采样得到的强散射中心径向距离线性和信号,估计微动周期和回波初相,接着对图像进行两参数扩展Hough变换,提取出旋转散射中心的微动参数,最后利用分离后的滑动散射中心的径向距离线性差信号和线性和信号,通过最小二乘拟合以及多元非线性方程组求解,提取了目标微动特征和结构特征。仿真实验验证了方法的有效性。
针对传统互信息图像匹配方法中因灰度概率分布计算量大而导致匹配速度慢的问题,提出一种增量式灰度统计的图像匹配新方法。该方法在初始待匹配子图概率分布统计表的基础上,经过增量式计算避免了相邻图像块中灰度概率统计的重复性操作,大大减少了图像匹配过程中的概率统计的运算量。实验结果证明了该算法在保持互信息图像匹配优势的同时,提高了图像匹配的速度。
针对交互式多模型方法存在模型覆盖面不足和子模型间恶性竞争的问题,设计了一种基于遗传算法和模糊推理的智能优化模糊交互式多模型方法,该方法通过对模型集的自主寻优,能够实现任意时刻在最优模型集下的跟踪,通过建模仿真,在与传统的交互式多模型的比较中发现,使用该模型后目标跟踪误差显著减小,该算法具有较高精度及稳定性。
针对在某些地区GPS卫星可见数目少,定位精度不高的现实,提出一种提高GPS定位精度的新方法。假设目标短时间内常速运动,建立多次采样下的卫星定位模型,对GPS卫星的摄动误差进行消除,并且在模型解算中引入有偏估计,以牺牲无偏性的代价有效的提高估计精度。理论分析和仿真实验表明,该方法能逼近无偏估计的克拉美罗下界,极大的减小定位误差,具有一定工程实用价值。
利用联合战术信息分发系统(JTIDS)实现相对导航功能时,消息源自身位置存在的随机误差会在导航解算中对导航质量产生影响。针对此问题,文中推导出JTIDS相对导航环境下克拉美罗界(CLRB)的表达式,定量的分析了源位置误差对导航解算的影响,并采用一种两步最小二乘的定位解算方法,用以消除源位置误差带来的影响。仿真结果表明,源位置误差对导航解算影响较大,而采用文中算法能够有效的抑制源位置误差的影响。
针对定向设备寻北过程中易受阵风、人员走动等随机干扰影响降低寻北精度的问题,提出了基于递推加权最小二乘估计的定向设备寻北抗干扰算法。该算法以定向设备惯性敏感器输出数据为观测量,实时辨识数据的有效性和精度,并计算加权系数,通过递推算法进行数据滤波,提高了动态条件下惯性器件输出测量数据的估计精度。试验结果表明,该算法能够确保定向设备在5级阵风、发动机和载车取力发电干扰条件下的寻北精度。
为提高车载捷联惯导系统标定效率,提出了一种基于卡尔曼滤波的陀螺漂移在线自标定方法,该方法利用北向陀螺漂移的完全可观测性,在近似水平条件下,通过卡尔曼滤波估计出两个不同位置的等效北向陀螺漂移,然后利用该估计值和解算出的方位角计算出陀螺漂移实际值,实现陀螺漂移的在线自标定。仿真结果表明,该方法简单可行,标定精度能够满足车辆导航要求。
为解决末制导炮弹转速测量难题,建立了一种基于微多普勒分析的转速测量方法。在对N个翼片形成的多散射中心微多普勒效应分析的基础上,通过对雷达回波进行时频分析,构建极值速度序列。该序列的变化周期是自旋周期的1/N。对极值速度序列进行时域固周测时,变换后可以获得弹丸转速。实际数据处理结果表明,转速和设计值相符。
针对机载脉冲多普勒雷达长时间相参积累时,空空目标在距离维上走动引起的相参积累能量损失问题,提出了在距离频域按照目标径向速度进行线性相位补偿的方法,实现目标的距离走动补偿。理论分析和仿真实验表明,该算法能把不同时刻目标回波校正到同一距离单元,有效的提高了目标的相参积累能量,且算法复杂度不高,并已在雷达实际试飞中得到了运用。
文中基于打击集群目标,针对末敏子弹稳态扫描阶段的全过程,包括稳态扫描、弹目交会、探测识别、命中毁伤等过程,建立了数值仿真模型。同时介绍了以耗弹量、毁伤目标相对数和效费比为效能评价指标的计算方法,并结合示例计算了不同条件下的末敏弹效能。仿真结果表明,该仿真模型及方法可为末敏弹装备论证、设计及作战使用提供参考。
针对指定零陷宽度的方向图综合问题,在求解过程中将原模型的求解转化为一个二阶锥优化问题,采用内点法利用Sedumi软件进行求解,降低了运算量,相对于传统求解方法能够在指定的干扰区域方向获得更深的零陷,同时不限制于阵列流型,对于非均匀阵列依然适用。仿真结果证明了文中使用的基于二阶锥优化的指定零陷宽度方向图综合方法的有效性。
现役第四代主动雷达型空空导弹普遍采用被动跟踪干扰源技术应对噪声压制性干扰,为对其进行有效对抗,研究了一种新的灵巧噪声干扰信号——扫频锯齿波信号。干扰信号通过在原有雷达回波上附加一个窄带线性调频信号产生,用较小的功率在目标回波附近产生类似高斯噪声的特性。以最小干扰距离和脱靶量为评估指标进行建模分析,仿真结果表明,该灵巧噪声干扰能够有效干扰导引头,具有很高的功率利用率。
本装置是根据实测弹丸的初速度和敌机飞行高度及航速、航向对引信的起爆时间的验证测试,针对过程中高速信号进行采集的特殊要求,通过对被测信号的特性分析,结合系统的实际情况从芯片选择、传输方式、信号处理以及后期的PCB设计制作等进行分析,对每个过程中可能出现的影响信号完整性和精准性的干扰提出相应的预防措施,对系统PCB中部分关键网络进行仿真,制定器件的布局布线约束,实验验证本测量装置可达到精准测量、无丢失数据。
针对天幕靶存在不能全天候测试的缺点,文中以点状阵列激光为发射光源,两列二极管作为接收器件,设计了一套激光复合光幕靶测速系统。与普通的光幕靶测速系统相比,该系统可以实现对同一位置弹丸速度的两次测量。且利用CPLD实现对蚊虫、飞鸟,冲击波等干扰信号的剔除。经实弹测试,结果表明:该系统精度高、抗干扰能力强,且与天幕靶相比,不依赖自然光,受外界自然环境影响较小。满足靶场测试要求。
主要研究了外测数据随机误差分离问题。利用模型函数逼近趋势项的方法建模较为复杂,小波变换的方法需预先确定小波基和分解层数。基于经验模式分解(EMD)的趋势项消除方法由于EMD分解可能会有模态混叠效应和分解的本征模态函数层数冗余的特性,导致该方法分解的余项不一定能准确逼近趋势项。在此方法基础上提出了基于总体经验模式分解(EEMD)的随机误差分离方法,利用EMD分解的频率特性和能量特性,提出了利用能量比例法来确定用来逼近趋势项的本征模态的层数,进而分离随机误差的方法。理论仿真和实测数据证明了该算法的有效性和实用性。
