为了合理地评价固体火箭冲压发动机补燃室内一次燃气/空气掺混燃烧过程,提出一种基于颗粒质量浓度的固体火箭冲压发动机掺混燃烧过程评价方法。建立发动机数值模拟方法并通过了地面试验验证；针对不同工况条件下补燃室掺混燃烧过程,通过数值模拟,分析对比了不同定义方式掺混度与燃烧效率的变化趋势。结果表明,提出的颗粒掺混度与颗粒燃烧效率二者间显示出最大程度的相关性,不同工况下的平均最大信息系数达到了0.916 3。一次燃气/空气掺混与燃烧过程体现以下相关性规律:颗粒燃烧效率随颗粒掺混度的增大而增加,当颗粒掺混度超过一定阈值后,颗粒燃烧效率保持相对稳定。最后通过试验验证了该规律。

预冷器换热通道空气侧壁面的结霜对预冷发动机整体性能具有重要影响。通过实验研究了三种具有不规则表面形貌结构的试件(Ra=0.97 μm,Ra=1.78 μm,Ra=1.92 μm)在高温环境(T_a=50 ℃)下的结露/结霜过程。主要研究了环境温度(T_a取50 ℃和18 ℃)、表面温度(T_w取-10.9 ℃、 -23.0 ℃、 -28.0 ℃)以及表面形貌结构对液滴凝结及霜层生长特性的影响,并将霜层的致密化机理进行了总结分类分析。实验结果表明,环境温度越高,表面温度越低,霜晶生长周期越短。在三种试件表面,越靠近试件边缘,凝结液滴出现时间越早,长大越快。此外,还发现表面形貌结构对液滴的凝结及霜层生长全过程均有影响,并将表面形貌结构对凝结的影响机理进行了初步分析,但是不规则表面形貌结构对霜层生长的影响机理仍需进一步深入研究。

针对脉冲发动机软质隔层在工作过程中状态与规律无法准确描述等问题,设计了软质隔层打开试验系统,近似模拟了隔层在脉冲发动机中的工作历程,对比了烧蚀与未烧蚀隔层打开特性,结合电镜扫描微观手段,从机理分析了烧蚀与未烧蚀隔层变形规律。试验结果表明,烧蚀模拟试验计算与某试验发动机隔层烧蚀率近似相当,相对误差可控制在5%以内；未烧蚀隔层变形呈“谷堆形”,烧蚀后隔层变形呈“灯泡形”。所建立的软质隔层打开试验系统可为脉冲发动机软质隔层设计与试验验证提供一种可行的技术途径和手段。

针对现有异常检测算法对遥测参数特征提取缺乏区分度以及异常决策信息丢失等问题,提出基于中心约束对比的自集成异常检测方法。融合对比损失和中心损失将正常样本映射到紧凑的特征分布,并采用多视角、多层次特征集成的方式实现样本的异常检测,提升了模型对卫星复杂工况的适应性。采用科学卫星真实遥测参数数据和基准数据集进行验证,结果表明,所提方法在真实遥测参数上比最优基准方法的F值提升21.8%,且具有更好的噪声抗干扰性。实验结果验证了方法的可行性,能够为卫星地面运管提供有效的判读支持。

针对含气膜孔冷却涡轮叶片多模式寿命可靠性优化设计效率与精度兼顾困难的问题,提出了基于自适应克里金代理模型的类序列解耦可靠性优化方法。该方法中,可靠性约束里的极限状态面代理模型构建过程会随着设计参数的搜索迭代而实时更新,并严格保证每个优化步下的代理精度和可行域判断的准确性,因此收敛快、稳健性强。代理模型在扩展空间中协作代理并共用训练样本点,实时自学习训练目标函数和约束函数的代理模型至收敛,在保证代理精度的同时显著提高优化效率。此外,基于所提方法开发了一体化、自动化的寿命可靠性优化集成仿真软件,并完成了涡轮叶片寿命可靠性优化设计的工程化验证,该结果验证了所提方法的高效性及工程适应性。

针对星敏感器的空间迷失问题,提出了一种新的星图识别方法。利用距离映射矢量计算参考星与导航星之间的离散度,以缩短导航星库列表,得到候选导航星,再利用夹角特征矢量与距离特征矢量,通过相似度计算匹配出参考星唯一对应的导航星。通过对仿真星图和真实星图进行性能测试,评估其可行性。结果表明,方法对噪声具有较强的鲁棒性,在位置噪声、伪星和缺失星等恶劣环境的影响下仍能保证93.80%以上的识别率。

针对多导弹以期望角度协同攻击机动目标问题,提出了一种新型领弹-从弹固定时间协同制导律。根据弹目相对运动关系建立了领弹-从弹协同制导模型；基于固定时间滑模控制理论设计了视线法向上的制导律,实现了领弹和从弹以期望的攻击角度对机动目标进行精准打击。在从弹视线方向上,基于一致性误差函数和固定时间滑模趋近律,设计了一种从弹视线方向制导律,充分利用了导弹间的信息交互,实现了从弹与领弹的剩余时间在固定时间内快速趋于一致。数值仿真和对比试验结果表明:所提制导律对时间协同和角度约束的控制精度高,避免了奇异和抖振现象,收敛速度快且收敛时间上界与初始状态无关,充分地验证了所提制导律的有效性和优越性。

为准确有效地确定导弹发射阵地选址位置,克服目前阵地选址过程中主观因素较强和难以判断选址方案优劣的弊端,提出基于地理信息系统(geographic information system, GIS)与改进优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)的两阶段阵地选址方法。初选阶段,构建影响发射阵地选址的指标体系,利用改进层次分析法得到各指标综合权重,针对定量指标,采用GIS技术建立多环缓冲区进行空间分析,得到发射阵地选址备选方案；精选阶段,结合备选方案各指标得分,针对定性指标,利用灰色关联改进的TOPSIS进行综合评价,得到导弹发射阵地最优选址方案。实例验证表明:该方法具有较好的可操作性和适用性,主观因素影响较小,能够为导弹发射阵地选址提供决策依据。

针对目前水下航行器航路规划结果适用性不强的问题,提出一种基于改进粒子群算法的水下航行器三维航路规划算法。基于海区真实地形数据构建维诺图,利用Dijkstra算法生成满足航行安全要求的初始航路集,作为粒子群算法的初始粒子,提高了初始粒子生成效率,同时改进粒子位置更新方法,根据航路上节点的毗邻节点的位置引导粒子位置变化,使得规划航路更加平滑,更适于水下航行器的航行。仿真结果表明,该算法较传统粒子群算法,规划航路适用性更好,且优化结果更稳健。

为对国产分组密码算法uBlock进行软件优化,选择支持256 bit数据位宽的AVX2指令集,提高编译器自动优化等级,优化函数的调用过程,优化数据存储结构,综合使用高位并行、低延迟指令逻辑优化等方法实现单线程并行计算。通过使用这种有效的组合方法,uBlock-128/128算法、uBlock-128/256算法和uBlock-256/256算法单密钥短消息加密的速度较原代码分别提升269%、182%和49%。基于这些优化方法,uBlock-128/128、uBlock-128/256和uBlock-256/256三个算法版本均实现了单密钥场景与多密钥场景。

针对传统数据填补方法难以有效利用标签信息和缺失数据的随机信息的不足,提出面向混合型特征的粒子群优化填补算法。将连续型特征取值建模为高斯分布,均值和标准差作为优化参数。将离散型特征的取值概率作为参数进行优化。使用分类正确率作为优化目标,充分利用标签信息和缺失数据的随机信息。采用4种基于统计的方法和2种基于演化算法的填补方法作为对比,在6个典型的分类数据集上进行实验。结果表明,提出的方法在分类正确率指标上显著优于其他对比算法,同时具有较优的时间开销,能够有效解决混合特征数据缺失的问题。

为分析PPP-B2b的实际服务性能,采用为期30 d的PPP-B2b数据与国际全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)服务组织测站数据以及2021年12月16日的海上船载动态数据,进行了轨道与钟差的精度评估、实时精密单点定位(precise point positioning,PPP)的定位性能测试,并与采用法国国家太空中心(centre national d′etudes spatiales,CNES)存档产品CNT的相应结果进行比较。结果表明:PPP-B2b服务的北斗三号系统 (BeiDou navigation satellite system phase Ⅲ, BDS-3) 与全球定位系统(global positioning system,GPS)轨道的径向精度分别为0.07 m、0.089 m,低于CNT 0.041 m和0.025 m。而BDS-3的钟差精度为0.029 m,与GPS钟差精度接近,优于CNES BDS-3的钟差精度0.057 m。基于PPP-B2b服务的静态定位测试中,BDS-3和BDS-3+GPS平均收敛时间小于20 min,优于单GPS系统,且收敛后精度更高。而在动态测试中,BDS-3和BDS-3+GPS组合东北天(north, east and up, NEU)方向均方根(root mean square,RMS)均优于11 cm,单GPS优于26 cm。在海上实际测试中,PPP-B2b的BDS-3+GPS组合NEU方向RMS分别为0.028 m、0.074 m、0.081 m,收敛时间为12.4 min。

针对复杂道路交通场景中交通标志检测识别精度低的问题,提出了一种改进YOLOv5s算法的目标检测识别方法。采用迭代自组织数据分析算法对TT100K数据集进行聚类分析选择更适合的先验框,新先验框能够更加全面地覆盖交通标志的尺寸,提高模型的检测精度；对特征图进行上采样操作,获得更大尺度的特征图后与主干网络特征图融合,得到特征信息更加丰富的新特征图用来小目标的检测识别,提高了小目标检测识别的精度；用真实框和先验框宽比和高比的差值替代真实框和先验框宽高比的差值对定位损失函数进行改进,解决了宽高比相同但实际尺寸不同时惩罚消失问题。实验结果表明改进算法与YOLOv5s算法相比,提高了9.55％的平均精度均值,对小目标的检测识别具有更好的效果。

针对无人机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在战场复杂电磁环境下易受到高功率微波(high-power microwave,HPM)武器攻击的问题,对无人机载SAR进行高功率微波前门耦合场路联合仿真。在CST(computer simulation technology)电磁仿真软件中建立了无人机载SAR天线模型,以脉冲调制的正弦波信号模拟HPM信号对天线进行辐照并采集天线端口耦合电压波形。将CST软件中得到的天线端口耦合电压信号注入SAR射频前端电路模型,完整模拟了高功率微波信号从场到路的耦合过程。仿真结果表明,SAR射频前端电路中的低噪声放大器是HPM致损的主要对象,限幅器的尖峰泄露功率会对后级电路的低噪声放大器产生威胁。通过仿真得到了无人机载SAR高功率微波前门耦合效应评估图。

目前应用于辐射源识别的卷积神经网络对时序同相正交(in-phase and quadrature-phase,IQ)信号的处理有两种方式:一种方式是将其变换为图像,另一种方式是提取IQ时序数据的浅层特征。前一种方式会导致算法计算量大,而后一种方式会导致识别准确率低。针对上述问题,提出一种多尺度特征提取与特征选择网络。该网络以IQ信号为输入,经多尺度特征提取网络提取IQ信号的浅层特征和多尺度特征,采用特征选择网络降低多尺度特征的数据维度,通过自适应线性整流单元实现特征增强,使用单个全连接层对辐射源进行分类。在FIT/CorteXlab射频指纹识别数据集上,与ORACLE、CNN-DLRF和IQCNet对比实验表明,所提网络在一定程度上提高了识别准确率,降低了计算量。

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高程时间序列研究有助于监测和分析地壳板块运动,可以为研究人员判断区域运动趋势提供依据。基于经验模态分解和极端梯度提升算法构建了MEMD-XGBoost模型来预测分析GNSS高程时间序列。为了验证模型的预测性能,实验选取8个GNSS站高程时间序列数据进行预测实验,特征构造结果显示,多次经验模态分解可以准确地提取原始时间序列信息,提供有效特征。建模结果表明,MEMD-XGBoost模型可以有效改善数据质量。预测结果表明,MEMD-XGBoost模型预测结果具有较高的精度和准确率,误差离散程度较小,模型具有较强的稳定性和鲁棒性,可以较好地预测出GNSS站高程方向的运动趋势和季节性变化。因此,该模型可以应用于GNSS高程时间序列建模和预测研究。

针对现有分选算法或多或少存在依赖先验信息或者难以适应多功能雷达的情况,提出基于偏联系数集对势的雷达信号多站融合分选算法。从数学领域的集对分析中引入偏联系数参数建立聚类模型,在此基础上通过多站协同方式,利用到达时间差参数对聚类结果进行决策级融合。经过实测数据及仿真验证,在无须任何先验信息的情况下,该算法可适应搜索捕获跟踪等多功能雷达体制,实现雷达脉冲信号的精确聚类与融合,在干扰脉冲比例不高于60%的情况下,分选正确率达97%以上。

针对具有高视距和高机动性特性的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)辅助移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)进行空-地高效数据通信系统中无人机能耗对通信质量造成直接影响和多用户多业务需求的问题,提出了一种在确保用户体验性的前提下最小化系统能耗的交替迭代优化算法,通过建立包含无人机轨迹、信道模型、本地计算模型、计算卸载模型和无人机能耗五个子模型的UAV-MEC网络系统,联合优化无人机轨迹、用户卸载量和无人机功率,对系统能耗进行了优化。通过仿真结果表明了在与已有基准方案相比较时,终端用户的计算能耗减少了35%,系统性的整体性能得到了显著改善。

在实际应用中多种类型阵列误差同时存在,针对这种情况下阵列误差方位依赖的特点,提出了一种基于流形分离技术(manifold separation technique, MST)的改进多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,可以有效解决多种阵列误差影响下的波达方向估计问题。利用MST获得包含阵列非理想特性的采样矩阵,从而进行精准测向；通过二维傅里叶变换求解二维空间谱,与现有MUSIC校正算法相比,减少了谱峰搜索的运算量。理论分析和仿真验证了该算法的有效性,可为实际问题的解决提供参考。

为提高水下机器人的机动性与稳定性,提出一种四旋翼波动鳍混合驱动的新型水下机器人及其姿态控制算法。建立了机器人桨鳍协同推进的运动学与动力学模型,通过流体数值仿真,获取了水动力系数,构建了机器人六自由度动力方程。提出螺旋桨与波动鳍协同推进的姿态控制策略,设计了一种四自由度串级比例-积分-微分控制器与控制分配算法。在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,仿真分析了机器人定深前进、升沉运动、原地转向中的机器人位姿曲线,以及随机干扰对姿态控制的影响。实验结果证明,机器人具备良好的姿态控制性能,最大推进频率下样机运动姿态角波动误差小于±4°,深度波动误差小于±5 cm。仿真及实验结果验证了所设计的水下机器人与桨鳍协同推进的姿态控制算法的可行性。

为优化自动驾驶仪设计过程,寻找最优设计参数,提出了一种基于最优控制的三回路自动驾驶仪设计方法。通过设计最优控制问题的代价函数生成三回路驾驶仪拓扑结构,并通过求解最优控制问题同时得到三回路自动驾驶仪的多个设计参数,进一步研究分析了代价函数中惩罚权重对驾驶仪性能指标的影响。实验结果表明,与传统设计方法相比,通过最优控制方法设计的三回路自动驾驶仪性能更优,且对于模型不确定性误差和系统未建模动态等具有较好的鲁棒性。

针对搜索水中动态目标问题,提出一种基于改进头脑风暴优化(brain storm optimization, BSO)算法的多自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)协同搜索方法。该方法采用基于马尔可夫过程的运动预测目标存在概率,联合探测信息与预测信息更新目标存在概率。AUV间共享目标存在概率、环境不确定度、协调信息素等信息,各自利用滚动优化策略规划搜索路径。对该方法进行了有效性和鲁棒性的仿真验证。仿真结果表明,该方法能搜索到不同运动模式的水中动态目标,搜索效果优于随机算法、遍历算法等传统算法和BSO智能算法,且对AUV的不同初始出发位置不敏感,提高了战术使用的灵活性。

为了进一步扩展锂电池的应用范围,以电磁发射场景中高功率能量回收为背景,研究了锂离子电池在不同荷电状态的大倍率脉冲充电特性。以准二维电化学模型为基础,通过优化扩散系数,建立了高功率锂电池大倍率脉冲充电模型,并利用该模型分析了锂电池在不同荷电状态下大倍率脉冲充电的镀锂过电位变化情况。通过对锂电池开展循环实验和事后分析,研究了锂电池在不同荷电状态下大倍率脉冲充电的老化行为和老化机理,该老化机理与仿真分析所得结果一致。以上研究结果不仅可以为锂电池在高功率能量回收场景中的应用提供参考,还可为快充型锂电池的优化提供参考。

针对自行研制的压电喷油器和执行器,通过设计压电执行器两端电压补偿控制策略,采取六阶段电路驱动控制方法,实现了压电喷油器内部执行器两端驱动电压的闭环补偿控制和基于三角波形驱动电流的充放电过程,提高了电路能量利用率,降低了电路峰值电流。同时对驱动电路进行试验。试验表明,改进驱动控制方式后,电路充电时间缩短了0.06 ms,放电时间略微缩短了0.01 ms,满足执行器达到最大位移的最小脉宽缩短到0.3 ms,峰值电流降低了3 A,由此表明电路响应速度和安全性得到了进一步提高。

针对无人机在区域侦察中的应用研究,提出车辆支持的多无人机覆盖侦察的车机协同模式与协同路径规划算法。以最小化任务完成时间为目标,考虑车辆路径所受的道路约束以及无人机的能量约束,建立混合整数规划模型,并设计基于迭代松弛思想的启发式算法。在构建的60 km²的测试场景中随机设置16个目标区域,算法实现了车辆与无人机的覆盖路径规划,全部侦察任务完成用时为1.593 h,验证了车辆支持多无人机模式的可行性以及算法的有效性。