超高速一体化弹丸作为电磁能武器的发射对象，存在与传统火炮发射弹丸不同的诸多科学难题。对近年来国内外在电磁发射一体化弹丸研究方面取得的理论、试验研究成果进行了总结，并分析了目前面临的基础理论和关键技术问题，以及针对这些问题提出的解决思路，旨在为电磁发射一体化弹丸的后续研究提供一些参考。

针对电磁发射弹丸飞行弹道进行仿真研究，在建立刚体六自由度飞行弹道模型的基础上，采用时频分析和涡流分析方法，建立电磁-动力学耦合模型分析弹丸出膛时由于膛内振动带来的炮口扰动，采用动网格技术建立电磁-气动耦合模型分析弹托分离产生的气动扰动，从而得到了电磁发射弹丸的飞行弹道模型。以得克萨斯大学先进技术研究所设计的IAT-HVP为例，仿真分析了弹丸以1117 m/s初速、0°射角出膛时弹丸出口扰动对弹体速度和气动特性的影响，并得到其飞行200 m的弹道曲线。仿真结果表明，受电磁发射一体化弹丸出口扰动的影响，弹体落点相比理想弹道产生了24%的偏差，其中炮口扰动引起的偏差最大，其次是弹托分离。

发展显微成像方法获得空间分辨率为1.57 μm/pixel的近场射流瞬态图像，分析超声速气流中液体横向射流表面波演化规律。采用流体体积法获得射流的三维形态及近场流场特征，研究近场流场结构及气液作用。射流的一次破碎过程主要有表面破碎和液柱破碎。其中表面破碎由气液剪切引起的K-H不稳定主导，液柱破碎由气液加速引起的R-T不稳定主导；射流柱表面局部压力的脉动是诱导产生射流迎风面表面波并促使其沿射流方向发展的主要原因；射流柱与超声速气流作用形成背风面回流，近壁面液雾主要由表面破碎及背风面回流输运的液滴组成。

为全面快速验证冲压发动机的故障检测算法，基于构型替换建立了能模拟多种固冲发动机故障的仿真验证平台。基于此平台，搭建了发动机点火故障模型、压强传感器故障模型、设备接口模型，以及与真实控制器中检测算法具有相同外部接口和系统构型的故障检测算法模型等。通过系统构型的切换，将同一个故障模式注入故障检测算法模型和真实发动机系统，并通过对比同一组故障模式下故障检测模型检测结果与发动机控制系统检测结果，来对发动机控制器中的故障检测算法进行快速验证。以无喷管助推器点火的检测为例，讲述了该方法的建模、实验验证及分析过程，此外，该方法还能应用到无喷管助推器关机、进气道前后堵盖打开、燃气发生器点火、燃气流量容错控制等多个故障模式的仿真模拟与验证，具有很强的通用性，能大大地降低控制系统开发与验证的时间成本，具有很强的应用价值。

为了提高系统的可靠性和可用性，提出一种基于静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory,SRAM）型现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的SpaceWire路由器设计方法。路由器通过系统级三模冗余技术加固，采用基于位流重定位的动态部分刷新技术修复系统中发生的软故障，并提出一种基于工作输入和健康现态的实时状态同步方法，以确保故障模块修复后的状态与其他模块同步。因此，该系统能够进行错误掩蔽和自我修复。在Xilinx Virtex-5 FPGA开发板ML507上对所提出的路由器系统结构和设计方法进行实现和验证。实验结果表明，路由器的可靠性和可用性显著增加，且系统的实时性很好，能保证路由器在整个工作过程中提供正常服务而不会引起系统功能中断或延迟；位流重定位技术的采用将所需存储空间减少三分之二，同时也降低了原始位流本身故障的可能性。

为了研究尾流模拟火箭弹的空中弹道特性对模拟尾流区域的影响，建立火箭弹质点外弹道模型、阻力板和发动机空间运动微分方程以及连接绳的受力模型，得到火箭弹无控飞行、空中转向、空中分离至爆索展开入水全过程的空间运动微分方程。对尾流模拟火箭弹全程弹道进行仿真分析，着重分析不同初始射击诸元对爆索空中弹道的影响，探究初始发射角、脉冲发动机的喷管数量、点火时间以及火箭弹空中分离时间对模拟尾流生成区域的影响。仿真结果表明：初始发射角为15°时火箭弹射程和最大射高相对比较合理；火箭弹空中转向角度依赖于脉冲发动机总冲量，与点火时刻无关；空中分离时刻对爆索入水发泡区域影响不太明显，在满足转向要求和发泡区域要求的情况下应该尽早完成空中转向和分离。

针对螺旋桨在湍流中的非定常噪声问题，在均匀湍流下螺旋桨宽频噪声相关性法的基础上，推导了非均匀湍流下螺旋桨宽频噪声的公式。在均匀湍流的研究中使用了十桨叶螺旋桨模型，并将计算结果与试验数据进行了对比，发现吻合较好。对于非均匀湍流中的问题，研究发现湍流的不均匀程度不会对宽频谱波峰的位置产生影响，噪声谱波峰的位置仍然取决于叶频，湍流的不均匀程度只会改变叶频处的波峰高度。最后研究了均匀湍流和非均匀湍流中侧斜角对螺旋桨噪声的影响，发现桨叶侧斜角的存在会降低螺旋桨在湍流中受到的宽频噪声。

为实现多枚导弹协同攻击目标，提出视场角限制下攻击时间角度控制导引律。通过在传统比例导引上增加两项偏置项，推导出一种新型攻击时间和角度控制的导引律，并用Lyapunov理论证明其稳定性。针对导弹大机动下视场角可能超过导引头视场角范围而丢失目标的问题，将用于角度控制的偏置项分为三个阶段，设计了导引头视场角限制下的导引过程。仿真结果表明：所设计的导引律可以将视场角限制在导引头视场角范围内，实现不同位置下的多枚导弹以指定角度同一时间攻击目标，达到导弹协同攻击的效果。

针对传统态势评估方法确定权值的主观性强、处理大数据能力弱、特征提取能力不足等问题，提出基于改进变分自编码器和聚类算法的无监督空战态势评估方法。根据态势变化连续性特点，提出基于时间段的空战态势分类方法，将敌我双方态势划分为四类。在变分自编码器的基础上，提出了VAE-WRBM-MDN特征提取模型，即使用混合密度网络优化变分自编码器的特征提取能力和生成数据的相似度，使用权值不确定限制玻尔兹曼机优化网络的初始权值。将提取的特征分别输入到两种典型的聚类算法中进行聚类，并结合态势函数和实际战场情况修正聚类结果，形成正确的态势分类标准。在实验部分，分别进行了最优参数调整、关键特征提取、聚类以及修正实验。实验结果表明，模型态势分类正确率和运行时间均满足应用需求，实例评估结果与客观态势一致性强，所提方法具有实际应用价值。

为实现对T/R组件剩余寿命的准确预测，及时掌握装备当前健康状态和提高装备维修保障水平，分析T/R组件的故障特点，筛选出反映T/R组件状态退化过程的状态监测指标，通过计算每个指标对应的剩余寿命信息和权重，得到T/R组件的剩余寿命预测结果。通过算例分析与比较，验证了预测方法的实用性与有效性。研究结果可为电子装备剩余寿命预测提供理论指导，对合理计划维修资源和提高装备战斗力具有重要意义。

考虑到卫星导航系统传输距离远、落地信号功率低，导航接收机在复杂遮挡环境下可能受到干扰不能正常解调电文，导航电文设计中一般采用纠错编码获取编码增益来提升恶劣环境下的解调性能。随着技术水平的提高，各大系统在现代化升级过程中越来越多地采用性能更优的纠错编码，北斗全球系统现代化信号导航电文将采用多进制LDPC编码。在研究多进制LDPC编译码原理基础上，首次对北斗采用的64进制LDPC进行了软件仿真和硬件实现，对北斗卫星导航系统多进制LDPC编译码性能和实现复杂度进行了仿真分析和试验平台测试，结果表明，多进制LDPC编码方案具有较高的编码增益，相对二进制LDPC有0.4~0.8 dB的优势，对于恶劣环境下的解调性能具有较大改善，该研究可为北斗现代化信号接收终端研发提供参考。

基于对电磁力以及热应力的解析计算公式的推导，运用ANSYS有限元仿真软件对固定电抗器顶底端面情况下的铜箔进行电磁-温度-结构耦合分析，分别得出热应力及所受总应力与应变的分布情况。进一步对电抗器的结构进行优化，综合考虑其结构强度要求与连发温度要求，确定电抗器的最优设计结构，最终通过试验验证出仿真与设计方案真实可信。

为高效研究电磁发射用脉冲功率电源放电性能，为电磁发射提供技术支持，降低研发成本，电磁发射过程的相关建模与仿真工作需要重点研究。对弹丸在轨道中实际运动物理过程建立数学模型，对脉冲功率电源建立电路模型，采用联合两种模型的方法对脉冲功率电源放电系统进行研究，提出一种基于发射过程多物理现象的脉冲功率电源放电系统仿真模型。通过实验验证了提出方法的有效性，为后续脉冲功率电源放电研究提供了依据。

针对电磁发射蓄电池组大倍率快速充电过程中的电网谐波陡增问题，提出多模式模糊滞环控制谐波抑制方法。结合电磁发射混合储能系统的时序串联拓扑结构，说明蓄电池的超大倍率充电应用工况和策略，进而介绍蓄电池充电的拓扑结构，明确谐波的来源、特点和产生原因。在分析单台充电机充电时的电网谐波电压和谐波电流的基础上，研究不同充电机并充台数、不同充电电流情况下电网谐波电压和谐波电流的分布规律。设计多模式控制方法的组成方式和切换判据，建立蓄电池充电机、瞬时无功功率检测、谐波抑制、多模式控制的仿真模型。仿真和试验数据表明：谐波抑制方法能够快速抑制电磁发射蓄电池充电机大规模启停、波动时的谐波陡增问题，补偿效果满足国家标准。

拓扑结构优化模型是网络中的一类重要模型，可以有效地优化系统整体链路性能。针对电磁发射系统以太网拓扑结构中部分节点和链路的负载过大，一旦发生堵塞，将会影响网络中关键链路性能的问题，建立网络拓扑结构优化的多目标规划模型，并提出一套基于基因环操作的遗传算法对其进行求解，通过仿真得出最优的网络拓扑结构。根据仿真结果修改实际网络节点默认配置参数，结果显示该模型和算法能有效均衡负载，降低网络冲突率，且不需要改变电磁发射系统以太网的物理链路，不会增加额外成本，对电磁发射类系统具有普适性的意义。

随着全球导航卫星系统的广泛应用，其安全性问题也逐渐成为人们关注的焦点。为了对目前最具隐蔽性的诱导式欺骗技术进行检测，提出一种对两路导航信号同时进行处理的combo-signal模型，并提出基于这种信号处理模型来对诱导式欺骗信号进行检测的方法;分析了该方法的检测门限;采用北斗的B1I 和B1C信号在实现了combo-signal处理模型的软件接收机上对该检测方法进行了验证，实验结果证明该方法可以有效地对诱导式欺骗进行检测，统计得到的检测概率跟前面的分析结果一致。

针对目前卫星导航接收机码环多径抑制技术在二进制偏移副载波类信号下鉴别曲线可能出现多个稳定跟踪位置，导致接收机存在伪距测量的系统性误差的问题，提出最优鉴别曲线设计技术，采用奇异值优化的最小二乘方法，设计无多余跟踪点的本地码相关参考波形。从多径误差包络和跟踪精度两方面，对基于最优鉴别曲线的二进制偏移副载波信号码相关参考波形的设计性能进行验证评估。仿真结果表明：该方法可实现二进制偏移副载波信号在有限接收带宽下的无模糊鉴别曲线设计。以前端带宽为8.184 MHz时的BOC(1,1)信号为例，设计的码相关参考波形相比W2波形，多径误差包络面积增加了61.8%，而跟踪精度提高了4~5 dB。

针对高斯混合模型估计非高斯系统时高斯混合项呈指数级增长问题，提出一种基于相似分布特性准则的聚类-合并方法。通过分析高斯混合项的分布特性，基于扩展积分均方误差代价函数搜索最优置信范围，并对混合项进行高斯聚类，进而获得具有不同分布特性的高斯簇。为防止高斯簇间对高斯子项的重复利用，引入局部最近邻思想对交叉高斯项进行重新分配。采用并行多元素合并方法对高斯簇中的混合项进行合并，在保证无偏性基础上减少下一时刻混合项数量。仿真结果表明，改进算法在保证跟踪精度的同时还可有效提高算法效率。

为研究平稳小波变换去噪算法在工程应用时如何选择小波基、小波系数处理方法和阈值计算方法的参数以取得最优去噪效果，通过仿真实验，对比不同小波基、不同小波系数处理方法及不同阈值计算方法对平稳小波变换去噪算法去噪效果的影响，对算法的参数选择问题进行研究。实验结果表明：相比其他滤波器组，大部分情况下Daubechies 小波基对应的滤波器组去噪效果更好；信号信噪比较低时选用软阈值法，信噪比较高时选用硬阈值法；使用阈值法处理小波系数，信号信噪比不高的情况下应采取固定阈值法来确定阈值，信号信噪比较高时应采取无偏风险估计法。

为了使石墨烯电声换能器获得最优性能，主要针对石墨烯热致发声器件和静电式发声器件进行了发声机理研究，通过理论建模和分析，得到了薄膜尺寸、厚度以及应力等结构参数对两种电声换能器的频率响应特性的影响规律。通过微纳加工制造方法设计和制备了一批不同结构参数下的电声换能器，并对这些器件进行了性能测试和对比分析，结果表明：薄膜厚度对热致电声换能器发声声压影响显著，即薄膜越薄，该电声换能器的发声声压越大；薄膜半径、厚度和应力对静电式电声换能器的频带影响较大，即薄膜半径越大，厚度越薄，应力越小，该电声换能器频带越宽。以上研究为优化选取石墨烯电声换能器的类型，优化设计结构参数，提升器件发声性能奠定了基础。

将轨道简化为移动载荷作用下固定在弹性支撑上的Bernoulli-Euler梁，通过静态电磁-结构耦合有限元模型求得外围封装的等效刚度，计算得到发射器的临界速度。另外，利用混合有限元/边界元法建立电磁-结构-运动多物理场耦合的动力学模型，求得枢轨动态接触压力和轨道的应力应变分布特性。通过在轨道背面布置光纤光栅应变传感器，利用测量数据验证了动力响应特性，并分析了弹丸在内弹道的稳定性。针对典型30 mm × 30 mm矩形口径发射器，分析及试验结果表明：C型电枢对轨道的电磁挤压力在平顶沿起始时刻达到最大值，之后随着时间推移逐渐减小；电枢通过引起的应力波在高速段容易与轨道中反射应力波发生共振，并且轨道在电枢运动的中间高速段区域受力最为集中，应力集中水平约是起始低速段区域的2.44倍；电枢运动高速段会出现晃动现象，进而引起上下轨道受力的不对称性。分析及试验结果对研究电磁轨道发射器内弹道动力响应特性和发射器结构设计具有重要指导意义。

随着电磁发射技术的发展，储能环节成为其中不可或缺的一部分。对基本储能单元需求进行分析，以用电系统功率和能量需求为牵引，以储能系统体积重量适装性最优为目标，充分对比现有各类电池参数指标，从安全性、功率密度、能量密度和循环寿命四个方面进行考虑，确定基本储能单元类型为锂电池。面对舰上不同电磁发射设备电压、电流的需求，需要研究能够实现锂电池组快速灵活串并转换的拓扑结构。在实现电池组稳定并联之前，需保证电池组的一致性，因此需计算出电池荷电状态并进行均衡；针对短脉冲大倍率连续放电工况下荷电状态估算不准确的问题，提出以蓄电池组作为研究对象，采用动态辨识方法进行估算。由于各电池组之间存在不一致性，并联起来放电时可能导致输出电流不均衡，使得本来就处于高倍率放电的电池组超限使用，因此将提出一种电池组均流方法来解决此问题。

大容量储能发电机作为脉冲电源，整流后通过逆变器向大功率脉冲负载供电。采用储能发电机直流侧并联方式工作，可以有效提高系统带载能力与可靠性。当并联运行的储能发电机转速不同时，根据转速合理分配电机释放功率可以有效提高系统工作效能，因此需要设计一种具有功率调节功能的励磁控制算法。在电压、电流双闭环控制的基础上，引入功率前馈控制，推导并求解了前馈功率与励磁电流关系以及控制参数，并根据电机初始转速设计了功率分配算法。仿真试验结果表明，功率前馈控制在励磁控制过程中起主导作用，有效分配储能电机释放功率大小，提高了励磁电流响应速度，抑制了负载功率扰动对励磁控制系统的影响。

为提高金属铜软基底的耐磨、抗蚀能力，采用脉冲激光沉积技术制备了金属铜基底上的多层结构类金刚石保护膜；其中的碳化硅-类金刚石循环层避免了类金刚石膜层中内应力的累积，降低了功能类金刚石层破裂的风险，碳化硅持力层降低了软质铜基底与高硬度类金刚石层的硬度差，金属钛层则使得铜基底与上层碳化硅层牢固结合。实验测试表明，多层结构类金刚石保护膜在铜基底上附着牢固，可通过美军标MIL-48497A规定的重摩擦和国军标GJB150.5A-2009规定的高低温冲击试验，同时能够承受弱碱溶液的腐蚀；摩擦系数低、处于0.093以下，耐磨性能好、2 h摩擦未见磨痕。针对不同金属基底特性改进工艺，该技术可应用于存在腐蚀性环境中机械工具的抗磨保护膜。

针对金属化膜脉冲电容器在实际使用中由于充电结束以后较长的保压时间而产生电压跌落和能量损失，并最终导致脉冲功率电源系统的实际有效储能和储能密度下降这一实际问题，基于一种高压大容量脉冲电容器电压跌落的实验数据，分别从电导特性、自愈特性、极化特性及其与能量损失的相关性出发，推导了介质薄膜电导率与电压跌落的定量关系并进行了电导率测量实验，推导了自愈能量与电压跌落的定量关系并进行了寿命实验，阐述了松弛极化与电压跌落的定量关系并进行了仿真。结果表明，介质泄漏、自愈以及松弛极化在电压跌落中所占比例分别为29.64%、11.75%及58.35%，导致所研究电容器电压跌落的主要因素是松弛极化。

为了提高声场波数积分传递函数矩阵法的计算稳定性与精确性，提出基于预估-校正思想的最大截止波数自动选取算法，具有简单可靠、附带计算量小的优点。自由空间球面波算例测试结果表明，传递函数自下而上（单向）求解顺序的计算稳定性相对较差，在声源上方易出现积分核函数非物理发散，需要在不同深度上采用不同的截止波数才能计算出正确结果；而上下对进（双向）求解顺序的计算稳定性与计算精度均较高。

海水中氧溶解量和海水电导率是影响海水腐蚀性能的重要因素，而这两个因素主要取决于海水的盐度和温度。采用边界元法建立舰船外加电流阴极保护和腐蚀静电场模型，研究不同海水温度下氧溶解量、电导率及氧的扩散系数对舰船腐蚀防腐静电场的影响。结果表明，腐蚀电场峰值随着温度的升高而减小，当两对阳极输出电流分别为13.5 A和8 A时，船体和舵在低温处于过保护状态而在高温处于欠保护状态，螺旋桨和轴在不同温度下均能得到较好的保护。