为实现平流层飞艇驻空阶段可控飞行，研究环境风场中横侧向轨迹跟踪的滑模控制方法。建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型，将动力学方程解耦为纵向运动方程和横侧向运动方程，采用小扰动方法对动力学方程进行线性化；利用滑模控制对外部干扰强鲁棒的特性，设计横侧向轨迹跟踪的滑模控制器；以直线与圆组成的复合轨迹跟踪控制为例，对提出的轨迹控制方法进行仿真验证。仿真结果表明，所提基于滑模的轨迹跟踪控制方法鲁棒性好，在一定范围的风场扰动条件下，可以实现对指令轨迹的有效跟踪控制，响应特性好。

以基于平流层底部的准零风层风场进行区域驻留的新型临近空间浮空器为研究对象，介绍了其工作原理和系统组成。通过建立动力学模型、高度调控模型和能源模型，分析浮空器在基于飞行速度约束和基于南北范围约束两种工作模式下的区域驻留能力，并讨论浮空器在这两种工作模式下的动态能源特性。对长沙地区风场环境的研究结果表明，相对于无控自由飞行状态，浮空器在两种工作模式下均可实现100 km直径范围的长时驻留，基于飞行速度约束工作模式对能量的消耗更低。

平流层飞艇曲面太阳电池的产能与飞艇所在位置、驻空时间、飞行姿态、太阳电池布局等有着密切的关系。通过对太阳辐照模型的分析，结合平流层飞艇驻空期间方位角的变化，采用投影法分别计算曲面太阳电池各投影面的产能，从而计算出太阳电池在驻空过程中的动态发电功率。分析结果表明：曲面太阳电池在水平面内的投影部分是主要产能部分，受飞艇方位角的影响较小；垂直面内的投影部分产能较少，受飞艇方位角影响较大。

临近空间太阳能飞行器由于苛刻的能源平衡约束，往往具有大展弦比轻质结构，使得其在低空飞行时空速过低，飞行安全性受到了显著的挑战。为了实现该类飞行器在临近空间工作点与中低空爬升过程的气动性能匹配，提出了基于主动变形的太阳能飞行器升空方案。针对性地研究了可变形飞行器的气动和推进系统建模方法，在此基础上定量分析了不同飞行器构型俯仰、滚转和偏航三个通道稳定性和操纵性。给出了从地面到高空机翼逐渐展平的升空方案，并对升空过程中各高度所需平飞推力和功率进行了校核。结果显示，该方案可以有效提升飞行器中低空稳定性和操纵性，代价是增加了功率消耗。

超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器的关键部件之一，超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构的研究对揭示超声速燃烧的稳焰机理具有重要意义。利用平面激光诱导荧光（Planar Laser-Induced Fluorescence，PLIF）技术测量了超声速燃烧直连式试验台燃烧过程中重要自由基CH的二维分布，实现了超声速燃烧火焰放热区结构的可视化。在开敞空间的低速射流火焰炉中使用甲烷/空气预混火焰对CH-PLIF技术进行了初步验证和系统优化，再利用CH-PLIF技术在凹腔稳焰的超燃直连台上实现了超声速燃烧火焰放热区结构的二维可视化，并与OH-PLIF和CH自发辐射测量结果进行了对比。实验结果表明，在开敞空间的低速射流预混火焰中，火焰放热区会发生扭曲、褶皱和分裂等现象，随着雷诺数的增大，火焰锋面褶皱程度更加显著；在凹腔稳焰的超声速燃烧中，火焰放热区高度褶皱和破碎，放热区结构的厚度为0.5～6.5 mm，同时也存在放热区的分裂与剥离等现象。CH-PLIF技术能够以较高的空间分辨率更准确地呈现凹腔超声速火焰放热区的结构，其在凹腔稳焰的超声速燃烧诊断中具有重要的应用价值。

针对吸气式高超声速冲压发动机验证性试验特殊的飞行环境和助推分离条件，以某轴对称吸气式高超声速飞行器级间分离问题为具体研究对象，采用非结构网格局部网格重构技术和非定常问题非定常六自由度问题仿真方法，对该复杂构型飞行器助推分离过程进行数值计算。研究得到弱干扰冷态分离状态下飞行器及助推器的运动参数和气动力参数在分离过程中的发展规律。对0.3 s内助推器的位移轨迹进行分析，判断分离方案的可行性，并给出最佳的分离工况条件。

针对高超声速条件下变形技术的应用模式，对具有伸缩翼的组合式飞行器滑翔弹道进行了多目标优化研究。介绍了伸缩翼的变形模式，给出了不同变形状态下的气动特性；建立了三自由度滑翔轨迹动力学模型和伸缩翼前缘热流计算模型；采用MOEA/D多目标优化算法，以变形条件和飞行攻角为设计变量、以最大射程和最小翼前缘总吸热量为目标函数，进行了多目标优化计算。优化结果表明，MOEA/D计算得到了相对均匀分布的Pareto最优解集，将伸缩翼外形与无变形外形相比，飞行器滑翔段射程得到了显著提高，同时伸缩翼前缘总吸热量有明显的降低。

为探究超燃冲压发动机燃烧室中煤油燃料燃烧的化学动力学过程，综合采用敏感性分析方法与路径分析方法，针对RP-3航空煤油三组分替代燃料的详细反应模型进行简化，建立一种适用于超声速燃烧流场数值模拟的新型26组分89反应简化燃烧反应模型。采用该简化燃烧模型对RP-3航空煤油替代燃料的点火、燃烧特性进行数值模拟，并与详细反应模型结果和试验数据进行对比校验。此外，将该简化燃烧模型与超声速燃烧流场计算方法相结合，数值分析了典型超燃冲压发动机燃烧室流场内化学动力学特性。研究结果表明：新型简化燃烧反应模型在不影响数值模拟精度的前提下，有效减少了反应组分与反应方程个数，提高了超声速复杂燃烧流场的数值模拟效率，并且能够准确获得烯烃、炔烃等重要中间燃烧产物以及小分子活性基团的空间分布规律，给出更全面的流场信息。

高空气球能够为临近空间科学实验提供可靠的平台，其形状直接关系到气球制作及飞行的全过程。提出将多段打靶法与序列二次规划法结合，对零压气球完全膨胀和部分膨胀状态下的球形进行求解，并运用有限元方法对球形进行稳定性及应力应变分析，验证了所推导球形的正确性。在此基础上，对影响气球形状的关键参数进行灵敏度分析及相关运用，从定量的角度得到气球载荷、飞行高度及昼夜温差对气球形状的影响规律。

目标极化散射矩阵的精确测量是全极化雷达极化信息处理的前提和基础。基于正负线性调频信号，针对采用数字解线性调频处理的同时全极化测量体制雷达，分别推导了雷达中频频率偏差和采样频率偏差对同时全极化测量影响的数学模型，提出一种雷达中频频偏和采样频偏的联合估计与校准方法。仿真和实测数据表明：雷达系统频率稳定度会引起不同通道极化测量结果峰值位置和相对相位的变化，采用所提方法能够有效校正峰值偏移，补偿相位误差，提高目标极化散射矩阵测量的精度。

随着现代化导航信号带宽的增大，由于可以大幅降低采样率，复信号采样的优势日趋明显。由于存在I/Q幅相误差，复信号采样对导航接收机伪距测量造成了一定影响。改进了信道非理想与I/Q幅相误差共同影响BPSK/QPSK信号零值测量的分析模型；在该模型基础上，推导得到了任意I/Q误差和信道非理想特性影响BOC信号伪距零值的模型；探讨了二者在频域抗干扰应用场景下引起的零值变化；理论分析与软件接收机仿真结果高度吻合，误差在1.5×10^-4码片内，证明了分析模型的精确性。该分析方法可用于对高性能导航接收机信道特性进行事先约束及筛选，以确保干扰场景下的零值变化满足要求。

多基线相位解缠绕的性能深受噪声水平制约，比如基于经典中国余数定理的相位解缠方法，由于其糟糕的抗噪声性能，限制了其在实际中的广泛运用。基于搜索鲁棒的余数定理，通过引入公因子，构建新的同余方程组，提出了一种搜索鲁棒的中国余数定理的相位解缠方法。仿真实验验证了该方法的有效性，并表明选择合理的公因子可以有效提高算法的抗噪声性能。

采用Duffing振子实现对微弱二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying, BPSK）信号的盲检测时，Duffing系统输出的周期态和混沌态转换之间存在过渡带。针对这一问题，推导出过渡带时长和Duffing系统内置频率之间的关系表达式；指出内置频率越高，过渡带时间越短；仿真实验给出时间频率响应曲线。内置频率的提高，会降低系统检测微弱信号的灵敏度。针对这一问题，推导出周期态下Duffing系统输出幅度作为因变量、内置频率作为自变量的表达式；仿真实验给出幅频响应曲线。针对微弱BPSK信号盲检测，建立变尺度方法和检测阵列相结合的基于S变换提取Duffing系统输出幅度包络的微弱BPSK信号盲检测模型，仿真实验验证了模型方法的有效性。

针对复杂海洋背景下舰船声频辐射噪声特征提取困难的问题，提出一种基于变分模态分解、中心频率、复杂度特征和支持向量机的舰船辐射噪声特征提取及分类识别方法。对四类舰船辐射噪声信号使用变分模态方法分解，得到一定数量的固有模态函数。通过比较提取能量最大的固有模态函数中心频率和排列熵作为特征参数，并利用支持向量机方法对四类舰船信号样本进行分类识别。实验结果表明，该方法可以实现对舰船辐射噪声的特征提取，与已有方法对比，该方法具有较高的识别率。

针对水下目标检测在低信噪比与非平稳背景噪声情况下性能下降的问题，结合特征值检测算法原理，给出一种单矢量水听器联合信息互相关检测算法。该算法利用电子旋转导向角度与振速信息构成一种组合振速，并结合声压信息得到一种互相关值，在大快拍无信号条件下，该值满足渐进高斯分布；将该值除以解析振速与声压信息的协方差矩阵最小特征值，得到一种检测统计量；通过与门限值比较，实现目标检测。理论分析可见，所提检测算法无须背景噪声的先验信息，并且可以通过调节导向角度提高检测性能；在单目标情况下，利用检测统计量与导向角度的对应关系可实现目标方位估计。仿真与实测数据结果表明，相比于单矢量水听器最大最小特征值检测算法与能量检测算法，所提算法检测性能优良，适合于单矢量水听器目标预警检测。

针对高超声速滑翔导弹跟踪中状态模型构建问题，研究基于制导变量变化规律的气动参数建模方法。对气动参数进行分析，指出传统建模方法的缺点。在假设制导变量服从一阶时滞过程的前提下，利用线性化的气动系数推导气动参数模型，通过分析不同飞行状态下的模型变式，证明模型对目标机动具有自适应性。对模型中未知参数的取值问题进行讨论，实现模型与飞行状态的自适应匹配。仿真结果表明：当目标发生机动时，所提模型性能明显优于传统模型。同时，在不同滤波器参数条件下的仿真结果进一步证实了模型的有效性。

针对大型相控阵雷达系统安全性因素多、评价困难的特点，分析并建立了大型相控阵雷达系统安全评价指标体系。提出了一种基于改进模糊层次分析法、熵权法和拉格朗日算法确定综合权重的方法，并建立了雷达系统安全性模糊综合评价模型。以某型大型相控阵雷达系统的安全性评价为例，运用所提方法确定该雷达系统的安全性指标综合权重，并进行安全性综合评价。将该方法与传统AHP评价法进行对比分析，验证了该方法的科学性和合理性。

针对无人机编队执行空战任务过程中存在无人机之间以及无人机与障碍物发生碰撞的问题，提出单向网络连接结构的多无人机避障算法和基于人工势场的控制方法，同时应用于无人机编队避障控制。以三架无人机构成的正三角形编队作为控制体，同时以长机的运动轨迹作为期望路径，长机提供僚机飞行信息，僚机接受信息保持编队飞行。多无人机编队发现障碍物到避障完成的过程包括编队集结、松散队形、最终恢复集结正三角形编队。仿真实验结果表明，所提避障控制策略能够确保编队收敛于期望的队形和稳定飞行状态。

针对目前效能评估方法多重视效能指标的静态观测值，对时序状态数据所蕴含的趋势信息关注较少的缺点，提出基于灰色聚类-粗糙集和集对分析的备件保障效能动态评估方法。针对主客观赋权方法各自的优缺点，引入依赖度和重要度的概念，建立灰色聚类-粗糙集组合赋权模型；将指标权重引入集对理论，提出集对同势、均势和反势的定义，描述备件保障效能的变化规律，构建基于马尔可夫链的集对分析动态模型。实例分析结果表明，该方法可以有效反映备件保障效能的动态变化特征，为决策者制定备件保障长期计划提供科学依据。

舰船远海维修保障平台选型实质是属性包括操作性、稳定性、及时性、安全性和经济性的模糊关联多属性群决策问题。为了更客观地反映平台选型过程中决策者的决策意图，更准确地融合决策信息，构建了三角模糊数犹豫直觉模糊关联有序加权几何平均（Related Triangular Hesitate Intuitionistic Ordered Weighted Geometric Average, R-THIOWGA）算子，给出了三角模糊数犹豫直觉模糊数的比较规则，并基于R-THIOWGA提出了远海维修保障平台选型的群决策方法。将提出的群决策方法应用于我国海军舰船远海维修保障平台选型的实例分析。分析结果表明：用R-THIOWGA算子解决模糊关联多属性决策问题是可行的、有效的，自航式半潜维修船是远海维修保障最佳作业平台。

复杂性是科学技术面临的挑战之一，研究系统复杂性有着重要意义。综述系统复杂性基本语义研究背景，分析国内外历史上对复杂性的界定及不同定义；针对复杂性的分类，以本体论和认识论分类为基本框架，吸纳最新的复杂性分类定义成果，重新对复杂性进行归类。在此基础上，对复杂性的度量指标进行分类阐述，对相应的数学工具进行归类说明。设计案例说明了复杂性概念分类及度量的有效性。