基于高精度传感器量测的机动扩展目标建模与跟踪

现代传感器分辨能力的大幅提升使得观测对象不再被认为是点目标,而是具有一定形态的扩展目标。传统上基于点目标假设所取得的建模与状态估计研究成果已不再适用于现今许多的实际应用场景,特别是当扩展目标发生机动时,其运动状态和扩展形态(形状和朝向)往往同时发生突变,且二者具有紧密的耦合关系。为了解决这一问题,对扩展目标机动过程的不确定性、整体机动演化形式及其耦合性展开研究,建立起通用的机动扩展目标混合系统建模框架。结果表明:利用所提模型的线性形式,可以很便利地推导出一种高效的机动扩展目标运动状态和扩展形态联合估计算法;不同场景内的仿真和性能评估结果验证了所提建模和跟踪方法的有效性。     

虚拟仪器在航空相机动态分辨力检测中的应用

航空相机动态分辨力检测系统用于在实验室内模拟飞机飞行过程中地物相对飞机运动状态,实现针对航空相机在进行动态照相时的分辨力的检测。主要研究基于LABVIEW的动态分辨力检测系统的虚拟仪器技术与运动控制技术,根据航空相机像移速度方程设计了动态目标模拟的运动曲线,采用摩擦波动补偿算法改进了常规的PID控制算法完成运动曲线中的高精度匀速段的直线电机控制。系统实现了动态图形匀速直线运动速度范围10～1000mm/s,匀速段瞬时速度误差≤3mm/s,平均速度波动误差≤0.1%。     

角闪烁噪声测量条件下的剩余飞行时间估计

针对雷达导引头角闪烁噪声测量条件下的机动目标,研究剩余飞行时间计算方法。建立了闪烁噪声计算模型;在粒子滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法的基础上,推导了扩展卡尔曼粒子滤波算法的实现过程;根据估计结果建立了剩余飞行时间计算模型,在剩余飞行时间表达式中考虑了目标机动加速度的影响。仿真结果表明,基于机动目标当前统计模型的扩展卡尔曼粒子滤波算法对闪烁噪声测量条件下的机动目标具有良好的跟踪性能,对剩余飞行时间具有较高的估计精度。     

基于自适应多特征整合的红外目标跟踪

建立有效的观测模型去区分目标与背景是实现稳健跟踪的核心。提出了一种基于多特征观测的红外目标跟踪算法。灰度特征、局部标准差特征和梯度特征均以直方图的形式描述目标外观;目标观测模型的构建则根据环境自适应权衡了以上三个特征,相应的各特征权值的动态选择通过最大化目标与其他图像区域的差异完成。在粒子滤波框架下,实现目标运动状态的估计与多特征权值的选择。真实场景实验结果表明,该算法在目标外观高动态、背景强杂波的红外目标跟踪中具有更强的稳健性。     

改进的CS-UKF加速度方差自适应跟踪算法

针对基于当前统计模型的状态噪声协方差阵中的加速度方差调整方法对一般机动目标、非机动目标跟踪精度差的问题,研究其改进方法;在建立机动目标当前统计模型离散状态方程和雷达导引头离散观测方程的基础上;利用雷达导引头测量信息和位置预测值之间的扰动对加速度方差进行调整,提出了改进的加速度方差自适应调整无迹卡尔曼滤波跟踪算法;数字仿真验证了该算法对非机动目标、一般机动目标以及高机动目标均具有良好的跟踪效果。     

联合方位-径向速度的粒子滤波目标运动分析

纯方位目标运动分析方法要求观测平台有效机动才能估计目标运动状态,针对这一问题,联合径向速度与方位角作为测量信息对目标进行运动分析,但基于卡尔曼滤波算法进行解算需要已知粗略的目标状态初始值,且收敛时间较长、误差较大,不利于目标实时跟踪.针对以上问题,提出了一种基于粒子滤波的方位径向速度联合目标运动分析方法,建立目标运动状态分析的粒子滤波算法模型,对目标位置和速度等运动要素进行估计.在目标初始状态未知的情况下,一定程度上缩短了收敛时间,减小了估计误差,海试数据处理结果显示:相同条件下,与原有方法相比,本文所提方法收敛时间从35.1 min缩短至30.0 min;跟踪精度从6.1%提高至3.8%,且无需已知目标状态初始值。      

机动目标跟踪的自适应相互作用多模型算法

 针对目标跟踪中的目标机动问题提出了一种“基于自适应相互作用多模型”的算法。使用不同的几个子模型来描述目标的运动状态,各个模型有自己的随目标估计状态和当前测量值变化的模型概率,并且各模型之间能通过马尔可夫链的控制自动平滑切换。仿真实验表明了该算法能很好地适应目标的机动,即使采用两个子模型来描述目标的运动,跟踪精度也比较好。     

高速模型尾迹流场及其电磁散射特性相似性实验研究

高速目标再入大气层或在临近空间飞行时,空气电离形成的等离子体鞘套和尾迹对目标的雷达散射特性会产生影响.为了研究不同模型尾迹流场及其电磁散射特性规律和相似性,以氧化铝球模型为研究对象,在弹道靶设备上开展了双尺度参数相同的条件下高速球模型尾迹流场及其电磁散射相似性实验研究.由二级轻气炮发射模型,模型直径分别为8.0、10.0、12.0、15.0 mm,速度约6 km/s,靶室压力分别为6.3,5.0,4.2,3.3 k Pa,采用阴影照相系统测量模型激波脱体距离、电子密度测量系统测量模型尾迹的电子密度分布、X波段单站雷达系统测量在视角为40?的模型及流场的雷达散射截面(RCS)分布.实验结果表明:在速度不变、双尺度参数相同的条件下,随着模型尺寸的增加,激波脱体距离逐渐增加,激波脱体距离与模型直径之比近似相同;不同模型尾迹电子密度测量曲线的趋势和数量级一致,表明不同模型的尾迹流场适用于双缩尺律;不同尺寸模型尾迹的总体RCS与分布RCS均不相同,表明不同模型尾迹的电磁散射不适用于二元缩尺律;高速球模型全目标电磁散射能量分布在模型及其绕流区域、等离子体尾迹区域;高速球模型全目标电磁散射能量在模型及绕流场区域出现1个强散射中心,在模型湍流尾迹区域出现多个散射中心;高速球模型尾迹的RCS测量信号呈现随机性分布特性,幅度脉动和频率脉动均没有周期性;随着模型尺寸的增加,模型尾迹的总体RCS增加,尾迹脉动频率的变化范围减小.     

飞行导引系统垂直导引律设计与仿真

为了提高机动性能, 现代飞机的设计开始向放宽静不稳定乃至静不稳定的方向发展, 因此飞行控制律的设计尤为重要;以大型民用客机的开发设计为应用背景,根据飞行仿真的需要,采用非线性动态逆的方法建立了飞机的线性模型,并结合PID控制对飞机的垂直引导方面的控制系统进行分析和设计研究,最后配合Matlab/Simulink 数值仿真方法和Stateflow工具对所设计的控制律进行PID 调参仿真;仿真结果表明:所设计的控制律可以达到所要求的控制精度,具有良好的动态品质。     

基于MGEKF的反辐射无人机末制导律设计

针对反辐射无人机攻击空中机动目标的特点,提出了一种利用MGEKF滤波算法估计无人机-目标接近速度信息的变结构导引律;该导引律利用变结构控制的干扰不变性特性,将目标机动看成是未知的有界干扰,实现了目标有界机动条件下视线角速度的零化;同时针对无人机和目标的接近速度信息不能直接测量的特点,对典型的目标运动模式进行运动状态估计;最后在无人机非线性六自由度仿真模型上仿真证明,其末制导精度优于传统广义比例导引律,且具有较好的工程应用前景。     

Cross section measurements of scale-model tactical targets by using 0.1 THz compact radar system

We present a new compact radar system to measure a terahertz radar cross section(RCS) of metal plates,trihedral corner reflectors,and an aircraft scaled model with a 0.1 THz continuous wave.We both numerically and experimentally investigate the terahertz RCS of the metal plates and trihedral corner reflectors.The numerical simulations are obtained by using commercial software,i.e.,computer simulation technology,which agree well with the experimental results.Then,the RCS of an aircraft scaled model is measured,and the experimental results are in good agreement with the physical characteristics of the scaled model.The effectiveness of our compact radar system is verified to get the RCS of complex targets,such as the scaled models of the tactical targets.     

微小型球形飞行器飞行控制系统设计

根据微小型球形飞行器的结构特点和工作原理,设计了一套基于ARM Cortex-M3 STM32F103RBT6微控制器的飞行控制系统,进行了主要模块的功能设计与性能分析,给出了研究结论与选型依据,还设计并完成了姿态传感器两轴转台实验和飞行器室内飞行试验。测试结果表明,该控制系统的姿态传感器姿态测量精度高,能够为飞行控制提供姿态参考信息;飞行器能够圆满实现空中悬停、低空机动等飞行动作,且空中飞行姿态稳定、实时、可靠。该飞行控制系统功能可靠、性能稳定,能够较好地满足微小型球形飞行器的飞行控制要求,具有一定的实用性与扩展性。     

介质涂覆位置对双S弯排气系统电磁散射特性影响研究

尾喷管作为飞行器后向强散射源之一, 可通过特殊结构设计和介质涂覆缩减其雷达散射截面(RCS). 本文采用迭代物理光学法和阻抗边界条件的混合计算模型, 研究了6种涂覆方案和不涂覆时双S弯排气系统的电磁散射特性, 采用所提出的射线行程追踪方法提高了几何消隐计算效率, 利用前后向迭代方法加速收敛并采用openMP和MPI并行技术缩短计算时间, 获得了在X波段下7种模型的RCS随探测角度的变化规律. 研究结果表明, 介质涂覆能够有效抑制双S弯排气系统的RCS; 合理的介质涂覆方案不仅具有明显的抑制效果, 同时又具有经济性好、重量轻及涂覆方便等优势; 相比全涂覆方案, 仅在喷管出口附近涂覆的方案, 可减少73.6%的涂覆材料, 且其RCS的最大增幅不超过15.6%, 相比未涂覆方案, RCS 至少降低18.5%. 同时所开发的计算程序可用于任意腔体电磁散射特性的计算, 可为带介质涂覆腔体试验提供技术支撑.     

飞参系统实时监视技术研究

针对飞机研制阶段各系统交联试验时故障定位慢、检查测试手段匮乏的问题,设计了飞参系统的实时监视功能。飞参系统中的机载设备与地面设备通过以太网进行数据交互,实现飞机状态的实时监视。分析了实时监视功能的作用与优势,并从某型飞参系统功能需求出发,阐述了机载设备的硬件配置及软件架构。基于UDP通信协议,提出了一种机载设备与地面设备交互的数据收发策略。该策略通过地面设备控制数据通信周期,机载设备采集的数据按周期发送给地面设备还原显示,实现了飞行数据的一边记录一边监视。实际应用表明,飞参系统的实时监视功能丰富了试验测试手段,提高了各个系统试验效率,实现了对飞机实时状态的监测,为航前快速检测技术的发展奠定了基础,具有很高的工程实用价值。     

某型机进近段高精度相对姿态实时测量技术

某型机在飞行训练过程中，进近段的二维相对姿态数据对于该型机安全着陆有着至关重要的作用。基于无线网络电台的双向数据传输系统能够实时获取进近段飞机相对理想着陆点的水平、垂直相对位置数据。通过上行链路上传着陆点的姿态数据，下行链路实时下传动动差分后的差分数据,最后在中心控制站进行二次数据处理。该技术获得的进近段二维相对姿态精度达到厘米级，满足飞行训练的需求。同时结合飞机显控数据以及视景图，以多角化动态关联的方式将实时获取的姿态数据等呈现给指挥员，更好地辅助指挥员进行着陆指挥工作。     

Millimeter wave backscatter measurements in support of collision avoidance applications

Millimeter-wave short range radar systems have unique advantages in surface navigation applications, such as military vehicle mobility, aircraft landing assistance, and automotive collision avoidance. In collision avoidance applications, characterization of clutter due to terrain and roadside objects is necessary in order to maximize the signal-to-clutter ratio (SCR) and to minimize false alarms. The results of two types of radar cross section (RCS) measurements at 95 GHz are reported in this paper. The first set of measurements presents data on the normalized RCS (NRCS) as well as clutter distributions of various terrain types at low grazing angles of 5° and 7.5°. The second set of measurements presents RCS data and statistics on various types of roadside objects, such as metallic and wooden sign posts. These results are expected to be useful for designers of short-range millimeter-wave collision avoidance radar systems. Brett Snuttjer is presently an Air Force Lieutenant at Rome Laboratory, Rome, NY 13441     

再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性测量

介绍了在弹道靶上利用二级轻气炮发射再入体缩比模型开展湍流等离子体电磁散射特性模拟试验方法、湍流等离子体的雷达散射截面积(RCS)测量方法。给出了模型尾迹湍流等离子体的电磁散射特性测量典型试验结果,对获得的试验结果进行了分析,并与一阶畸变波Born方法计算结果进行了比较。结果表明:合理选择缩比模型发射速度和飞行环境压力,在弹道靶上能够模拟产生湍流等离子体;利用激光阴影成像技术获得的锥模型尾迹流场图像证实了尾迹转捩的出现及其湍流形成;在给定的试验条件下,锥模型及其绕流RCS测量值比其尾迹RCS测量值高3个数量级,比背景散射电平高0.5~2.5个数量级,且信号没有周期性,幅度脉动范围为1~15dB,频率脉动范围0.4~40kHz;锥模型湍流尾迹RCS的脉动可能是尾迹电子密度的脉动引起的;单站X波段雷达系统测量的锥模型尾迹亚密湍流等离子体的散射信号测量值与计算结果变化规律一致;弹道靶RCS测量技术可用于再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性研究,为开展相关研究提供了一种有效的地面模拟实验研究途径。     

基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体

基于超材料的电磁谐振特性, 设计、制作了一种极化无关的宽带低雷达散射截面 (radar cross section, RCS)超材料吸波体. 通过场分布和反演法分析了其吸波机理, 利用波导法和空间波法测试了其吸波率和RCS特性. 理论分析表明: 在平面波的作用下, 该吸波体对某一吸波频率在不同的位置分别提供电谐振和磁谐振, 对不同的吸波频率, 利用不同的介质层提供主要的能量损耗, 从而有效减弱了电磁耦合, 保证了宽频带的强吸收特性. 实验结果表明: 设计的三层结构吸波体吸波率达90%以上的带宽是单层结构的4.25倍, RCS减缩10 dB以上的带宽为5.1%, 其单元尺寸为0.17λ, 厚度仅为0.015λ. 该吸波体的低RCS特性还具有极化无关、宽入射角的特点, 且通过改变吸波体的夹层结构可以实现工作带宽的灵活调节. 关键词： 超材料吸波体 雷达散射截面 宽带 电磁谐振