无人机侧向运动H_∞控制器设计及仿真

研究了鲁棒控制中H_∞状态反馈方法在无人机侧向控制律设计中的应用;建立了无人机侧向运动的小扰动方程,根据控制目标选取了合适的广义状态变量,建立了广义被控对象,应用matlab鲁棒控制工具箱中线性矩阵不等式(LMI)的求解方法设计了系统H_∞状态反馈控制器,并进行了数字仿真验证;以无人机侧向运动中滚转控制通道的H_∞鲁棒控制器设计为例,给出设计过程及仿真结果;与PID控制器的控制效果进行比较,说明控制器能够使系统有更好的动态和稳态性能,且比PID控制器对外界噪声干扰有较好的抑制作用,现已成功应用于某型无人机。     

低成本航空侦察视频压缩系统研究

设计了一种无人机视频压缩与传输系统;采用TMS320C2812进行系统控制,通过集成图像传感器OV7620完成图像信号的采集和数字化处理,以ADV612芯片对采集图像进行小波变换;经过CPLD和DSP完成变换域数据的压缩和转换发送;图像的无线传输使用甚高频数字电台;地面站解码后,送入上位计算机进行图像处理;系统时间延迟较小,实时性较强,基本满足工程实际需要;对SPHIT算法中的零树结构进行改进,给出最小零树结构一种简单可行的划分策略,通过Matlab仿真实验对两种算法进行对比,结果表明改进措施有效。     

印度烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段红外辐射特性计算研究

弹道导弹发射阶段发动机尾焰中的H₂O、CO₂等大量高温气体组分和弹头再入段高温气体流场以及受气动加热的本体均产生强烈的红外辐射,是红外预警、跟踪、制导的重要信号。针对印度烈火-Ⅱ导弹,开展其助推段和再入段的辐射特性计算分析。从窄带辐射模型出发,考虑流场中重要气体组分的红外辐射机制,建立高温气体组分光谱参数的计算方法,发展了目标红外辐射特性计算软件。根据助推段火箭发动机尾焰流场和再入段流场的数值模拟的物理化学参数,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了烈火-Ⅱ导弹助推段和再入段典型状态的红外辐射特性,可以为针对烈火导弹的预警、反导提供参考。     

高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟

喷流反作用控制系统（Reaction Control System, RCS）热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟,分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明:典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致,流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性;飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射,主要由喷流燃气中的CO₂和H₂O组分贡献,其中CO₂对辐射的贡献更大,流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响,在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上;随着马赫数/高度的增加,流场辐射强度均呈现先略有减小,后增大的趋势,随着高度增加,二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱;由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著,俯视观测以及3~5 μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。     

再入体碳基防热材料烧蚀流场红外辐射模拟

烧蚀效应是高超声速飞行器目标特性分析评估中的重要问题之一。基于高温反应气体动力学方程与辐射输运方程，建立了飞行器表面防热材料热化学烧蚀流场及其红外辐射特性的计算模型和方法。以钝锥体弹头外形及其表面防热材料碳-碳为对象，研究了材料烧蚀效应对再入目标流场红外辐射特性的影响，分析了再入体烧蚀流场及尾流在不同波段红外辐射的分布特征和变化规律。研究发现：典型状态计算结果与试验测量及文献预测结果一致，表明烧蚀流场及红外辐射模型和方法的可行性；材料热化学烧蚀现象对再入流场红外辐射特性产生严重影响，使3～8μm波段尾流积分辐射强度增加一个量级以上，并随着尾流长度增加而增大；烧蚀流场红外辐射主要来自CO、NO和CO₂等化学组分，烧蚀对1～3μm波段流场红外辐射影响相对较弱；再入速度不变情况下，烧蚀流场在3～8μm波段红外辐射强度随再入高度降低而增强；再入高度不变情况下，烧蚀流场在同样波段红外辐射强度随着再入速度减小而减弱。     

高超声速拦截弹绕流红外辐射特性数值模拟

研究拦截弹绕流红外辐射特性对红外导引头设计具有重要意义。基于求解化学非平衡Navier-Stokes方程的方法,对高超声速拦截弹化学反应绕流进行数值模拟。在此基础上,基于谱带辐射模型,对拦截弹侧面的光学窗口附近流场在0.8~20 m波段的光谱辐射特性进行数值计算,分析窗口附近流场红外光谱辐射随飞行参数的变化特征和规律。研究表明:拦截弹窗口流场光谱辐射主要来源于CO2和NO分子的振动-转动谱带;飞行马赫数一定,窗口流场光谱辐射沿飞行高度的变化规律主要由流场中气体分子的数密度分布主导;飞行高度一定,窗口流场光谱辐射随飞行马赫数的变化规律主要由流场温度控制,随着飞行马赫数增大,流场中NO分子的光谱辐射效应增强。     

无人机纵向H_∞状态反馈控制律设计及仿真

研究了H∞状态反馈方法在无人机纵向控制律设计中的应用.建立了无人机纵向运动的小扰动方程,适当地选取广义状态变量建立了系统广义被控对象,在matlab中用基于线性矩阵不等式(LMI)的求解方法设计了系统H∞状态反馈控制器,并进行了数字仿真验证.以无人机纵向运动中俯仰控制通道的等俯仰角爬升模态为例,给出了设计过程和结果,并与PID控制器的控制效果进行比较,表明H∞控制器有更好的控制效果,它可以兼顾系统响应的动态和稳态性能,有效地解决了PID控制器设计中某些性能指标相互矛盾的问题.     

硅基材料烧蚀产物对高温气体流场辐射影响

高温气体流场辐射特性在高超声速飞行器目标探测、识别和气动热环境预测等方面具有重要应用。基于带辐射模型,考虑硅基防热材料热化学烧蚀产物的可见光和红外辐射机制,建立了烧蚀产物光谱参数的计算方法,发展了高温气体烧蚀流场辐射特性计算软件。高温气体烧蚀流场的数值模拟结果,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了自由飞弹道靶实验模型及高超声速钝头体流场的辐射特性,重点研究了各种烧蚀产物的影响。研究表明:烧蚀产物对流场红外辐射特性具有重要影响。     

不同尺度飞行器周围等离子体分布及电磁波传输效应

研究气动电磁波传输效应对于评估和解决黑障问题具有重要意义。基于求解三维N-S方程及波动方程的数值方法，分析了天线位置、电磁波频率、飞行器特征尺度等因素对飞行器周围等离子体分布和电磁波传输的影响。研究结果表明：在同一再入条件下，随着球头半径增加，飞行器周围电子数密度、等离子体鞘套厚度以及对电磁波的衰减也随之增大，影响天线附近等离子体分布的主要机制是NO电离反应；轴向天线位置和频率对电磁波衰减具有重要影响，可以通过提高电磁波频率和合理选择天线位置降低等离子体对通信影响；飞行器沿弹道再入过程中，等离子对电磁波的衰减出现峰值，高频电磁波的通信中断区间缩小；典型条件下等离子体分布及通信中断的预测与测量结果一致，该预测手段可为飞行器电磁通信系统设计提供技术支持。