基于"矩阵乘法"的网络最短路径算法

 网络最短路径问题可以作为许多实际应用问题的模型,但传统的求解算法其迭代过程复杂.本文描述了基于矩阵乘法的最短路算法,其时间复杂度与Dijkstra算法相同.在给定的一个网络图中,在不改变网络图中的最短路的条件下,删除"多余"的结点或边,可以达到简化网络图和提高求解速度的目的,从而降低计算复杂性.最后,研究了该方法在最短路径问题和旅行商问题中的应用.实例表明,这种算法与传统的动态规划技术相比,具有运算简便、易于理解的优点.     

基于改进RRT算法的无人机航迹规划

为了提高无人机的作战效率,航迹规划系统必须为无人机设计出安全系数高,能量消耗少,处理时间短,同时还必须满足飞行器自身物理特性的威胁回避轨迹。基于上述研究目的,本文选择快速随机搜索树算法(RRT)作为迹规划航算法主体,结合Dijkstra算法改进了RRT算法,完成最小航迹代价飞行轨迹的设计。     

基于可视图法的改进Dijkstra算法

针对基于可视图的Dijkstra单向最短路径规划算法难以加入飞行性能约束的问题,将飞行轨迹视为一系列直线和圆弧,利用转弯离开点与进入点构建三圆弧组合实现避障转弯,成功地在算法中引入最小转弯半径约束。采用纯数学公式推导,详细介绍了推导过程。算法减少了无关节点运算,提高了查询与规划最短路径效率。通过对比仿真,验证了算法有效性。     

考虑战场环境约束的多导弹协同任务规划

多导弹协同任务规划是一个多约束、强耦合的复杂多目标优化与决策问题,能有效提高作战效能。研究了具有不同探测距离和威胁度的禁/避飞区、威胁区等战场环境下的多导弹协同航迹规划和目标分配问题。首先建立了具有战场环境约束的Voronoi图,并结合改进的Dijkstra算法取得了代价最小的航迹;进一步采用基于视线的航迹缩短算法和航迹平滑算法对初始航迹进行动态优化处理,产生了既节省燃料又满足导弹机动性能的可飞行轨迹;最后采用基于MMKP(Multi-dimensional,Multi-choice Knapsack Problem)的协同目标分配算法实现了多导弹协同攻击多目标,并且获得了综合代价最小的多导弹协同航迹。仿真结果证明了方法的有效性。该方法具有很高的应用价值,可实际应用在巡航导弹、无人机等无人飞行器的协同控制方面。     

基于优化蚁群算法的无人机海岛监测航迹规划

本文提出一种可行的面向海岛监测的无人机航迹规划控制算法,主要针对复杂的海岛群及气流不稳定等因素的无人机海岛监测,为海岛监测提供技术支持具有重要的理论意义及应用价值。通过MAKLINK图论建立二维路径规划空间模型,利用Dijkstra算法规划无人机初始航迹,融合蚁群算法仿真得到优化航迹规划路径。仿真结果表明,该融合得到的优化算法,比改进前的蚁群算法求解时间快、规划路径准确、迭代过程中系统稳定的特点,从而保证无人机在复杂的海岛监测中飞行航迹规划零失误。     

分水岭分割算法的飞行器低空突防航路规划

针对军用飞行器路径规划中存在的规划空间维数爆炸问题,重点研究了一种简化初始路径规划空间的方法.首先将数字高程地图灰度图像化并叠加等效威胁,得到综合威胁地形灰度图像,在此基础上,引入控制标记符对其进行分水岭分割,从而得到初始路径规划空间的无向网络图.针对网络图中存在的很多不相关的分枝,采用了数学形态学的剪枝算法进行剪枝处理;针对网络节点之间可能存在的并行路径问题,以路径最短为原则裁剪较长的并行路径从而实现初始路径规划空间的优化.最后,运用A*算法进行航路寻优,并在飞行器性能约束条件下对所得航路进行拟合修正.仿真结果表明了该方法的可行性.     

飞行器三维突防航迹快速生成方法

介绍了一种飞行器低空突防三维航迹规划方法.通过分析敌防空区域地形方差,判断其地形特征,决定最佳离地高度,从而构建了飞行器安全飞行曲面.利用Dijkstra算法,在安全飞行曲面之上,进行二维航迹节点的搜索,达到三维航迹规划的目标.搜索空间维数的缩小,存储节点数目的删减,都加快了航迹生成的速度.威胁概率模型的建立,航迹代价函数的构造,权重比值的分配,使得规划出的航迹具有一定的威胁/地形回避和地形跟随效果.最后给出了算例和仿真结果.     

多无人机飞行路径自动规划算法研究

路径规划对无人机完成其侦察作战任务具有重要意义。针对多无人机飞行路径自动规划算法,从模型建立和算法设计2个方面对规划过程中的关键技术进行了详细分析。算法采用构造Voronoi多边形图的方法来进行路径规划。基于构建的战场环境V图,采用图论中的Dijkstra算法,对V图进行搜索得到初始航路并进行优化。经过分析仿真结果证明,该算法能对典型的多无人机飞行任务进行路径规划,并能满足多种约束条件,获取合理的规划结果。     

复杂环境下无人机三维航迹规划及避障算法

针对三维复杂环境下高时效规划无人机航迹问题,提出一种改进的双向A^*算法。设计扇面搜索域,减少计算开销;动态调整启发函数权重,优化代价函数,提高搜索效率;引入关键节点筛选策略,消除航迹中的冗余点,生成全局最优静态航迹。就飞行航迹中出现的动态避障问题,设计动态避障航迹最短优化目标函数,提出基于变分法的动态避障算法,考虑航迹容忍度,实现局部航迹在线调整和优化。仿真结果表明,设计的航迹规划算法不仅能在复杂环境下高时效规划出一条期望航迹,还能对突发威胁动态避障。     

用改进蚁群算法实现突发威胁下的航迹规划

航迹规划对UAV完成任务具有重要的意义。为解决突发威胁下的UAV航迹规划问题,根据Voronoi图的局域动态特性提出了一种基于改进蚁群算法的实时重规划方法。采用全新的目标吸引策略、引入信息素增量调节因子并自适应调整信息素挥发系数来对基本蚁群算法进行了改进,提高了算法的求解效率,并进行仿真验证。根据战场已知威胁源生成Voronoi加权图,并与所提的改进蚁群算法相结合求解规划空间中的最优航迹。仿真结果表明,利用改进蚁群算法能够有效地提高收敛速度和寻优能力,可以较好地解决突发威胁下的UAV航迹规划问题,保证UAV能够回避战场威胁,顺利飞抵目标点。     

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。     

高马赫飞行器迎风面与攻角对光学窗口周围流场的影响分析

为了提高高马赫飞行下光学窗口的光学性能,对比分析了基于气动光学效应三种飞行器模型不同攻角的马赫数场、密度场、温度场和压力场的流场结构及对光学性能的影响.首先, 根据飞行器与来流的迎风面,建立了三种飞行器典型模型;继而, 给出了0、5和10攻角飞行工况;然后,建立了基于Navier-Stokes方程和湍流模型的三种攻角流场分布;最后, 对比分析了宽平头体飞行器中三种攻角温度场作用下的光学系统传递函数.结果表明,马赫数场与密度场、温度场与压力场分别具有相似分布形式;相同飞行速度和攻角下,大迎风面的飞行器光学窗口周围温度与压力较小迎风面大;相同飞行器,较大攻角对应较大流场强度,攻角为0、5和10时传递函数分别为0.188,0.097和0.028.此分析结果可为高马赫飞行下光学窗口优化提供一定的理论依据.     

基于两步分布协同拍卖的多机协同任务分配

针对多异构机载平台对不同类型的地面目标执行攻击任务的协同任务分配问题,以平台载弹量以及摧毁任务目标的需弹量建立平台与任务之间的关系,以各平台的任务序列以及执行任务时的武器使用量序列作为决策变量,在基地-任务航路矩阵和任务-任务航路矩阵的基础上,综合考虑平台武器约束、平台航程约束、任务需弹量等约束,建立多机协同任务分配模型。设计了两步分布协同拍卖算法,通过多次生成任务的拍卖招标顺序和基地的拍卖竞标顺序,实现了多机协同任务分配问题的优化求解。仿真结果表明,所建模型和求解算法能够有效合理地解决多机协同对地攻击的任务分配问题。     

采用频闪成像技术的柔性气动外形运动物体SIFT特征跟踪(英文)

近年来,有关微型飞行器的结构动力学、材料气动弹性以及飞行控制方面的研究受到了高度的重视。为了提高飞行器的空气动力学检测能力,提出了一种基于频闪成像技术的柔性气动外形物体跟踪方法。利用尺度不变特征转换(SIFT)算法提取出的特征对于图像的尺度变换、旋转以及光照变化和局部图像变形等具有的不变特性,提出了一种利用感兴趣区域中SIFT特征对柔性气动外形运动物体进行探测与跟踪的方法。该方法在获取物体的状态、位置以及空间转换关系等方面表现出良好的性能,并且为同一场景中同一物体在不同位置之间的相互匹配提供了可靠保证。实验表明:在该实验系统中,基于频闪成像技术、利用SIFT特征作为柔性气动外形物体探测的方法具有一定的可行性。     

基于随机Radon变换的DRPE加密系统

对于使用随机相位模板(RPM)作为密钥的双随机相位编码(DRPE)加密系统,唯密文攻击算法(COA)是一种有效的攻击算法。为了提高DRPE加密系统抵抗COA算法攻击的能力,提出了一种基于随机Radon变换的JTC加密系统。该系统对待加密图像进行随机Radon变换,再使用JTC加密系统对其加、解密。除了DRPE加密系统中的RPM密钥之外,Radon变换参数亦被用作恢复原始图像的密钥。仿真结果表明,相比于仅使用RPM密钥的DRPE加密系统,基于随机Radon变换的DRPE加密系统可以有效抵抗COA算法攻击,提高加密系统的安全性。     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。     

基于粒子滤波地形导航算法的精确近地告警方法

近地告警系统利用导航设备提供的位置信息在机载数字高程模型（DEM）内对航空器周边区域进行搜索,在接近地面时给出告警信息,避免航空器与地面相撞,能够有效提高飞行安全。由于航空器位置和DEM都存在误差,航空器与DEM中地形相对位置和航空器与真实地形相对位置并不完全一致,从而增加虚警和漏警。为了减少虚警和漏警,在不增加和改善导航设备的情况下,提出利用粒子滤波地形导航算法得到航空器在DEM中与地形的准确相对位置,利用该相对位置做近地告警计算。经过实际地形数据飞行仿真实验,结果表明能够有效提高近地告警的精确度和有效性,有较强的实用价值。     

一种基于蚁群系统原理的QoS单播路由算法

蚁群算法是一种基于蚁群系统原理的、具有自组织能力的、新型的启发式优化算法。为了研究QoS路由问题,本文利用蚁群算法能寻找最短路径这一特性,提出了一种基于蚁群系统原理、用于解决带宽和时延约束问题的QoS单播路由算法。仿真结果表明了该算法的有效性、自适应性、鲁棒性和可扩展性。     

基于战斗机可攻击范围的目标编群研究

考虑到战斗机的自身能力属性对目标编群的限制,为使目标编群具有全面性,引入了战斗机可攻击范围的概念,并分析其影响因素.对目标的信息运用图论的方法进行了处理和存储.定义了包含位置、速度和威胁指数等参数的广义欧式距离,运用最近邻法和以目标角度为启发信息地全局A*搜索算法对目标聚类分群.通过算例验证,这种方法能够有效地获得目标的群数进而实现对目标分群.     

基于雷达探测数据的ARJ21尾流遭遇响应研究

为了缩减ARJ21飞机与前机的尾流间隔、提高空域容量和机场运行效率, 采用基于机场激光测风雷达实际探测飞机尾涡数据, 结合国产客机ARJ21空气动力学响应模型, 进行了理论分析和实验验证, 取得了ARJ21飞机在不同前机尾流作用下受到的气动力和力矩随时间的变化情况。结果表明, ARJ21飞机作为后机跟随重型机B747, 间隔9.3km, 此时处于无颠簸状态, 滚转力矩系数小于极限范围; ARJ21飞机作为后机跟随中型机A320、B737, 间隔6km, 此时处于无颠簸状态, 滚转力矩系数小于极限范围。此研究结果说明ARJ21飞机尾流间隔具有一定的缩减空间。