关键词： 领从式协同制导   时间空间角度约束   固定时间一致性   状态观测器   机动目标  

摘要： 针对多飞行器协同拦截机动目标的实际需求,提出一种三维领从时空协同制导律。在视线方向上,基于齐次度理论和固定时间稳定理论设计一种领从协同制导律,确保从飞行器与领飞行器的相对距离和相对速度在固定时间内趋于一致,并且给出一致性误差收敛时间的上界,实现多飞行器的同时刻拦截。在视线法向上为实现以特定的碰撞角度拦截目标,设计一种固定时间收敛的非奇异终端滑模制导律,实现攻击角度的固定时间收敛,并避免了制导指令奇异引起的控制饱和问题。考虑到目标的机动对制导系统产生的不利影响,引入固定时间扰动观测器对目标加速度进行前馈补偿。运用李雅普诺夫稳定性理论来证明系统的固定时间稳定特性。通过仿真实验验证所设计制导律可以有效控制多飞行器在领从框架下同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。

关键词： 弹载器件   图像末制导炮弹   滑动弹带   气缸张开式尾翼   内弹道   数值仿真  

摘要： 针对线膛火炮发射的图像末制导炮弹多采用“滑动弹带+气缸张开式尾翼”稳定结构特点,对末制导炮弹发射过程、滑动弹带膛内作用过程和气缸张开式尾翼气缸膛内充放气过程进行分析,建立了耦合“滑动弹带+气缸张开式尾翼”稳定结构特性的图像末制导炮弹内弹道模型,并以某图像末制导炮弹为例进行了数值仿真研究,得到了弹丸发射时膛内火药燃气压力和气缸内部压力、弹丸膛内运动速度以及弹体自转角速度等内弹道性能随时间的变化规律。从仿真结果来看,仿真模型计算精度较高,并且相关曲线与该图像末制导炮弹实际发射时的变化规律相一致,验证了模型合理性。在此基础上,从装备设计研制的角度重点分析了气孔直径和弹体与弹带环后端面之间摩擦系数的变化对气缸内外压差、弹体炮口转速等的影响规律。相关研究成果可为图像末制导炮弹结构的优化设计、弹载器件失效与抗过载机理以及其他类型制导炮弹在线膛火炮发射平台上的应用研究提供一定的理论基础与数据支撑。

关键词： 导航定位系统   骨科机器人   脊柱手术   股骨颈手术。  

摘要： 目的应用AKSO-Ⅱ骨科手术导航定位系统,进行脊柱(腰椎、胸椎、颈椎)后路经皮穿刺椎弓根螺钉置入,以及股骨颈骨折空心钉内固定手术,测试该导航定位准确度及置入手术的可行性,验证其有效性及安全性。方法选取3只巴马猪为研究对象,对照组使用传统手术方式、实验组采用AKSO-Ⅱ骨科手术导航定位系统(安徽埃克索医疗机器人有限公司),分别在颈椎/胸椎/腰椎椎弓根和股骨颈四个部位,经皮或开放手术中置入克氏针,参照Gertzbein-Robbins分类标准及Hamelinck的方法评定两组手术的成功率及优良率;通过对比规划路径与真实路径空间角度、钉道入点和规划入点、钉道止点和规划止点的偏差,进行导航一致性评价;通过对比针调整次数及克氏针置入时间和X射线暴露时间、剂量、次数,辅助评估手术有效性;然后在新鲜冰冻尸体上进行尝试性验证。结果在相同实验条件下,采用AKSO-Ⅱ骨科手术导航定位系统引导与传统手术方式相比,手术成功率:实验组为95%,高于对照组(72.2%),有统计学差异(P<0.05)。手术优良率:实验组高于对照组(98.2%vs 78.1%),具有显著统计学差异(P<0.05)。针调整次数:股骨、颈椎、胸椎、腰椎手术实验中,实验组均少于对照组具有统计学差异(P<0.05)。克氏针置入时间:第一组中,实验组与对照组无差异,经过学习后,第二、三组实验组明显短于对照组,具有统计学差异(P<0.05)。手术出血量:实验组明显少于对照组,具有统计学差异(P<0.05)。X射线暴露时间:实验组明显短于对照组,具有统计学差异(P<0.05)。X射线剂量:实验组明显少于对照组,具有统计学差异(P<0.05)。结论采用AKSO-Ⅱ骨科手术导航定位系统简单、精准、安全、微创,可以大幅度减小辐射剂量和手术时长,对患者和术者均带来益处。

关键词： 教学改革   实验教学   智慧教学平台   虚拟仿真实验室  

摘要： 以卓越工程师培养为目标,结合北京航空航天大学航天制导导航与控制技术实验室现有资源,阐述提升学生工程实践能力的专业实验室教学改革路径。介绍自研自制设备在专业实验教学中的推广应用,设计三段式多元化实验课程教学体系,完善实验课程的评价考核体系。结果表明,航空航天类专业实验室需要进一步强化科研成果向教学的转化力度,并要合理发挥多元化实验教学的优势,为培养航空航天类专业高层次、创新型的人才提供条件保障。

关键词： 高速高机动飞行器   长短期记忆网络   中末制导交班点识别   轨迹预测  

摘要： 针对高速高机动滑翔飞行器轨迹预测过程中任务场景定义不明确、意图先验信息利用不充分等问题,提出了一种基于中末制导交班点识别的轨迹预测方法。首先,构建高速高机动飞行器滑翔至多个典型中末制导交班点的任务场景,利用准平衡滑翔制导方法生成轨迹数据集。然后,提出了一种基于长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的中末制导交班点识别方法,利用跟踪数据构造特征序列,对滑翔轨迹进行初步分类。最后,引入自注意力机制提升序列到序列(Sequence-to-Sequence,Seq2Seq)预测网络的特征提取性能,利用编码-解码的方式对分类后的滑翔轨迹进行长时预测。仿真结果表明,所提出的基于中末制导交班点识别的轨迹预测方法具有较高精度,预测时长为120 s,180 s和240 s时,轨迹误差分别在18.77 km,36.91 km和57.75 km以内;相比于直接利用深度学习模型预测的方法,所提出的预测方法在240 s的预测时长内平均预测误差降低了37.61%,最大预测误差降低了37.34%。

关键词： 干扰识别   短时傅里叶变换   时频图   支持向量机   卷积神经网络  

摘要： 针对当前干扰识别算法依赖特征工程提取特征存在提取繁琐、识别准确率受干信比取值影响较大的问题,本文提出在不同干信比情况下基于时频图学习的北斗卫星导航系统(BDS,Beidou navigation satellite system)干扰类型识别方法。以航空机载北斗卫星导航系统B1I信号为对象,对原始B1I信号、包含干扰的B1I信号进行短时傅里叶变换,将变换后获取的时频图作为支持向量机和卷积神经网络模型的输入向量,完成干扰类型的检测与识别。仿真结果表明,两种机器学习识别算法的平均识别率均达到了99%以上,识别结果比传统决策树识别算法提升了30%以上,解决了现有干扰识别算法需要严重依赖人工设计的特征工程手动提取干扰信号特征以及识别率较低的问题。该研究结果可为后续的干扰抑制工作提供先验信息,提高航空领域中北斗卫星导航系统的安全性。

关键词： 组合导航系统   二阶非线性   大失准角   扩展卡尔曼滤波  

摘要： 制导炮弹多采用发射后上电空中对准的方式实现导航初始信息的获取,初始姿态信息中滚转角的获取难度远高于俯仰角和偏航角。针对空中对准中滚转角信息获取难度较高的问题,提出了一种适用于大初始滚转角误差的组合导航方法,旨在省略滚转角对准过程和压缩空中对准时间。通过在组合导航状态向量中引入四元数误差,将状态方程的强非线性误差模型转换为了二阶非线性模型,降低了系统的复杂度。在此基础上,采用二阶扩展卡尔曼滤波方法实现惯性导航系统各项误差的估计,并基于四元数模1约束设计了优化的量测更新方法。各量级初始滚转角误差下的半实物仿真结果表明:所设计方法可适应大初始滚转角误差情况,7 s内滚转角误差可由180°收敛至10°内;各量级初始滚转角误差下收敛位置稳定一致,有效的提升了组合导航的适应性。

关键词： 强直性脊柱炎   脊柱后凸畸形   截骨术   手术导航系统  

摘要： 目的探讨O型臂导航系统辅助截骨矫形内固定治疗强直性脊柱炎(AS)胸腰椎后凸畸形的可行性和临床效果。方法分析2018年5月至2022年5月河南省人民医院手术治疗的23例AS胸腰椎后凸畸形患者的临床资料,其中男21例,女2例,平均年龄(36.09±9.54)岁。手术采用O型臂导航系统辅助置钉、导航术中规划截骨及导航可视化超声骨刀截骨技术进行脊柱截骨矫形内固定术。记录手术时间、术中出血量、术中及术后出现的并发症。测量术前、术后2周及末次随访时脊柱整体后凸角(GK)、胸椎后凸角(TK)、腰椎前凸角(LL)、矢状面平衡距离(SVA)、骨盆入射角(PI)、骨盆倾斜角(PT)、骶骨倾斜角(SS);采用SF-36量表评估术前和末次随访时患者的生活质量。术前、术后与末次随访的资料采用配对t检验。结果所有患者均顺利完成手术,平均手术时间为(324.35±55.91)min、出血量为(1315.00±373.14)ml,无1例发生置钉相关并发症,术后2例出现短暂性下肢神经根性症状。术前GK为(61.60±13.84)°,术后为(31.35±7.96)°(t=16.635,P<0.01);术前TK为(48.08±10.17)°,术后为(44.73±11.18)°(t=4.974,P<0.01);术前LL为(-0.78±15.73)°,术后为(36.91±9.19)°(t=-10.231,P<0.01);术前SVA为(143.13±32.63)cm,术后为(47.30±23.67)cm(t=16.293,P<0.01);术前PT为(39.13±7.30)°,术后为(22.01±5.95)°(t=6.619,P<0.01);术前SS为(14.75±8.51)°,术后为(31.75±8.89)°(t=-6.686,P<0.01)。末次随访时GK[(31.35±7.96)°、TK[(44.73±11.18)°、LL[(36.91±9.19)°、SVA[(47.30±23.67)cm、PT[(22.01±5.95)°、SS[(31.75±8.89)°]与术后2周比较,差异均有无统计学意义(t=-1.974、-1.624、1.825、-1.702、-0.124、-0.125,P>0.05)。末次随访时患者躯体疼痛、一般健康状况、活力、社会功能、情感职能较术前均得到明显改善(59.13±8.81比45.43±10.75,t=-1.338,P<0.01;73.75±9.21比54.96±11.10,t=-11.915,P<0.01;49.57±11.41比44.17±12.47,t=-2.531,P<0.05;66.34±11.24比61.43±10.43,t=-2.361,P<0.05;65.65±10.17比56.43±11.14,t=-10.342,P<0.01)。结论O型臂导航系统辅助截骨矫形治疗AS胸腰椎后凸畸形的临床效果满意,置钉和截骨均具有良好的精准性与安全性。

关键词： 迅捷转弯   复合控制   滑模变结构控制   扩张状态观测器   模糊控制   神经网络  

摘要： 空空导弹迅捷转弯控制是在保证导弹稳定飞行的前提下,在尽可能短的时间内完成整个机动过程。为实现上述战术指标,考虑到导弹迅捷转弯的快时变性、强非线性和大干扰性,设计基于滑模变结构控制和模糊逻辑的直/气复合控制器。针对实际飞行中可能出现的初值不确定和外界干扰过大等现象,引入固定时间收敛理论和扩张状态观测器,有效避免干扰带来的控制输入抖振并保证导弹姿态角能在固定时间内快速稳定收敛。利用神经网络对滑模变结构控制的设计参数进行优化,在保证导弹迅捷转弯的同时减轻导弹侧向发动机的质量。通过仿真验证新提出的控制和分配方案的有效性。研究结果表明,所设计的控制器在存在模型不确定性和外部干扰等复杂情况下具一定的鲁棒性、稳定平滑的控制效果、较强的抗干扰能力以及优异的姿态跟踪性能,同时参数优化后的控制算法跟踪效果更优,在降低了原收敛时间的12.6%的同时,降低了原最大控制力的9.6%。