摘要:北斗三号全球卫星导航系统（The third generation Beidou navigation satellite system， BeiDou-3）于2020年7月31日正式开通运行。BeiDou-3不仅提供定位导航授时服务，同时提供具有北斗特色的多功能服务，包括区域短报文、星基增强、精密单点定位、全球短报文通信、国际搜救等服务。本文从卫星系统设计角度，详细分析介绍了BeiDou-3的功能，并讨论了卫星采用的主要新技术，包括卫星信号体制、星间链路、时频基准、星载综合电子、高效电源以及器部件的自主可控等。最后，对三类轨道的卫星设计进行了综合论述。

摘要:无人集群试验评估是促进无人集群技术从理论走向实践的重要桥梁。与传统的作战系统相比，无人集群系统具有自主协同、能力涌现、智能对抗等特点，这已大大超出传统作战系统试验评估的范畴。针对上述现实需求，本文旨在综述美国和中国在推进集群试验评估方面所进行的开创性工作的基础上，主要对无人集群试验评估的概念内涵、发展现状进行了讨论分析；结合课题组在航空集群作战领域的研究基础，探讨无人集群试验评估的主要内容和可行的技术路线，为军事装备的信息化升级和智能化转型奠定基础。

摘要:基于编队通信拓扑的网络复杂性，提出了一种多智能体系统最小刚性编队通信拓扑生成算法。首先基于刚度矩阵生成最小刚性编队通信拓扑的方式，找出智能体编队的最小刚性通信拓扑集；然后从降低通信消耗等方面建立网络复杂性评价指标，采用熵权法对各指标权重进行求解，给出网络复杂性的计算方法；基于此评价指标，在最小刚性通信拓扑集中找出网络复杂性最小的编队通信拓扑。仿真结果表明，该算法能有效减少编队通信拓扑网络复杂性，简化通信拓扑结构。

摘要:借鉴电路中，电器元件对于外加激励，状态发生改变，同时在最短时间内恢复到初始状态的现象，将动态障碍物的实时变化类比为外加激励，提出一种基于状态改变的机器人动态障碍物路径规划算法。首先对机器人绕行单个固定障碍物进行深入分析，然后采用状态更新的方式，对动态障碍物进行分析，最后利用叠加法，对存在动态障碍物和静态障碍物的混合任务规划区域进行分析，并生成避障路径。为了验证算法在多障碍物环境的路径规划能力，利用数值仿真模拟实验，结果表明，在该算法中，机器人能够分别有效的实现静态障碍物区域、动态障碍物区域以及动静混合障碍物区域的路径规划。

摘要:无人机（Unmanned aerial vehicle， UAV）的栖落机动是一种大幅度的俯仰运动，易引起升降舵操纵力矩饱和。本文以变体方式增强无人机的俯仰操纵能力，并研究其对应的控制设计方法。首先对栖落机动建立了纵向动力学模型，并通过采用轨迹线性化和张量积变换方法转换得到T-S模糊模型。基于Lyapunov稳定理论和平方和方法，设计了满足控制输入约束的栖落机动多项式模糊控制器。对非变体与变体下的栖落机动控制过程进行了仿真，结果验证了控制律的有效性，并且表明变体辅助的无人机具有更强的操纵性能，能提高栖落机动中升降舵的抗饱和能力。

摘要:为了提高无人机自主着陆的控制精度与安全性，以某型高速无人机为研究对象，在陡下滑段采用总能量控制，跟踪高度和速度同时变化的下滑轨迹；在拉起段接入速度控制，并在指数拉起的基础上，采用高斯伪谱轨迹优化方法设计出油门单调减小的速度轨迹；基于自抗扰控制方法设计升降速度控制律，实现对触地升降速度的精确控制。最后，在MATLAB/Simulink平台下搭建对象模型，对无人机自主着陆闭环控制系统进行仿真，并采用蒙特卡洛法对存在参数不确定性情况下的控制系统鲁棒性能进行验证。仿真结果表明，所提出的轨迹设计方法与控制结构能够满足着陆性能要求，控制系统具有较强的鲁棒性。

摘要:对四旋翼无人机（Unmanned aerial vehicle， UAV）姿态控制系统的执行器故障诊断问题进行了研究，在系统模型方面全面地考虑了模型的非线性和四旋翼无人机在飞行过程中受到外部干扰的情况。由于未知输入观测器可以将干扰、误差等作为未知输入进行处理，对干扰不敏感而对故障比较敏感，故设计了一种新的未知输入观测器进行故障诊断。同时为了保持四旋翼无人机在故障发生后的稳定性或者仍然可以按照预定轨迹运动，在得到准确的故障估计后为四旋翼无人机姿态控制系统设计了模型参考容错控制器，使其可以跟踪给定的参考模型。仿真结果证明了本文提出的故障诊断与容错控制方法的有效性。

摘要:将生物地理学优化（Biogeography-based optimization，BBO）算法应用于火力打击目标分配方案的优化中，对BBO算法增加三维变异操作，优化算法的收敛精度。采用改进的Tdv-BBO算法（Three-dimensional variation biogeography-based optimization，Tdv-BBO）来解决火力打击中的目标分配问题，对敌方想定实例进行了目标-火力数量组合优化。算例验证结果表明：改进的BBO算法增强了全局搜索能力，可为海上联合打击的目标分配提供一种有效的方法。

摘要:为了预测航空器滑行预计到达时间（Estimated time of arrival，ETA），减少场面冲突，提高机场运行效率，本文使用卡尔曼滤波算法对场面历史轨迹数据进行预处理。为了衡量轨迹样本间的距离，综合三类特征用于机场场面历史轨迹数据聚类。特征包含航空器滑行时段和场面航空器数量，以及参考动态时间规整（Dynamic time warping，DTW）算法提取的轨迹差异度特征。将两个样本特征的欧式距离作为样本间的相似度量；基于均差最大原则确定初始聚类中心，使用K-means算法对样本进行聚类，根据待规划航空器的所处时段和场面航空器数量选择匹配度最高的类簇，将其聚类中心样本的轨迹序列和塔台规划的静态路径相结合预测航空器滑行ETA。通过将实际轨迹数据与预测的滑行ETA进行对比分析，证明了本文预测航空器滑行ETA的准确性。

摘要:航空维修是飞机运营支持的重要工作之一，是航空公司保障安全飞行和控制运营成本的关键途径。目前应用实时故障预测与健康管理（Prognostic and health management，PHM）于航空维修领域还处于研究阶段，缺少工程实践数据和案例。针对缺乏应用PHM技术的飞机维修相关验证与评估数据的问题，本文基于PHM的维修模式概念，建立PHM维修模式下的计划维修优化、非计划维修可控和PHM错误影响分析模型。借助计算机仿真技术，由不同的系统PHM性能参数输入，根据所建立的模型进行实施PHM前后的维修工时、维修成本和非计划维修事件数的仿真模拟计算，验证与评估基于PHM的维修模式在减少维修工时、节约维修成本和控制非计划维修事件方面的优势。选取空调系统作为验证评估对象进行了大量的仿真试验分析，在单一系统的理想状态下（即性能参数设置为最佳），基于PHM的维修模式相比于传统的预防性维修可以减少56%的维修工时，节约60%的维修成本，并且避免了88%的非计划维修事件。

摘要:冲压空气涡轮（Ramjet air turbine，RAT）在紧急情况下释放能够为飞机提供所需的电能和液压动力，从而保证飞机安全。RAT系统能否在规定时间内顺利释放是保证飞机安全的关键，其释放速度主要靠作动筒的阻尼孔来控制，但是目前国内在RAT作动筒阻尼孔的设计方面缺乏研究。为此，利用仿真技术，开展了RAT系统作动筒阻尼孔的设计研究。首先根据RAT作动筒的结构和工作原理，使用AMESim建立了RAT作动筒模型，并验证了模型的正确性。AMESim是一种基于物理模型的建模仿真平台，其中包含液压元件设计库、动力传动库等，在液压系统的建模仿真方面应用十分广泛。然后通过仿真试验，研究了阻尼孔的设计对RAT释放时间的影响规律及程度。最后，针对支线飞机和小型飞机的RAT释放时间要求（0.6~0.8 s），对阻尼孔进行了最优设计，从而为RAT系统作动筒阻尼孔的设计工作提供支持。

摘要:基于丹佛机场跑道5年实测动态响应数据，分析多机型滑行时道面板边板角的应变和位移特征，对跑道各结构层多年压缩变形规律进行分析。结果表明，对于不同起落架构型的飞机，道面应变峰值与主起落架轮轴数量对应。混凝土道面板动态应变峰值随运营年限增加变化较小，主要与实测机型有关。对于B737机型，板底受拉应变小于板顶受压应变；而B747、B777机型，板底受拉应变大于板顶受压应变，说明大飞机对混凝土道面损伤更为严重。基层动态位移响应在跑道各结构层中是最为敏感的，压缩变形波动比较剧烈，压缩率最大；而垫层、土基压缩变形量和压缩率随运营年限逐渐趋于稳定。因此建议机场跑道在设计和施工时，对板角和板边部位基层进行重点处理。

摘要:针对航班调整中较常用的手段——航班取消-合并方法，对飞机旅客一体化恢复问题进行研究。首先，基于连接网络和旅客转机网络建立数学规划模型，然后基于贪婪随机自适应搜索方法（Greedy randomized adaptive search procedure， GRASP），设计启发式算法求解该问题，并且在算法的每一次迭代中，都能得到基于航班调整的旅客转机的最优方案。最后，通过案例证明了算法的有效性，并且说明了相对飞机和旅客先后进行恢复，飞机和旅客的一体化恢复能够有效降低恢复成本以及受干扰的旅客数量。

摘要:针对充气式气动减速器难以建立折痕有序、径向压缩的折叠模型，本文提出了分割映射折叠方法。首先基于分割映射技术得到分割展平面；其次通过矩阵变换将分割展平面转换为连续的几何折叠模型；最后，采用初始应力修正了建模过程中的模型误差，降低了充气过程中的应力集中和网格畸变问题。数值结果表明：充满的单圆环的表面积和体积误差仅为1.8%，验证了本文折叠方法的高精度；充气式气动减速器的初始和充满外形与实验外形一致，展开过程稳定、有序，说明该方法的可靠性和适用性。本文折叠方法适用于任意旋转曲面的多维压缩和有序折叠，提高了曲面展开数值仿真的精确度和稳定性。

摘要:舰载机在弹射起飞过程中，载荷大、加速度大、距离短、时间短，且受大气扰动、航母运动的影响，存在复杂的强非线性多学科动力学耦合问题。文中建立了舰载飞机-弹射系统简耦多体动力学模型，考虑在舰面摇晃载荷、侧风载荷作用下，利用ADAMS 动力学仿真软件对舰载机弹射起飞进行刚柔耦合多体动力学仿真分析，获得弹射起飞过程中飞机机体过载传递路径和应变分布。通过仿真分析与相关文献中试验数据进行对比表明，这种仿真方法能够高效模拟强非线性复杂载荷耦合下的舰载机弹射起飞过程，为舰载机弹射起飞全过程研究及机身结构设计提供参考。

摘要:研究了以运输机为平台的内装式运载火箭空射过程载机和火箭的耦合动力学建模。建模针对两个阶段：第一阶段，火箭固定于载机机舱内，两者构成一个整体，按照普通刚体的力学方法处理；第二阶段，火箭解锁后，沿着舱内的发射筒向外滑行，载机和火箭形成两刚体相互作用的耦合系统，基于牛顿-欧拉法建立系统动力学模型。载机在空射火箭过程中，油门和升降舵满偏，在加速前飞的同时拉大姿态俯仰角，火箭在自身重力分量和惯性力的作用下，沿着机舱内的发射筒加速向外滑行，直至与载机分离。数值仿真分析了空射过程载机的重要力学参数的变化过程，验证了载机操控策略的可行性和安全性，可为未来中国空射运载火箭技术设计提供数据参考。

摘要:为改善横向波纹隔热屏综合冷却效果，采用三维数值模拟和基于支持向量机的代理优化模型，在给定的单位面积冷却空气流量下对发散冷却结构参数进行了优化研究。设计变量选取为气膜孔直径、气膜孔排布的展向间距和流向间距，以面积平均综合冷却效率作为目标函数，通过遗传算法搜索获得了设计变量区间内的优化设计点。在隔热屏单位表面积冷却空气流量G_f = 2.647 kg/（m²?s）的工况下，优化后的d、P和S分别为0.8、4和5 mm。研究结果表明，优化的隔热屏冷却结构应具有较小的气膜孔直径d和展向间距P，以及适中的流向间距S。相对于参考结构，优化后的发散冷却结构能够改善沿流向的气膜覆盖，缩减发散冷却起始段局部高温段，起到增强隔热屏发散冷却综合冷却效率的作用。

摘要:针对基于点云构建的建筑物模型通常存在的表面凹凸不平、边缘锯齿等现象，以及建筑物模型中存在的视觉效果不佳的问题，本文提出了一种基于倾斜影像三维线特征约束的三维模型优化方法。该方法以重叠区域为依据对线段进行质量评估与筛选。然后采用选权迭代思想对三维线段进行择优重构，以三角网为单元进行平面拟合与模型表面的纠正与优化，以三维线段为辅助对模型边缘的三角网进行纠正与优化。采用无人机倾斜摄影数据进行实验，将本文方法与Poisson表面重建方法进行了比较，结果表明本文方法有效地消除了平面凸包和边缘锯齿，边缘精度优化至1像素以内，平面精度优化至0.5像素，模型总体精度比Poisson表面重建方法提升了近1倍。此外，对比现有的完全基于点云模型重建算法，本文方法极大地改善了模型的视觉效果，保持了三维模型平面与边缘的特征，模型的边缘和表面精度都得到了提升。

摘要:考虑铆钉连接对筋条扭转弹性支持作用的影响，利用三角函数构造筋条在铆钉连接情况下的扭转支持刚度，采用里兹能量法建立轴压铆接加筋平板蒙皮局部屈曲问题的弹性支持理论分析模型及分析方法。分别采用试验方法、有限元方法、工程简化分析方法和本文分析方法对典型轴压金属Z形铆接加筋平板的蒙皮局部屈曲临界应力进行算例分析，验证了本文分析方法的合理性。在此基础上进一步研究了不同的铆钉间距和铆钉连接方式对加筋板蒙皮局部屈曲临界应力的影响。结果表明：在Z形加筋板结构形式、尺寸、铆钉间距皆为工程常用范围的前提之下，若铆钉连接方式不变，改变铆钉间距对屈曲临界应力影响不足1%；若铆钉间距不变，单排连接改为双排或者交错排可以提高屈曲临界应力约11%。

摘要:弹性波在声子晶体中的传播方式可由其色散关系决定，从二维无限周期结构的波动方程出发，通过引入Bloch理论与小参数摄动展开法，提出了一种分析非线性离散型声子晶体色散关系的一阶近似摄动法。得到了一阶近似的色散关系与频散曲线，以分析不同方向上的阻抗配置与非线性系数对频散及群速度的影响。分别以二维单原子网格、二维双原子二自由度网格和二维双原子四自由度网格为例，得到了它们的一阶频散曲线，色散结果显示带隙及传播方向与波幅相关。同时结合数值积分解验证了其在有限波幅谐波激励下解的精度。