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[硕士论文] 万贺
机械工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代科技的快速发展,电子产品的研制周期越来越短,功能和结构越来越复杂,如何快速准确的检测并定位到故障源成为测试性研究的关键。尤其对于大型电子设备,测试性设计已经贯穿于产品的设计和生产整个过程中,可靠性和可维护性已经成为产品的重要技术指标。信息处理设备作为导弹导引系统的核心部件,在测试性设计方面有更高的要求。本文在研究测试性理论的基础上,运用多信号流图模型完成对信息处理设备的测试性分析,并对分析结果进行优化设计,最后通过搭建系统测试平台验证对信息处理系统测试性分析与设计的正确性。
  首先,通过对信息处理系统的分析,完成功能和模块的划分,根据各模块故障类型和故障特征信号以及功能参数设计合理的测试点和对应的测试。基于对系统的分析绘制出系统的结构框图,并根据结构框图建立系统的多信号流图模型,然后计算系统的故障-测试相关矩阵。基于故障-测试相关矩阵完成对信息处理设备的单故障特征分析、多故障特征分析和测试性指标参数分析,并得出测试性分析结果,计算测试性指标如故障检测率和隔离率等,并根据分析结果对故障-测试相关矩阵进行初步简化。
  其次,基于简化后的相关矩阵通过改进的遗传算法优选出了最优测试项,并通过计算测试性指标评估算法的有效性。然后在最优测试项的基础上研究了测试项的最优测试序列问题,并详细介绍了利用DPSO-AO*算法求解最优测试序列问题的过程,最终得到了信息处理系统的最优测试策略决策树。针对信息处理系统测试性优化算法开发了人性化的人机交互软件,提高了算法的运行效率。
  最后,基于对信息处理设备的测试性分析与设计,设计开发了系统测试平台,包括硬件电路的搭建和软件系统的开发。完成了对信息处理系统各功能模块的测试,验证了测试点选取与优化的正确性和最优测试序列的有效性,并将测试结果打印到Excel表格中。
  论文的研究工作实现了对电子设备的图形化建模分析方法,并基于多信号流图模型完成了对被测系统的测试性分析与设计。另外,本文研究的最优测试策略问题对复杂电子设备的测试性设计提供了一定的研究思路。
[硕士论文] 杨建国
控制工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:北斗三代卫星导航系统是由我国自主开发、运营的军民两用卫星导航系统,目前形成了区域组网能力,民用上能够为我国和“一带一路”沿线三十多个国家提供全天候、全地形的免费高精度导航定位服务。惯性导航系统凭借其隐蔽可靠和信息完备性在各类导航定位的应用上有着不可替代的地位。然而,不仅单一的导航系统本身存在着一定的不足,就算是目前应用最广泛的GNSS/SINS组合导航系统也存在一些问题:卡尔曼滤波在预测误差是需要精确的系统模型,而对SINS精确建模需要上百维且传感器误差很难建模;GNSS/SINS组合导航系统在GNSS失锁时,SINS的导航误差会随着时间快速积累而无法进行工作。本课题是笔者实习期间参与的某型号巡航导弹中段制导导引头的组合导航系统研制所遇到的问题,特别是导弹巡航段GNSS信号极易丢失的情况,主要围绕基于窗口权值更新的神经网络辅助的北斗卫星导航系统与捷联惯性导航系统的组合展开了研究,主要完成了以下工作:
  1.建立组合导航系统的数学误差模型。选择非线性适应性较好的无迹卡尔曼滤波为组合导航信息融合算法,选取速度误差和位置误差为反馈校正量设计速度位置组合的GNSS/SINS松组合导航系统,分析了SINS的原理及其误差模型,对我国北斗卫星导航系统的定位导航原理进行研究。对组合导航系统的状态方程和量测方程进行了推导。
  2.设计基于窗口权值更新的神经网络辅助组合导航系统。对人工神经网络的基本原理和目前主流的训练过程进行探讨,特别对前向神经网络BPNN和RBF神经网络的基本原理、训练步骤和优缺点等方面进行了性能上的对比。选定RBF神经网络对组合导航系统在GNSS信号失锁时进行辅助。对神经网络中导航数据信息处理和权值更新进行了探讨,基于窗口的权值更新策略能够完成神经网络的离线权值更新并在固定的时间窗口上对神经网络的权值进行更新,一旦GNSS失锁,即可用最新得到网络权值的神经网络对SINS进行辅助。
  3.设计仿真实验对神经网络辅助的GNSS/SINS组合导航系统效果进行对比验证。根据前面几章的研究建立的组合导航系统的数学模型设计了模拟仿真。仿真结果表明,RBF神经网络在GNSS失锁的5分钟内能够很好地对SINS的误差积累进行抑制。
[硕士论文] 白雪洁
电气工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:某型号导弹是我国目前主要装备的导弹之一,在我国国防力量中占有重要的地位。随着武器装备现代化水平的不断提高,对导弹地面测试系统也提出了更高的要求。因此,尽最大限度地满足该型号导弹全寿命周期的地面测试需求,对提高该型号装备的作战效能有着非常重要的意义。本课题的目的是研制一套地面测发控系统测控组合,用于完成与后端主控计算机以及弹载设备的信息交互,并对弹载设备状态进行实时监测。
  针对该型号导弹地面测发控系统测控组合的测试任务需求,本文提出了一种采用“CPCI总线+VxWorks实时操作系统+双机热备冗余”系统架构的设计方案。该设计方案可以同时满足数据采集处理、实时逻辑处理、接口匹配和高稳定性的要求。
  基于被测对象的测试信号与测试需求,采用自研与外购板卡相结合的方式,设计测发控系统测控组合的硬件平台,并提出了一种新的信号调理组合的设计方法。利用开关量输入/输出、模拟量采集等相关信号调理模块,实现了测控组合与被测对象之间的信号隔离以及调理。同时,基于VxWorks实时操作系统,进行了测控组合软件应用层以及热备层的设计。应用层软件主要功能是保证单机能够配合硬件平台,完成后端主控计算机发布的控制指令。热备层软件作为测控组合软件的底部支撑,与应用层软件相配合,完成热备冗余的功能,保证了测控组合的高稳定性。
  在完成各个设备单独调试的基础上进行了系统联调。联调结果显示,该型号地面测发控系统测控组合能够准确可靠的完成该型号导弹的测试任务,满足该系统的设计要求。
[硕士论文] 王胜慧
控制科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:传统的导引律设计是把制导回路和姿态控制回路分开独立设计,还把三维空间中的制导问题分解到两个平面进行单独设计,所以大多数导引律都是在俯仰平面内制导回路的模型基础上进行研究的。制导回路和姿态控制回路分开独立设计是基于控制回路具有零反应速度的假设,实际上却存在着动态延迟特性,而把三维制导问题分解到两个平面,也忽略了各个通道间的耦合项,现代科学技术的进步使得目标飞行器可以做大幅度逃逸动作,对拦截导弹的制导精度有较高的要求,这种分开独立设计的方法越来越不能满足实际的作战需求。本文以导弹对空中机动目标进行拦截为背景,在三维空间中,将制导回路和姿态回路作为一个整体来研究,推导了三维制导与控制一体化模型,设计了三维制导与控制一体化导引律,主要工作包括:
  首先,推导了三维空间中导弹制导与控制一体化模型。将导弹和目标视为质点,从它们的相对运动关系得到三维导引回路模型,再对导弹的姿态控制回路进行建模,得到六自由度非线性模型。通过速度矢量在各个坐标系间的变换,用求得的导弹加速度将两个模型联系起来,推导了三维空间中制导控制一体化模型。该模型可以反映导弹飞行过程中的各个姿态角的变化情况,还可以反映导弹和目标之问的相对运动关系,是一体化导引律设计的基础。
  然后,研究了三维空间中不完全的制导与控制一体化导引律的设计,将姿态控制回路(自动驾驶仪)视为二阶动态特性,其比一阶动态特性更加符合实际,结合三维导引回路模型,进行了三维导引律的设计和有限时间三维导引律的设计。利用输入-状态稳定性(ISS)理论和反步设计法提出了基于自动驾驶仪二阶动态特性的三维导引律,利用有限时间ISS理论和反步设计法提出了基于自动驾驶仪二阶动态特性的有限时间三维导引律。通过跟踪微分器技术解决了反步设计法中的“计算膨胀”问题,简化了导引律的设计,便于实际应用。
  最后,设计了三维空间中完全的制导与控制一体化导引律,即在三维制导与控制一体化模型的基础上,利用小增益定理和ISS理论直接进行导引律的设计。对于STT导弹需要保持倾侧角为零,利用攻角和侧滑角产生制导指令的特点,进行了STT导弹的三维制导控制一体化导引律的设计;对于BTT导弹需要保持侧滑角为零,利用攻角和倾侧角产生制导指令的特点,进行了BTT导弹的三维制导控制一体化导引律的设计。所设计的导引律都可以对空中运动信息未知的目标进行精确拦截,理论分析和数值仿真都验证了所提出的导引律的有效性。
[硕士论文] 王玉龙
电子与通信工程 北华航天工业学院 2018(学位年度)
摘要:导弹贮运发射筒电缆网是导弹发射系统中极其重要的信息传输介质,是导弹发射系统的基础部件。其导通性能及绝缘性能是关系到导弹能否成功发射的一个非常重要的因素。根据某航天总装厂的要求,本文针对发射筒电缆网测试过程中自动化程度低、测试效率低下的问题,开展了发射筒电缆网自动测试系统的设计与研究。
  论文首先对自动测试系统的国内外研究现状以及生产中测试方法进行分析。发现当前的测试方法已经无法完成逐渐增长的生产任务。目前的电缆测试仪无法满足军工产品的特殊需求,并且其测试资源对于单纯的电缆测试过于冗余。因此,需要自主研发基于CPCI总线的电缆网自动测试系统。该系统用于完成特殊电缆的测试任务,同时有利于降低生产成本。本文介绍了电缆网各项电气性能的测试原理,并对系统的自检、无源导通测试、绝缘电阻测试等作了深入的研究。根据电缆网的测试要求及技术要求,完成了硬件系统的设计,包括硬件选型,继电器电路板、继电器驱动电路的设计。完成了电路板、外围电路、转接电缆、自检电缆的设计与制作。根据客户端操作要求,对测试系统的软件部分进行研究。系统的上位机软件采用LabVIEW2012软件平台搭建,并设计了简洁的用户操作界面。此上位机软件除了能实现基本的测试任务外,还能进行测试数据的处理、判读、显示,以及测试信息、测试结果的自动存储。同时,使用LabVIEW软件编写测试板卡、数字I/O卡的驱动程序,以完成对硬件电路的控制和测试数据的采集。最后,完成了系统功能试验验证,即使用电缆网自动测试系统对例试电缆进行测试。对测试结果进行了可靠性分析,结果表明,测试数据的一致性较好。该系统可以实现产品的故障诊断,能够满足技术指标与功能要求。
  该测试系统实现了电缆网的自动化测试。与原测试方式相比,显著提高了测试效率,完成了企业的需求。该系统现已应用于实际的生产测试中,并完成了多批产品测试任务。
[硕士论文] 王毅
航天工程 北华航天工业学院 2018(学位年度)
摘要:电子束焊接是以高能密度电子束作为能量载体对材料和构件实现焊接和加工的新型特种加工工艺方法。本文针对某型号导弹油箱的异种材料焊接工艺进行研究,采用电子束焊接的方法,对5A06与ZL114A异种铝合金材料进行焊接。通过正交试验的方法,对电子束焊接异种材料的五个主要工艺参数按照五因素四水平的正交方案进行焊接试验,分析了焊接工艺参数对焊缝接头的影响规律,确定最优的电子束焊接工艺参数组合,并对所得到的最优工艺参数进行三次重复试验验证。
  通过对正交试验方案得到的焊缝接头进行宏观质量检测和 X射线内部探伤检测,分析工艺参数对焊缝截面形貌和内部气孔产生的影响规律得出:在本实验条件下,电子束焊接工艺参数中,聚焦电流的变化对熔宽的影响最大,加速电压的变化对焊缝的熔深影响最大,聚焦电流的变化对焊缝的深宽比影响最大,聚焦电流的变化对焊缝的气孔缺陷的产生影响最大。
  分析电子束焊接工艺参数对焊缝接头拉伸强度的影响得出:在本实验条件下,聚焦电流的变化对抗拉强度的影响最大,其次是加速电压。在本实验的工艺参数范围内,在保证焊透且强度达到母材80%的情况下,焊缝接头的强度和延伸率,随着线能量的减小呈现增大的趋势。
  本文通过实验分析得出:对于8mm厚的5A06与ZL114A异种材料铝合金电子束焊接,采用加速电压60KV、焊接束流65mA、聚焦电流-0.02A、焊接速度900mm/min、焦点向ZL114A一侧偏移0.06mm的电子束焊接工艺参数进行焊接,可以得到的焊缝接头满足国家军用标准GJB1718A-2005电子束焊接Ⅰ级焊缝接头,焊缝接头质量达到了设计要求,符合导弹油箱的设计要求,得到的满足油箱的验收技术条件。
[硕士论文] 蔡明智
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:位标器是导弹导引头的关键部分,和导弹的打击精度紧密相关,使其保持高精度就显得非常重要。位标器的测试与标定精度是由位标器测试转台的精度决定的,提高测试转台的精度是提高位标器标定精度的最有效途径。因此,研究一种适用于某型号位标器的测试标定转台就具有重要的实际意义和价值。
  本文采用理论分析计算与样机实验相结合的方法,主要围绕基于超声波电机的二轴精密无磁转台关键技术、总体方案设计、直线驻波超声电机驱动性能的分析计算、二轴精密转台的指向精度分析计算、伺服控制系统的稳定性及控制精度以及最后的实验验证等方面开展了研究工作。
  首先,根据二轴精密无磁电动转台的设计指标要求,如负载大小、精度性能要求、无磁性能等要求,对驱动方式、导轨类型、位置检测系统进行了设计选型,提出了基于超声波电机的运动平台总体方案。根据二轴转台的负载大小和运动参数要求,进行了方位轴和俯仰轴超声波电机使用数量的计算。然后进行了二轴精密无磁转台的控制系统设计,给出了转台控制过程。
  其次,研究了转台电机的驱动性能和转台的启停特性。根据超声波电机的工作原理,建立摩擦耦合界面的数学模型,计算超声波电机驱动足的稳态输出力和转子最大角速度,分析了摩擦材料类型、预紧力大小、转子角速度等对超声波电机最大输出力的影响,最终得出选择氧化铝为摩擦材料、预紧力为45N时,超声波电机的输出力最大,单个驱动足最大输出力为3.2N。通过分析得出,转台的最大运转角速度和预紧力大小成反比,但是增大预紧力可以减小转台的启动时间。最后通过仿真分析验证了预紧力大小和超声波电机输出力、转子最大角速度的关系,并验证了超声波电机驱动形式具有很强的非线性。
  再次,围绕二轴转台的机械本体和控制系统两方面,分析了其指向精度和控制精度。通过对机械本体建立误差模型,分析各个误差源对指向误差的影响,找出指向误差最敏感的误差源,然后在加工装配过程中避免并进行误差补偿。然后分析了控制系统精度,通过PID参数整定实验分析,二轴精密转台能够实现0.001'的定位精度,并且具有很小的响应时间和很高的重复定位精度。
  最后,结合前面章节的分析,对样机进行了一系列实验验证。验证了二轴无磁转台的无磁性能,符合位标器的标定环境要求;验证了预紧力大小与超声波电机输出力和转子速度的关系,证实了超声波电机驱动具有很强的非线性问题;实验结果表明,基于超声波电机的运动平台具有很高的位置精度和重复定位精度。
[硕士论文] 王大欢
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:便携式导弹发控测试设备是某型号便携式导弹的一系列测试装置中的核心设备,主要负责对导弹进行发射测试,同时对发射过程中的各类参数进行记录。导弹发射测试设备的工作方式和性能与便携式导弹发射架有诸多类似之处,而该种发射架在国内外均有几十年的研究经验。本文针对发射架的性能和关键技术,研制一台便携式导弹发控测试设备样机,并对其关键性能进行测试。
  论文对国内外便携式导弹发射架的主要形式和性能进行介绍,通过对各类装置的对比,提出便携式导弹发控测试设备的总体方案,包括设备的机械设计方案、电控设计方案和冷却气路系统方案。在确定好的模型基础上对主要结构进行了计算与分析。
  对空间并联发射机构的间隙进行建模与分析,并且在发射机构的动力学模型中引入间隙运动副的接触力,来计算新模型中的机构动力学。根据间隙机构建模的要求,利用仿真软件对含间隙的发射机构模型进行运动仿真。对运动的从动件各项运动指标进行分析,得出发射机构中对运动的影响较大的含间隙运动副的位置,并据此对发射机构进行改进。
  对便携式导弹发控测试设备的装置稳定性进行分析。首先对底座进行分析,通过计算分析,得到底座在受到静压力下的变形情况,同时利用仿真软件来仿真压力对底座倾覆的影响。然后对立柱系统进行分析,同样分析立柱在静力矩下的弯曲,利用仿真软件研究立柱和底座整体在静力矩的作用下的倾覆行为。最后对发射机构在发射冲击作用下的响应进行分析,首先进行模态分析,然后对发射机构在冲击过程中的屈曲进行了计算。最后,利用仿真软件分析装置整体在冲击力的作用下是否会发生倾覆。
  进行便携式导弹发控测试设备的样机试验,包括装置的稳定性验证试验、发射机构的运动试验和锁紧装置的锁紧试验。在稳定性验证试验中,对发控测试设备的支腿、底座、立柱进行静力稳定性试验。通过试验证明发控测试设备在受力过程中不会发生失稳;通过电机对发射机构的运动施加驱动,进行发射机构的运动试验,验证发射机构的运动正确性和精确性;最后进行锁紧装置的锁紧试验,通过测力计给装置施加力矩,测量锁紧力失效时的拉力值,验证计算的正确性。
[硕士论文] 姚日通
航空宇航科学与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:潜射导弹是否能发射成功受很多因素的影响,结构振动是其中一方面,还有导弹在出水过程中受到的冲击力对结构的稳定性也有很大的威胁。因此,研究潜射导弹结构的出水动力学问题对于潜射导弹发射研究具有重要的应用参考价值。
  本文将潜射导弹结构的力学模型简化为轴向运动圆柱薄壳模型,建立其振动微分方程,采用伽辽金法将振动微分方程进行离散处理,并结合Matlab进行数值仿真,分析了壳体结构在匀速水平飞行过程中不同长度、不同飞行速度对结构自由振动特性的影响。分析了海浪激励下壳体结构的响应情况,得出不同出水状态下壳体的应变、应力变化情况。
  本文结合流固耦合动力学理论,应用Ansys软件对水下结构模态进行分析。结果表明,导弹结构在水中的固有频率比在真空中的小。运用Fluent和Transient对导弹出水过程进行了仿真分析,得到潜射导弹流场的相云图以及速度云图,并分析导弹结构表面的压力变化情况。
[硕士论文] 谢敏燕
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:现代战争是高科技的战争,高精尖武器在战争中担任着重要的作用。红外制导导弹作为重要的武器,它的发展体现着一个国家的综合国力。因此对导弹各项性能的测试尤为重要,实际的打靶测试需要大量的财力、物力,因此通过在地面使用导弹测试设备进行半实物仿真测试能够降低成本、提高使用率,对国防建设的发展中具有重要的意义。
  本课题来源于横向课题项目“红外制导综合测试系统的研制”。旨在设计一种测试对象为红外制导导弹的测试装置,对影响测试装置精度的因素进行分析,为改进其结构提供理论依据。
  本文首先对红外制导导弹测试装置的国内外研究现状进行分析,介绍了结构参数优选方法——正交试验法。结合课题的设计要求,分析测试装置的工作过程,提出红外制导测试装置的总体方案,对装置本体包括导弹位姿模拟机构和红外目标模拟机构进行结构设计。之后通过对后支撑架机构进行受力分析和对目标模拟机构进行ADAMS运动学仿真来分别完成两个电机的选型,并对控制系统进行设计。
  其次,本文分别从导弹位姿模拟精度和红外目标模拟精度两方面对初步设计的测试装置进行精度分析,对误差因素——后支撑架机构的传动误差、旋转机构的主轴回转误差和零部件受力变形误差进行量化分析,并将各分误差进行综合,发现综合后装置精度不符合要求,进而找出影响装置精度的主要误差因素,为提高装置精度进行结构改进和结构参数优选提供理论依据。
  再次,对影响装置精度的主要误差因素——初步设计的壳体、滑台和光管支撑座进行结构改进,并使用正交试验法对改进后结构的参数进行优选,得到更优结构。先选定参数指标,利用正交表安排各因素水平组合,根据不同因素水平组合对零件建模,之后进行有限元分析,对得到的试验结果进行极差和方差分析,得到各试验因素对试验结果影响程度的显著性,找出单指标下的最优水平,最终确定双指标较优结构参数。将结构参数优选后得到的装置再次进行精度分析,并和初步设计的结果进行比较,得到满足精度要求的结构。
  最后,对样机进行实验验证。验证了后支撑架机构在竖直方向上的运动范围达到了要求,验证了旋转机构在转动到极限角度时能够自动换向,换向时的角度误差在误差范围内,验证了旋转机构的主轴角运动误差和理论误差相差不大。
[硕士论文] 盛阳
信息与通信工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:被动雷达导引头主要应用在反辐射导弹中,需要在相对复杂的电磁环境中快速、实时地更新目标的角度信息,从而引导反辐射导弹对目标进行打击。信号分选是从交错的脉冲流中分选出目标雷达信号的过程,是被动雷达导引头的重要组成部分。本文致力于提高被动雷达导引头对多种类型并存信号的快速分选能力。
  当前体制下的雷达信号分选主要包括预分选和主分选两部分。传统的预分选主要利用不同雷达的脉冲描述字差异对脉冲串进行分层滤波;传统的主分选则是根据滤波后的脉冲到达时间进行级差的计算并设置一定的门限来提取目标的脉冲重复周期。随着当前电磁环境的复杂度的提高,频率捷变、重频参差、重频抖动、脉宽抖动、载频抖动等多种类型信号交叠。传统的分层预分选对选取的首脉冲和参数容差好坏较为敏感,选取不当,容易造成累积误差,最终计算出的参数中心逐渐偏离真实的参数中心。传统的主分选则难以应对频率捷变和大量脉冲丢失的情况。对于预分选本文主要研究了多参数聚类算法来解决传统预分选累积误差的问题,并针对线性可分数据和线性不可分数据的适应性,分别选取了模糊聚类和支持向量聚类算法为代表,作了深入研究。论文主要工作如下:
  1.针对传统主分选难以适应脉冲丢失及频率捷变情况,本文提出了基于谐波的PRI提取算法。本方法通过构造谐波相似矩阵,充分利用谐波间的相似性提取捷变信号和脉冲丢失信号的重复周期。利用参数相似的准则将离散的捷变频信号进行合并。
  2.针对模糊聚类算法在相似矩阵处理过程中运算和存储复杂度随着样本数急剧增加问题,本文提出了抽取的方法对样本数据进行稀释,在保持与原样本数据同分布的情况下,用部分数据代替总体样本完成聚类中心的提取,并计算剩余的数据点到聚类中心的欧式距离,设置一定的门限进行划分。
  3.针对支持向量聚类算法的簇标定处理过程中时间复杂度庞大问题,本文对稳定平衡点簇标定算法作了改进,提出了夹角余弦的簇标定算法,该算法仅以支持向量点为初始点,利用梯度下降寻求数据空间中离散分布的局部聚类中心。然后构造方向向量,并根据向量相似性将剩余数据点划分到相应的局部聚类中心,大大减少了稳定平衡点算法中的迭代运算次数。
[硕士论文] 徐元
控制科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着科技的不断发展进步,现代作战武器越来越先进,其破坏力越来越强,战争环境日益复杂。为了提高突防能力,弹道导弹会采用释放电子干扰的方式来迷惑、干扰敌方的雷达。本文以复杂电子干扰环境下的末制导过程为研究对象,围绕DRFM(数字射频存储器)电子干扰信号的检测与识别、目标跟踪以及制导律设计等问题进行深入研究,主要研究的内容包括以下几点:
  对目标拦截问题建立了相关的数学模型:建立了相关的坐标系,并给出了坐标系之间的转换矩阵;针对拦截器的质点运动进行数学描述,同时介绍了几种常见的目标跟踪模型,并对目标跟踪的观测模型进行了研究;最后建立了拦截器与导弹之间的相对运动模型。
  介绍了几种常见的DRFM电子干扰的产生过程,并给出了各类干扰信号的数学模型,并简述了DRFM电子干扰对雷达探测功能带来的影响。
  通过对由DRFM干扰机产生的干扰信号的时频域分析,发现由干扰机相位量化特性导致产生的干扰信号存在谐波分量,这就导致干扰信号与目标信号在时频域上的能量分布集中程度上有一定的差异,因此这里利用经验模态分解(EMD)的方法,其核心思路就是从干扰信号中分离出谐波分量。信号的Wigner-Ville分布(Wigner-Ville distribution,WVD)变换有很好的分辨力,为了减少交叉项,在平滑伪WVD(smoothed pesudo WVD,SPWVD)变换的基础上提出了基于熵特征值的干扰检测算法;利用动态目标检测(MTD)以及脉冲压缩技术分别对目标以及干扰信号进行相参积累,通过对处理之后的信号进行加窗处理,分离出各个单一信号,然后经过逆MTD以及逆脉冲压缩处理还原得到其时域信号,最后根据统计相位次数方差的差异来鉴别目标与干扰信号。
  研究了机动目标的跟踪算法。介绍了经典的Kalman滤波以及扩展Kalman滤波算法,考虑到这些算法的缺点,在此基础上对交互式多模型(IMM)滤波进行研究,通过实验仿真验证了算法的有效性。最后针对IMM滤波算法存在的缺点,进一步做了改进,通过仿真分析验证了所改进的IMM滤波算法具有较好的滤波跟踪性能以及良好的实时性。
  根据目标信号的鉴别概率提出了虚拟拦截目标点的选取方法,介绍了常用的比例导引制导律,但对机动目标的拦截效果并不好,因此对视线角角速率收敛性好的自适应滑模制导律进行研究,在抑制抖振方面,研究了基于超级螺旋算法的二阶滑模制导律,最后通过实验验证了该算法不仅有很好的拦截精度而且还有效的抑制抖振。
[硕士论文] 方乃文
材料加工工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着焊接工艺技术的高速发展,传统的焊接方法越来越难满足镁合金这种轻量化的的有色金属结构材料的优质高效的焊接生产要求。许多新型焊接工艺方法陆续被提出来应用在镁合金焊接领域中,双电极气体保护焊就是其中之一,即DE-GMAW(Double-electrode gas metal arc welding)。在DE-GMAW焊接过程中大部分电流作用于焊丝上,使焊丝的熔化系数大幅提升。DE-GMAW焊接系统通过控制副路电弧参数控制母材的热输入,因此,它采用了与其它焊接技术完全不同的原理,并且这种新型的高效焊接方法对焊接设备没有特殊要求,成本较低,适用于镁合金等轻合金难焊金属焊接过程中。
  镁合金薄板结构焊接技术在武器装备中得到广泛应用,而焊接应力过大导致的焊接变形是影响薄板焊接结构质量的重要因素,因此,通过焊接工艺优化手段提高薄板焊接质量极为必要。随着对焊接热弹塑性理论的研究进展深入,现在利用数值模拟软件对薄壁焊接结构的焊接变形行为进行预测以及对焊接工艺进行优化已趋于成熟阶段。本文采用MSC marc有限元模拟软件,以AZ31B镁合金导弹舱体环焊缝以及尾翼角焊缝为研究对象,对其DE-GMAW焊接过程进行数值模拟,研究其温度场及应力场的分布规律。
  本文首先考察单层单道焊与双层双道焊、不同焊接热输入、不同预热温度及焊接层间温度对焊接热循环曲线、焊接温度场及应力场、焊接残余应力的影响规律,结果表明,离焊接热源越近的位置,温度上升速度越快,峰值越高,冷却速度越慢。双层双道焊中,后焊的焊缝金属对先焊的焊缝金属有热处理作用,使残余应力降低,且数值比单层单道焊低。随着焊接热输入的增加,温度峰值也相应提高,塑性变形宽度也随之增加,焊缝的纵向残余应力增大,而横向残余应力增加不明显;预热可以提高整个焊接工件的工作温度,从而缩小焊接工件整体温度与焊接过程中的最高温度差距,所以相应的热应力也随着减小,对减小纵向残余应力有所帮助,而横向残余应力减小幅度较小。
  本文又对单独一个导弹尾翼两侧角焊缝焊接顺序对结构焊后变形的分布规律进行模拟研究,研究结果表明,四种焊接顺序的模型模拟得到的变形趋势相同,均为尾翼沿Z轴方向收缩以及沿Y轴方向偏移。这四个焊接顺序的尾翼残余变形分别为3.221mm、2.610mm、3.573mm以及2.423mm;焊接顺序1及焊接顺序3是同时进行相同和相反方向的热源移动,所以它们的横向残余应力较分别进行焊接的顺序2及4的大。焊接顺序1及焊接顺序3的横向残余应力分布趋势波动较大,焊接顺序2及焊接顺序4的横向残余应力曲线较接近且变化趋势相对比较稳定,其中焊接顺序4的焊接变形、等效应力及横向残余应力是四种焊接顺序中最小且变化趋势最稳定。
  本文最后根据焊接质量最佳的焊接顺序4对导弹全部四个尾翼,八条角焊缝进行数值模拟分析,表明它们的横向残余应力分布趋势基本一致,稳定保持在150MPa左右,所以这种焊接顺序较为合理。
[硕士论文] 党中岳
控制科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着美国反导系统的日益发展成熟和在全球范围内的实际部署,弹道导弹突防策略近年来一直是学术界研究热点。根据弹道导弹飞行阶段的划分,其突防策略可以分为助推段突防、中段突防及末段突防,不同的飞行阶段有相应的突防手段,例如助推段可使弹体自旋对抗激光反导,中段分批释放诱饵,末段再入机动等,本文即研究弹道导弹末段突防策略。从总体上来说,末段突防策略可分为两种:运动学策略和电磁学策略,运动学策略即设计末段运动方式,使对方反导拦截弹难以预测其运动轨迹,电磁学策略则压制或欺骗反导拦截弹弹载雷达导引头,使对方雷达不能有效跟踪目标。通过单独或综合运用这两种手段,达到末段突防的目的。
  首先,末段突防策略的研究需要一个完整的攻防对抗的平台,包括运动学和电磁学平台。因此,在发射坐标系中建立了弹道导弹运动学模型,并对再入突防机动进行了建模,将再入弹道分为惯性段、平飞段及末制导段,在提高再入段突防能力的同时保证了打击精度,并通过全弹道仿真得到可靠的进攻方弹道导弹的末段飞行数据。
  其次,以美国PAC-3基本参数为设计蓝本,建立了防御方末段反导拦截弹运动学模型。现代先进的末段反导拦截弹都是以动能直接碰撞的方式摧毁目标,为此对传统的比例导引律进行了改进,得到预测拦截点比例中制导和末制导,从而使脱靶量满足动能直接碰撞要求。通过以上步骤,得到进攻方和防御方完整的运动学模型。
  再次,为了建立电磁对抗平台,在参考PAC-3拦截弹导引头性能参数的基础上,建立了反导拦截弹弹载单脉冲PD雷达导引头的馈源天线模型、检测概率模型和信号处理模型,从而给有源雷达诱饵的设计提供了对抗蓝本。在上面模型的基础上,又设计了噪声式有源诱饵、距离—速度同步欺骗式有源诱饵和角度欺骗式有源诱饵。通过以上步骤,建立了进攻方和防御方完整的电磁对抗模型。
  最后,为了评价各种突防策略的有效性,本文设计了五种攻防对抗仿真场景,通过脱靶量等方面的对比分析来验证本文所设计再入突防机动、噪声式和距离—速度同步欺骗式有源诱饵和角度欺骗式有源诱饵等末段突防策略的有效性,得到了一些有建设性的结论。
  弹道导弹末段突防手段还有很多,本文只是对其中典型的突防方式进行建模和仿真,后面还需要进一步的研究。
[硕士论文] 范华平
机械设计及理论 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:整流罩作为导弹的关键部件,在导弹飞行过程中承受大气层的气动力、气动热以及其他有害影响,保证内部的有效载荷、平台和其他仪器设备不受影响。在日常维护过程中,整流罩的连接工作通常需要由三名地面操作人员完成150个径向螺栓的装配,用时两个半小时,耗费时间长,工作量大,不利于导弹的快速装备。研究新型整流罩连接机构,缩短整流罩的安装与拆卸时间,具有非常高的应用价值。
  针对导弹舱段间连接结构特点和技术要求,本文设计了两种基于锁紧钩爪形式的新型整流罩连接机构。根据不同方案进行了整体设计,分析其结构优缺点,优选出最佳方案,并对该方案中连接机构的支撑轴、对接面等局部细节进行了优化设计。经过计算,在同样三名操作人员的工作下,新型整流罩快速连接机构只需在48分钟内便可完成对接工作,大大缩短了整流罩的对接时间,提高了工作效率。
  依据整流罩对接端的典型工况,对新型整流罩连接机构进行静力学分析。首先在Creo3.0中建立有限元模型,然后导入有限元分析软件Abaqus6.12中,定义连接机构的材料属性、划分网格、加载载荷以及提交运算等,最终得到不同工况下的应力与位移。通过仿真分析,新型整流罩连接机构能够满足任务要求中的静力学要求。
  根据整流罩的工作环境等因素,对新型整流罩连接机构进行动力学分析。首先,通过模态分析获得新型整流罩连接机构的各阶固有频率与振型。其次,针对连接机构的整体模型,分别在X、Y、Z方向进行了随机振动分析与谐响应分析,验证了新型整流罩连接机构动力学特性的合理性。
  在整流罩连接机构力学仿真分析的基础上,本文加工出缩比样机并进行了试验研究,主要包括快速性和磨损检验、拉伸试验。试验结果表明:新型整流罩快速连接机构不仅能够满足力学特性要求,而且具有很快的连接速度,满足设计要求。
[硕士论文] 傅质彬
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:电动舵机是导弹制导过程中的主要执行机构,其性能参数在很大程度上决定了导弹制导系统的精确度和稳定性。电动舵机综合力测试系统通过对负载力以及舵机工作过程中的喷气推力进行测试,得到电动舵机在实际工作过程中的性能参数,对于提高导弹飞行过程中的精确度具有重要意义。
  本课题来源于与航天院所的合作项目,主要研究目的是以电动舵机为对象,先对其在工作过程中的负载力进行模拟,校验其舵面位置的准确性,再对电动舵机静态及动态过程中的喷气推力进行测试,研究分析电动舵机不同工作情况下的输出推力测试机理,确定合理的承力壁面位置,提高喷气推力测试的准确性。
  首先,根据初制导综合力测试系统的各项技术要求分别进行负载力测试及推力测试系统的结构方案研究设计,其中包括负载台、静态喷气推力测试台和动态喷气推力测试台的主要结构设计。
  其次,本文采用非定常湍流分析理论对喷气过程中的冲击射流的各个流场区域进行应力分析,并且通过Fluent软件对流场环流区转折处位置进行流场仿真分析,从而得到喷气推力测试值较为准确的承力壁面位置。
  在此之后,通过ANSYS软件进行冲击力作用下的测力结构挠度变形仿真分析。由于冲击射流自身具有较高温度,因此进一步利用Fluent软件进行温度场仿真,对测力结构在热载荷和机械载荷作用下的力学特性进行比较分析,比较仿真结果后对承力壁面进行优化设计确定较优壁面结构。
  最后,为了验证扭簧设计的合理性以及承力壁面位置仿真值的准确性,基于Labview软件对负载转角测量、电动舵机摆频测量以及推力测量进行了测试系统设计。在此基础上,通过负载测试实验得到力矩与转角之间的关系曲线图,将试验数据与设计数据相比较,验证前文扭簧结构设计的合理性。此后进行了推力测量试验,将试验所得H/D值与承力壁面所受压力值绘制关系曲线图并进行分析,验证前文流场仿真分析结果的准确性,为后续测试系统的改进优化提供了实验参考。
[硕士论文] 李文琦
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:本课题源于航天科工二院“目标模拟器研制”科研项目。随着红外跟踪制导和半实物仿真技术的不断发展,以制导和目标仿真系统为支撑技术构建的红外点源旋转目标模拟器装置,可在实验室环境下模拟导弹实弹射击,完成对导弹运动的跟踪测试,具有目标跟踪定位精确、视野完整、大幅降低实验成本等优点。
  通过对红外制导模拟系统深入研究,结合模拟器设计指标,提出一种具有旋转摆动能力的目标模拟器总体方案;选择合适的支撑架材料并使用ANSYS/Workbench软件对其进行模态分析,确定结构方案的可行性,提出以旋转摆动机构为核心的机械结构设计,对转动过程中的关键部位校核;确定以辐射源为核心的光学系统,利用ZEMAX软件来设计模拟器的红外光学系统,以确保导引头入瞳与光学系统出瞳相重合;设计以PLC为核心的控制系统,选择合适电机并完成相关选型计算。
  根据模拟器工作特点和控制要求,对转动机构的稳定性进行ADAMS振动分析,使用MATLAB/Simulink建立伺服电机模型,由此搭建位置速度双闭环控制仿真模型调节出控制参数,并使用模糊化方法对速度环控制参数进行优化,同时完成对PLC程序指令的编写。提出一种确定黑体温度对应辐照度值的计算方法,使得目标光学系统在给定波长时的辐照度值达到导引头敏感域值时,保证导引头对目标运动的跟踪能力,分析目标靶模拟运动目标的原理,完成弹目距离、接近速度及路径长度的相关计算。
  根据共轴与非共轴系统的特点,分别来分析误差变化情况。首先推导像差关系的数学表达式,分析共轴系统引起的球差,之后分析装调或透镜制造过程中产生的偏心误差,该误差破坏了系统的共轴性,需要进行静力学分析得到最大位移量,利用D-H法建立坐标系,结合轴系及安装误差求正向运动学解,得出光源入射位置,求出偏心倾斜量引起的彗差及像散,并分析衍射问题产生的影响,最后使用ZEMAX来评价像质,分析公差。
  设计红外点源旋转目标模拟器相关实验方案,完成测试样机的加工及运动性能测试实验,测试过程中使用LabVIEW软件采集角度与角速度数据,验证摆动的精准性及运动的平稳性;完成不同振动强度下导弹信号接收实验,结果表明所设计的红外点源旋转目标模拟器装置满足设计要求。
[硕士论文] 汤润洲
控制科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:近数十年来滑模控制作为一种具有高鲁棒性的非线性控制方法,得到了大量学者的深入研究。滑模控制理论是一种具有控制器设计简单,控制时间较短,抗干扰能力强,物理上容易实现等优点的控制理论,可以使系统有效的应对来自系统内部的不确定性和来自外部的干扰。由于制导末端过程要求系统具有高稳定性,迅速精确打击能力,以及攻击角限制能力,滑模控制被广泛应用于制导律设计中。为了进一步提高导弹自身的性能,需要对导弹制导控制系统进行整体化考量,实现导弹的姿态控制与制导一体化设计(Integrated Guidance and Control,IGC)。
  本文以末端制导控制中导弹打击机动目标为研究背景,基于滑模控制理论,考虑导弹自动驾驶仪一阶动态特性,设计了一种近似的一体化制导律。又结合动态面控制和非线性扩张状态观测器设计了一种全新的一体化制导律。本文的主要内容如下:
  首先,本文介绍了导弹制导模型中常用的坐标系以及各个坐标系之间的转换关系。针对滑模控制介绍了其基本控制原理,介绍了终端滑模控制等几种常见的滑模控制,在数学上对滑模控制的到达态和滑模态进行详细描述,对滑模控制的鲁棒性进行分析,说明了其抖振现象产生的原因,抖振现象的危害,以及消除系统抖振的几种常用方法。举例介绍了动态面控制思想以及相对于反步控制的优点。给出了有限时间收敛定理及其证明过程。
  其次,将导弹视为质点,给出了导弹质心的动力学与运动学方程,忽略俯仰平面和偏航平面间的耦合性,给出了俯仰平面内导弹制导控制的运动学方程以及二维平面内导弹目和标之间的拦截方程。
  再次,结合二维平面内导弹目标拦截方程和自动驾驶仪的一阶动态延迟特性给出了二维平面内的准一体化制导模型。针对该模型,基于快速终端滑模面和快速趋近律设计了一种全局快速终端滑模制导律,应用李雅普诺夫稳定原理证明该制导律在任意状态下满足全局快速有限时间收敛。通过仿真实验分析表明该制导律能够有效的补偿了自动驾驶仪的延迟,满足攻击角的限制,并且具有较短的制导时间。
  最后,在导弹俯仰平面内的运动学方程和二维平面内导弹目标拦截方程的基础上构建了俯仰平面一体化制导模型。针对该模型,结合动态面控制与非奇异快速终端滑模面设计了一种考虑攻击角限制的一体化制导律。另外,考虑到非奇异快速滑模控制器中的切换函数和目标的未知加速度带来的扰动会导致系统的抖振,增加系统的不确定性,本文还给出了一种新的非线性扩张状态观测器,并将该观测器的估计值用于抵消一体化控制中的不确定性,最终设计了一种具有低抖振特性的一体化制导律。最后选择追击具有正弦加速度的目标的场景将上述两种一体化制导律进行仿真与对比。仿真结果表明,带非线性状态观测器的制导律具有更好的性能,能更好的完成制导任务。
[硕士论文] 梁壮
控制科学与工程 哈尔滨工业大学 2017(学位年度)
摘要:临近空间高超声速目标具有高速、大机动等特点,给探测和制导均带来挑战。由于侧窗探测的影响,中末交班需在不对称视场条件下满足拦截器过载可用区间的约束。同时,在不同的中末交班条件下,目标的机动及导引头的探测噪声等随机误差对拦截精度的影响不同。因此考虑交班误差、过载可用区间以及交会角等约束条件,对拦截的中末交班条件进行分析和设计是十分必要的。
  本文以临近空间高超声速目标拦截问题为研究背景,对中末交班条件进行分析和设计。主要工作如下:
  首先,给出坐标系定义及转换关系,建立惯性视线系下的弹目相对运动模型,并给出侧窗约束的数学描述,为后续的建模和分析提供基础。
  其次,给出不对称视场约束下拦截器可达区域计算方法。引入新的滚转角和攻角定义,推导建立角约束方程,以此为基础建立模型分析拦截能力与滚转角及攻角的关系,得到拦截能力对于滚转角及攻角的约束条件,进而获得拦截器中末交班可用过载区间约束条件。更进一步,基于弹目相对运动模型和中末交班初始时刻的可用过载区间,给出拦截器的可达区域范围计算方法。
  然后,基于决策树方法对交会角约束进行分析。建立多影响因素的相对运动分析模型,考虑模型的非线性及随机性给交会角分析带来的困难,提出基于决策树的交会角约束分析方法,设计并进行决策树训练得到决策树模型,并分析提取交班条件规则。分析各规则中交会角与弹目速度比对于拦截过程的影响关系,得到拦截器需用过载随不同交会条件的定量变化规律。通过仿真验证了规则区间的形成原因及分析结果的正确性。
  最后,研究多约束条件下完整的交班条件设计问题。给出基本的交会方式并分别分析其可行性。推导给出侧向交班和纵向交班设计条件的可行解,并通过仿真结果说明交班条件设计的可行性和正确性。
[硕士论文] 李博文
导航、制导与控制 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:现代战争中,导弹技术不断发展,促使空中的作战环境变得更加复杂。智能化机动目标的出现,使得导弹的拦截制导问题正在面临着严峻的挑战。为了提高拦截机动目标的概率,有必要研究一种新的导引策略。本文以机动目标的拦截问题为研究背景,结合博弈理论中的动态博弈和矩阵对策,提出了一种基于博弈理论的导弹拦截制导策略的新方法。
  首先,建立了拦截弹与目标的数学模型。分别为一对一拦截与多对一拦截两种情况。根据导弹末制导过程的弹目相对运动关系,分别推导出弹目运动方程,并将其转换成非线性状态空间表达式。在本文中,研究该非线性状态空间表达式时不需要将其线性化,因此更加符合导弹飞行末端的物理意义。
  其次,建立了拦截弹末制导的博弈模型。同样为一对一拦截与多对一拦截两种情况。运用博弈理论中的动态博弈与矩阵对策相结合的方法,将拦截弹末制导过程转化为博弈论中的二人竞争博弈模型。选取目标规避策略中有限种机动形式的线性组合作为策略集,再通过选取末制导过程中适当的收益函数,建立了拦截弹末制导的动态博弈模型。
  再次,研究了基于博弈论的一对一拦截问题的制导律。以一对一拦截为背景,运用模型预测算法和粒子群优化算法,求取了此动态博弈模型的纳什均衡解。通过求取的纳什均衡解,得出了分段的切换策略形式的拦截制导律。仿真验证了基于此方法得出的拦截制导律的有效性。
  最后,研究了基于博弈论的多对一拦截问题的协同制导律。以多对一拦截为背景,运用模型预测算法,求取了此博弈模型的纳什均衡解,并得到了适用于多对一拦截问题的协同制导策略。仿真结果验证了该制导律的有效性。
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