随着机器人逐渐应用于生产生活的各个领域，安全性也成为了机器人研究的重要方向之一。根据安全性研究目标对象的不同，分别从机器人自身安全性和交互安全性两方面概述了国内外研究现状，分析了机械结构与控制算法对提高机器人安全性所起到的作用。在此基础上，分析了目前研究还存在结构设计过于传统、对突发情况判断能力较弱、复杂条件下控制柔顺性不足等问题，限制了机器人的推广应用。指出了机器人安全性的研究正向着刚柔混合一体化机构、准确快速的环境判断、良好的柔顺控制的方向发展。

速度多假目标欺骗干扰下，当雷达对机动目标进行跟踪时，会遇到虚假航迹较多、真假目标鉴别难度较大、真实目标跟踪不稳定等难题。针对这些问题，提出了速度多假目标欺骗干扰下基于速度估计径向投影和运动状态计数延迟的目标跟踪算法。首先，采用速度量测和位置量测相结合的双通道机动检测方法，保证速度欺骗干扰下模型切换的准确性和及时性；然后，利用运动状态计数延迟的方法确定目标模型切换后跟踪稳定的时刻；最后，利用基于位置信息的速度估计径向投影构造检验统计量对速度欺骗干扰进行识别。仿真实验表明，该算法有较好的稳健性。

发动机可调静子叶片（VSV）调节规律极其复杂，通过挖掘快速存取记录装置（QAR）数据对VSV调节规律进行了深入研究。首先，通过PW4077D发动机健康状态的QAR数据，建立基于粒子群优化（PSO）算法的支持向量回归机（SVR）模型，来探索VSV调节规律；然后，利用后续航班数据对PSO-SVR模型进行验证，并将验证结果与传统的PSO-BP神经网络模型进行对比；最后，应用PSO-SVR模型进行发动机故障诊断。研究结果表明：PSO-SVR模型的回归预测精度优于PSO-BP神经网络模型，能够准确反映VSV的调节规律。可将其用于发动机的状态监控和故障诊断，亦可为VSV控制系统设计提供参考。

针对低成本皮纳卫星实现高精度姿态控制问题，提出了一种飞轮与MEMS固体微推力器（SPM）阵列双模式执行机构联合控制方法。采用全局快速终端滑模控制律解决皮纳卫星受扰机动快速稳定的问题，并通过了Lyapunov稳定性证明。推导出能量最优切换模型，即分为飞轮单独控制、飞轮与固体微推力器联合控制以及固体微推力器单独控制3个区间，达到了高稳定精度和固体微推力器最低消耗的双重效果。同时利用蒙特卡罗法方法搜索实际力矩与指令力矩最接近的固体微推力器分配矩阵，以合理安排固体微推力器的点火顺序，使其消耗最少。通过计算机仿真计算表明，提出的飞轮与MEMS固体微推力器阵列双模式执行机构联合控制方法可以使低成本的皮纳卫星完成高精度的控制任务，姿态角精度为0.045 7°，姿态角速率精度为0.006 2（°）/s。

冲压空气涡轮（RAT）是飞机应急能源系统的能量提取部件，涡轮叶片设计和气动性能研究是实现风能高效利用的关键。针对某型飞机应急能源系统的功率需求，依据叶素-动量理论设计RAT叶片，采用计算流体力学（CFD）方法以多重旋转坐标系（MRF）模型模拟可变桨距RAT全三维混合流场，研究涡轮输出功率和风能利用系数随来流速度和飞行高度变化特性，分析涡轮叶片上流体压力和流速分布特点。结果表明：RAT输出功率和风能利用系数随来流速度和桨距角而变化，飞行包线内不同飞行高度下RAT具有不同的动力性能；通过调整桨距角可以实现RAT的恒功率输出；整个流场流动状况比较理想，但仍有改进空间。

声发射（AE）技术是一种无损检测方法，可以对飞行器中复合材料结构的动态缺陷进行监测。针对AE信号模态成分复杂以及复合材料各向异性导致源定位精度不高的问题，提出基于经验小波变换（EWT）的广义互相关（GCC）时差定位（TDOA）算法。通过EWT对传感器观测到的AE信号进行自适应的分解重构得到其主频模态，有效提高了各通道信号间的相关系数；通过多向波速测量实验对波速进行了多项式拟合；采用GCC法求取各通道信号的时差对AE源进行定位。在平台实验中以T800型碳纤维复合材料板为对象，以断铅信号为AE源对算法进行了验证，实验结果证明了算法的准确性和实用性。

管制疲劳已成为影响民航安全的重大隐患，而准确地检测疲劳是进行疲劳预警、降低疲劳风险的重要手段。为了探讨瞳孔直径是否能有效地检测管制疲劳状态，利用模拟塔台管制软件和眼动仪搭建了实验平台，采集了被试的瞳孔数据和主观疲劳状态，通过分析不同航班流量下疲劳前后瞳孔直径的差异显著性以及变化趋势，探讨了瞳孔直径指标作为检测管制疲劳状态的有效性。研究结果表明：工作时间增大，被动疲劳增加，瞳孔直径减小；航班流量增大，主动疲劳增加，瞳孔直径增大；2种因素共同制约瞳孔直径的变化。通过受试者工作特征（ROC）曲线分析可得，瞳孔直径在0.47架次/min与0.9架次/min 2种不同航班流量下的ROC曲线下方面积（AUC值）分别为0.714和0.653，可以作为检测管制疲劳状态的参考指标。

为研究高超声速进气道的性能参数随飞行高度、来流湍流度及来流马赫数的变化规律，并考察其压缩面上的边界层转捩现象对进气道性能的影响，采用本课题组程序平台HGFS所发展的γ-Re_θ转捩模型进行了一系列的数值模拟工作，并对相应的流动现象和机理进行分析。首先，利用进气道压缩面的简化模型对γ-Re_θ转捩模型经验关联公式的高超声速改进方法进行了验证；其次，以某型等熵压缩面的高超声速进气道为对象，研究了飞行高度、来流马赫数对边界层转捩位置等多个参数的影响。结果表明：随着飞行高度的增加，压缩面上边界层转捩位置延后，进气道总压恢复系数下降；与地表情况相比，在设计飞行高度转捩位置延后了约0.525 m，边界层厚度增加了约73%，总压恢复系数下降了约3.2%；来流湍流度变化0.5%量级可导致转捩位置移动0.2 m左右，但来流湍流度对总压恢复系数的影响则很小。

多电/全电飞机的发展使得机电作动系统(EMA)逐渐应用于飞机舵面的作动，其故障模式和故障影响问题是适航审查的重点。为解决机电作动系统中非指令振荡信号导致的故障模式及故障影响不明确的问题，分析了振荡信号的产生机理、产生位置及表现形式，对变频率、变幅值的振荡信号在机电作动系统中的故障传播和影响展开研究。结果表明:系统架构会改变振荡信号波形，传感器输出振荡信号对系统的故障影响最大，系统舵偏角输出与振荡信号同频率变化，且频率在0.2~3 Hz、8~10 Hz的振荡信号会引发电磁转矩与舵偏角不可接受的振荡，振荡信号幅值影响系统跟踪指令的速度。

为满足毫米级微型涡轮发动机性能设计需求，提出了一种毫米级微型涡轮发动机性能仿真模型。该模型采用考虑低雷诺数效应和传热效应的微型涡轮发动机叶轮特性，并将热平衡方程纳入该发动机性能仿真模型的共同工作方程组。通过与静子结构热网络方程组的耦合求解，实现了微型涡轮发动机特性和部件传热的动态模拟。以典型毫米级微型涡轮发动机为对象建立了仿真算例，研究了启动过程中发动机内部参数的变化规律。结果表明：毫米级微型涡轮发动机转动惯量对其加速性能影响微小，非稳态传热效应是影响其过渡态特性的主要因素。发动机转子和静子部件达到热响应时间存在显著差异，导致发动机启动过程的工作线呈现多拐点的现象。

结合多资源负荷理论及信息认知加工理论，在注意-情境意识(A-SA)模型和注意资源分配SA模型基础上，提出了一种新的SA量化模型。该模型中，多资源负荷作用于低层次的注意感知，初期认知资源衰减结合情境激活后内在的高层次规则可用性匹配，最终输出为个体的SA水平。为验证模型可用性，采用15名被试在不同情境下开展飞行任务模拟，并结合主观的十维度情境意识测评技术(10-D SART)和客观的飞行绩效、情境意识全面测量技术(SAGAT)以及生理测量(心电、皮电及呼吸)进行实验测评。实验分析表明，模型计算的理论值变化趋势与实验结果显著相关，提出的SA量化模型对于指导驾驶舱人机界面设计和优化飞行任务分配具有一定的参考价值。

为提高稀疏信道估计性能, 基于压缩感知(CS)理论, 研究了正交频分复用(OFDM)系统中的导频设计问题。由于已有方法不能准确衡量采样矩阵重建性能, 从而导致根据已有方法设计的导频具有较差的信道估计性能, 因此提出以互相关矩阵元素的立方和为准则准确评价采样矩阵的重建性能。针对OFDM系统信道估计导频设计为离散组合优化问题, 提出了一种并行完全树分组替换搜索算法用于搜索最优的导频。在算法的每次循环中, 先将导频索引集合分组, 再根据每一组替换的结果更新导频, 提出的方法扩大了导频搜索空间, 避免了导频搜索的局部最优问题。仿真结果表明, 提出的评价方法相比现有方法能够准确评价采样矩阵重建性能, 使用提出的准则设计的导频与现有互相关准则相比信道估计均方误差可减小约3 dB。同时, 所提出的导频搜索算法具有更快的收敛速度和最优的导频搜索性能。

地磁导航半实物仿真系统是地磁导航从理论走向工程应用的关键环节，而现阶段实时性是制约其发展的关键技术之一。针对这一问题，重点分析了系统中磁场模拟的延迟效应，建立了磁场模拟过程中电流随时间变化的数学模型，并基于此提出了一种基于超前调节的磁场模拟实时控制方法。仿真实验结果表明，初始调节电流增加18.43%的情况下，系统的实时性提高了5.45倍; 实测实验结果表明，初始调节电流增加18.57%的情况下，系统的实时性提高了3倍。本文提出的方法可以为地磁导航半实物仿真系统实时性的提高提供一种参考。

针对超宽带(UWB)测距过程中随机出现的奇异值，设计了改进的基于最小协方差的马氏距离奇异值检测模块；针对全向机器人的运动学和动力学特点，提出了一种基于滑模+PID控制的逆动力学前馈轨迹跟踪算法；针对UWB定位算法中出现的坐标跳动、边缘效应以及微型四旋翼的运动学特点，设计了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的轨迹跟踪控制算法；并在MATLAB和Gazebo仿真软件中分别进行了验证。为在实际环境验证轨迹跟踪控制算法的速度闭环控制和位置闭环控制以及UWB定位的实时性、准确性，搭建了基于UWB的异构多机器人系统，完成了四旋翼定点悬停、单个全向机器人轨迹跟踪、异构多机器人协同控制实验。实验结果表明，UWB定位系统和机器人控制算法能够满足控制的实时性和稳定性要求。

为了降低有源传感器在获得目标持续量测时被敌方截获的风险，提出一种多传感器协同跟踪与辐射控制的调度算法。该算法首先采用辐射度影响（ELI）衡量传感器辐射，将目标跟踪与辐射控制过程建立为部分可观马尔可夫决策（POMDP）过程。然后以隐马尔可夫模型（HMM）滤波器更新传感器辐射状态、推导长时辐射风险，以无迹卡尔曼滤波（UKF）更新目标状态、估计跟踪精度。最后考虑跟踪任务需求，构建精度约束下辐射控制的长时调度模型，并将该长时调度问题转化为决策树寻优问题，给出决策树节点次优下界值，采用改进分支定界技术（IB & B）快速求解最优调度序列。仿真结果验证了本文算法的有效性。

设计了一种新型结构的磁悬浮式低频振动传感器，用于航空航天微振动的多轴测量。该传感器采用电磁、永磁混合结构以及微弹簧作为支承元件，通过轴向位移检测电路和光电位移传感器对磁悬浮质量块与壳体间的相对位移进行检测，实现低频振动信号的多轴测量。动态测量时，磁悬浮质量块在电磁力、重力和弹力的共同作用下可回到平衡位置并实现稳定悬浮，通过调整传感器的控制电流，可主动控制系统等效刚度和等效阻尼，从而有效地降低了系统的固有频率，扩展了传感器的频率响应范围。理论分析得到该传感器的下限截止频率为0.6 Hz，实验结果表明该传感器具有良好的低频响应，本文方法为多轴低频振动传感器设计提供了新思路。

综合建模形式弹道极限方程中存在11个待定参数，从理论上讲，采用穷举法可以获得其数值大小，但需要的计算时间过长，储存空间巨大，不宜实现，为解决此问题，改用差异演化算法。基于填充式实验数据，采用差异演化算法对综合建模形式弹道极限方程的11个待定参数进行了多目标优化计算。结果显示，方程的总体预测率为82.35%，安全预测率为100%，平均相对误差平方和为0.001 3。该方程对其他来源的49个实验数据的预测结果显示，总体预测率提升了1.32%，安全预测率降低了4.08%，平均相对误差平方和增加了0.007 3，表明差异演化算法适用于解决多参数多目标的弹道极限方程建模问题。

在高轨环境下，由于卫星信号传播链路复杂、损耗衰减较大、信号强度不均匀给全球导航卫星系统（GNSS）应用带来新问题。本文建立了GNSS信号从发射端到高轨航天器接收终端的传播链路模型。通过全链路模拟和等价增益仿真，得到了高轨航天器接收信号强度的分布规律。在此基础上，比较分析了GNSS双星座、三星座和四星座联合导航系统的可用性，为高轨航天器GNSS信号特性分析、多模接收机的灵敏度选择、捕获跟踪算法的设计等工程应用提供理论参考。

对2008—2010年覆盖中国空间的DEMETER卫星电场探测数据进行分析，共识别出328例磁层线辐射（MLR）事件。根据已有MLR事件的频谱特征，研究了中国空间的MLR事件的特征及其可能的原因。对所有MLR事件进行统计分析，结果表明这些事件白昼的出现率高于夜晚，秋冬季的出现率高于春夏季；与地磁活动水平无明显关联，主要出现在中国中低纬度地区空间；频率间隔主要分布在55~95 Hz，频率漂移速率大都在0~0.4 Hz/s，并且频谱最高强度与地理纬度无明确关联。中国空间MLR事件的特征与中国空间所观测到的电力线谐波辐射（PLHR）事件的特征相似，与国外已发现的MLR事件的特征有所不同。

无刷直流（BLDC）电机应用广泛，其温度退化过程呈现多段性，需建立多段退化模型，而模型参数较多时，参数估计过程对初始值敏感且易陷入局部最优。首先，针对电机的加速退化数据进行研究，采用正态加权平均（Gauss滤波）的方式滤波，改进实际数据在模型参数的估计中的应用。然后，引入转换函数对Wiener模型改进，建立多段Wiener模型。其次，以极大化似然函数进行参数估计，计算时采用改进粒子群优化（PSO）算法得到估计值，对比非线性模型的残差的正态性，同时分析各模型理论寿命分布及实际该批次失效分布，确定多段模型合理性；得到的模型结果说明电机在退化过程中发生了退化机理的改变，且变换速度快。最后，以非线性模型不同时刻的寿命分布给出该应力下电机的寿命预测，这对电机的预测与健康管理（PHM）有重要意义。

利用复合材料可设计性强和树脂基体轻量化的特点，并解耦“材料-结构-性能”之间的相互关联，是汽车复合材料结构件设计的难点。螺旋弹簧是汽车悬架系统的主要承载部件，工况复杂，一般采用性能极佳的弹簧钢；若用轻质复合材料替代，必须兼顾安全性与轻量化，设计难度很大。针对上述问题，提出了一种复合材料螺旋弹簧“材料-结构-性能”集成设计方法。依据弹簧受压缩载荷时，簧丝截面应力分布，确定选择±45°铺层的碳纤维复合材料（CFRP）；在满足刚度、强度和安装空间约束条件下，根据复合材料力学和弹簧刚度、强度理论模型，确定初始弹簧几何参数；再进一步利用有限元数值仿真进行校验；将正交实验设计法和有限元数值模拟结合，建立轴向压缩刚度和强度随几何参数变化的响应面模型；采用遗传算法获得满足弹簧性能要求下轻量化效果最佳的设计结果。优化后的复合材料弹簧方案比金属弹簧质量减轻34.4%，为复合材料汽车结构件设计提供了可行的整体解决方案和产品开发实例。

从试验及有限元2个方面对复合材料蜂窝夹芯挖补修理结构的弯曲性能进行研究。通过3点弯曲试验对无损及修理件弯曲性能进行测试，试验结果表明，蜂窝夹芯结构破坏模式为典型的蜂窝剪切破坏，修理件相比于无损件弯曲强度恢复率为110%，修理后结构弯曲刚度也略高于无损件；基于试验结果建立三维有限元模型对蜂窝夹芯修理结构的弯曲性能进行研究，通过用户自定义子程序VUSDFLD编写Hashin失效准则、基于应力的Besant失效准则，实现复合材料面板及蜂窝芯子2种材料的损伤起始及演化。数值模型得到的破坏模式、破坏载荷及弯曲刚度均与试验结果吻合得较好；改变有限元模型参数，研究损伤直径及补片厚度对修理后弯曲性能影响，结果表明，随着损伤直径从30~70 mm逐渐增加，修理件强度先增加后减小，并在损伤直径为50 mm时取得最大值，此外，补片厚度为1~2.5 mm时弯曲强度恢复率高于100%；本文为复合材料蜂窝夹芯结构的修理设计提供了可靠的数值模拟方法。

利用二维非稳态无黏可压欧拉方程模拟得到了能够稳定自持的斜爆震波（ODW）结构，在某时刻从进口边界施加一温度的瞬间变化（分别为下降100 K、上升100 K），从而得到一次温度扰动。模拟结果表明，ODW结构能够顺利过渡，但扰动传播过后，ODW的内部不稳定性被进一步被释放，胞格结构更加清晰；结合定量和定性分析发现，扰动主要以激波、膨胀波和弱压缩波3种形式在燃烧室内传播；对比2种扰动下的结果得出，3种波在爆震区内传播过程中的位置分布相同，但在爆燃区内却完全相反，造成这种结果的主要原因是2种扰动引发的弱压缩波的强度不同，从而对ODW结构调整所起到的作用也存在很大区别；在温降扰动下，3种波沿壁面向下游传播，其中激波会呈现出弓形激波、马赫反射、规则反射和近乎垂直于壁面的正激波4种形态，而在温升扰动下，3种波沿ODW面向下游传播，传播形态也较为稳定。

为提高机场鸟击防范管理水平，实现探鸟雷达与多种驱鸟设备联动，提出一种基于支持向量机（SVM）的机场智能驱鸟决策方法。该方法包括训练和测试两部分。训练部分利用机场鸟类探测预警与驱赶联动系统获取的大量历史鸟情信息，结合专家知识，通过数据预处理与支持向量机训练，建立驱鸟策略分类模型；测试部分根据驱鸟实时智能决策结果，对驱鸟策略分类模型进行持续修正与优化。通过某机场的实测鸟情信息数据与若干驱鸟实例，证明驱鸟策略分类模型具有较高的决策正确率，并能够通过自身修正与优化应对各种新问题。本文方法针对实时鸟情信息，实现了多种驱鸟设备的优化组合，克服了驱鸟设备长期重复运行造成的鸟类对驱鸟设备的耐受性问题，极大改善了驱鸟效果。

缝隙散射是隐身飞机散射的重要组成部分，已有的缝隙散射研究并未给出小角域（-30°~30°）入射时缝隙散射的结果。基于叠加原理的载体对消方法应用于缝隙散射源的电磁散射计算中，可以更精确地研究缝隙的电磁散射特性。通过单缝隙板的一维成像验证了载体对消方法的有效性和准确性，然后研究了在10 GHz频率下，缝隙散射在小角域内随宽度、长度的变化规律，以及极化特性。不同缝隙宽度的研究结果表明：在小角域内，当缝隙宽度小于1/4波长时，水平极化下缝隙散射比垂直极化下大，而当缝隙宽度大于1/4波长时，水平极化下缝隙散射比垂直极化下小；当缝隙宽度增大时，缝隙在垂直极化下的雷达散射截面（RCS）增长速度更快。不同缝隙长度的研究结果表明：在小角域内，缝隙电磁散射均值随着缝隙长度（200~1 000 mm）的增加而增加，散射均值的大致范围：-22.2~-8.4 dBsm（水平极化），-27.3~-13.3 dBsm（垂直极化）；在小角域内，2种极化下，可拟合出RCS均值与缝隙长度的关系，得到某一缝隙长度的RCS，可计算出不同缝隙长度对应的RCS的大致范围。

针对地形轮廓匹配（TERCOM）算法容易受高程测量误差和地形相似性等影响而出现误匹配的问题，以平均平方差（MSD）匹配准则为例，提出了一种相关面内多参照点联合概率误匹配在线判断准则。首先，对测量高程数据和基准高程数据做相关运算，获得待匹配区域内各点的MSD值，即相关面；其次，通过分析高程量测噪声的统计分布，建立待匹配点的MSD概率分布密度函数；最后，计算选取待匹配点为正确匹配点的多点联合概率，并通过阈值判定此待匹配点是否为正确匹配点。仿真结果表明，选取不同的匹配序列长度和测量噪声的情况下，当判定阈值设为0.9时，对正确匹配的判断正确率达到97%以上，且90%以上的正确匹配点都能被保留下来，可以极大程度地避免误匹配。