为了解决无人机自主空战中的机动决策问题，提出了一种将优化思想与机器学习相结合的机动决策模型。采用多目标优化方法作为决策模型核心，既解决了传统优化方法需要为多个优化目标设置权重的困难，又提高了决策模型的可拓展性；同时在多目标优化的基础上通过强化学习方法训练评价网络进行辅助决策，解决了决策模型在对抗时博弈性不足的缺点。为了测试决策模型的性能，以近距空战为背景，设计了3组仿真实验分别验证多目标优化方法的可行性、辅助决策网络的有效性以及决策模型的总体性能，仿真结果表明，决策模型可以对有机动的敌机进行有效的实时机动对抗。

为了提高车辆在城市道路上行驶时的燃油经济性，同时减少污染物的排放，针对车联网环境下自动驾驶车辆可以与路侧设施及区域中心控制系统实时信息交互的特征，提出了连续信号交叉口车速控制方法。当车辆距下游各信号交叉口的距离和下游交叉口信号相位及时长可以提前获取时，通过提出的自动驾驶车速控制模型计算出一个使车辆能够连续通过下游多个信号交叉口的恒定速度，同时为了保证驾驶舒适性，采用平滑的三角函数曲线表征加/减速过程中的速度变化，避免了车辆在交叉口处急刹车或急加速的情况。为验证车速控制方法的有效性，基于多智能体技术建立了车联网环境下连续信号交叉口车速控制仿真系统，模拟对比分析了有速度控制和无速度控制下车辆连续通过3个信号交叉口的燃油消耗量、CO₂排放量以及行程时间。结果表明：在低密度车流下，运用该车速控制方法，车辆连续通过3个信号交叉口的平均燃油消耗量与CO₂排放量均减少了30%以上，行程时间减少了约5%；在中、高密度车流下，车辆的平均燃油消耗量与CO₂排放量减少了约20%，并能够节省约15%的行程时间。另外，通过与目前已有的针对单点信号交叉口的车速控制模型的比较，本文提出的连续信号交叉口车速控制模型在节能减排方面更具优势。

针对激波诱导推力矢量控制研究仅限于主流和次流气体为同种气体的研究现状，开展了不同次流气体分子质量对推力矢量性能的影响规律研究。首先采用二阶精度AUSM+格式和k-ω SST两方程湍流模型求解三维Favre平均Navier-Stokes方程，模拟了喷管复杂干扰内流场。然后计算了He、N₂和CO₂等次流气体在不同注气角度、注气压力和主流落压比下的矢量偏转角度和推力系数。计算结果表明：平均分子质量越小的次流气体矢量偏转角度越大，推力损失越小。因此可选用平均分子质量小的气体作为次流气源，或者将从燃烧室引出的高温燃气与分子质量小的气体混合。

针对行车环境下列车晃动和环境噪声对钢轨磨耗测量的影响，提出了一种轨腰小圆弧自动提取方法，实现了钢轨轮廓的高精度配准。首先，提出了基于截断残差直方图的多项式拟合方法，寻找廓形最优拟合曲线，降低了噪声对轮廓拟合的影响；然后，针对拟合曲线的曲率分布特征，提出了基于动态窗口的最大曲率熵区间搜索算法实现轨腰小圆弧的自动分割；最后，基于两侧轨腰小圆弧拟合2个圆心作为匹配基准点，实现钢轨测量轮廓与标准设计轮廓的对齐配准。静态实验结果表明，该方法的系统测量误差均值和标准差都控制在0.01 mm之内，具有较小的测量误差和良好的重复性。现场动态测量也验证了该方法在行车环境下的重复性精度，多次测量结果的重复性良好，钢轨磨耗动态测量偏差控制在0.2 mm以内。

为了强化涡轮叶顶间隙泄漏抑制，提出了将被动式气动封严与叶尖几何改型方法相结合用于抑制叶尖泄漏及其损失的流动调控新方案。对叶顶凹槽与自发射流耦合的3种典型方案进行了模型试验和数值模拟，探讨了2种被动式抑制方法的耦合机理。研究表明，叶顶凹槽与自发射流（STI）之间存在明显耦合作用，当自发射流出口位于凹槽底部时，自发射流与凹槽涡（GV）预先掺混，导致2种抑制效应相互抵消，无法对泄漏流形成有效抑制，为不良耦合。而当自发射流出口位于凹槽压力边或吸力边时，自发射流的反吹阻滞效应与凹槽涡的动能耗散效应相叠加，对泄漏流形成2次有效封堵，为有效的耦合方案，而且以自发射流出口位于凹槽吸力边时，对泄漏流的抑制效果最佳。

为研究心率变异性（HRV）指标在管制员（ATC）疲劳检测中的适用性，搭建模拟管制实验平台，利用生理记录仪实时记录20名被试正常和疲劳状态下的心电（ECG）信号，并采集其主观疲劳度（卡罗林斯卡嗜睡量表）和操作绩效。利用偏相关分析选取与被试疲劳等级相关性高的心率变异性指标，并用于管制员疲劳检测的多元线性回归建模。分析结果表明：SDNN与被试的疲劳状态无相关性；LFnorm和HFnorm与疲劳程度呈弱相关；RR间期均值、LF/HF均与被试的疲劳度存在较强的相关性，二者结合建立的多元线性回归模型，拟合优度大于0.5，RR间期均值和LF/HF可作为检测管制员疲劳的有效指标。本文研究成果可为未来的管制员疲劳实时检测提供科学依据和实验支撑。

目标特征的建模、仿真和分析对于合成孔径雷达（SAR）基于图像的自动识别（ATR）系统具有重要的意义。研究了海面舰船目标的电磁散射计算以及雷达成像仿真。基于矩量法及其并行计算方法，对电大尺寸舰船目标及与海面复合的散射特性进行了研究，给出了不同频带、空间方位、极化的散射特性。在频域对回波数据作离散傅里叶逆变换，得到海面舰船目标的一维距离像。运用极坐标格式成像算法得到其二维聚束SAR成像结果，清晰地重构目标的轮廓。

采用Udwadia-Kalaba方程构建的操作臂轨迹跟踪控制器名义模型中，初始条件难以满足约束方程，数值求解过程产生误差累积造成的约束违约是亟待解决的问题。通过在数值求解过程所产生位置和速度项上添加修正项直接消除违约误差的方法，对该问题进行了研究。根据Udwadia-Kalaba建模思想，构建了期望轨迹下三杆操作臂的动力学名义模型并进行轨迹跟踪仿真。分别利用传统的Baumgarte约束稳定法与所提出误差直接消除法对仿真数值结果进行了修正。结果显示，所提误差直接消除法可更加快速直接地将约束违约控制在更小范围，更适用于操作臂动力学名义模型修正的使用。

硬度是材料力学性能的重要指标之一，目前采用超声无损检测方法评价材料的硬度指标存在诸多挑战。通过搭建高精度声时测量系统，采用超声纵波脉冲反射回波法测量不同热处理45钢试件沿厚度方向的超声波传播声时，计算超声纵波声速。同时改变门信号的测量方式，研究不同热处理及门信号测量方式对超声纵波声速评价材料硬度的影响。建立材料硬度、微观组织以及超声纵波声速之间的映射关系，得到超声纵波声速评价45钢试件硬度指标的标定模型，并对标定模型进行验证。标定模型预测硬度误差满足工程应用误差10%的要求。

磁悬浮控制敏感陀螺（MSCSG）是一种新概念陀螺，采用洛伦兹力磁轴承为力矩器驱动转子径向偏转。针对MSCSG转子旋转过程中产生不平衡振动的问题，分析了不平衡振动产生原理，并建立了解析模型。首先，分析了MSCSG的工作原理。然后，确定了转子不平衡条件下转子几何轴与惯性轴间的几何解析关系；推导了转子不平衡振动力矩数学模型，并对不平衡扰动量的能观性进行了判定；建立了包含振动源的磁轴承-转子控制系统模型，对闭环系统的不平衡振动产生机理进行了分析，并对不同转速下不平衡振动的响应特性进行仿真，仿真结果验证了所提出模型的正确性。最后，根据转子不平衡振动的特点提出了对其进行抑制的要求，为实现MSCSG转子不平衡振动控制奠定了理论基础。

电力线谐波辐射（PLHR）作为一种人为的电离层电磁环境污染源被广泛认可，其对电离层状态的影响亟待研究。基于DEMETER卫星高能粒子探测器（IDP）的数据，采用PLHR事件自轨道和发生前后重访轨道综合分析的方法，研究了中国电离层中发现的72例PLHR事件发生前后电离层高能电子投掷角、低中高3个能带的电子通量的影响。结果表明，在PLHR发生前极少数事件出现了投掷角增大的现象，且低能带的电子通量倾向于减小的趋势。这可能是PLHR产生的影响，也可能是由于电离层高能电子状态的这种变化导致PLHR更容易被探测到。

为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响，提出了一种基于指数积（POE）公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节旋量理论值和实际值之间的伴随变换关系建立了空间机械臂实际运动学模型，对运动学模型取微分建立了线性化的运动学误差模型，给出了基于最小二乘法的运动学标定模型。进行了7自由度空间机械臂运动学自标定仿真，仿真结果表明运动学标定过程能快速收敛到稳定值，标定后空间机械臂末端位姿精度有明显提高。

2个四旋翼无人机（UAVs）的吊挂飞行问题属于协同合作的范畴，现有的很多应用将该问题考虑为只有一个目标函数的控制系统。为了充分利用无人机各自的性能，将其看成是具有不同目标函数的决策主体，并在非合作博弈的框架下进行控制器设计。首先，建立了受控系统的数学模型及其线性形式，同时引入作用在吊挂负载上的外部干扰。然后，将该模型转换成开环信息结构下的有限时间差分博弈问题，并将该问题的纳什均衡解和滚动优化的思想相结合，设计一种基于状态反馈的滚动纳什控制器。最后，通过2个仿真实例验证该方法可以很好地控制无人机进行协同与合作。

电磁定位系统（EM）凭借其精度高、反应灵活、操作简便、价格便宜以及无遮挡效应等优点，被广泛应用于各种需要进行跟踪定位的领域。在介入手术中，EM可以很好地解决因人体组织对介入器械的遮挡而无法进行精确光学定位的问题，能够对介入器械的位姿进行精确定位。但EM是通过电磁感应原理对介入器械进行跟踪定位，因此手术环境中存在的铁磁性物质产生的干扰磁场会导致EM的磁场产生畸变，从而影响其定位精度。对EM的定位原理进行了分析，通过分析EM受干扰前后传感器在相同位置的位姿变化，提出一种基于薄板样条函数的电磁定位系统校正方法，对EM受干扰后的位姿进行校正，并通过实验验证该方法的有效性。

针对现有机场地面运动扰动恢复方法对计划路径偏离、滑行道关闭等干扰事件的应对能力不足，以及轨迹调整过程缺少量化评价指标优化等问题，提出一种基于混合整数规划的扰动恢复方法。利用优化技术协调受扰动影响的航空器计划轨迹，降低干扰事件对场面运行效率和其他场面调度问题的影响；同时，引入迭代冲突规避策略提高求解效率。基于真实机场布局的实验结果表明，该方法能够在计划路径偏离和滑行道关闭2类干扰事件出现后，快速、有效地调整航空器的计划轨迹，使机场地面运动恢复安全有序状态。

高超声速飞行，激波后高温气体会发生电离，飞行器气动热环境复杂。5组元（N₂，O₂，NO，O，N）、7组元（N₂，O₂，NO，O，N，NO⁺，e^-）和11组元（N₂，O₂，NO，O，N，N₂⁺，O₂⁺，NO⁺，O⁺，N⁺，e^-）热化学反应采用Gupta化学反应模型，分别数值研究电离作用对高超声速热化学非平衡气动热环境影响。本文分析了不同催化壁面条件下，高超声速热化学非平衡电离流场气动热环境特性。电离作用对激波离体距离和气动力载荷的影响很小。5组元热化学非平衡不考虑电离作用，流场温度和壁面热流密度偏大。11组元热化学平衡强电离流场温度最低；7组元热化学非平衡弱电离流场NO⁺和e^-生成量过低；11组元热化学反应能对热化学非平衡电离流场气动力和热流密度载荷可靠预测。壁面催化作用会增大壁面热流密度，但它对高超声速热化学非平衡电离流场温度和气动力载荷的影响很小。

为提高微机电系统（MEMS）陀螺的精度，提出一种基于松弛Chebyshev中心（RCC）的最优定界椭球（OBE）算法，并用于陀螺阵列信号的融合。以单个陀螺误差输出模型为基础，建立了阵列系统的机动融合模型；由于噪声统计特性的不确定会导致传统融合方法精度下降，引入仅要求噪声未知但有界的集员估计理论，运用OBE算法实现角速率信号的稳健估计；在OBE算法中，往往采用椭球几何中心作为真实值的点估计，但该中心并没有理论上的最优特性，而可行集的Chebyshev中心具有很多优良特性，同时，考虑到准确的Chebyshev中心求解十分困难，转而求解可行集的RCC，作为速率信号的点估计，设计了以RCC作为输出的OBE更新过程和新的参数优化准则。采用6个陀螺构成的阵列进行了验证试验，结果表明基于该算法的阵列估计融合方法在获得角速率保证边界的基础上，可以进一步提高MEMS陀螺精度。

针对不确定条件下液体推进剂贮箱的可靠性评估问题，基于贮箱应力强度与区间凸模型理论，确立了贮箱应力强度可靠性评估方法。首先，在液体推进剂贮箱数学模型的基础上，分析推导了贮箱的应力分布，结合应力强度理论，确定了贮箱的等效应力。其次，结合应力强度干涉理论及正则化区间面积比方法，定义了贮箱的应力强度区间凸模型可靠性指标。最后，结合某型火箭推进剂贮箱的实际参数，将贮箱等效应力与临界应力的不确定性转化为区间凸集形式进行了实例验证，并与椭球凸模型可靠性指标结果进行了对比。结果表明：应力强度区间凸模型可靠性指标可准确评估贮箱的完全可靠状态，并可将贮箱非完全可靠状态下的可靠度量化到[0, 1]区间。

时间触发以太网（TTE）静态调度表的生成依据可满足性模理论（SMT）；如果时间触发（TT）流量集合的规模较大，需要分批选取流量子集进行增量化调度求解，选取的次序对于计算耗时具有显著的影响。采用严格周期利用率因子（SPU）量化各条流量的可调度性，按照调度难度降序分批选取流量组成流量子集，并依次对流量子集进行SMT求解，同时采用可调度性检查和约束缩减措施，提出并形成了一种基于可调度性排序的增量化时间触发调度表生成方法。在求解过程中，如果出现局部不可调度的情况，则进行回溯操作；同时引入干涉时间作为已调度集合对于未调度集合的联合约束条件，大规模缩减了这两种集合之间的约束数量，进一步提高了求解效率。案例研究表明，与随机排序、周期升序和可调度难度升序的增量化调度方法相比，该方法的回溯次数随系统规模增长的速度显著降低。

为了全面考察舰载机（CBA）弹射起飞系统的安全性能，在绝对坐标系下，利用自然坐标法，建立了弹射起飞过程的多体耦合动力学模型，结合舰载机弹射仿真曲线，从舰载机加速度和飞行轨迹两方面研究了不同参数对弹射安全的影响规律。仿真结果表明：在弹射滑跑阶段，弹射力对水平加速度影响较大，在自由飞行阶段，发动机推力对水平加速度影响较大，而起飞重量在整个弹射过程对加速度均有明显影响；定力栓临界值的增大对加速度、飞行轨迹影响不大，但需要考虑其带来的结构振动和时延效应；较长的剩余甲板可以增加离舰升力，从而有效减小离舰下沉量；舰船纵摇可引起飞行轨迹大幅下沉，应避免舰船纵摇位移最大的时刻离舰起飞，其中舰船运动引起牵制杆的提前释放也应是控制弹射时间的考虑因素之一；弹射起飞安全性设计是一个多变量寻优过程，单一要素的优化难以得到满意结果，需综合分析各要素的影响。

捷联惯导系统（SINS）中惯性测量单元（IMU）的转位方案设计对系统的快速标定具有重要影响。目前常见的转位方案是转轴与敏感轴重合，该方式每转动一次，仅有2个敏感轴位置发生变化。为更高效地激励误差，设计了一种IMU在转台上的偏轴安装方式，并基于这种方式提出一种新的转位方案。通过合理设计转轴与敏感轴之间的角度，使其在每次转位时有3个敏感轴位置同时发生变化，开拓了IMU新的转位空间，从而在标定陀螺组件的12个主要确定性误差时，可将传统转位方式下的最少6位置标定进一步缩减为偏轴转位下的4位置标定。通过理论分析与仿真实验表明，2种方案标定精度相同，但偏轴4位置标定方法的标定时间要比静态6位置标定方法减少33%，且标定结果的稳定性要好于静态6位置标定方法。

低电平扫描场（LLSF）测试是飞机级高强辐射场（HIRF）效应试验的重要内容。分别建立了方形舱室内置模式搅拌叶片的仿真模型和试验系统，验证了外部LLSF照射下非封闭舱室内产生统计均匀特性电场的可行性。以方形舱室和圆柱舱室模型为对象，提出了基于遍历和递归算法的场均匀区域检验方法，获取了模式搅拌工作下的2种非封闭舱室内的有限均匀区域，为实际飞机级LLSF试验过程中接收探头的布置提供重要指导。

多头环面蜗轮滚刀通常采用螺旋槽，以降低刀齿负前角的绝对值、并均衡每个刀齿左右两侧的前角，从而提高滚刀的切削性能。由于环面蜗轮滚刀螺旋线上各处的螺旋升角不同，所以各个刀齿左右两侧的前角均衡问题更为复杂，鲜有螺旋槽前刀面的精确成形方法的研究。基于环面蜗杆专用数控机床，提出采用双锥砂轮磨削螺旋槽环面蜗轮滚刀前刀面的方法，根据齿轮啮合理论，建立由双锥产形面展成平面二次包络环面蜗轮滚刀螺旋槽前刀面的数学模型，给出每个刀齿两侧在分度环面螺旋线上的前角计算公式。算例计算结果表明：如果采用直槽滚刀，对应的前角在-19.530 3°~19.530 4°；通过合理的参数选择，可使得螺旋槽滚刀对应的前角在-8.1°~7.3°，有效减小了刀齿负前角的绝对值。对环面蜗轮滚刀螺旋槽进行仿真加工，并且在仿真软件中对前角进行测量，测量结果与计算结果相吻合，证明本文方法的正确性。

针对功耗和工作频率对22 nm FDSOI背偏和28 nm体硅体偏电路的偏置能力进行对比和分析。以带有4级分频电路的65级环阵（RO）为例进行后仿真，后仿真结果表明，利用背偏技术的22 nm FDSOI环阵的输出频率可在57.8~206 MHz的范围内进行调节，相应的工作电流变化范围为24.4~90.4 μA；而利用体偏技术的28 nm体硅环阵的输出频率调节范围则为92.8~127 MHz，对应的工作电流变化范围为67.8~129 μA。对22 nm FDSOI工艺的环阵进行了实测，实测结果与仿真结果一致。分析认为，在功耗和性能2个方面，22 nm FDSOI电路的背偏调节能力优于28 nm体硅电路的体偏调节能力。

随着航空运输业的快速发展，日益增长的空中运输需求对机场运行效率提出了更高的要求。在分析场面运行机理的基础上，建立以滑行道调度模型为上层模型，以停机位再指派模型为下层模型的双层规划模型并设计遗传算法求解。以中国某大型机场实际运行数据为例，对所建模型进行仿真验证。结果表明：相比于先进行停机位指派再进行滑行道调度的人工调度策略，该双层规划策略中停机位扰动值下降26.3%，平均滑行时间下降24.79%，滑行道系统与停机位系统运行的效率均有提高，本文联合调度策略进一步提高了场面运行效率，可为机场实际运行提供理论指导。

在自动驾驶和机器人导航系统中，里程计是用于持续获得系统姿态信息的一种装置。视觉里程计能以较低代价获得高精度的目标移动轨迹，基于特征的视觉里程计方法具有时间复杂度较低、计算速度快的优势，有助于数据实时处理。然而，传统基于特征的视觉里程计方法面临着2个技术瓶颈：特征匹配的准确度不足；姿态解算中目标函数的权重值有效性低。为了解决帧间特征匹配准确度不足的问题，本文提出特征交叉检验闭环匹配策略，即在传统单向闭环匹配的基础上，增加反向验证的过程，以获得匹配准确度更高的匹配点集合。该策略解决了传统特征匹配中使用单向闭环匹配策略鲁棒性不足、内点比例低的缺陷，提高了解算精度。同时在交叉检验匹配策略中利用前一时刻的运动信息缩小当前时刻特征匹配的搜索范围，降低特征点匹配的时间复杂度。针对目标函数的权重值有效性低的问题，本文将特征点在图像序列中的出现次数作为其生存周期，提出基于特征点生存周期的目标函数权值设置方法。在姿态解算中，特征点的生存周期可以有效反映其稳定性，使用其作为目标函数权值可以降低解算过程中的累积误差。本文在公开的KITTI数据集中进行算法测试，实验结果证明该方法可以实现高精度、实时的视觉里程计算。

磁异常探测是一种在地球物理领域有着广泛应用的探测方法，磁异常场的空间分布规律信息是磁异常探测的主要理论依据。对矩形铁磁性物体空间磁场模型进行了推导，利用ANSYS Maxwell分析了大型铁磁性物体近场的磁异常场空间分布规律。针对不同地磁场方向条件，得到了近场空间磁感应强度总量分布及矢量分布规律，揭示了在不同条件下磁感应强度模量场和矢量场都具有普遍的对称性和规律性。通过对仿真模型进行缩比试验，测量了类似条件下模型近场的磁感应强度模量场和矢量场信息，验证了仿真得到的磁异常场空间分布规律的一致性和正确性。