空军工程大学学报

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  2026年27卷第2期目次

• 基于LightGBM 算法的飞行冲突探测研究

  张立彪1,2,温祥西1,吴明功1,梁亮2,李佳威3,彭川4,苏蕊1

  针对几何飞行冲突探测方法时效性差,机器学习探测样本不均衡等问题,提出了一种融合空间几何建模与机器学习的飞行冲突探测方法。首先,结合飞行器位置和速度等多维特征,基于速度障碍法和三维圆柱保护区,通过几何方法判定冲突。为了解决几何判断时效性较差的问题,引入机器学习方法。由于冲突样本较少,训练样本不均衡,选择具有类别权重调整机制的轻量级梯度提升机(LightGBM)算法。最后,在西安地区实际采集的二次雷达数据上对所提方法进行验证,实验结果表明所提方法运行速度较几何方法提升了3.91倍,相较随机森林(RF)及K近邻算法(KNN)等典型算法,该方法在冲突判断的准确率分别提升了19%和91%。

• 基于改进粒子群算法的军航多机场终端区空域进离场点规划方法

  陈炜,余付平,沈堤,彭娅婷

  针对现有方法对军航多机场终端区空域动态适配性不足的问题,通过对比军民航运行差异,提出冗余设计与动态调整机制,构建以流量均衡和飞行路径最短为优化目标的多目标规划模型。在传统粒子群算法基础上,融合模拟退火算法的局部优化机制、NSGA-Ⅱ的非支配排序策略及Logistic混沌映射初始化方法,设计了改进的多目标粒子群模型求解算法,进一步利用熵权-逼近理想解法对解集进行综合评价与优选,最终确定了最优的进离场点规划方案。结果表明,相较于传统多目标粒子群优化(MOPSO)算法,改进算法所得解集的超体积指标平均提升约23%,反世代距离指标平均降低约45%,空间度量指标平均降低约39%,该方法能够有效平衡流量均衡与飞行路径优化之间的矛盾,为军航多机场终端区空域的高效规划提供了科学依据。

• 超环面电机电压特性及电磁转矩分析

  刘欣1,2,韩瑶1

  针对超环面电机变截面螺旋定子的空间电磁结构,提出了一种基于等效电机模型的电感计算方法。首先,对蜗杆内定子的空间螺旋电流进行分解,得到有效电流分量,建立行星轮转子公转和自转时的等效电机模型,推导了其公转和自转电角度间的关系。然后,基于双反应理论推导了内定子螺旋绕组的电感,揭示了电感随行星轮转子位置的周期性变化规律以及电感的有效性。由超环面电机的电压和转矩方程,得到其电压极限椭圆、电磁转矩变化规律及最大转矩电流比轨迹。结果表明,电压极限椭圆受交轴磁路饱和效应的影响呈现为类椭圆,电磁转矩随行星轮公转电角度周期性波动,最后讨论了超环面电机电磁参数对电磁转矩的影响,为该电机转矩控制策略的优化以及工程应用推广奠定了基础。

• 基于朗缪尔探针诊断的螺旋波等离子体源放电实验研究

  段朋振1,苏晓璐1,谢平1,李益文2

  针对螺旋波等离子体源放电机理复杂、放电特性不明确的问题,采用射频补偿朗缪尔探针诊断方法,系统研究了氩气、氦气和氮气等工质气体放电特征,以及磁场强度、射频功率和气体压力对氩气放电特性的影响。实验结果表明,氩气在放电强度和离子密度方面表现最优,更适用于电推进系统;磁场是实现感性放电向波耦合模式转换的必要条件;在特定参数下(0.40 Pa、200 G),氩气放电在600 W 功率附近发生H-W模式转换,且在波模式下离子密度能够达到1018 m-3 量级;适当增加放电气体压力,可以提高功率耦合效率,提高放电强度,但当压力增加到一定程度,离子密度增加趋势变缓甚至达到饱和状态。结论表明,螺旋波放电模式转换与外部参数密切相关,该研究为揭示其物理机制及推进器应用提供了实验依据。

• 面向于卫星应用的单馈金属网格圆极化天线

  杨文冬,孙海洋,张笑源,赵巡

  提出了一种基于丝网印刷铜浆料的金属网格圆极化天线,相比于传统工艺和透明材料成本更低、更易于制造且绿色环保。该天线可以集成在太阳能电池板上,用于立方体卫星或其他微型卫星。其结构旨在相对于单馈圆极化提高轴比带宽,同时相对于双馈圆极化简化复杂的天线结构,采用渐变线宽的圆环以及网格的馈线和接地板作为天线贴片,通过不对称的接地板和特殊的馈电方式来实现圆极化特性。仿真和测试结果表明,所提出的天线在C波段(4~8 GHz)能够产生有效的信号辐射,其阻抗带宽达到68.3%(5.5~11.2 GHz),轴比带宽为25.1%(5.44~7 GHz)。该设计在保持足够轴比波束宽度的同时,实现了4.86 dBic的峰值增益,充分满足卫星对地通信的应用需求。

• 基于U-Net神经网络构建三维磁基准图方法研究

  郝奥伟1,胡景2,3,纪晓琳1,杨宾锋1,郭娇娇1,刘嘉正1,冶得成4

  地磁位场的向下延拓算法在数学上是典型的不适定问题,针对传统地磁数据向下延拓易受到噪声和延拓距离影响的问题,利用U-Net神经网络对磁异常向下延拓进行探究,简单棱柱体和复杂组合棱柱体正演获取的不同高度的磁异常作为机器学习的标签,每组数据标签为5 000组,训练集、测试集和验证集的比例为8∶1∶1,机器学习标签的构建综合考虑了模型体中心几何位置,模型体的长、宽、高,磁化倾角、磁化偏角和磁化强度信息。在无干扰实验情况下,单个棱柱体模型和3个组合棱柱体模型的平均预测相对精度分别为97.0%和95.2%,在5%高斯噪声的干扰下,组合模型的平均预测相对精度为94.9%,呈现出较好的抗干扰特性,同时在实验涉及的延拓距离范围内,表现出较强的距离鲁棒性,验证了U-Net网络可以有效地实现向下延拓,在三维磁基准图构建中具有广泛的应用前景。

• 基于高阶人工势场的多智能体低震荡避障蜂拥控制

  万路军1,2,李强1,肖博漪1,田继伟1,钟赟3

  针对蜂拥控制二阶系统存在震荡且初始响应慢的问题,通过整合多智能体系统所需人工势场通用性质,提出了高阶人工势场的蜂拥控制算法。将势场梯度视为智能体预期位置的偏差,从轨迹跟踪的角度出发设计控制率,并将人工势场海森矩阵引入到蜂拥控制之中,设计了一种基于能量的Lyapunov函数,分别证明了蜂拥控制方法的稳定性和多智能体系统运行过程的避障性。最后通过数值仿真计算,证明所提的高阶势场法显著提升了多智能体蜂拥控制的响应速度,有效缓和了多智能体系统的震荡现象。

• 基于PF-CA* 算法的多无人机无冲突路径规划

  杨佳乐,吴亚荣,赵顾颢,周志崇,魏潇龙,张磊

  针对低空经济背景下高密度无人机安全运行与避撞的紧迫需求,提出一种基于质因数分解与合作A* (PF-CA* )融合的多无人机无冲突路径快速规划算法。算法融合质因数分解与哈达玛积运算,实现了飞行中无人机之间的毫秒级冲突检测,并设计了基于高度调整的局部路径规划方法;改进CA* 算法预留表机制,在保证飞行前初始路径最优的基础上,降低多无人机初始路径的重合度;设计三阶贝塞尔平滑曲线库,结合起飞前规划路径的动作特征,识别转折点并实现路径的高效平滑处理;仿真结果表明,基于该方法开展的无冲突路径规划,具备路径规划优、重合度低和高实时性的突出优势,在5 km×5 km 空域内,百架级无人机实现单次集群运行成功率90%以上,可以为复杂城市低空多无人机路径规划问题提供解决思路。

• 三级倾斜磁极六极矩电磁发射装置设计与优化

  韩磊1,刘少伟1,熊玲2

  针对传统多极矩电磁发射装置存在的级间磁场耦合弱、旋转力矩生成效率低等问题,提出一种基于倾斜磁极结构的三级六极矩电磁发射装置(3S-TP-SFEL)。通过引入平行四边形截面的驱动线圈,提高级间磁场分布的均匀性,增强弹丸涡流路径与磁场梯度的动态匹配性能。基于有限元仿真软件Maxwell,采用场-路耦合方法对比分析新结构与传统模型的电磁特性及运动响应。结果表明:倾斜磁极结构通过改善轴向与周向磁场的分布,使电枢转速由2 125 r/min提升至3 000 r/min;通过参数扫描优化,在触发位置35 mm、扭转角17°时,电枢轴向速度达203.26 m/s,转速提升至16 738.02 r/min。研究验证了倾斜磁极结构增强多级磁场协同加速能力的有效性。