北京航空航天大学学报

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于子文, 曹义华

2006, 32(07): 751-755.

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摘要:
采用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,分析正常前飞和近地前飞时直升机的流场与性能.在直角坐标系中,采用有限体积法和压力耦合方程的半隐式法SIMPLER(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised)算法求解三维定常不可压的湍流N-S(Navier-Stokes)方程.在分析中,旋转的螺桨被描绘成沿螺桨桨叶展向分布、与本地流动参数相关以及时间平均的动量源项.计算方法还包括K-ε湍流模型和壁面函数法等措施.流场分析和性能预测同实验测量数据的良好的一致性表明,这种CFD方法可以有效的分析直升机的具体设计问题.

一种基于天体观测的月球车位置姿态确定方法

宁晓琳, 房建成

2006, 32(07): 756-759.

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摘要:
针对月球车提出了一种基于天文观测的自主位置姿态确定方法.建立了利用天体敏感器测量得到的天体高度和方位作为观测信息的量测方程,并利用月球车运动的三阶常加速(CA,Constant Aceeleration)模型和姿态的欧拉角运动模型作为系统方程,给出了基于Unscented卡尔曼滤波获得月球车实时位置、速度和姿态信息的导航方法.计算机仿真表明该方法可达到较高的位置姿态确定精度.

飞行器助推段振动环境分析

袁宏杰, 唐环, 姜同敏

2006, 32(07): 760-763.

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对飞行器助推段非平稳随机振动信号采用局部平稳模型进行分析,把此段非平稳随机信号的时变谱分解成2个独立的过程:决定时变均方值的确定性过程和决定频率特性的平稳随机过程.利用小波分析对确定性信号和随机信号进行分离,用信号的全部带宽计算非平稳信号的时变均方值,缩短了平均时间,减少了偏置误差;用信号的整个持续时间确定非平稳信号的谱特性,提高了频率分辨率,减少了随机误差.对分离出的平稳随机振动自功率谱密度进行了归纳,得到了飞行器助推段的振动环境.

航天器交会计算机视觉系统测距求解新算法

朱仁璋, 林彦, 张磊

2006, 32(07): 764-768.

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对航天器交会对接最终逼近段应用的计算机视觉系统,提出目标航天器标志点测距求解新算法.该方法根据标志点构型几何特征,建立非线性测距方程组并构造加权目标函数,按最小二乘问题,采用Gauss-Newton数值迭代法求解测距最佳值.获得测距后,即可应用四元数估算法(QUEST)确定相对姿态与相对位置.对非共面标志点构型(如3点T型与5点锥型)和共面标志点构型(如正方形、矩形、菱形),目标函数均含标志点间距比率关系项;对共面构型,目标函数还包含共面条件项.对共面标志点四边形构型,利用对角线交点的虚影像坐标确定测距求解迭代初值.大量模拟计算结果表明,提出的测距求解算法对共面与非共面各种标志点构型普遍适用,满足最终逼近段相对状态确定要求.

光纤陀螺随机误差模型分析

王新龙, 杜宇, 丁杨斌

2006, 32(07): 769-772.

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陀螺仪的工作精度决定着惯性参考系统的精度,为了减小陀螺仪的误差并提高其精度,需要对陀螺仪误差进行估计与精确建模.提出应用ARMA,Allan方差分析法及功率谱密度PSD(Power Spectrum Density)分析法联合对光纤陀螺FOG(Fiber Optic Gyroscope)的误差特性及建模技术进行了研究.利用Allan方差及PSD分析法对光纤陀螺输出信号的分析,有效地分离并确定影响光纤陀螺输出性能的几种主要随机误差源,并对所建立的光纤陀螺ARMA模型和AR模型的精度进行了评估.对光纤陀螺实测数据的分析表明Allan方差分析法与PSD分析法对光纤陀螺噪声分析结果具有一致性,时序ARMA模型是建立光纤陀螺随机误差模型的一种有效方法.

精确星光大气折射导航观测模型的研究

胡静, 杨博

2006, 32(07): 773-777.

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摘要:
高精度星光折射间接敏感地平的自主导航方法,目前被国内外广泛关注,由于大气参数变化的不确定性,国内外现用星光折射模型有一定局限性,使得利用星光折射导航定位精度大打折扣.根据大气密度随高度、纬度、季节等变化规律,有效改进现有固定高度(25km)的观测模型,可从整体上提高自主导航精度及可靠性.并通过对大气折射原理、平流层大气数据、大气模型以及影响星光折射观测模型的诸多因素的深入研究,建立了自适应连续高度(20~50km)的星光折射观测模型,同时建立带摄动的系统方程,利用Unscented卡尔曼滤波算法进行了计算机仿真研究,并对仿真结果进行了误差分析.

引脚式表面贴装元件的数值热分析

高红霞, 余建祖, 谢永奇

2006, 32(07): 778-782.

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建立了四边引线塑料扁平封装(PQFP, Plastic Quad Flat Package)数值热模拟的详细模型和简化模型,实验验证了这两种模型的模拟精度.对PQFP在机载恶劣环境下的稳态热性能进行了研究,分析了影响元件内、外热阻的各种因素.结果表明,内部采用多层结构设计是改善PQFP元件热性能的最佳方案,而在采用强迫空气冷却时,空气速度不应大于5m/s.对承受脉冲形式热载荷和环境温度随时间变化两种情况下的PQFP元件进行了瞬态热特性研究,获得了芯片结点温度随时间变化的曲线,可用于研究元件因过热引起的热应变、热损坏和电信号失真,为改进和优化元件热设计提供科学依据.

基于局部方法的余度惯性组件故障诊断

熊凯, 张洪钺

2006, 32(07): 783-787.

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摘要:
介绍了局部方法(local approach)原理及其在随机系统故障诊断中的应用问题,讨论了用于故障诊断的样本数目对检测性能的影响,指出通过增加样本数目,可以大大增加局部方法检测小故障的能力,并说明样本数为1时,广义似然比(GLR,Generalized Likelihood Ratio)方法和局部方法的判决函数相同.为了验证所提出方法的有效性,将局部方法用于沿正十二面体对称侧面配置的冗余微机械惯性组件(IMU, Inertial Measurement Unit)故障检测,实验结果表明文中的理论分析是符合实际情况的.

LEO/MEO双层卫星网的分层动态路由算法

苑喆, 张军, 柳重堪

2006, 32(07): 788-792.

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摘要:
由低轨LEO(Low Earth Orbit)和中轨MEO(Medium Earth Orbit)卫星构成的双层卫星网络具有较好的组网通信性能.利用MEO和LEO卫星在长、短距通信中的优势,提出一种分层、分布式的双层卫星网动态路由算法.通过控制链路状态信息的洪泛,LEO卫星只需掌握局部拓扑即可完成短距业务通信,长距通信业务则由MEO卫星承载.将星间链路的剩余生存时间因素引入路径权重中,路由计算的路径是综合考虑了时延与持续时间双重因素的最优路径.仿真结果表明该算法在时延、路由开销、网络业务流分布等方面都具有较好的性能,并且易于系统实现.

一类非线性系统的鲁棒拟人智能控制

廖道争, 张明廉

2006, 32(07): 793-796.

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摘要:
针对一类非线性不确定系统,结合二级倒立摆控制系统设计作为实例,提出一种鲁棒拟人智能控制器设计方法.首先,基于被控对象的物理模型设计拟人定性控制律,采用优化搜索算法得到标称系统的定量控制律;然后在拟人控制律基础上增加一个鲁棒补偿器,用以抑制模型不确定性部分对系统稳定的不利影响、提高系统的鲁棒性.补偿器的设计根据Lyapunov稳定性理论进行,但设计过程中避免了构造具体的Lyapunov函数这一难题.对二级倒立摆系统的稳定控制问题进行了实验验证,实验结果进一步证明了设计方案的有效性.

民航GPS地基区域完好性监视系统设计与实现

朱衍波, 张晓林, 薛瑞, 张淼艳

2006, 32(07): 797-801.

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结合中国地域和空中交通流量分布的特点,提出了中国民航全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)地基区域完好性监视系统GRIMS(Ground-based Regional Integrity Monitoring System)的概念.一个包含7个监测站的地面监测网监测视界内的GPS卫星,判断其可用状况,并将判断结果和重要的监测数据发送到主控站.主控站计算中国范围内的接收机自主完好性监测RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)空洞,同时推算全国民航飞机的实时位置,并向所有位于RAIM空洞中的飞机及时发送完好性告警信息.从卫星出现故障到飞机收到告警信息之间的告警延迟小于7s.该系统已经应用于中国民航,在保证飞行安全的同时提高了飞行效率.

磁悬浮飞轮用电磁轴承低纹波开关功放的实现

张亮, 房建成

2006, 32(07): 802-806.

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针对磁悬浮飞轮用两电平脉宽调制开关功放输出电流纹波大的缺点,提出了一种新颖的三电平脉宽调制开关功放.通过对两种开关功放输出电流纹波的理论估算,得出三电平脉宽调制开关功放可以大大降低电流纹波,进而实现开关功放的低纹波损耗.提出了一种基于SIMULINK的电路原理性仿真方法,该方法所建模型能准确地反映实际系统的特性,为开关功放的设计和调试提供指导.通过对两种开关功放的仿真和实验进行对比,最终表明仿真和实验结果相吻合,仿真和实验均验证了三电平脉宽调制开关功放对减小输出电流纹波的可行性、有效性.

基于自仿射分形建模的干涉仿真

陈依虹, 袁运能

2006, 32(07): 807-810.

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对合成孔径雷达干涉仿真进行了深入研究,阐述了干涉仿真的基本原理,分析了影响干涉合成孔径雷达图像质量的各种噪声干扰因素,重点讨论了干涉合成孔径雷达仿真模型以及建立准确模型的重要性.比较了目前常用的干涉仿真模型,分析了这些模型在仿真过程中存在的缺陷,并基于自仿射分形理论建模仿真了实际的干涉过程,获得了满足合成孔径雷达空间采样率的数字高程模型.仿真结果表明,利用自仿射分形理论仿真不仅可以真实逼真地反映自然目标场景的随机起伏特性和雷达图像特有的几何畸变现象,而且可以对去相干因素进行定量分析,同时有助于验证干涉处理算法和优化系统设计.

GPS卫星信号模拟器中频信号处理与实现

李保柱, 张其善, 杨东凯

2006, 32(07): 811-814.

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利用数字内插、数字滤波、A/D(Analog／Digital)变换等软件无线电方法,建立GPS卫星信号模拟器中频信号处理的数学模型,提出了数字IF(Intermediate Frequency)的实现方法,且在matlab中进行了中频电路建模、优化和验证,完成了从数字基带信号处理到模拟中频信号生成.电路实现时尽量降低信号处理频率,缩小高频信号处理范围.利用verilog在ISE6.3中完成了数字中频模块的设计和仿真,对仿真输出的数字序列进行FFT(Fast Fourier Transform Algorithm)频谱分析,并在FPGA(Field Programmable Gate Arrays)中实现.

基于Stolt插值的近场三维雷达合成孔径成像

李亮, 苗俊刚, 江月松

2006, 32(07): 815-818.

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提出了一种准单站模式雷达以步进频方式工作条件下微波三维全息成像算法,克服了传统成像算法要求远场条件的限制,通过对雷达接收目标回波数据进行合成孔径处理,提高了雷达成像的分辨力以及雷达对目标的探测能力.采用一种新的Stolt插值实现方法,提高插值精度、减少插值的计算时间,通过插值,可以利用快速傅里叶变换来实现目标三维图像的快速重构.给出了实验和模拟目标的三维图像重构结果,表明基于该插值方式的三维图像重构算法可以重构出目标的三维像,实现对目标的探测并具有良好的分辨率.

Stewart平台远程操作试验系统的研制

吴强, 王占林, 李佳, 王志峰

2006, 32(07): 819-822.

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为了研究Stewart平台大时延情况下的远程操作稳定性,建立了相关试验系统.用以太网模拟远程通信信道,连接2套Stewart平台控制系统;利用DirectX技术,对用户屏蔽了具体硬件设备,建立了用户输入接口和视频反馈;利用OpenGL(Open Graphic Library)技术,建立了虚拟操作环境,以便于未来利用虚拟操作环境补偿时延;用神经网络的位置正解方法代替传统方法驱动虚拟模型,获得更高的精度;对通讯的带宽进行在线监控,优先保证指令传输;通过改变发送速率,保证视频连续发送.试验结果表明,用户通过输入指令可以方便地控制平台,平台位姿可以通过虚拟操作环境和视频进行反馈,系统满足了设计要求.

水基有机硅憎水剂对A3钢憎水处理的应用

杨春梅, 朱立群, 陈贻炽

2006, 32(07): 823-827.

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以市售聚硅氧烷乳液为基料,辅以金属盐催化剂和醇胺类改性植酸水溶性缓蚀剂制备的水溶性有机硅憎水剂,用以处理A3钢磷化试样表面.考察了催化剂质量分数、植酸质量分数、植酸溶液的pH值、乳液与改性植酸的比率对憎水剂憎水处理效果及稳定性的影响;探讨了不同热处理温度、浸渍时间及热处理时间等工艺条件下憎水剂对金属表面憎水性的影响并确定了憎水剂配方和憎水处理工艺.结果表明,用该憎水剂处理的A3钢磷化试样接触角可达132°左右,A3钢磷化处理表面的耐腐蚀性能得到明显改善.

三维四向编织复合材料弹性性能的有限元预报

李典森, 卢子兴, 蔺晓明, 卢文书

2006, 32(07): 828-832.

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在四步法方型三维编织复合材料细观结构单胞模型的基础上,假设纱线具有六边形横截面,应用ANSYS软件,建立了实体有限元模型,该模型表面与预制件表面平行,更加符合三维编织复合材料的实际结构,且有利于力学性能的分析,同时,该模型中还考虑了织物的编织角与内部编织角的几何关系.基于该模型,计算了材料的弹性常数,分析了编织角和纤维体积含量对弹性常数的影响规律.结果表明,数值计算与实验结果吻合较好.此外,还确定了材料内部的应力场分布,为材料的强度预测奠定了基础.

航空发动机薄壁机匣激光焊接有限元数值模拟

汪苏, 王春侠, 郭军刚

2006, 32(07): 833-837.

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摘要:
针对航空发动机的关键部件之一——燃烧室薄壁机匣建立了激光焊接的数值分析模型.基于SYSWELD软件的焊接分析功能,运用有限元分析方法研究了燃烧室薄壁机匣环缝焊接时引起的焊接变形,模拟了薄壁机匣激光焊接时的温度场、应力场以及变形情况,同时对焊接模拟中的热源问题从数学上进行了分析和探讨.在此基础上结合整个薄壁机匣的实际工作状况对模拟结果进行了定性分析,验证了分析方法的可行性,为实际薄壁机匣焊接提供了理论依据,有助于薄壁机匣焊接工艺方法的改进.该分析方法对焊接领域类似问题的处理也有借鉴意义.

复合材料层合梁自由振动的区间分析

邱志平, 邱薇, 王晓军

2006, 32(07): 838-842.

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摘要:
利用区间数学研究了具有有界不确定结构参数的复合材料层合梁自由振动问题.将不确定结构参数用区间向量进行定量化,结合区间数学与Taylor级数,提出了求解具有不确定结构参数的复合材料层合梁自由振动问题的区间分析法.与传统的概率分析方法相比,它只需不确定参数所在范围的界限,而不需要其它任何概率统计信息来确定结构振动固有频率的变化区间.通过数值算例,将非概率区间分析法和概率分析方法进行了比较,可看出由区间分析方法得到的固有频率区间包含由概率方法得到的固有频率区间,即概率方法得到的区间宽度比区间分析方法得到的区间宽度要"紧",表明了区间分析方法的可行性和有效性.

虚拟维修仿真建模与控制实现

周栋, 吕川

2006, 32(07): 843-846.

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摘要:
现有的建模技术在描述维修过程及其相关信息资源等方面存在很大不足,同时缺乏将抽象的维修任务描述与底层维修活动仿真相结合的研究,针对此问题提出并建立了维修任务仿真管理模型 MTN(Maintenance Task Net).构建MTN模型框架并建立基本功能模块,同时阐述了MTN建模的3个要素:状态、活动和条件.基于状态描述各种维修资源,基于活动定义维修动作行为,基于条件建立资源与活动间约束关系.进一步阐述MTN驱动虚拟场景进行维修仿真,同时控制管理整个维修仿真过程.最后给出了应用实例,该模型对实际工程中维修工作分析评价的开展具有一定的实用价值.

变截面毛细通道中气泡的运动特性分析

曹瑜, 张佐光, 赵卫娟

2006, 32(07): 847-851.

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摘要:
为了确定复合材料成型过程中气泡的运动条件,利用变截面毛细模拟通道实验系统,研究了气泡在变截面毛细管中的运动行为,分析了气泡长度、毛细管半径及液体种类对气泡垂直穿出行为的影响,并从理论角度推导出气泡穿出的临界压力方程.研究结果表明,气泡垂直穿出变截面毛细通道所需要的临界压力差,随气泡长度和毛细管半径的增大而减小,液体种类对其也有明显影响,实验结果与理论计算值基本吻合.该研究结果将为复合材料成型中工艺参数的优化提供实验依据.

基于Dixon结式的一种9杆巴氏桁架位置分析

王品, 廖启征, 魏世民, 庄育锋

2006, 32(07): 852-855.

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摘要:
将Dixon结式运用到基本运动链的位置分析中,完成了一种对称型非平面的9杆巴氏桁架的位置分析的研究,首次给出了这种巴氏桁架解析解的个数.结合矢量法和复数法建立了4个几何约束方程式,使用Dixon结式构造22×22的Dixon矩阵,对两列提取公因式后展开矩阵的行列式得到一元64次多项式方程,回代过程中去掉6组增根后得到58组解.为了对结果进行验证,使用同伦连续法对同一个数字算例进行计算,两种方法得到结果一致,说明这种巴氏桁架的装配构形数目是58.

基于冗余驱动的大姿态角并联机构优化设计

白志富, 韩先国, 陈五一

2006, 32(07): 856-859.

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摘要:
分析了并联机构的姿态空间,指出了影响姿态空间的因素为物理约束和奇异约束2类,并且分别从这2个方面给出了扩大姿态空间相应的解决方案.以3PRS(Prismatic Revolve Spherical)并联机构为例,提出了采用新的铰链形式和增加冗余UPS(Universal Prismatic Spherical)支链来增大姿态空间的方法,详细描述了动平台能够实现在各个方向90°偏转的机构设计过程,并基于遗传算法以机构整个姿态空间中的灵活度为目标对机构进行了优化.优化的结果通过仿真证实了可靠性,这对于进一步扩大并联机构的应用范围提供参考.

应用于工程设计的多目标优化方法比较

郑赟韬, 方杰, 蔡国飙

2006, 32(07): 860-864.

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摘要:
归纳并分析了几种常用的多目标优化方法,在悬臂梁的双目标极小化问题和火箭发动机系统的双目标极大化问题中,用线性加权法、逐步宽容约束法、NCGA(Neighborhood Cultivation Genetic Algorithm)法求解优化问题的非劣解集;用p模理想点法、最短距离法、极大模理想点法、目标规划法求解优化问题的非劣解.并且在悬臂梁的优化问题中,对不同的定值点用目标点法求解优化问题的非劣解,结果说明不同的定值点对应不同的优化结果.最后分别采用二元相对比较法和模糊关联度法求出以上问题的最佳非劣解.通过2个实例说明了这些方法的特点,证明了这些方法的实用性,适用于一般的多目标优化问题.

基于MPEG-7协议的视频检索系统设计

薛玲, 李超, 熊璋

2006, 32(07): 865-868.

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摘要:
设计了符合多媒体内容描述接口协议MPEG-7(Multimedia Content Description Interface)标准的电影视频检索系统SupEye,包括特征提取、数据存储以及特征检索3部分.特征提取负责提取视频特征与摘要,通过分析电影视频特点,给出了视频结构分析及摘要提取的假设、流程及算法.数据存储负责视频与特征数据的存储,考虑到用户检索历史对检索性能的影响,将MPEG-7多媒体特征描述文件分为视频特征描述文件与用户接口描述文件两类.特征检索构建了一个用于多视频特征检索的3层体系结构(表示层、逻辑层和事务层)并给出了检索结果融合流程.SupEye系统在分析MPEG-7标准的基础上解决了视频特征与用户检索特征的分离、样例查询中的特征分析以及多模态查询的结果融合问题.

一种基于身份的移动自组网认证机制

陈炜, 龙翔, 高小鹏

2006, 32(07): 869-872.

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摘要:
针对移动自组网无公钥基础设施的特点,采用基于身份的密码学算法、分布式秘密共享算法和椭圆曲线加密算法,实现安全高效的移动节点认证.简单讨论基于身份的数字签名算法;介绍如何使用Lagrange插值公式,实现分布式的系统主密钥;然后给出节点密钥安全分发的模型,并在此模型的基础上,基于椭圆曲线加密算法实现安全的分布式节点密钥签发;给出算法安全性和效率分析;根据双线性对的特点,讨论会话密钥的产生和更新.给出的认证方法,具有分布式实现和安全高效的特点,同时可以非交互式产生一次性会话密钥,适用于分布式移动网络环境.

企业门户中基于令牌的角色访问控制模型

朱晓洁, 熊璋, 吴晶

2006, 32(07): 873-876.

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摘要:
企业门户中用户和访问权限管理的研究是一项复杂且具挑战性的工作.传统的基于角色的访问控制模型(RBAC,Role-Based Access Control)在实现上通常受单一系统和应用的约束,因此提出了一种基于令牌的角色访问控制模型(TRBAC,Token Role-Based Access Control)．该模型采用门户平台下的单点登录(SSO,Single Sign On)技术,将RBAC模型与令牌访问机制相结合,使角色能跨越门户平台下所有的Web应用．该模型是一个动态激活的模型,根据用户实际的访问需求动态激活相应角色,为用户管理和访问控制管理提供了一个新的解决方案．TRBAC模型具有统一的用户安全管理标准,支持集中审核和控制．实践表明,采用TRBAC 模型提高了系统的访问效率,保证了系统的安全性．