北京航空航天大学学报

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余培军, 王维, 李建成

2011, 37(7): 757-761.

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摘要:
研究了对地观测卫星在有限推力作用下,快速轨道机动到目标区域上空的优化算法.分析了任务需求并选取两次点火的变轨方法,使算法更具普适性.推导出考虑J2摄动的三维空间的有限推力动力学方程.使用Lambert方法确定有限推力时间变量的取值范围,并在此基础上使用遗传算法进行优化,最终得到时间最优意义的优化结果.通过一个算例对整个优化算法做了验证.结果表明该算法精度高、计算时间短,适用于快速轨道机动任务.

某型固定翼飞机协调转弯鲁棒控制律设计

王新民, 肖亚辉, 邓婉, 谢蓉

2011, 37(7): 762-765,781.

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摘要:
以某型固定翼飞机为例,针对协调转弯时侧滑过大的现象,采用了鲁棒H_∞状态反馈控制与常规PID(Proportion Integration Differentiation)相结合的控制方法设计控制律结构.基于固定翼飞机线性化模型,研究了H_∞状态反馈在横侧向控制律设计中的应用,并分析了滚转角和飞机速度对转弯半径的影响.仿真结果表明所设计的控制律可行有效,同时验证了对影响转弯半径因素理论分析的正确性.

脉冲星导航在高精度卫星轨道修正中的应用

黄显林, 陈拯民

2011, 37(7): 766-771.

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摘要:
X射线脉冲星导航系统(XNAV,X-ray Pulsar Based Navigation)能够为航天器提供自主的定位服务,但是XNAV存在精度较差,且受航天器钟差和脉冲星时间模型误差的影响而产生近似常值偏差的缺点.分析与仿真指出,在采用XNAV单独导航时需要2颗脉冲星可达到完全观测,而采用XNAV和星间观测的组合导航时仅需要1颗脉冲星即可达到完全观测,同时组合导航能够将轨道修正的精度提高10倍以上,并将由于常值偏差造成的估计误差抑制在0.2 m以内.在现实的噪声设定下,采用标准XNAV单独进行轨道修正,仅需要两颗脉冲星即可取得50 m以内的估计精度;而采用组合导航时,在单脉冲星的导航方案下,...

具侧向脉冲力制导炮弹的非线性稳定性分析

杨红伟, 窦丽华, 甘明刚

2011, 37(7): 772-776.

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摘要:
研究了制导炮弹受侧向脉冲推力作用后处于大攻角情况下的非线性运动稳定性问题.应用首次积分描述了弹丸的运动方程,得到了描述攻角余弦变化的多项式,通过对多项式的分析将弹丸角运动稳定性的问题转化为求解多项式的负根问题,最后运用霍尔维茨定理给出了弹丸非线性运动稳定的充分条件,为非线性运动条件下弹丸的飞行形态的预测、脉冲执行机构的设计等问题提供了一定的理论依据.

高超声速再入滑翔飞行器多约束轨迹快速优化

王俊波, 宋勋, 宋剑爽, 任章

2011, 37(7): 777-781.

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摘要:
为适应高超声速再入滑翔飞行器高动态、多约束的特点,提出了一种快速轨迹优化方法.轨迹优化时将倾侧角控制曲线表示为飞行器能量参数的分段线性函数,从而使纵向轨迹优化问题转化为多维非线性规划问题,并采用序列二次规划(SQP,Sequential Quadratic Programming)方法进行优化求解.横侧向轨迹控制采用偏航角跟踪视线角的方法,设计了视线角误差走廊边界随速度变化的取值,研究了倾侧角反转策略,避免了传统优化中求解倾侧角反转时刻所需的迭代运算.仿真结果表明:该轨迹优化方法在一般高性能微机上生成一条约10 000 km左右的飞行轨迹耗时约5 s,具有较快的优化速度,且精度较高,有一定的工...

应用气动斜坡和燃气发生器的超燃燃烧室

闫明磊, 韦宝禧, 徐旭, 史新兴

2011, 37(7): 782-788.

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摘要:
为增强超声速燃烧过程中的燃料掺混,设计了一种被动式燃料掺混增强结构:气动斜坡/燃气发生器组合燃料喷注结构,并在直连式超燃试验台上对这种喷注结构进行了纹影、油流谱等冷试和热试试验.同时数值模拟了超声速流场中气动斜坡/燃气发生器组合结构的流动及燃烧特性.结果表明:气动斜坡/燃气发生器组合结构有助于燃料的掺混,掺混效率由单独气动斜坡喷注器情况下的60%提高到了75%;总压损失主要由壁面摩擦产生,气动斜坡和燃气发生器产生的总压损失相对较少;作为燃烧室点火器使用的燃气发生器起着点火和助燃的双重作用.

基于柔性曲杆的车辆跟踪算法设计与实现

张晓媚, 陈伟海, 刘敬猛, 赵志文

2011, 37(7): 789-794.

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摘要:
针对前车有加速度和转弯时无法保证跟踪精度的困难,提出一种柔性曲杆的新算法应用于车辆自动跟踪.假设前后车间有一根虚拟柔性曲杆联接着,杆长等于前后车间沿着前车轨迹线的距离长,杆的弯曲变形与前车的转弯半径相同.利用短圆弧半径来记录前车转弯半径,解决了传统轨迹方程不平滑连续的问题;对于后车跟踪的速度控制,设计了一个基于杆长与安全距离的加速度分类模糊集,用以更新后车的线速度,避免了后车行驶中出现的磕头现象.最后,在三维机器人仿真软件中进行实体编程仿真,结果表明该方法具有可行性,轨迹跟踪误差达到1 cm以下.

蟑螂机器人崎岖路面行走算法设计与实现

陈斌, 王建华, 陈伟海, 任冠佼

2011, 37(7): 795-800.

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摘要:
针对直接串联式结构承载能力较弱的问题,设计了一种基于双四连杆构型的仿生蟑螂机器人,该构型运动灵活,承载能力强且可以实现解耦控制.建立了该构型的数学模型,进行运动学分析,求解出机器人的正解以及逆解.采用压力感应电阻(FSR,Force Sensing Resistor)以及光电开关联合检测蟑螂机器人行走在崎岖路面时足端是否落地的信息,而且提出一种新的足端轨迹规划实现蟑螂机器人在崎岖路面的快速行走,综合之前的运动学计算,设计了可用来控制蟑螂机器人在崎岖路面行走的算法,实验验证该算法可以控制机器人在崎岖路面以10 cm/s的速度行走.

综合路由的无线传感器网络覆盖调度

付寅飞, 熊庆旭

2011, 37(7): 801-804,838.

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摘要:
利用目前公认为理论上最好的无线传感器网络集中式覆盖控制算法MCLC(Most-Constrained Least-Constraining),结合DD(Directed Diffusion)和LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)路由协议,基于节点最小剩余能量调度覆盖集,观察最小剩余能量不同选取对节点能耗和均衡性以及网络生存期的影响.研究能耗均衡性和网络生存期的关系,提出了一种新的一般性能耗均衡的覆盖集调度的方法.仿真结果表明:所提方法可以有效提高网络生存期,同时为设计覆盖控制算法和覆盖集调度策略提供理论指导.

薄壁精密罐多道次缩口过程及其机理

陈汇, 郎利辉, 杜传军, 罗晓亮

2011, 37(7): 805-810.

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摘要:
基于薄壁精密罐的多道次缩口工艺,分析了各道次缩口材料的变形行为,对首道次缩口与后续道次缩口进行区分,给出在不同道次缩口中缩口入模角的定义,探讨了各道次间缩口行程的控制规律,并利用有限元数值模拟进行了验证,采用专用实验设备所获得的实验结果也证实了该规律,决定了不同道次解析分析的基础不同;基于主应力法推导出了不同道次缩口载荷计算公式,证实各道次缩口工艺中最佳入模角的存在,载荷计算结果与实验结果较为吻合,并计算得出缩口载荷随凹模入模角的变化规律.

基于可变S盒的随机加密方案

王文华, 郑志明

2011, 37(7): 811-816.

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摘要:
研究了可变随机S盒对分组密码安全性的意义,给出了一种新的使用可变随机S盒的随机化分组密码算法,并在此基础上提出了相应的加密方案:在分组密码算法中,保持算法结构不变,将S盒作为变量,利用可变的S盒来抵御密码分析.随后给出安全性评估,证明该方案提高了分组密码抵抗目前已知攻击的能力.最后从S盒的生成方式与算法结构两方面讨论了改进策略.

绳驱动并联机器人张力约束工作空间分析

陈伟海, 杨洋溢, 吴星明, 陈泉柱

2011, 37(7): 817-821.

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摘要:
绳驱动三自由度机器人可以实现空间的自由转动.由于绳索只可拉伸不可压缩的单向特性,研究驱动绳索张力对机器人的控制具有重要意义.运用几何和矩阵的方法可以分析绳索的张力分配情况;在存在张力约束的条件下,提出张力系数作为评价张力分配优劣状况的指标,通过计算可以得到张力系数分布图,从而对机器人工作空间有直观的认识,进而提出有效的张力优化算法;通过对最小预紧力影响因素及选取方法的讨论,可以得到动态最小预紧力实时计算公式,保证绳索时刻处于张紧状态;通过样机的力检测系统张力反馈的实验可以验证理论推导.通过对以上几部分的分析和研究,可以对四绳驱动三自由度机器人的张力问题有综合全面的认识.

无人机自动空中加油精确对接控制

王宏伦, 杜熠, 盖文东

2011, 37(7): 822-826.

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摘要:
针对无人机自动空中加油对接段的精确控制问题,提出了无人机自动空中加油的控制方案和策略,并在分析加油机尾涡干扰和加油锥套自由摆动及其对受油机影响的基础上,设计了适用于自动空中加油精确对接控制的受油机参考轨迹发生器和轨迹跟踪控制器.轨迹跟踪控制器采用线性二次型调节器方法,并充分考虑了加油过程中各种干扰的影响.仿真结果表明,该导引控制方法具有良好的快速性和抗干扰能力,可以满足空中加油的任务要求.

高超声速飞行器迎角观测器及控制器设计

陈洁, 周绍磊, 宋召青

2011, 37(7): 827-832.

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摘要:
针对高超声速飞行器非线性动力学系统中所特有的输出非线性、状态向量强耦合等特性,综合考虑了飞行中的不确定性、具有复杂非线性输出、状态向量不完全可测量等因素,提出一种基于Lyapunov法的滑模观测器和控制器设计方法,用于解决高超声速飞行器迎角观测器不能精确测量的问题.首先在观测器设计过程中,利用过载输出滑模面构造了Lyapunov函数,确定出观测器收敛的条件,并基于线性化理论求出观测器增益矩阵.然后在控制器设计过程中,采用基于动态面的自适应反演方法设计出控制律,用多层神经网络调节函数逼近系统中的高频未建模动态,设计鲁棒项函数解决了逼近误差的影响问题,并进行了稳定性分析和仿真验证.

充气式机翼的颤振特性分析

谢长川, 王伟建, 杨超

2011, 37(7): 833-838.

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摘要:
充气式机翼的结构刚度由内充气压决定,其颤振特性需要建立静、动力学耦合的分析方法.机翼结构刚度和固有振动特性需要在静力分析基础上计算,进一步计算非定常气动力,从而采用传统的颤振计算方法分析其颤振特性.针对某一充气式机翼采用膜单元建立了有限元模型.在不同内充压条件下,对充气机翼进行了静力分析得到其结构刚度;然后对机翼进行模态计算和颤振分析.研究表明:各阶模态的频率随内充气压的升高而升高;除典型的弯扭模态外,充气机翼的弦向弯曲模态频率较低;充气机翼的颤振形式除常规的弯扭模态耦合外,弦向弯曲模态同样会发生颤振;机翼的临界颤振速度随内充压的变化近似呈分段线性变化;临界颤振模态及耦合分支在一定气压范围内保...

半捷联式导引头视线转率提取算法

杨宝庆, 徐龙, 姚郁

2011, 37(7): 839-843.

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摘要:
捷联式光学导引头的探测装置直接固联于弹体上,许多现有的制导信息处理方法都不再适用.对半捷联式导引头进行研究,根据其与常平架式与捷联式导引头不同的配置方式,推导了滚仰式和偏航俯仰式半捷联导引头视线转率提取算法,并分析了影响半捷联导引头视线转率提取精度的主要因素及误差传递关系,通过Simulink仿真验证了算法的正确性.

科氏质量流量计全数字闭环系统的设计与实现

王帅, 郑德智, 樊尚春, 田婧

2011, 37(7): 844-848,854.

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摘要:
科氏质量流量计(CMF,Coriolis Mass Flowmeter)全数字闭环系统,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)和现代数字信号处理方法对CMF传感器进行稳定精确的闭环控制,实时性和精度较高.以高速并行器件FPGA为运算和控制核心,在相位控制中引入FIFO(First In First Out)组件,通过控制FIFO的读、写请求信号来改变时间差,实现对拾振和激励信号的相位差准确、稳定的控制;采用不连续和连续幅值控制相结合的非线性幅值控制方法,快速、准确地设定幅值,适应性强,实现对拾振信号幅值的良好控制,并控制拾振信号以稳定的幅值...

用于飞行器视觉导航的地平线检测算法

付丙岛, 丁文锐, 王广彪, 李红光

2011, 37(7): 849-854.

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摘要:
结合航拍视频序列的特点与视觉导航系统的需求,提出了一种基于图像区域相似性和禁忌搜索算法的地平线拟合视觉导航算法.从航拍视频序列中提取单帧图像,并做下采样去噪等相应预处理;初始化禁忌搜索算法的初始解等参数,结合适配值函数,拟合图像中的地平线;用禁忌搜索算法的特赦准则和收敛准则评判拟合的准确性,直到适配值函数值满足收敛准则为止,得出最优解;分解出飞行器的横滚角和俯仰角,并由横滚角和俯仰角的大小决定下次参数校正的间隔,输出结果给控制系统.实验结果表明,与传统视觉导航方法和基于Hough变换的方法相比,此算法具有无参考、实时性好和抗噪性强等特点.

SINS外场系统级标定方法的优化——最佳六位置

牟玉涛, 周振威, 方海涛

2011, 37(7): 855-860.

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摘要:
静态多位置标定问题,不同位置编排方式会影响辨识精度.针对六位置标定方法,通过建立位置编排与惯组9个误差参数(加速度计零偏、标度因数误差和陀螺零偏)标定精度之间的关系,将惯组位置编排问题转化为Fisher信息矩阵的优化问题,并在A-最优、D-最优和E-最优3个优化指标下,给出了惯组位置编排的最优方案,通过仿真与满足可辨识条件的一组位置编排比较,结果表明最优方案能够提高加速度计零偏和标度因数误差的标定精度.

基于AFDX网络的飞行管理仿真系统

李大川, 程农, 李清, 宋靖雁

2011, 37(7): 861-867,876.

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摘要:
系统建模与数字仿真是大型客机飞行管理系统研发的重要阶段.初步建立了基于航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full-Duplex Switched Ethernet)的飞行管理系统分布式实时仿真系统模型.对飞行计划、飞行导引、轨迹预测、性能计算、综合导航、导航数据库、综合显示等核心功能进行了分析建模和算法开发.并在此基础上对飞行管理计算机、综合导航系统、自动飞行系统等仿真子系统进行了设计,在满足实时性要求的前提下,基于AFDX网络与分布式仿真结构实现了对以飞行管理计算机系统为核心的航空电子仿真系统的集成,给出了一种通用的、基于AFDX网络的飞行管理系统分布式仿真框架.仿真系...

基于用户体验的人机界面发展趋势

魏玮, 宫晓东

2011, 37(7): 868-871.

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摘要:
交互设计的本质在于"以用户为本",同时也包括针对多种交互技术与形式的研究,新型的交互式技术也涉及了许多新问题和新范型,实践生产中交互设计在人机界面设计、工业产品设计以及人机工程学设计等多领域有着广泛的应用,它关注用户使用体验,旨在用先进的创意和技术为新兴市场提供整体解决方案.随着信息技术的进步、互联网平台的拓展,为人机界面设计领域带来了新的需求和挑战,将马斯洛的需求理论运用于人机界面设计领域,指出未来的人机界面设计将致力于满足用户深层次体验需求:从目前的"人—机交互"进化为"人—(机)—人交互"的观点.

基于短时傅里叶变换的飞控纵向频域等效拟配

冀翔, 夏洁

2011, 37(7): 872-876.

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摘要:
基于短时傅里叶变换(STFT, Short Time Fourier Transform)方法,进行飞控系统时域数据纵向频域等效系统的拟配研究.对系统的输入信号,运用STFT方法进行分解,得到驾驶员敏感的频带内的信号.利用快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)求取输入输出信号的频谱,由频谱导出系统的频率响应函数,并将其用于低阶等效系统拟配,得到低阶系统参数.这种方法提高了高低阶系统等效拟配的拟配效率,减小了拟配误差,改善了飞行品质的评估结果.

复杂环境下舰载机弹射起飞环境因素建模分析

郭元江, 李会杰, 申功璋, 杨汀

2011, 37(7): 877-881.

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摘要:
舰载机弹射起飞过程复杂,受到甲板运动、舰首气流、地面效应等复杂环境因素的影响.通过构建甲板运动模型、甲板风模型和地面效应模型,描述了弹射起飞过程中复杂的外部环境,并视为附加项加入到常规飞机方程中,建立了舰载机弹射起飞模型.研究表明:地面效应不利于舰载机弹射起飞;甲板风与舰首气流可抑制航迹下沉;舰面运动对舰载机离舰后下沉量影响很大.

电动VTOL飞行器双目立体视觉导航方法

张博翰, 蔡志浩, 王英勋

2011, 37(7): 882-887.

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摘要:
研究了在未知的、动态的室内走廊环境中,采用双目立体视觉引导电动VTOL(Vertical Take-Off and Landing)飞行器安全飞行的方法.使用安装在飞机上的两个微型摄像头从不同的位置获取图像,由双目立体视觉理论恢复其周围环境特征点的三维坐标.采用角点匹配方法计算视差,实现无人机在走廊中的横向坐标定位.采用区域灰度相关算法进行立体匹配获取视差图,从视差图上检测出障碍物,并给出避障导航点.初步实验验证表明,该方法可行性较高,可以作为进一步研究的基础.

直升机两步法抗饱和控制

汪庆, 王永, 彭程, 缪礼锋

2011, 37(7): 888-894,900.

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摘要:
在执行机构饱和约束下,研究了直升机的全姿态控制和速度跟踪问题.提出了一种能适用直升机这样的开环不稳定系统的两步法抗饱和控制方法,即第1步在不考虑饱和约束下设计了直升机H_∞回路成形内外回路控制器,内回路实现直升机全姿态控制和通道解耦,外回路实现速度跟踪;第2步考虑饱和约束,设计抗饱和补偿器弱化饱和引起的闭环性能退化.证明了该抗饱和控制系统的L₂稳定性,并通过回路变换和乘数理论减少其保守性.对UH-60黑鹰直升机的仿真试验表明了该方法的有效性.

航空发动机机匣损伤容限评估及剩余寿命预测

秦丽晔, 吴素君, 赵海涛, 刘颖

2011, 37(7): 895-900.

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摘要:
使用有限元的方法,建立了某航空发动机机匣安装座处局部模型,计算得到了不同尺寸裂纹的应力强度因子的形状因子Y.基于BS7910评定方法,利用失效评估图(FAD,Failure Assessment Diagram)确定了机匣安装座结构在工作应力下的可接受裂纹尺寸为84.8 mm,结构的剩余强度随裂纹尺寸的增加而显著降低,焊缝较母材具有更低的损伤容限和剩余强度.使用缩小宽度模拟验证件模拟工作状态载荷进行了验证试验,当裂纹尺寸与试样宽度比值较小时,与模拟验证件的评估结果基本吻合.根据Paris公式,构件在工作应力下的剩余寿命为74 238周次.

基于上下文感知和用户组的访问控制模型

姚全营, 姚淑珍, 黄河, 谭火彬

2011, 37(7): 901-906.

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摘要:
传统的基于角色的访问控制(RBAC,Role Based Access Control)主要依靠对主题赋予相应的角色来实现对资源的保护,在权限控制时没有考虑执行的上下文环境,也没有考虑在系统中的用户是如何组织和管理的.为了适应应用环境的动态要求,并且方便用户的管理,提出了基于上下文感知和用户组的访问控制(RGBACC,Role and Group Based Access Control with Context)模型,RGBACC将上下文感知和用户组管理加入到RBAC模型中,从应用环境中获取与安全相关的上下文信息来动态地改变用户的权限,并且可以对具有统一职能的用户进行统一管理,同时还保留了传...