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2024年  第50卷  第12期

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2024年, 第50卷, 第12期
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空间低速直驱伺服系统低频谐波电流分析与抑制
张鑫, 王子婷, 白超平, 张帅, 孙越强
2024, 50(12): 3603-3614. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0907
摘要:

电机直驱伺服系统输出力矩直接作用于负载,受芯片工艺缺陷、相电感及检测电路非对称、电机定子开槽等因素影响,相电流的一次、二次谐波和齿谐波直接影响电磁转矩的稳定性。为提升系统的低速平稳度,基于电机数学模型和系统传递函数,指出3类低频谐波的产生原因。针对一次谐波,提出一种中心电流电气角更新与机械角赋值算法(CC-EUMA),提高磁路非理想时的谐波抑制能力,针对二次谐波和齿谐波,提出转速环双准比例谐振控制算法(SL-DQPR),在滤除谐波的同时兼具抗扰能力强和调参难度低的优势。通过仿真和实验验证了所提2种算法的有效性。加入算法后,电机空载运行的跟踪误差降低了2/3,实现了系统在有限硬件资源开销下的平稳运行,为空间低速直驱伺服系统的低速控制提供了新思路。

效用增强的差分私有轨迹合成方法
张学军, 许陈, 田丰, 杜晓刚, 黄海燕, 徐彤
2024, 50(12): 3615-3631. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1013
摘要:

轨迹数据对各种应用都具有重要的价值,然而共享与利用轨迹数据的同时保护用户隐私是一个长期的挑战。目前流行的轨迹共享隐私保护方法是基于差分隐私技术来生成与真实轨迹高度相似的完整合成轨迹,然而这些方法会造成合成轨迹可用性低且易遭受位置隐私推理攻击的问题。为此,提出一种效用增强的差分私有轨迹合成方法(UtiE-DPT)。该方法通过多次空间划分真实轨迹数据集,构建了细粒度的自适应密度网格来离散化真实轨迹,并设计了适合于自适应密度网格的差分私有马尔可夫移动模型、轨迹行程分布和轨迹长度分布计算模型来更精确地提取真实轨迹的效用保持关键统计特征,有效增强了合成轨迹的效用。为了防止轨迹隐私泄露,对提取的关键统计特征进行差分私有扰动。根据提取的特征并结合抗攻击约束策略生成抵御推理攻击的合成轨迹。在模拟与真实数据集上的大量实验结果表明,与现有的轨迹合成隐私保护方法DP-Star和AdaTrace相比,UtiE-DPT在保护轨迹隐私和抵御位置隐私推理攻击的同时增强了合成轨迹的可用性。在不考虑抵御推理攻击时,UtiE-DPT生成合成轨迹的查询误差比AdaTrace降低了21%~27%,比DP-Star降低了32%~53%;在抵御推理攻击后,虽然合成轨迹的弹性比比AdaTrace降低了约1%~2%,但查询误差比AdaTrace降低了16%~21%,在隐私保护与效用之间达成更好的均衡。

改进型大气散射模型下的双光幕约束雾图复原算法
杨燕, 张帅, 舒仝
2024, 50(12): 3632-3644. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1010
摘要:

当雾霾退化场景处于光照不均匀的条件下时,部分场景细节不仅会由于雾气遮盖导致可见度降低,同时会因为光照阴影使得部分区域不可见。针对这一问题,提出一种基于改进型大气散射模型的双光幕边界约束的雾天图像复原算法。分析传统大气散射模型的成像原理,利用其退化机理结合Retinex理论对模型进行改进;引入均值不等关系与高斯衰减函数,通过预估特征值的方法对大气光幕进行估计,并设定上下边界对其进行约束;依照改进型大气散射模型求取场景入射光,并利用亮通道先验求取有雾图像亮通道对场景入射光进行补偿;改进局部大气光的获取方法,提出基于中通道的局部大气光估计方法,结合所求大气光幕与场景入射光代入改进型大气散射模型获得无雾图像,并使其与图像纹理层进行融合得到最终的复原结果。根据对实验结果的定性与定量分析,所提算法不仅可以有效复原出场景光照不均的有雾图像,针对其余场景下的雾霾场景也可得到较好的复原效果,且复原场景清晰,明亮度适宜。

基于双价值驱动的到港旅客动力学模型
邢志伟, 阚犇, 朱书杰, 刘子硕, 李彪, 罗谦
2024, 50(12): 3645-3653. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1019
摘要:

为优化综合交通枢纽服务流程,分析了到港旅客聚集行为动力学特性,研究了到港旅客聚集行为在逆伽马分布、伽马分布与卡方分布时间维度间的转变机制,揭示了聚集行为受航班运行时间与换乘方式效用共同影响,并分别转化为到港旅客时间价值与效用价值。在此基础上,基于逆伽马分布、伽马分布与卡方分布建立了双价值驱动的到港旅客动力学模型,输出为参数可调的到港旅客分布。结果表明:参数可调的仿真输出与真实分布相吻合,为枢纽机场到港旅客分布态势的精准预测提供了方法和依据。

航空货运代理人违规行为风险评估
赵振武, 韩亚琼
2024, 50(12): 3654-3665. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0876
摘要:

为有效评估航空货运代理人违规行为对航空货物运输的影响,提出一种具有不确定性量化特征的风险评估模型。基于航空货运代理人违规行为的威胁可能性、安全脆弱性、后果严重性构建贝叶斯网络模型;应用专家的平均差异、专家知识库的欠缺及专家评估的两极分化3个不确定性指标量化航空货运代理人违规行为风险评估结果的不确定性。结合深圳宝安国际机场的应用实例,分析航空货运代理人违规行为的风险及风险评估结果的不确定性。结果表明:风险评估结果符合航空货运实际情况,根据风险等级指数和不确定指数确定的航空货运代理人违规行为优先级顺序,为航空公司和机场开启了有序实施风险预防措施的另一个维度。

一种高超声速飞行器雷达测角误差的分析方法
杨博, 刘超凡, 于贺, 魏翔, 樊子辰
2024, 50(12): 3666-3676. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0879
摘要:

雷达回波穿过大气、飞行器外流场、天线罩后产生的波前畸变对主动雷达单脉冲测角误差有着重要影响。基于此,分析了湍流结构引起的折射率梯度对于波前畸变影响及网格分辨率对波动方程弱形式数值求解精度,提出电磁波动方程弱形式“显式”梯度项修正及涡球模型补充密度场小尺度结构的“梯度重构”方法,通过有限元方法进行了计算机数值仿真。仿真结果表明:雷达测角误差的重要原因之一是小尺度湍流造成的电场畸变,并且随着涡结构尺度减小、波长变长,电场畸变加强,测角误差加大。

基于三元组信息指导的生成式文本摘要研究
张云佐, 李怡
2024, 50(12): 3677-3685. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0896
摘要:

针对当前生成式文本摘要模型在解码时对文本事实性信息利用不充分的问题,提出一种以事实三元组为指导的文本摘要模型 SPOATS。该模型基于 Transformer 结构搭建具有事实提取能力的双编码器和融合事实特征的解码器。构建 LTP-BiLSTM-GAT (LBiG) 模型,并设计最优事实三元组选择算法,从非结构化中文文本中提取最优事实三元组,并获取事实性信息的特征表示;利用改进的 S-BERT 模型对原文进行句子级向量表示,获取语义丰富的句子编码;设计基于注意力的事实融合机制,融合双编码特征来提高模型在解码阶段对事实性信息的选择能力。实验结果表明:在LCSTS数据集上,所提模型相比于基线模型 ERPG 的R1值提升了2.0%,摘要质量得到明显提升。

基于Maxwell改进模型的气动人工肌肉迟滞特性
张业明, 金公华, 石岩, 虞启辉, 孔德民, 和双洋
2024, 50(12): 3686-3695. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0917
摘要:

针对气动人工肌肉非线性程度高、迟滞模型建立困难的问题,研究了气动人工肌肉的迟滞特性,提出了一种基于滑移算子的改进Maxwell模型。搭建了气动人工肌肉的收缩力测试平台,进行了静态力实验和动态力实验,得到了气动人工肌肉的迟滞力曲线,并分别考虑了不同行程、不同充气压力和不同伸缩速率对迟滞环的影响,得到了气动人工肌肉的各项迟滞特性。针对传统Maxwell模型无法很好地表现气动人工肌肉的非对称迟滞特性,将迟滞力曲线分别从上部和下部收缩,得到的各项算子较好地表现了气动人工肌肉收缩力曲线的非局部记忆性和非对称性,将最大误差控制在了6.8%以内,中段误差控制在了2.0%以内,较好地匹配了实验曲线,验证了所提模型的普适性。

基于MTF-SPCNN的小样本滚动轴承变工况故障诊断方法
焦孟萱, 雷春丽, 马淑珍, 薛林林, 史佳硕, 李建华
2024, 50(12): 3696-3708. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0927
摘要:

针对滚动轴承运行工况复杂及样本不足导致故障诊断精度较低的问题,提出一种基于马尔可夫转移场(MTF)与条纹池化卷积神经网络(SPCNN)的小样本滚动轴承变工况故障诊断方法。采用MTF将一维轴承信号转变为具有时间关联性的二维图像;提出条纹池化模块(SPM)并将其引入到网络中,不仅可以加强模型在长距离方向信息的捕捉能力,还可以有效提取远程空间特征;在最大池化层前添加SE注意力机制,增加有用信息的权重,提高模型训练速度,构建MTF-SPCNN模型;将MTF图像输入到MTF-SPCNN网络中进行训练,得到故障分类结果。运用美国凯斯西储大学及实验室滚动轴承MFS数据集验证所提方法在小样本变负载和变转速时的诊断效果,并对MFS数据集进行加噪处理,与其他智能算法进行对比,实验结果表明,所提方法具有更高的故障分类准确率、更强的泛化性能和抗干扰性能。

解耦同类自知识蒸馏的轻量化唇语识别方法
马金林, 刘宇灏, 马自萍, 郭兆伟, 吕鑫
2024, 50(12): 3709-3719. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0931
摘要:

针对唇语识别模型因参数量和计算量较大而无法在移动终端和边缘设备上应用的问题,提出基于解耦同类自知识蒸馏和GhostNet-TSM的唇语识别方法。提出具有时序特征提取能力的GhostNet-TSM网络;将同类自知识蒸馏的特征解耦为目标类特征和非目标类特征,分别设置损失函数,以提高模型的识别精度;使用解耦同类自知识蒸馏方法在LRW和LIP350数据集上进行模型训练,并在OuluVS数据集上进行验证。实验结果表明:GhostNet-TSM网络在LRW数据集上达到了85.2%的识别准确率,超过了多数非轻量化模型,浮点数计算量和模型参数量降低至0.988 GFLOPs和20.310×106

基于改进遗传算法的机场场道施工方案多目标优化
李汝宁, 冯兴, 姚仰平, 张献民, 张健
2024, 50(12): 3720-3728. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0893
摘要:

为解决机场场道项目管理过程中,针对不同施工目标、施工工序中施工方案的选取问题,通过对机场场道施工工序多种施工方案的分析,从工期、质量和成本3个维度分别建立数学模型,在此基础上,采用改进遗传算法,以机场场道施工工序中施工方案为优化对象,以工期、质量和成本为优化目标,构建机场场道施工方案的多目标优化模型。采用Python语言,搭建面向对象的机场场道施工方案多目标优化的通用性框架,并基于PyQt5,实现参数输入、施工方案优化、优化结果输出功能的软件界面开发。以满足一定质量和成本为前提、工期最短为优化目标,对软件的优化性能进行了验证,通过对优化结果的分析表明:应用改进遗传算法,可有效进行机场场道施工方案的多目标优化,优化结果正确,满足优化目标的需求,可为机场场道施工项目决策提供参考。

基于信号分解与分类建模的HRG稳定期预测
李新三, 李灿, 沈强, 汪立新, 王海洋
2024, 50(12): 3729-3738. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.1016
摘要:

为准确预测半球谐振陀螺(HRG)输出稳定期,提出基于信号分解与分类建模的稳定期预测方法。针对HRG高可靠、长期稳定特点引起的样本变化规律不明显问题,使用具有频率显微镜能力的互补集合经验模态分解(CEEMD)算法对输出进行分解,得到不同频率尺度的信号分量;采用增广Dickey-Fuller(ADF)检验方法对分量信号进行平稳性检验,对于平稳分量建立自回归滑动平均(ARMA)预测模型,对于非平稳分量建立熵-径向基(RBF)神经网络模型。在时间对齐后,分量信号重构得到陀螺输出预测模型。设计陀螺输出稳定标准,给定基于输出预测的稳定期预测流程。经实验验证,组合模型预测平均相对误差仅为1.29%,比自回归积分滑动平均模型(ARIMA)误差减小了1个数量级,比熵-RBF神经网络模型误差减小了约1倍,验证了信号分解与分类建模方法的有效性与高精度。基于陀螺预测输出对陀螺稳定期进行预测,得到了实验陀螺输出稳定期约为3.95年的结论,与实际应用中相一致,说明所提方法的可行性。

大型直升机荷载下黄土场地模型箱试验研究
陈翔, 冯胜全, 郝志宾, 刘凯鑫, 冯锦艳
2024, 50(12): 3739-3746. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0942
摘要:

大型直升机着陆过程中会对着陆场地施加较大的冲击荷载,两者之间的动力相互作用与着陆场地的类型密切相关。基于大型直升机的设计着陆工况,设计双锤冲击试验装置,对大型直升机双轮式起落架的双轮同时冲击黄土场地的工况进行小比尺的模型试验,分析双锤冲击下黄土场地不同深度的沉降特性和动应力分布规律,并在此基础上探讨落锤间距对场地变形及动力响应的影响。在双锤冲击荷载作用下,黄土场地浅层区域的沉降曲线呈典型的W型,不同位置处的竖向动应力时程发展曲线相似,呈单峰脉冲特征。沿落锤中心线下的沉降量和动应力幅值随深度增加而递减,但递减速率与深度有关,浅层区域的递减速率最大。不同落锤间距下黄土场地的沉降特性和动应力时程变化规律类似,落锤间距主要影响场地沉降和动应力量值的大小。

面向自主运行的多航空器路径博弈协调
李克南, 杨凯琪, 郭宇鹏, 王红勇
2024, 50(12): 3747-3758. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0038
摘要:

针对自主运行模式下的航空器路径冲突问题,提出一种基于分布式决策的多航空器路径博弈协调方法。所提方法设计构建了自主运行航空器路径规划混合策略-演化博弈模型,分为两部分:基于混合策略博弈思想,通过剔除无法达到均衡状态的博弈策略而缩减航空器路径博弈的解空间构成,极大简化博弈问题的求解过程;将该问题设定为不完全理性的演化博弈问题,进而设定各航空器路径选择偏好的演化规律,求解该演化博弈问题的均衡解。应用实际扇区结构和数据进行仿真实验,结果表明:执行自主运行模式的航空器,其平均路径长度仅增长了9.15%,但是可以促进空中交通复杂度峰值降低30.15%,空域中得到高效利用的栅格数量增加了26.46%。在模拟晴空湍流和座舱失压扰动环境下,该路径的抗扰动能力得到显著提升,受扰航空器数量分别下降了32.39%和56.72%。

融合不确定性估计的端到端视频事件检测算法
庞枫骞, 赵鸿飞, 康营营
2024, 50(12): 3759-3770. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0897
摘要:

近年来,视频事件检测在计算机视觉领域受到了越来越多的关注。不确定性估计可以在输出检测结果不可靠时提醒决策系统或人员,从而减少决策失误。将不确定性估计引入事件检测任务,提出一种融合不确定性估计的端到端视频事件检测算法。该算法对预测视频事件的定位不确定性和分类不确定性进行估计,通过降低网络预测的不确定性优化网络性能。将不确定性估计和非极大值抑制策略相结合,进一步筛选出高质量预测框。实验结果表明:添加不确定性分支可提升模型的性能。在J-HMDB-21数据集上,所提算法在mAP50检测指标上相比先进算法提升了0.8%。在时空局部原子视觉(AVA)数据集上与其他的端到端算法相比,mAP50指标也得到了1.3%的提升。

GNSS反射计河流参数测量研究
王峰, 郑琦, 杨东凯, 李建强, 李杰, 刑进
2024, 50(12): 3771-3779. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0912
摘要:

针对如何利用全球导航卫星系统反射计(GNSS-R)测量河流水文参数的问题,利用GNSS反射信号相关时间为相干性判决算子研究河流反射的GNSS的相干性,研究GNSS反射信号相对于直射信号的多普勒频率现象,验证GNSS-R测量河流边界、河流水位和河流流速的测量方法,并开展相应的外场试验验证。在河流水位测量方面,提出多样本观测和两步拟合法分别解决码相位高度计存在通道偏差和载波相位存在野点的问题。研究结果表明:前向构型无明显的多普勒频移,而后向构型的GNSS反射信号存在多普勒现象,前向和后向构型分别以强相干和弱相干信号为主,前向构型的强相干信号可被用于河流边界和水位测量,而后向构型被用于测量流速,利用后向构型的多普勒频率测量河流流速。试验结果表明:河流表面较河岸表面有更强的反-直功率比,通过检测镜面反射点轨迹上反-直功率比的突变点可获得河流边界;采集的北斗B1I和B3I信号测量的河流流速分别为0.34 m/s和0.51 m/s。

基于不确定性单目图像自监督场景深度估计
柴国强, 薄祥仕, 刘海军, 芦宾, 王大为
2024, 50(12): 3780-3787. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0943
摘要:

深度信息对于准确理解场景三维结构、分析图像中物体之间的三维关系具有重要作用。结合运动恢复结构、图像重投影和不确定性理论,以端到端的形式提出一种基于不确定性单目图像自监督深度估计算法。利用基于改进稠密连接模块的编码器-解码器深度估计网络得到目标图像的深度图,利用位姿估计网络计算出拍摄目标图像和源图像2个时刻相机位置转换矩阵;根据图像重投影对源图像进行逐像素采样,得到重构目标图像;结合重构目标函数、不确定性目标函数和平滑目标函数对所提算法网络进行优化训练,通过使重构图像和真实目标图像差异最小化实现自监督的深度信息估计。实验结果表明:所提算法在客观指标与主观视觉对比上均取得了比竞争合作估计算法(CC)、Monodepth2、Hr-depth等主流算法更好的深度估计结果。

环路热管控温精度影响分析与毛细极限预测
方泽农, 刘畅, 张传强, 徐亚威, 张红星, 苗建印
2024, 50(12): 3788-3793. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0886
摘要:

环路热管具备无振动、传热能力强、控温精度高、传输距离远等优点,被广泛应用于航天器平台和载荷的热控制领域。控温精度和传热极限作为环路热管的关键性能参数,是环路热管设计和应用领域的研究重点。分析姿态和控温点位置对环路热管控温精度的影响规律。研究发现,重力条件下环路热管姿态会影响储液器内气液分布。当储液器控温点处于饱和蒸气区时,控温精度达到±0.2 ℃,优于控温点处于纯液相区(±0.6 ℃)。同时,通过分析毛细芯内气液分布,对环路热管毛细极限预测模型进行修正。通过实验验证,修正后模型可以较好地预测环路热管的毛细极限。

剪刀式尾桨侧滑状态气动力及噪声特性计算
李志彬, 孙伟, 张羽霓, 袁明川, 林永峰
2024, 50(12): 3794-3805. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0037
摘要:

针对侧滑状态下剪刀式尾桨气动环境和噪声特性复杂的问题,提出一套基于计算流体力学(CFD)和 FW-H方程的剪刀式尾桨气动噪声预估方法。通过求解可压缩雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对剪刀式尾桨的流场进行数值模拟,在此基础上,采用基于固体表面积分面的FW-H方程来求解剪刀式尾桨气动噪声。应用所提方法研究了侧滑状态下剪刀式尾桨(L45)和常规形式尾桨的气动力和噪声特性。数值模拟结果表明:随着侧滑角增大,剪刀式尾桨拉力脉动量增大幅度大于常规尾桨;相同侧滑角状态,剪刀式尾桨的拉力脉动量明显大于常规尾桨,普遍达到2倍以上。在设计时应充分考虑剪刀式尾桨对直升机平衡和操纵带来的不利影响。在大多数计算状态,剪刀式尾桨的最大总噪声大于常规尾桨。

升力面法厚度修正及其在折叠翼变体仿真中的应用
徐浩, 韩景龙, 陈扬, 何飞毅, 倪昊
2024, 50(12): 3806-3814. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0926
摘要:

变体过程铰链力矩的计算是折叠翼飞行器设计的重要一环,现有仿真在气动建模中多采用传统的升力面法。该方法忽略了翼型厚度的影响,会产生较大的计算误差。引入一种可以考虑翼型厚度的定常高阶面元法,并给出一种采用高阶面元法对升力面法进行厚度修正的气动建模策略。将修正后的气动模型与现有多柔体结构模型及飞行控制模型耦合,对折叠翼的飞行变体过程进行仿真。结果表明:修正后的气动模型可以对翼型厚度进行有效考虑,计算所得铰链力矩误差小于5%。

火星降落伞柔性连接技术力学特性
赵淼, 贾贺, 武士轻, 刘涛, 刘宇, 李健
2024, 50(12): 3815-3824. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0932
摘要:

作为火星探测器减速着陆过程中必须的气动减速系统,火星降落伞对小质量、大承载连接构件的需求日益增长。针对该需求,提出一种新型的柔性连接技术,旨在降低柔性织物磨损和系统质量的同时提升连接构件的载荷承载能力。研究过程采用两步数值建模分析结合试验验证的方法,采用集中参数法构建柔性连接的动力学模型;将动态仿真结果参数作为有限元的边界条件,分析各连接点处的接触状态;结合试验数据对降落伞减速系统的强度进行验证,数值模拟结果与试验数据一致性良好。研究结果表明:相比于金属构件,柔性连接技术使得降落伞连接强度提升了1.73倍,质量减轻了62.8%,接触位置的应变随开伞速度的增加而变大;新型柔性连接装置能够承受火星环境的开伞载荷,可为火星降落伞的设计提供重要参考依据。

基于图结构与多任务学习的指代消解
李开阳, 王耀影, 朱天佑, 李继伟, 任俊达, 陈振宇
2024, 50(12): 3825-3833. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0941
摘要:

指代提取是自然语言处理应用中的一项重要任务。学习有效的指称特征表示是指代消解的核心问题。现有的研究大多把指称文本片段识别和共指关系预测作为两阶段来学习,不能有效反映文本片段中的命名实体等信息和共指对之间的内在联系。因此,提出一种新的基于图结构和多任务学习的指代消解模型。该模型将序列语义和结构信息结合起来指称特征向量学习,利用多任务学习框架结合指代消解和命名实体识别2个任务,通过参数共享的底层网络结构实现指代消解和命名实体识别2个任务的互相学习和互相提高。在公共数据集和手动构建的数据集上进行了大量实验,验证了所提模型的优越性。

基于拉普拉斯变换的瞬态热流测量方法
黄由之, 全永凯, 徐国强, 柴杰明, 殷秋洋
2024, 50(12): 3834-3841. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0904
摘要:

针对航空发动机热端部件表面瞬态热流测量的问题,面向一种当前较为先进的横向测温差薄膜热流计结构,针对其瞬态测量的导热模型,在稳态测量原理方程中加入时间项,建立瞬态导热微分方程组,采用拉普拉斯变换方法并结合解卷积方法对导热方程进行求解,提出该型薄膜热流计瞬态条件下的表面热流测量方法;采用数值模拟手段,对所提方法进行验证。结果表明:所提方法突破了原始的稳态测量局限,可用于固体表面瞬态热流测量,计算得到的热流计表面热流与真实值符合较好;在表面阶跃热流条件下,测量精度约为8.2%;在100 Hz正弦热流条件下,测量精度约为4.0%。

考虑动力迟滞的分布式驱动车辆平面运动控制
董家臣, 高钦和, 刘志浩
2024, 50(12): 3842-3853. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0887
摘要:

针对分布式驱动车辆平面运动横纵耦合特点及电驱动、轮胎响应延迟特性,提出一种考虑动力系统惯性迟滞、驱动与转向协同分配的安全行驶控制策略。将动力迟滞简化为轮胎力一阶惯性环节,与系统方程联立后建立升阶的车辆平面动力学模型;设计了包含参考状态生成层、轨迹跟踪控制层和控制量最优分配层的分层协同控制算法。使用单轨模型将驾驶员操作指令转译为期望稳态速度;基于抗扰模型预测控制器(DRMPC)设计轨迹跟踪算法,引入集总扩张状态观测器(ESO)进行扰动观测与系统重构,使用模型预测控制器(MPC)生成期望广义纵向力、侧向力和横摆力矩;底层基于系统模型执行控制量分配,通过雅可比线性化将驱动力矩与主动转向角解耦,视为等效控制量参与分配,并以最小轮胎力利用率为目标设计面向行驶安全的驱动/转向协同最优分配算法。处理器在环(PIL)实验表明:动力系统惯性迟滞对车辆运动状态存在影响;与忽略迟滞效应的传统控制策略相比,设计的分层控制策略在双移线工况测试中展现出控制精度和响应速度上的优势,在匀加速正弦转向工况测试中,通过控制力的再分配完成了高精度的平面运动控制,轮胎力利用率仅为传统基于规则分配策略的38.2%。

基于亥姆霍兹共振器的中心分级燃烧室燃烧振荡控制
严熙成, 韩猛, 韩啸, 张弛, 王建臣, 何沛, 高贤智
2024, 50(12): 3854-3862. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0944
摘要:

中心分级贫油预混预蒸发(LPP)燃烧室被广泛用于航空发动机和燃气轮机中用于降低排放。但是此类燃烧室在运行过程中遇到了较多的燃烧振荡问题。研究了亥姆霍兹共振器对航空发动机中心分级LPP燃烧室中燃烧振荡的控制效果。实验在以液态航空煤油为燃料的单头部模型燃烧室上开展,涉及中温中压和高温高压2种工况环境。基于声学仿真结果设计了紧凑的亥姆霍兹共振器,体积仅为80 mL和160 mL。实验结果表明,工作频率与燃烧振荡频率相近的亥姆霍兹共振器能显著降低振荡的幅值。中温中压实验中,在火焰分级比25.1%、头部当量比0.6的工况下,亥姆霍兹共振器能完全消除燃烧振荡;高温高压实验中,振荡幅值降低约90%。同时,设计合理的共振器在不同分级比下控制效果略有不同,振荡幅值下降幅度为69.9%~98.9%。另外,声学仿真结果显示,共振器的加入对系统的声学特征模态影响极小,与实验结果吻合。结构紧凑的亥姆霍兹共振器具有在航空发动机LPP燃烧室中抑制燃烧振荡的潜力。

基于狼群优化的卫星集群对空间目标围捕方法
刘彦昊, 佘浩平, 蒙波, 黄剑斌, 黄良伟
2024, 50(12): 3863-3871. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0877
摘要:

卫星集群对空间目标形成围捕态势是空间轨道竞争的重要一环,利于卫星集群对目标实施全方位强实时探测感知、多角度追逃博弈。现有研究多基于微分对策理论求解一追一逃博弈模型,星群协同配合实现围捕则是研究难点。针对由卫星集群围捕空间目标这一难题,提出了基于狼群优化算法的空间目标围捕方法。将围捕任务总时长离散为多个决策周期,设计了综合考虑集群位置分布、合围态势、燃料消耗与安全防撞的适应度函数,通过对每个决策周期卫星集群内各星推力矢量的协同优化,控制卫星集群接近空间目标并近似均布在以目标为球心的球面上。仿真结果表明:所提方法能够快速获得卫星集群对空间目标围捕的机动策略,构建出集群围捕态势,有效支持空间轨道竞争任务。

基于γ随机搜索策略的无人机集群海上任务分配
吴秋实, 郭杰, 康振亮, 张宝超, 王浩凝, 唐胜景
2024, 50(12): 3872-3883. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0882
摘要:

针对无人机(UAV)集群海上作战态势复杂、作战任务多样、作战单元异构的特点,建立了海上无人机集群多目标任务分配优化模型,并针对该模型提出了一种基于$\gamma $随机搜索策略的改进离散粒子群算法(γ-DPSO)。将作战态势细节与复杂作战需求等引入无人机集群任务分配问题,建立契合作战场景的无人机集群任务分配作战模型;基于粒子编码矩阵,设计均衡搜索策略、$\gamma $随机搜索策略、分阶段自适应参数,提出基于$\gamma $随机搜索策略的改进离散粒子群算法,解决离散粒子群算法易陷入局部最优造成未成熟收敛的问题。仿真结果表明:针对所建立的符合海上作战特点的无人机集群多目标任务分配优化模型,所提算法可有效解决无人机集群多目标任务分配问题,所提改进策略提高了算法的收敛速度与算法精度。

一种组网雷达闪烁探测优化调度模型
邢怀玺, 邢清华
2024, 50(12): 3884-3893. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0924
摘要:

空中干扰机执行对地自卫干扰突防行动时,防空组网雷达闪烁探测体制可以保证防空雷达协同探测的效益并提高系统的隐蔽性。提出一种基于多目标人工蜂群(MOABC)算法的防空组网雷达闪烁探测优化调度模型。对方位-距离区间化处理,将雷达网探测责任区划分成网格,将干扰机航迹离散化处理,把网格中心等效成不同时隙下干扰机的位置;建立了以干扰机威胁度、有源探测时间、发现概率为优化目标的雷达网闪烁探测优化调度模型;利用MOABC算法求解雷达工作状态调度方案,并用十进制整数编码方式降低搜索空间维度。仿真结果表明:所提模型相较于其他模型能够更好地提高地面雷达阵地生存能力,同时也保证了雷达网的探测能力。

终端区交通态势利导及实现方法
余洲, 张兆宁
2024, 50(12): 3894-3902. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0929
摘要:

终端区交通态势感知技术相关研究已有成果,如何借助终端区态势感知技术优化终端区交通态势,当前还未有明确的方法。由此提出终端区态势利导的概念,将实现态势利导的关键技术分为3类,并分别做了详细阐述。在传统的时隙分配模型上,加入航空公司偏好性,建立两阶段时隙调配机制:第1阶段,构建了一个对各航空公司公平的参考时刻表;第2阶段,通过调整参考时刻表以尽可能多地满足这些航空公司关于时刻表中位移分配的请求。算例结果表明:根据所提时隙调配机制得到的时刻表不仅满足了公平性,还提高了航空公司对其的接受性,并分析了该机制对繁忙终端区交通态势的良性引导作用。

高温环境轻微过放电对锂电池老化行为的影响
杨小钰, 马文斌, 谢松
2024, 50(12): 3903-3911. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0634
摘要:

近年来全球范围内出现的极端高温天气造成锂离子电池高温环境运行概率显著增加,而运行环境及系统管理引起的电池一致性差异问题使得电池易发生轻微过放电现象,高温环境与过放电现象耦合显著增大电池触发安全事故的风险。为探究高温环境与轻微过放电耦合对锂离子电池老化行为的影响,在60 ℃高温和25 ℃常温环境下对三元锂离子电池进行了轻微过放电实验研究,结果表明:60 ℃和25 ℃轻微过放电循环100次后电池容量衰减率分别为28.46%和2.54%。与常温环境相比,高温环境轻微过放电显著增加了电池的容量衰减;电池电化学分析表明,高温使电池内部锂脱嵌反应受限,活性锂损失增多,动力学性能衰退;电池拆解照片、扫描电镜和元素分析结果表明,高温环境下轻微过放电电池形变严重,电池副反应造成的沉积物增多。因此,高温环境与轻微过放电耦合将加剧正极结构的破坏和内部副反应,导致电池性能下降。研究结果可对锂离子电池材料的开发和电动汽车的安全运行提供实验参考和理论依据。

区域覆盖增强的低轨遥感星座优化设计
李敬祺, 师鹏
2024, 50(12): 3912-3920. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0878
摘要:

针对遥感卫星星座设计过程中性能-成本的权衡问题和区域覆盖-全球目标覆盖性能权衡问题,提出了一套优化设计方法。对于建设成本和性能间的矛盾,采用多目标优化算法,对成本和性能指标同时进行寻优。优化结果揭示了随着成本增加,性能指标的提升趋势和不同性能指标间可能存在的冲突关系,为星座建设提供依据。为了在增强特定区域的覆盖性能的同时满足全球覆盖性能的一定约束,使用了一种更加灵活的星座模型,并基于非支配排序遗传算法-II(NSGA-II)算法提出适用于此模型的求解方法。结果表明:所提方法在同等的星座规模或成本限制下可达到更好的性能。

基于LPV模型的挠性航天器保性能姿态控制方法
蔡赫, 师鹏
2024, 50(12): 3921-3929. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0880
摘要:

针对带转动挠性帆板航天器的动力学参数存在不确定性的问题,提出一种利用线性变参数理论(LPV)的鲁棒保性能姿态控制器设计方法。以太阳帆板转角作为变参数,建立挠性航天器姿态动力学LPV模型。考虑输入受限及输入信号变化率受限的约束,并将二次型控制指标上限最优化,通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解得到随变参数调度的LPV状态反馈控制器,所求得的控制器能够在系统参数大范围变化的情况下保持鲁棒稳定性,并具备抗干扰能力。用数值方法进行仿真验证,并与定常鲁棒保性能控制器相比较,验证了所提出的LPV鲁棒保性能控制器的适应性与鲁棒性。

基于改进SEGAN的空管语音增强算法
王宇哲, 黎新, 牟睿, 周继华, 何怡甫
2024, 50(12): 3930-3939. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0874
摘要:

为提高空中交通管制过程中语音通话质量,提出了一种改进生成对抗网络的空管语音增强算法(SEGAN)。针对传统的SEGAN在低信噪比条件下,语音信号被淹没的问题,在SEGAN网络模型的基础上提出了多阶段、多映射、多维度输出的生成器和多尺度、多个鉴别器的网络模型。基于深层神经网络结构提取语音语义特征,完成空管语音语义分段;设置多个生成器,对语音信号做进一步优化处理;在卷积层中添加下采样模块,以提高模型对语音信息的利用率,减少语音信息的流失;采用多尺度、多个鉴别器、多方位学习语音样本的分布规律和信息。结果表明,在低信噪比条件下,改进SEGAN模型在短时客观可懂度(STOI)和语音质量感知评估(PESQ) 2个指标上分别提高23.28%和20.11%,能够快速有效的进行空管语音增强,为后续空管语音识别提供准备工作。

操纵方式对翼伞系统雀降性能的影响
程杨, 仇博文, 余莉, 李岩军, 曹皓然
2024, 50(12): 3940-3946. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0914
摘要:

为获得操纵方式对翼伞系统雀降性能的影响规律,建立了翼伞系统两体9自由度动力学模型,采用龙格库塔法进行了动力学编程计算,系统速度、翼伞及载荷姿态的数值结果和文献规律一致,最大误差为8.2%。开展了分级操纵及操纵速度对翼伞系统雀降性能的影响研究,得到了翼伞最小水平速度、最小垂直速度及最大迎角的变化规律。研究结果表明:一次操纵的雀降性能优于分级操纵;操纵时间过长或过短均会导致垂直速度增加;采用“先快后慢”和“匀速下拉”均能保证良好的雀降性能,操纵速度的选择应同时考虑最小垂直速度及翼伞飞行的稳定性。

空间可重复机械锁紧及电磁解锁机构设计与分析
耿智伟, 张杰, 孔宁, 马帅, 王波, 韩润奇
2024, 50(12): 3947-3956. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0918
摘要:

针对空间航天器锁紧装置驱动链长、占用物理空间大的问题,结合摩擦自锁理论,设计了空间可重复机械锁紧及电磁解锁机构,利用多种有限元分析软件分别研究了机构的机械承载性能和电磁学性能。结果表明,在轴向最大锁紧承载工况下,锁紧珠与压板、顶杆、锁紧器外壳间的接触力随时间增加而线性增大,满足力的传递性准则和平衡准则,主要承载部件顶杆和锁紧珠所受的等效应力和变形量与时间呈线性关系,最大等效应力远小于材料的屈服极限强度,装置处于小变形范围。当线圈通入额定电流时,由于电阻发热效应,等电流密度的线圈内部出现稳定的欧姆损耗,电磁解锁装置内部近似为匀强磁场,铁芯的磁聚作用增强了端面的磁感应强度。对设计的空间可重复机械锁紧及电磁解锁机构进行样机制造,并进行原理验证,为空间在轨对接接口的可重复锁紧机构设计和分析提供理论参考。

常见问答