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2024年  第50卷  第3期

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2024年, 第50卷, 第3期
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星载GNSS-R检测太湖水华可行性分析
张云, 王雨, 周绍辉, 孟婉婷, 韩彦岭, 杨树瑚
2024, 50(3): 695-705. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0298
摘要:

星载全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)属于被动遥感技术,具有数据重访周期高、全天时、全天候、信号源丰富等优势。基于此,研究星载GNSS-R检测太湖水华的可行性。星载GNSS-R可以有效检测反射面的粗糙程度,通过使用相干反射表征反射面的粗糙度,研究不同风速区间内相干反射与蓝藻水华的关系。利用2020年4—8月美国气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)数据,计算CYGNSS镜面反射点的时延多普勒图(DDM)功率比。以“哨兵-3”卫星水色遥感仪器(OLCI) 影像最大特征峰高度(MPH)算法反演出的太湖叶绿素浓度作为参照,与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的风速产品进行时空间线性匹配,分析发现,在1~2.5 m/s风速区间内,叶绿素浓度达到0.1 mg/L以上时,极易引起镜面反射点发生相干反射,且功率比与叶绿素浓度的相关系数为0.84,具有良好的相关性。实验结果证明了利用星载GNSS-R的功率比及相关特性实现太湖水华检测的可行性。

亚临界雷诺数下串列双波浪锥柱绕流数值模拟
邹琳, 吴伟男, 刘健, 柳迪伟, 王家辉
2024, 50(3): 706-715. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0285
摘要:

针对风力俘能结构布局问题,基于大涡模拟(LES)方法,在亚临界雷诺数下(Re = 3900)研究有限长串列双波浪锥柱的升阻力特性及其流动结构随间距比的变化规律。结果表明:由于上游波浪锥柱的影响,下游波浪锥柱的脉动升力系数大幅增大,当间距比为 3时,表面时均压力系数分布形式呈反向分布;随间距比增加,上游波浪锥柱尾流充分发展,并产生大量肋状涡撞击在下游波浪锥柱表面,下游波浪锥柱产生大的脉动升力,相较于单直圆柱提升约15.3倍,阻力系数降低约0.172。所得结果可为风力俘能结构布局提供有益参考。

基于过零点斜率加窗解调的ACARS信号接收方法
路辉, 张帆, 张宇轩
2024, 50(3): 716-728. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0292
摘要:

飞机通信寻址与报告系统(ACARS)允许飞机和地面站之间发送和接收报文,在保障飞行安全、实现空中交通管制等方面具有重要意义。通信链路的噪声和频偏是影响ACARS信号接收性能的关键因素。针对ACARS信号接收过程中的失真等问题,深入研究频偏、噪声等因素与ACARS报文接收性能之间的关系;在充分考虑噪声与多普勒频移等因素的基础上,提出基于过零点斜率加窗解调的ACARS信号接收方法,并从理论和仿真分析2方面探讨不同方法的抗频偏抗噪声能力;设计并搭建基于软件无线电平台的ACARS信号接收系统。通过对ACARS报文接收性能的仿真分析和真实报文接收性能的对比分析,表明所提方法在提升抗噪声和频偏能力、降低误码率等方面均具有优势。

禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化
刘海涛, 刘晓畅, 黄金凤, 李冬霞
2024, 50(3): 729-738. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0351
摘要:

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

基于二阶注意力的Siamese网络视觉跟踪算法
侯志强, 陈茂林, 马靖媛, 郭凡, 余旺盛, 马素刚
2024, 50(3): 739-747. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0373
摘要:

为提升基于Siamese网络视觉跟踪算法的特征表达能力和判别能力,以获得更好的跟踪性能,提出了一种轻量级的基于二阶注意力的Siamese网络视觉跟踪算法。使用轻量级VGG-Net作为Siamese网络的主干,获取目标的深度特征;在Siamese网络的末端并行使用所提残差二阶池化网络和二阶空间注意力网络,获取具有通道相关性的二阶注意力特征和具有空间相关性的二阶注意力特征;使用残差二阶通道注意力特征和二阶空间注意力特征,通过双分支响应策略实现视觉跟踪。利用GOT-10k数据集对所提算法进行端到端的训练,并在OTB100和VOT2018数据集上进行验证。实验结果表明:所提算法的跟踪性能取得了显著提升,与基准算法SiamFC相比,在OTB100数据集上,精度和成功率分别提高了0.100和0.096,在VOT2018数据集上,预期平均重叠率(EAO)提高了0.077,跟踪速度达到了48帧/s。

基于视向矢量修正的铱星机会信号多普勒差分定位技术
秦红磊, 武宁, 赵超
2024, 50(3): 748-756. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0378
摘要:

低地球轨道(LEO)卫星机会信号定位技术是全球导航卫星系统(GNSS)的有效补充和备份定位手段。LEO卫星机会信号定位误差主要因素是具有时空相关性的卫星星历和星钟误差,差分定位方法虽然可以有效降低该误差,但LEO卫星轨道较低使长基线定位误差仍然较大。针对这一问题,提出基于视向矢量修正的多普勒差分定位算法。通过仿真试验验证了在长基线情况下所提算法的定位精度明显优于基本算法,同时利用实际铱星信号多普勒差分定位试验验证了所提算法的有效性。

基于神经网络的复杂前缘飞行器FADS系统冗余设计
周印佳, 万千, 徐艺哲, 齐玢, 石泳
2024, 50(3): 757-764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0341
摘要:

嵌入式大气数据传感(FADS)系统基于飞行器表面压力测量解算迎角、侧滑角、马赫数、来流动压与静压等飞行参数,能够有效解决探出机体的空速管前缘无法适应高超声速飞行器在巡航阶段所面临的严酷气动加热问题,同时满足飞行器对隐身性能的需求。目前,关于神经网络方法及FADS系统用于复杂型面前缘飞行器的分析和研究工作较少。针对自主返回的高超声速飞行器在着陆阶段的亚/跨声速条件,考虑薄前缘和进气道部件等影响开展复杂前缘飞行器的头部FADS系统冗余设计和验证。在复杂前缘飞行器头部开设15个测压孔,通过大量精细化数值仿真建立飞行器在不同来流条件下的压力数据库,并利用风洞试验对典型工况进行验证。针对复杂型面前缘飞行器,基于压力数据建立4套神经网络算法并开展冗余设计研究,包括1套9孔算法与3套冗余算法。其中,9孔算法的精度较高,对迎角的解算误差在0.07°以内,对侧滑角的解算误差在0.3°以内,对马赫数的解算误差在0.0012以内,对来流动压与静压的解算相对误差均在1.5%以内。此外,建立具有一定容错性的系统解算流程,在任意单个测压孔失效的情况下能够继续保持来流参数的有效输出。

基于飞机滑水安全的沥青道面积水评价指标
宗辉杭, 李岳, 蔡靖, 戴轩
2024, 50(3): 765-773. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0352
摘要:

沥青道面积水深度受横坡与轮辙变形共同影响分布复杂,是诱发飞机轮胎滑水事故的重要条件。当前,仅针对飞机起降运行给出污染跑道积水厚度范围,积水评价方式与实际运行环境脱节。基于轮辙横断面变形特征分析,提出一种考察飞机轮载横向累积作用概率分布的当量水膜厚度(EWT)指标。根据道面不同区域积水条件,分段建立轮胎滑水仿真分析模型,探讨滑水行为差异及轮辙积水影响机理,验证EWT的合理性与适用范围。结果表明:轮辙内部积水引起局部水膜增厚,当飞机滑行经过时,积水侵入轮胎底部,轮胎前缘轮廓模糊且接地面积降低;当前分段临界滑水速度减小,降幅与轮载累积作用概率正相关;轮辙变形导致轮胎“最不利”滑行位置自跑道边缘向中心线内移;EWT对应表征安全接地宽度更大,覆盖轮载累积作用概率约为平均水膜厚度(AWT)的2倍,滑水风险指标仅为AWT的36%~81%。所提评价指标克服了最大水膜厚度(MWT)取值过于严格的缺陷,更适用于机场管理实践,可为起降条件保障和滑水风险分级提供量化参照。

基于长序列的航空发动机剩余使用寿命预测方法
郭俊锋, 刘国华, 刘国伟
2024, 50(3): 774-784. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0354
摘要:

针对多传感器长序列数据下航空发动机剩余使用寿命预测方法存在预测准确度不足的问题,提出一种基于堆叠膨胀卷积神经网络(SDCNN)的航空发动机剩余使用寿命预测方法。将多传感器长序列数据归一化处理,降低因量纲和取值范围不同引起的误差;构建预测目标函数表征航空发动机的真实退化情况;搭建基于SDCNN的预测模型,扩大模型感受野,提取数据中的长期、深层和全局时序特征用于回归分析,得到航空发动机的剩余使用寿命预测结果;采用Hyperband优化算法和StratifiedKFold交叉验证方法优化模型,提升模型预测准确度和不同条件下的适应性,并采用商用模块化航空推进系统仿真(C-MAPSS)数据集验证所提方法的有效性。在C-MAPSS中FD003数据集上的实验结果表明:所提方法可有效提高基于长序列的航空发动机剩余使用寿命预测准确度,模型预测准确度得分指标明显降低32.62%。

物理赋能的助航灯具清洗数字孪生构建
董慧芬, 孙浩远, 严力, 武云霞
2024, 50(3): 785-795. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0357
摘要:

机场助航灯具清洗设备工作时需要远程实时监测设备状态和清洗质量。数字孪生通过虚拟平台映射清洗设备的工作情况,而目前虚拟环境的建立仍大量依赖于数据驱动,自身缺乏感知进化和虚拟仿真的能力,且对被执行件的关注较少。针对以上问题,提出基于多物理引擎的数字孪生模型。该系统利用CoppeliaSim构建数据和脚本双驱动的虚拟空间,融合了虚拟传感和视觉检测,并通过BlueZero实现实时通信。为解决通信延迟造成的数据流阶梯跳跃的问题,提出一种基于改进均值滤波的运动同步性增强算法,内嵌在Qt建立的数据集成子系统中。实验结果表明:经运动增强后,所提系统的虚实同步误差为74 ms,满足同步性要求;清洗机械臂关节角度跟踪的均方误差为0.827°,末端空间位置跟踪误差不超过2.775 mm,满足跟踪精度要求;所提模型能够动态呈现灯具被清洗时的污斑状况,证明了所提模型的合理性,满足助航灯具清洗过程的应用需求。

基于扫描旋转同步运动的三维成像方法
赵京城, 娄长玉, 苗俊刚, 轩师扬
2024, 50(3): 796-802. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0266
摘要:

为满足在役战机隐身性能的快速检测需求,提出了一种基于垂直扫描、方位旋转同步运动的三维成像方法。成像系统主要由射频收发设备、收发天线对、竖直方向导轨、转台和数据处理终端构成。天线发射频率步进信号时,对转台上的被测目标进行水平旋转,同时,收发天线对在垂直方向上扫描被测目标。以点目标组合为例,通过理论分析和仿真计算,确定该成像系统的参数配置,比较不同参数配置下系统的三维成像性能。仿真结果表明:采用垂直扫描、方位旋转同步运动方法能够实现三维成像,该方法与经典圆柱面扫描方法相比,扫描时间可缩短92%,同时保持11 dB峰值旁瓣比率。所提方法具有测试效率高、系统搭建简单、易于调节的特点,为服役阶段的隐身飞机散射源诊断提供了一种有效的测量方法选择。

基于改进灰狼优化算法的舰载机着舰调度
刘玉杰, 韩维, 苏析超, 郭放
2024, 50(3): 803-813. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0280
摘要:

针对第一类着舰模式下的舰载机着舰调度问题进行了研究,建立着舰调度模型,以最小化加权着舰延误时间和、着舰完成时间为优化目标,考虑舰载机战损程度、剩余燃油量的影响。为减轻人工调度的负担,提出一种改进灰狼优化(IGWO)算法对调度模型进行优化求解,在灰狼优化(GWO)算法的基础上,改进算法选择历史最优解灰狼个体为$\alpha $狼,引入混沌算子,设置算法参数更新控制变量,以应对GWO算法后期收敛速度慢、可能陷入局部最优解的缺点。通过不同规模着舰调度案例仿真和算法对比,验证了IGWO算法的有效性,所提算法在30、60、90机规模着舰调度案例中的优化效果均优于对比算法,证明其具备一定工程应用价值。

空间站高温材料科学实验系统热控设计及验证
孙晋川, 康昌玺, 谢永齐, 马动涛, 李生华, 崔晓杰
2024, 50(3): 814-820. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0365
摘要:

中国空间站高温材料科学实验系统(HTMSES)是中国新一代的可长期在轨运行的综合型多功能空间材料实验装置,其组成复杂、布局紧凑、实验温度高、部组件散热困难,使热控设计难度较大。基于液冷主动控温、辐射间接控温、结构热控一体化协同优化设计等多种思路对热控组件进行设计,有效解决热控难题。利用有限元分析软件计算科学实验系统热设计的温度结果;然后开展加热实验对热设计方案进行验证。数据显示HTMSES在提供材料制备所需要的最严苛实验工况(1 200 ℃)情况下,各关键部件处于友好的温度范围内,其中电机最高温度为42.2 ℃,编码器最高温度为40.6 ℃,丝杠最高温度为62.4 ℃,滑块最高温度为59.6 ℃,导轨最高温度为57.3 ℃,科学实验系统皮肤可触及部位最高温度为31.6 ℃,各温度结果均满足热控指标要求,表明设计方案合理可行,为同类型设备热设计提供了一种设计思路和参考依据。

液氧液氢发动机领域知识图谱构建与应用
陈潇萍, 王剑锋, 张虹, 胡庆杰
2024, 50(3): 821-830. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0333
摘要:

液氧液氢发动机作为航天领域的关键分系统,为有效开展其研制过程的智能化转型工作,针对液氧液氢发动机领域构建知识图谱,在储备领域知识的同时,提高科研生产人才的培养能力。针对液氧液氢发动机领域特点,对领域语料标注、领域知识识别、实体关系识别3个方面进行了研究,在此基础上进行了领域知识图谱的构建,并从领域知识搜索、知识推荐、探索式分析3个角度梳理了其业务应用模式。形成了液氧液氢发动机领域知识体系,并提出构建方法和应用模式。研究结果为航天领域智能化转型提供了参考。

目标机动补偿的动能拦截器增量式制导方法
陈旸, 方艺忠, 韩拓, 胡庆雷
2024, 50(3): 831-838. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0519
摘要:

面向目标强机动、推力干扰、测量偏差的动能拦截器强抗扰末制导方法设计问题,提出一种目标机动补偿的大气层外动能拦截器增量式强抗扰末制导方法。通过回采推力传感信息、视线转率辅助微分信息,同时联合增量式制导方法与惯性时延的扰动估计方法,对目标机动等不确定性和内外部不确定性等带来的扰动进行实时补偿并融合至制导算法,从而实现复杂工况下拦截器对抗机动目标的制导系统扰动降级与鲁棒增强等目的。复杂工况下仿真结果表明:所提方法对强机动目标、测量偏差、推力干扰等多源扰动具有强抗扰能力,并且能够实现精确碰撞式拦截任务。

民用飞机应急场景分析与建模方法
江雨航, 郭泰, 宫綦, 任文明, 宋涛, 钱馨
2024, 50(3): 839-849. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0339
摘要:

按照基于场景的民用飞机系统工程正向研制过程,为确保在飞机研制早期需求捕获与功能分析的完整性,针对应急场景开展识别、分析与建模方法研究。分析在飞机研制早期考虑应急场景的必要性,给出应急场景的定义和范围;针对民用飞机不同运行阶段,开展基于外部风险事件的应急场景识别,给出不同阶段的外部风险事件,并按照外部风险事件在不同阶段的演化结果给出相应的应急场景清单;研究形成一种基于DoDAF的应急场景建模方法,选取典型应急场景,形成应急场景建模的典型案例。通过对民用飞机应急场景分析与建模方法研究,形成可参考的外部风险清单和应急场景清单,同时形成面向应急场景的建模技术途径,为面向安全保证、基于应急场景的需求捕获与初步机组应急操作程序定义奠定基础。

多传感器协同区域搜索与目标跟踪的调度方法
张昀普, 付强, 单甘霖, 黄燕
2024, 50(3): 850-860. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0277
摘要:

为解决区域搜索和目标跟踪2种任务协同时对传感器资源的竞争问题,提出了一种多传感器调度方法。针对双任务协同背景,将传感器调度转换为多目标优化问题,以搜索性能和跟踪性能为优化目标建立了目标函数;建立了区域搜索模型,考虑目标的新生、消亡和转移,将未被发现目标的更新过程建立为非齐次泊松过程,提出以漏警损失量化区域搜索性能;建立了目标跟踪模型,引入后验克拉美罗下界(PCRLB)量化未来时刻的跟踪性能;针对最优调度方案求解,在传统多目标差分进化算法的基础上,引入混沌映射理论和双种群协同方法,提出了混沌映射-多目标协同差分进化算法(CM-MOCDEA)以提高寻优能力。仿真实验验证了所提优化算法能够兼顾收敛性和多样性,具有较强的全局搜索能力;所提方法能够有效分配传感器资源完成区域搜索和目标跟踪任务,从而获得较高的作战收益。

考虑滑块动态特性的变质心四旋翼无人机双回路控制
杜青峰, 荆武兴, 高长生, 安若铭
2024, 50(3): 861-873. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0350
摘要:

针对滑块动态特性引入的附加干扰力矩造成系统姿态抖动强烈的问题,开展变质心四旋翼无人机滑块参数设计与姿态/伺服双回路控制研究。通过建立双滑块变质心四旋翼无人机八自由度运动模型,明确了滑块的引入对系统的影响,给出了与滑块动态特性相关的各项附加干扰力矩;分析并设计了滑块的安装位置、质量以及行程等参数,降低滑块对系统的耦合与干扰;最后以滑块驱动力作为控制量,设计了姿态/伺服双回路动态滑模控制器,同时利用非线性扰动观测器对复合扰动进行估计和补偿,并进行了仿真试验。仿真结果表明,在考虑滑块动态特性的情况下,所设计的控制器能够实现对变质心四旋翼无人机的姿态控制,并具有良好的抗干扰性能与鲁棒性。

GNSS线极化天线干涉信号反演土壤湿度算法测试
李杰, 杨东凯, 洪学宝, 王峰
2024, 50(3): 874-885. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0282
摘要:

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

倾转动力无人机三维过渡走廊
夏济宇, 周洲, 王正平, 王睿
2024, 50(3): 886-895. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0284
摘要:

为解决传统过渡走廊中忽略系统动态特征、缺少迎角信息、难以直接用于过渡路径规划的问题,提出一种适用于倾转动力类无人机的三维过渡走廊建立方法。所提方法从物理约束角度限制飞行速度与倾转角度边界,从飞行力学角度限制全机升力特性边界,从能源配置角度限制动力系统功率边界,从而建立关于飞行速度、倾转角度与迎角的三维过渡走廊,并且设计综合性能指标函数用于描述走廊内各飞行路径点的性能。基于所建三维过渡走廊采用鸽群优化算法完成最优过渡路径的搜索工作。结果表明:所建三维过渡走廊能够更加具体地描述可用飞行范围,其不仅包括传统过渡走廊的飞行速度与倾转角度,同时还包含迎角与性能指标信息,这为过渡路径规划提供基础;鸽群优化算法具有良好的过渡路径优化能力,通过优化使无人机拥有良好的飞行效果,动力系统油门杆量变化平稳、幅值较小,证明使用三维过渡走廊指导过渡飞行与规划过渡路径的可行性。

含人工缺陷的2195-T8铝锂合金在30% HNO3中的腐蚀行为
郭一, 刘德俊, 常新龙, 田干, 岳春国, 庞闯
2024, 50(3): 896-903. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0344
摘要:

为研究2195-T8铝锂合金在酸性介质中的腐蚀性能,通过扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)等微观表征手段,分析2195-T8铝锂合金在30% HNO3中的腐蚀形貌。提出一种块分割和边缘检测相结合的图像处理方法,从统计的角度对2195-T8铝锂合金在30% HNO3中的腐蚀规律进行分析。结果表明:合金在浸泡不同时长后出现了典型的点蚀和晶间腐蚀形貌;人工缺陷深度会加剧腐蚀的程度;在腐蚀的初期阶段,蚀坑的数量快速增长,蚀坑面积主要集中在0~20 μm2。而在腐蚀的中后期,蚀坑的数量及面积变化不大,只有少量的蚀坑可以继续扩展形成面积大于50 μm2的蚀坑。

木质素制备航油工艺与能耗优化
黄星华, 董升飞, 杨晓奕
2024, 50(3): 904-912. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0347
摘要:

木质素单体的环状结构使其成为航空替代燃料中芳香烃和环烷烃制备的有效前驱体。通过比较分析木质素加氢制备芳香烃和环烷烃、气化制氢、燃烧供热路径的工艺特点和物流信息,采用Aspen Plus进行不同路径的物耗及能耗分析。其中木质素制备芳香烃收率为17.3%~20.7%,环烷烃收率为17.5%~23.7%,气化制氢收率为35.519 g/kg木质素,燃烧供热为22.942 MJ/kg木质素。基于充分利用木质素的原则,以木质素气化制氢作为氢源,木质素燃烧作为热源,结合芳香烃和环烷烃制备路径,设计了多条木质素制备航油自供氢自供热的综合工艺。通过能耗分析和优化,得出木质素热解-烷基化-加氢制备芳香烃或环烷烃综合工艺航油综合收率为11.8%或9.2%,综合热负荷为7.357 MJ/kg或7.687 MJ/kg木质素;木质素热解-烷基化-加氢制备芳香烃和环烷烃(1∶1)综合工艺航油综合收率为10.3%,综合热负荷为7.538 MJ/kg木质素,综合氢耗为0.27%。木质素一步法加氢制备航油工艺虽然反应条件温和,流程简单,但仍需进一步改善反应体系以解决高能耗的问题。

基于功率谱熵的无线电引信目标与干扰信号分类方法
刘冰, 郝新红, 蔡鑫
2024, 50(3): 913-919. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0355
摘要:

无线电调频引信在战场环境容易受到干扰信号的干扰导致早炸,丧失打击能力。为提升无线电调频引信抗干扰能力,准确识别引信目标与干扰信号,提出一种基于功率谱熵特征的无线电调频引信目标与干扰信号分类识别方法。利用实测采集的无线电引信检波端输出信号,通过提取目标和干扰信号的功率谱指数熵和Renyi熵特征构成特征向量,作为K邻近(KNN)分类器的输入进行目标和干扰信号分类识别,并利用5-折交叉检验方法对其进行验证。结果表明:目标和干扰信号的功率指数熵和Renyi熵具有显著差异性,使用KNN分类器对其进行分类识别时,最高的识别准确率可达99.47%。

某型飞机复合材料结构损伤分布规律
邓金鑫, 陈林, 卢思彤, 侯育欣, 黄文俊, 程小全
2024, 50(3): 920-930. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0379
摘要:

针对飞机复合材料结构的损伤和修理问题,对某型固定翼飞机机翼、机身等部位的复合材料结构应用和损伤情况进行统计,复合材料在该型飞机的主要应用形式主要有实心整体壁板和夹芯层合板2种,建立随时间变化的结构损伤分布模型,利用统计方法对损伤分布进行拟合和检验。结果表明:结构损伤的数量比例分别为蒙皮分层占75%、长桁分层约占20%、长桁脱黏约占4%;对数正态分布、Weibull分布、Γ分布均可以拟合这3种类型损伤的几何参数分布,其中对数正态分布模型的拟合效果最好;单架飞机的损伤几何参数分布规律不随时间变化,同型号飞机之间的损伤几何参数分布规律也高度相似,可采用统一的函数形式描述。

基于多域特征的多雷达信号自动识别方法
杨瑾, 郝新红, 陈齐乐
2024, 50(3): 931-939. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0294
摘要:

为解决复杂电磁环境中多台雷达在相似的频段上同时发射各自的信号,导致侦察接收信号在时域和频域上重叠的问题,提出一种低信噪比(SNR)下自动调制识别(MR)方法。通过接收脉冲间列快速傅里叶变换(FFT)将接收信号的能量集中在各自的多普勒频率上,以达到分离多个截获信号的目的;将每个信号的Wigner-Ville分布(WVD)和模糊函数(AF)作为一幅图像的2层同时发送到训练后的残差神经网络(ResNet),以解决某些类型的信号仅采用单一时频分布时识别精度低的问题。理论分析和仿真结果表明:所提方法不仅能有效分离时域和频域重叠的多个雷达信号,而且能在SNR为−10 dB的条件下准确识别其调制模式。

双小行星系统表面动力学环境分析
王雅平, 王悦, 吴晓杰, 甘庆波, 杨志涛, 张耀
2024, 50(3): 940-950. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0286
摘要:

双小行星系统在太阳系中普遍存在,具有独特的探测价值,揭示其表面动力学环境是实现表面巡游探测的关键。相比于单小行星,双星系统成员间的摄动作用对表面动力学环境存在影响,需要加以专门的分析和研究。以近地双小行星系统(66391) Moshup为例,主、次星均采用多面体引力场模型,通过推导质点在主、次星表面附近的动力学方程,计算出主、次星的表面等效重力和表面坡度,以及表面各点处的最小和最大起飞速度,分析分布规律和成因,特别关注次星对高速旋转主星的周期性潮汐力的影响。在此研究结果的基础上,针对主星和次星分析适合探测器着陆和表面巡游的区域。结果表明:由于旋转离心力的影响,主、次星表面的等效重力分布有随纬度减小而降低的趋势,而坡度主要与局部地形相关,主星的北极高纬度区域和次星南北纬80°以上的区域坡度小,且等效重力较大,适合作为探测器的着陆点或开展表面巡游;次星潮汐力对主星表面重力存在周期性影响;主星表面大部分区域的最小起飞速度小于0.3 m/s,次星表面大部分区域的最小起飞速度在0.10~0.25 m/s之间。由于自转影响,主、次星的最小起飞速度方向几乎全部朝东。

模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性分析
李明婧, 郭志辉
2024, 50(3): 951-961. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0274
摘要:

针对模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性问题,实验测量燃烧室内多点动态压力和火焰图像,利用快速傅里叶分析、本征正交分解(POD)等方法进行分析。结果表明:随着当量比增大,值班火焰的稳定性发生2次分岔现象,相应的不稳定模态分别对应系统的3阶、2阶本征纵向声学模态,均发生极限环振荡。POD结果表明:涡声频率锁定,发生在燃烧室纵向声学模态频率处,燃烧室内发生声-涡-火焰耦合的不稳定过程。而伴随着当量比提高,一方面,大尺度旋涡脱落改变火焰面积引发强烈放热振荡,声能产生增大;另一方面,两分支火焰张角不断增大,火焰位置主要波动方向与主要声学波动沿同一轴线。两方面作用下热声耦合更加容易,热释放脉动与压力脉动耦合的相位角减小,进而发生模态转换。

基于双向耦合的燃烧室与冷却通道的传热研究
赵超凡, 董昊, 朱剑琴, 程泽源, 戎毅
2024, 50(3): 962-974. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0276
摘要:

为研究超燃冲压发动机燃烧室与再生冷却通道的耦合传热特性,采用双向弱耦合迭代计算方法,研究燃烧室和冷却通道的特征参数对耦合传热特性的影响规律。结果表明:当量比的增加导致燃烧反应区域和壁面高温区域后移,当量比增大至0.75时,部分壁面高温区后移至超出燃烧段范围,在燃烧室的当量比设计时需考虑冷却通道范围的限制;喷射角度的增大会提高燃烧段壁面平均温度,喷射角度由30°增大到75°时,冷却通道出口裂解率由8%增长到11%;增大冷却剂的工作压力和流量能增强冷却剂的吸热能力,降低燃烧室内壁面温度,最大下降幅度约200 K。

面向声爆/气动力的飞行器布局设计知识挖掘
马创, 舒博文, 黄江涛, 刘刚, 钟世东
2024, 50(3): 975-984. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0310
摘要:

声爆抑制是发展新一代超声速民机必须突破的关键技术。飞行器总体布局参数对其声爆特性有重要影响。数据挖掘(DM)可以从大量的数据中通过算法搜索隐藏的信息,是飞行器设计知识提取的有力工具。选取后掠角、展弦比、梢根比、上反角、机身长细比5个总体布局参数作为设计变量,目标函数定义为远场感知噪声级,同时计算升、阻力系数作为气动力衡量指标。基于总变差分析(ANOVA)、决策树算法、自组织映射(SOM)网络组成的数据挖掘体系提取低声爆设计知识库。获得所选设计变量与声爆/气动力的相关度,并实现对设计变量的分层与降维。后掠角有最高设计优先级,长细比、上反角重要程度次之,展弦比与梢根比为低敏感变量。对于算例中的飞行器,在合理区间内选择较大的后掠角、上反角能够使声爆最小化的同时,设计适于超声速巡航的小展弦比布局。

微纳卫星总剂量评估优化
佘璇, 楼海君, 宋仁庭, 李琪聪, 金仲和
2024, 50(3): 985-993. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0331
摘要:

针对微纳卫星在空间环境中遇到的总剂量(TID)效应,为更加准确地评估卫星内敏感点的剂量值,基于正二十面体的几何划分方法改进了传统的空间网格划分,宏观计算并验证了粒子透过材料的衰减,实现扇形角等效评估优化。围绕计算准确度和效率,构建形状模型进行比较验证,通过与优化等立体角划分法、正八面体划分法的比较,表明该方法更加稳定高效,计算速度可提高6.4%,更适合评估复杂形状模型。基于改进的三维总剂量评估方法,对形状模型进行针对性总剂量防护,防护效果相较于无差别防护可提高255.1%。研究成果可有效提高微纳卫星总剂量评估效率,保障星内敏感器件在任务周期内的可靠运行,为微纳卫星总剂量防护提供重要参考。

空间长方形绳网展开动力学及多参数特性分析
李梦生, 岳帅, 杜忠华, 张庆展, 刘洲, 刘志
2024, 50(3): 994-1004. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0342
摘要:

空间绳网系统是一种针对空间碎片的柔性捕获系统,针对带有太阳翼的空间目标,提出一种用于捕获目标主体的长方形绳网。为分析其展开效果,建立有限元模型,通过对比地面试验结果来验证有限元模型的可靠性。建立长方形绳网的评价指标,并通过各项评价指标对比不同牵拉模式、牵引绳分布圆直径及牵引体发射角度下的绳网展开特性。结果表明:仿真结果与试验结果吻合,有限元模型可靠;在八点牵拉、十点牵拉和十二点牵拉3种模式下,十点牵拉所能达到的展开效果最好;牵引绳分布圆直径增大,所能达到的最大展开面积和保形距离减小,展开距离增大;牵引体的发射角度增大,长方形绳网的最大展开面积和保形距离增大,展开距离减小。

一种小样本数据驱动的雷达复合干扰轻量化感知网络
郎彬, 王欢, 宫健
2024, 50(3): 1005-1014. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0343
摘要:

基于深度学习的雷达干扰感知技术能精确感知各类雷达干扰类型,但需预先构建大规模且完备的训练样本,数据集构建工作量大、难度高,同时存在网络模型参数量较大、计算复杂度高的问题,导致在实际平台中难以应用。针对此问题,提出一种小样本数据驱动的雷达复合干扰轻量化感知网络,结合计算机视觉领域的“目标检测”思想建立干扰感知网络,利用雷达干扰时频分布数据提取多尺度特征图,预置锚框进行回归与分类,使用分组卷积与Ghost卷积对大参数量、高计算量的网络结构进行轻量化改进。实验结果表明:只需小规模的多种单一干扰模式样本,即可实现对单一干扰模式、两两复合模式及3类复合模式的灵活感知,在低干噪比条件下保持较高感知性能的同时大幅压缩模型的参数量与运算量。

岸基BDS-R海面测高及其观测值加权方法
侯金华, 贺凯飞, 高凡, 储倜, 吴宇
2024, 50(3): 1015-1026. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0360
摘要:

随着北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的全球组网完成,其反射信号在全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R) 海面测高领域的应用也更加广泛。为研究BDS-3 B1C反射信号码延迟海面测高性能,以及多星测高数据组合方法,进行了基于B1C码信号的双天线岸基北斗卫星导航系统反射测量(BDS-R)码延迟海面测高实验。利用自主研发的GNSS-R测高软件接收机对实验数据进行事后处理,将测高结果与岸基同步观测的雷达测高仪所测海面高度值进行对比分析,并基于反射信号信噪比(SNR)和卫星高度角加权的方法对多星测高观测值进行加权计算,评定BDS-R海面测高精度。结果表明:自主研发的GNSS-R测高软件接收机可用于海面测高,基于B1C码信号的BDS-R海面测高精度有达到分米级的可能性;根据10 s观测数据平滑可以得到,单颗卫星B1C码信号最优测高结果的均方根误差(RMSE)为0.634 m,平均绝对误差(MAE)为0.507 m,多星测高观测值加权组合最优结果的均方根误差为0.538 m,平均绝对误差为0.500 m,明显优于单星观测精度,最大可提升70%,最小可提升17%;针对同一信号多星GNSS-R测高数据加权方法,应用综合考虑卫星高度角和反射信号信噪比的加权模型优于其他加权模型,测高精度分别比信噪比分段模型、正弦函数模型、指数函数模型、等权模型提升9.4%、9.5%、20.5%、35.2%。

面向机动目标的分布式弹群在线协同定位方法
傅晋博, 张栋, 赵军民, 王庭晖
2024, 50(3): 1027-1036. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0361
摘要:

机动目标的高精度协同定位是协同打击的关键,通过分布式弹群来实现协同定位是目前研究的热点。提出了一种分布式弹群在线协同定位的策略,解决弹群通信受限条件下协同定位的实时性问题;针对目标状态估计中模型非线性、噪声非高斯分布等特点,提出了容积卡尔曼粒子滤波算法;设计了自适应转弯速率的匀速转弯模型,并将现有的二维匀速转弯模型扩展至三维,解决了现有匀速转弯模型先验转弯速率固定,导致定位精度不高的问题;设计了自适应模型转移概率的交互多模型方法,实时修正马尔可夫转移概率,解决了单模型滤波定位精度不高的问题。通过仿真验证了所提策略和方法的有效性和准确性。

基于领航者跟随者的群系统保性能编队控制
王琳, 张庆杰, 陈宏伟
2024, 50(3): 1037-1046. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0371
摘要:

针对群系统编队跟踪控制问题,提出了一种切换拓扑下保性能的优化控制方法。建立了基于领航跟随结构的编队跟踪控制问题的数学描述,引入分布式性能指标描述群系统编队调节性能。利用一致性理论设计了基于领航跟随结构的编队控制协议。借助李雅普诺夫方法分析系统的闭环稳定性,给出保性能上界的数学表达形式。利用数值仿真验证了所提控制方法的有效性,群系统可在性能上界下实现编队跟踪控制,且在编队跟踪速度和消耗性能方面优于已有文献。

基于无芯片RFID的低成本湿度传感器设计
王博, 李有为, 王柯
2024, 50(3): 1047-1052. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0161
摘要:

设计一款低成本无芯片射频识别(RFID)传感器用于环境湿度监测具有重要意义。为此,将聚乙烯醇(PVA)薄膜用作湿度敏感材料,矩形基板的整体尺寸为18 mm×18 mm×0.5 mm,通过感湿原理和仿真分析,环境湿度的变化引起湿度敏感材料PVA介电常数的变化,进而影响整个传感器谐振频率偏移。仿真结果表明:所设计的湿度传感器相对湿度工作范围为21.9%~52.5%,对应传感器谐振频率范围为2.76~2.51 GHz,偏移总量达到250 MHz,最大相对湿度下平均灵敏度为23.08 MHz/%。所设计的湿度传感器具有小型化、结构简易和低成本等优点,可应用于各种目标环境的湿度监测。

常见问答