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基于BP神经网络的甲板运动预报与补偿技术

赵所 林立 李震 侯中喜

赵所,林立,李震,等. 基于BP神经网络的甲板运动预报与补偿技术[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(9):2772-2780 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0743
引用本文: 赵所,林立,李震,等. 基于BP神经网络的甲板运动预报与补偿技术[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(9):2772-2780 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0743
ZHAO S,LIN L,LI Z,et al. Deck motion prediction and compensation technology based on BP neural network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(9):2772-2780 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0743
Citation: ZHAO S,LIN L,LI Z,et al. Deck motion prediction and compensation technology based on BP neural network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(9):2772-2780 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0743

基于BP神经网络的甲板运动预报与补偿技术

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0743
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    通讯作者:

    E-mail:250772665@qq.com

  • 中图分类号: V249

Deck motion prediction and compensation technology based on BP neural network

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  • 摘要:

    在全自动着舰过程中,考虑甲板运动对全自动着舰成功率的影响。针对舰载机响应滞后带来的甲板和舰载机纵向高度不同步的问题,采用甲板运动预报技术对舰船未来有效时间内的运动参数进行预报。建立基于正弦波组合的六自由度甲板运动模型,基于反向传播(BP)人工神经网络建立甲板运动预报模型,提出采用反向传播优化算法减小预报模型训练更新时间,提高预报模型速率和精度。基于超前网络建立甲板运动补偿模型,结合着舰导引系统确保舰载机与甲板运动同相位。建立飞机运动模型,并通过仿真实验,验证甲板运动预报和补偿技术的可行性。

     

  • 图 1  六自由度甲板运动模型

    Figure 1.  Deck motion model in six degree of freedom

    图 2  甲板运动响应曲线

    Figure 2.  Deck motion response curve

    图 3  BP神经网络

    Figure 3.  BP neural network

    图 4  基于BP神经网络的升沉运动预估

    Figure 4.  Prediction of heaving motion based on BP neural network

    图 5  实时甲板运动预报流程

    Figure 5.  Deck motion real-time prediction process

    图 6  升沉运动预估

    Figure 6.  Prediction of heaving motion

    图 7  本文预报模型在不同海况下的仿真结果

    Figure 7.  Simulation results of the proposed predicting model under different sea conditions

    图 8  舰载机纵向导引系统

    Figure 8.  Carrier aircraft longitudinal guidance system

    图 9  甲板运动补偿模型实验效果

    Figure 9.  Experimental effect of deck motion compensation model

    图 10  舰载机纵向控制系统

    Figure 10.  Carrier aircraft longitudinal control system

    图 11  舰载机着舰下滑道示意图

    Figure 11.  Schematic diagram of carrier aircraft landing glide path

    图 12  基于经典BP预报技术的舰载机纵向着舰航迹

    Figure 12.  Longitudinal landing track of carrier aircraft based on classical BP prediction technology

    图 13  本文预报模型的舰载机纵向着舰航迹

    Figure 13.  Longitudinal landing track of carrier aircraft based on the proposed predicting model

    图 14  甲板运动扰动高度仿真结果

    Figure 14.  Height simulation results of deck motion disturbance

    图 15  甲板运动扰动迎角响应

    Figure 15.  Angle of attack response of deck motion perturbation

    图 16  甲板运动扰动速度响应

    Figure 16.  Velocity response of deck motion disturbance

    表  1  甲板运动预报性能

    Table  1.   Deck motion prediction performances

    时间/s 升沉MSE/m 纵摇MSE/(°) 横摇MSE/(°)
    4 0.024875 0.025589 0.029882
    7 0.023695 0.036056 0.027329
    10 0.029782 0.039349 0.043956
    13 0.06856 0.076037 0.077719
    16 0.089719 0.09724 0.095743
    19 0.12533 0.14659 0.131588
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    表  2  舰载机瞬时状态

    Table  2.   Transient state parameters of carrier aircraft

    参数 数值 参数 数值
    高度$h$/m 120 偏航角速度$r$/((°)·s−1) 0
    速度$V$/(m·s−1) 65.0 滚转角速度$p$/((°)·s−1) 0
    迎角$\alpha $/(°) 8 俯仰角速度$q$/((°)·s−1) 0
    侧滑角$\beta $/(°) 0 升降舵偏角${\delta _{\mathrm{e}}}$/(°) −3.17
    俯仰角${\theta _{\mathrm{f}}}$/(°) 5 副翼偏角${\delta _{\mathrm{a}}}$/(°) 0
    偏航角$\psi $/(°) 0 油门开合度${\delta _{\mathrm{T}}}$/% 0.43
    滚转角$\phi $/(°) 0 方向舵偏角${\delta _{\mathrm{r}}}$/(°) 0
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    表  3  不同海况下纵向甲板运动扰动实验结果

    Table  3.   Experimental results of longitudinal deck motion disturbance under different sea conditions

    海况 高度平均误差/m 高度误差标准差/m
    5级 0.460 34 3.613 54
    4级 0.376 16 4.510 79
    3级 0.393 52 4.014 54
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-29
  • 录用日期:  2023-02-07
  • 网络出版日期:  2023-03-30
  • 整期出版日期:  2024-09-27

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