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2013年  第39卷  第1期

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论文
基于虚拟视线交会的飞航导弹INS误差修正方法
张友安, 寇昆湖, 柳爱利, 耿宝亮
2013, (1): 1-5.
摘要:
针对飞航导弹惯性导航系统(INS, Inertial Navigation System)单独使用时存在位置和速度估计误差发散的问题,在不需要弹目距离信息的情况下,提出了一种基于对航路上单个已知地标连续、被动观测的INS误差修正方法.根据导弹与地标间的相对运动关系,采用虚拟视线交会的方法,将问题转化为多虚拟地标协同定位导弹问题.在此基础上,利用最小二乘思想,实现了导弹位置的有偏估计.以估计得到的有偏位置信息和基于大气系统得到的INS速度误差大小作为观测量,应用考虑系统误差估计补偿的卡尔曼滤波,实现了导弹位置和速度的无偏估计.仿真结果验证了方法的有效性.
太阳同步轨道卫星光学特性
申文涛, 朱定强, 石良臣, 蔡国飙
2013, (1): 6-10.
摘要:
为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m2·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m2·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.
月球着陆器着陆腿非线性有限元建模与仿真
梁东平, 柴洪友, 曾福明
2013, (1): 11-15.
摘要:
为了准确地预测着陆冲击过程中着陆腿的载荷缓冲和吸能性能用于指导着陆缓冲机构的设计和优化,采用非线性有限元方法进行着陆冲击动力学仿真.建立了单腿着陆冲击有限元模型,采用ABAQUS/Explicit显式动力学程序作为求解器.为提高计算效率,采用了质量缩放技术.对2个单腿着陆冲击工况进行了动力学仿真分析,通过与试验数据的对比证明了分析结果的正确性.分析结果表明:非线性有限元模型可以综合考虑各种非线性因素的影响,能较准确地预测着陆腿着陆缓冲性能;着陆腿的弹性对套筒间的摩擦力有较大的影响,增大着陆腿刚度可以减小摩擦力.
一类非线性时滞系统的采样控制
樊丽颖, 武俊峰
2013, (1): 16-21.
摘要:
针对于采样区间具有已知上界的非线性时滞系统,分别考虑了常采样和变采样两种情况下的采样控制问题.目标是设计一个状态反馈采样控制器,使得闭环系统指数稳定,并且满足给定的性能指标.基于输入延迟方法,可以将采样控制系统转化成具有时变延迟的连续系统.引入了新的时间依赖Lyapunov函数,这些Lyapunov函数在下一个采样时间到来之前没有增长.以线性矩阵不等式(LMI, Linear Matrix Inequality)的形式给出了具有时变延迟的非线性扰动系统指数稳定的充分条件.仿真结果说明了所提方法可以提高系统的抗扰能力.
辛算法的纠飘研究
刘晓梅, 周钢, 王永泓, 孙薇荣
2013, (1): 22-26.
摘要:
辛算法较RK(Runge-Kutta)方法,保持辛结构不变或保持哈密顿系统规律性不变是突出的优点,但点态数值精度并不理想.推导出了三阶、四阶辛算法的漂移量计算公式,通过补偿漂移量就能提高点态数值精度,既保辛结构又保证点态数值高精度,适合于工程应用.建立了分数步对称辛算法(即FSJS算法)的纠漂公式,制定了漂移的约束标准.相关算例的数值结果表明:三阶FSJS算法漂移量最小,点态数值精度更高.
预腐蚀对多部位损伤发生概率的影响
张建宇, 袁军, 时新红
2013, (1): 27-30,41.
摘要:
针对飞机结构中存在的多部位损伤(MSD,Multiple Side Damage)问题,对预腐蚀后多细节结构MSD发生概率进行分析研究.预腐蚀条件选为3.5%NaCl溶液浸泡240 h.通过7B04-T74铝合金单细节预腐蚀-疲劳及常规环境疲劳试验,得到了预腐蚀影响系数C.确定了预腐蚀后的MSD发生概率与常规疲劳试验MSD发生概率之间的关系.建立了预腐蚀后的MSD发生概率公式.通过与试验结果对比表明:新的公式可以很好地反映试验结果.
基于支板燃烧室的喷管化学非平衡效应
程诚, 覃粒子, 刘宇
2013, (1): 31-36.
摘要:
采用有限体积法全隐式格式和代用燃料C12H23的10组元13步化学反应Arrhenius有限速率模型研究煤油燃料超燃冲压发动机单边膨胀喷管(SERN, Single Expansion Ramp Nozzle)内的化学非平衡流动,通过建立支板燃烧室——喷管模型有效解决了单边膨胀喷管模型的"入口薄层"问题.计算结果表明,整个单边膨胀喷管内,流动呈现化学非平衡效应,喷管入口附近区域尤其显著;非平衡流动喷管性能明显高于冻结流动,随发动机当量混合比 ε增加,非平衡流动的喷管推力系数和升力系数相对冻结流动的百分比增量 δ不断升高,当 ε=0.8时,推力系数百分比增量 δCF达到9.41%,升力系数百分比增量 δCY达到16.39%,化学非平衡效应对煤油燃料超燃冲压发动机尾喷管性能的影响不可忽略.
超声波流量测量中流速计算方法的对比
于洋, 宗光华, 丁凤林
2013, (1): 37-41.
摘要:
超声波流量计(UFM,Ultrasonic Flow Meter)通过测量管路中顺流和逆流方向的超声波传播时间变化计算流速,因此超声波传播时间的准确测量对流量计的精度影响至关重要.对超声波流量计的测量方法进行研究,从环境温度的变化、时间测量的准确性、不确定度的计算3个方面,对比超声波传播时间差法和频率差法对流量测量精度的影响.通过超声波流量测量实验,验证了在流量计未校准的情况下,与频率差法相比,时间差法的测量精度更高,且其校准系数曲线的线性度更好,校准后可在全流量范围内获得更高的测量精度.
基于相关分析和组合神经网络的退化预测
党香俊, 姜同敏
2013, (1): 42-46,51.
摘要:
产品剩余寿命预测是加速退化试验和故障预测与健康管理两大热点领域中的关键技术之一.为了解决复杂退化的预测问题,提出了一种新型预测方法,对退化轨迹能够实现较长距离的预测.此方法首先对复杂退化数据进行小波变换,通过Durbin-Watson方法和偏相关图分析各级分解序列的自相关性,最后根据序列的特点,组合BP(Back Propagation)和小波神经网络对退化轨迹进行预测.为了验证所提组合神经网络方法的有效性,采用小波神经网络的预测结果进行对比分析.实际退化数据的预测结果表明,所提方法比单独采用小波神经网络,具有更小的均方差(MSE,Mean Square Error),对剩余寿命(RUL,Remaining Useful Life)也具有更高的预测精度.
系统级链路预算方法
刘焱, 苏东林, 张恺, 李尧尧
2013, (1): 47-51.
摘要:
计算地面站和飞行器之间的通信链路余量问题常依赖于简单的数学叠加法,但在实际应用中,复杂飞行器模型以及气候条件等干扰因素都容易造成天线方向图的畸变,从而导致链路预算不准.为了尽可能准确评估链路性能,提出了一种系统级链路预算评估方法.应用旋转变换矩阵,建立了姿态变化造成天线方向图相对变化的关系式.仿真得出装机后天线方向图畸变信息.根据相对变化量对方向图信息作数据挖掘.按全系统链路余量表达式计算变姿态情况下链路余量.评估了一种超短波通信天线与地面站天线间的通信链路性能,以及飞机降落时航向天线和航向台站之间的通信链路问题,表明该方法具有一定工程应用价值.
基于干扰观测器的惯性动量轮高精度控制
张聪, 刘刚, 李光军
2013, (1): 52-56.
摘要:
为了提高惯性动量轮的输出力矩精度,针对惯性动量轮存在的内干扰力矩,提出一种基于干扰观测器的扰动抑制策略.通过建立惯性动量轮动力学模型,分析得出目前的惯性动量轮力矩控制不能无差地跟随阶跃力矩指令,进而设计了干扰观测器,并根据估计出的扰动力矩计算得到补偿控制电压.设计控制系统并采用该方法,在惯性动量轮工程样机上进行实验研究.结果表明:采用基于干扰观测器的扰动抑制策略,使惯性动量轮输出力矩精度从0.01 N·m提高到0.002 N·m,转速和力矩响应曲线更平滑.
嫦娥一号卫星飞行控制模拟器的设计与研制
郑爱武, 周建平, 麻永平
2013, (1): 57-61.
摘要:
飞行控制模拟器,简称飞控模拟器,是飞控中心用来验证飞行程序和地面测控方案,训练操作人员的模拟仿真系统,为系统演练构造一个尽量逼真的任务环境.介绍了嫦娥一号飞控模拟器的功能、结构和使用模式.提出了带轨道根数跳时的新方法,使模拟器具备加速跳时至任意轨道段的能力,提高了任务演练的灵活性.建立了高精度轨道动力学模型,并首次在模拟器中直接嵌入了部分星载软件,大大提高了模拟器的保真度.同时专门设计了图形化的集中监控软件,方便了用户的操作和管理.该模拟器在嫦娥一号卫星任务准备中得到了充分的应用,为嫦娥一号卫星任务的圆满完成奠定了坚实的基础.根据该模拟器的开发经验,对未来模拟器的研制提出了几点建议.
基于改进HHT的一体化电液作动器故障诊断
刘俊, 王占林, 付永领, 韩旭
2013, (1): 62-66.
摘要:
介绍了机载变排量变转速一体化电动静液作动器(EHA-VPVM,Electro-Hydrostatic Actuator with Variable Pump displacement and Variable Motor speed)的系统结构,根据EHA-VPVM早期故障信号非平稳、时变等特点,采用一种新的时频分析方法希尔伯特黄变换(HHT,Hilbert-Huang Transform)进行信号分析.针对HHT方法的模态混叠和虚假本征模态函数问题,提出两点改进:通过集合经验模式分解算法抑制模态混叠的发生;采用相关系数法保留真实本征模态函数.对EHA-VPVM工程样机进行早期故障诊断实验,用Hilbert边际谱和HHT谱分析永磁无刷直流电机两种工作状态下的振动信号.实验结果表明:改进HHT方法较好解决了HHT的模态混叠和虚假本征模态函数问题,能准确提取研究对象的早期故障特征,对EHA-VPVM早期故障具有良好的诊断效果.
基于混沌序列加权抽样和排序变换的图像置乱
曹光辉, 胡凯
2013, (1): 67-72.
摘要:
为增强网络中传输的数字图像信息的安全性,对一类典型的基于混沌排序图像置乱算法——Ye算法进行了研究,给出应用间隔抽样混沌序列置乱图像可以提高混沌排序置乱算法置乱度这一性质,并依据近似熵理论给出其提升的依据.为增加图像置乱算法的密钥空间,结合Shannon加权保密思想,设计了基于加权抽样混沌序列排序图像置乱算法.结果表明,该方法密钥空间大,置乱强度高,抗重构攻击.
基于位姿测量不确定度的飞机对接质量评估
杜福洲, 吴璞
2013, (1): 73-77.
摘要:
针对基于位姿的数字化测量辅助飞机大部件对接技术的发展与应用,对位姿测量不确定度以及基于不确定度的质量评价方法进行了研究.给出了数字化对接环境下大部件位姿的数学表达形式及意义.提出了基于协方差矩阵的位姿测量不确定度解析算法,并通过仿真算例与蒙特卡洛仿真法进行了对比,验证了该算法的有效性.给出了飞机大部件对接过程数字化测量工艺能力指数的概念,用于对测量结果的可信性进行评价;通过构建位姿测量不确定度与对接质量评估指标间的映射关系,提出了一种基于位姿测量不确定度的大部件对接质量评估方法,并以机翼-机身对接过程为案例,对方法的可行性、算法的有效性进行了验证.
FDTD方法的改进及在超声波声场计算中的应用
徐娜, 李洋, 周正干, 于光
2013, (1): 78-82.
摘要:
时域有限差分法(FDTD, Finite Difference Time Domain)是建立超声检测模型的有效手段,然而在相邻两种介质的分界面上,两种介质声阻抗的突变会引起差分计算的不稳定.为了解决上述问题,从常规FDTD方法入手,提出将界面两边介质的声学参数在界面处进行平均处理的方法,对FDTD方法进行了改进;然后分别采用常规FDTD方法和改进方法对相邻两种介质声阻抗相差5个数量级的模型进行了声场计算;最后对超声换能器进行了有限差分声场计算和实际检测实验对比.研究结果表明:改进的FDTD方法是超声波声场计算中一种有效可行的数值方法.
基于地面移动通信基站的差分气压测高方法
杜晓辉, 裴军, 张丽荣, 刘成
2013, (1): 83-88.
摘要:
为了解决现有的卫星定位系统高程定位精度较低的问题,提出利用已发展完备的地面移动通信基站作为气压差分测量基准点的差分气压测高的方法.该方法以用户接收机附近的分布密集的地面移动通信基站为气压校正基准点,并利用移动通信基站的传输链路把相关的测量数据传送给用户,用户接收机便可以用移动通信基站观测点的高程值、气压值以及温度值,结合接收机测点处的气压值和温度值,利用高程与气压值之间的对应关系,得到用户接收机处的绝对高程值.实际试验结果表明:使用本方法后,室内高程定位精度约为1 m,室外的高程定位精度优于1 m.测高分辨率约为0.2 m,可以使GNSS(Global Navigation Satellite System)的三维位置定位精度提高约60%.本方法不仅可以弥补GNSS高程精度差的缺陷,作为高程约束参与测量方程解算还会提高水平测量精度,而且还克服了传统的气压测高精度依赖于气象站,而大多数用户接收机离气象站的距离较远,造成气压测高精度偏低的局限性.所以本方法能辅助增强卫星导航系统,提高三维定位精度,用于室内定位可以解决室内楼层的分辨问题.
带口盖复合材料柱壳压缩性能
范舟, 程小全, 李钟海, 胡仁伟
2013, (1): 89-94.
摘要:
研究了1/3弧长带有口盖复合材料柱壳的压缩行为.实验测试的带口盖柱壳结构在压缩后发生局部屈曲变形,无后屈曲现象发生,屈曲破坏载荷为118.944 kN.利用ABAQUS有限元软件建立相应有限元模型计算其屈曲破坏行为,并将计算结果与实验结果进行比较,证明所建立的模型正确有效.利用所建立的模型,探究提高结构屈曲载荷的方法.研究表明:补片与口盖的铺层角度对结构的屈曲载荷有直接影响,如果补片与口盖的铺层角度由0°变为20°后,结构屈曲载荷可以分别提高6.8%和2.4%;补片厚度也与结构屈曲载荷相关,但试图增加现有补片厚度来提高结构屈曲载荷方法并不十分理想.当补片厚度由11层提高到16层时,结构屈曲载荷也仅提高了2.37%,考虑成本与重量因素,此方法与改变铺层角度相比不可取.