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2020年  第46卷  第7期

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2020年, 第46卷, 第7期
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论文
一种鲁棒性增强的机载网络流量分类方法
吕娜, 周家欣, 陈卓, 刘鹏飞, 高维廷
2020, 46(7): 1237-1246. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0475
摘要:

针对机载网络高度动态、高度不稳定造成流量监测设备难以在有限的监测周期内完成完整数据流负载特征的提取,限制了基于深度学习的流量分类方法的应用问题,提出了一种鲁棒性增强的机载网络流量分类方法。通过数据预处理及缺失样本处理方法将数据流映射为灰度矢量集合,基于完整的数据流训练数据集实现鲁棒性增强的长时递归卷积神经网络(RE-LRCN)分类模型的训练,在线上分类阶段,通过分类模型实现样本缺失数据流负载空间特征及数据流时序特征的提取,并进行数据流分类。通过在数据包缺失的流量测试数据集上的实验结果表明,所提方法可以有效抑制数据包缺失对分类准确性能的恶化。

基于改进前景理论的航空货运联盟博弈分析
闫妍, 张锦, 唐秋宇
2020, 46(7): 1247-1257. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0468
摘要:

航空货运联盟的应用有助于航空公司的业务经营,航空公司通过低运营成本,提高服务质量,使得用户获得较大的满足感。以航空货运联盟为基础,探讨不同航空公司在航空货运联盟中有关航线运输业务自营或外包的决策问题。考虑前景理论中的损失厌恶,采用改进的风险价值函数刻画航空公司的成本损失;建立得益矩阵,并通过动态演化博弈分析决策过程。结果表明:当自营成本分摊系数越大,外包成本分摊系数、风险损失系数和风险凹凸系数越小,固定成本越大,飞机的单位运输成本越小,收益率越大时,S航空公司若货运量大于其他航空公司,则宜采取业务自营,反之,则业务外包;当自营成本分摊系数越小,外包成本分摊系数越大时,S航空公司选择自营概率越大;当S航空公司货运量越大时,其选择自营概率越大;其他航空公司自营概率越大,S航空公司自营概率越小。

基于勒让德正交多项式法的反射/透射特性研究
何存富, 任晢文, 吕炎, 高杰, 王硕, 宋国荣
2020, 46(7): 1258-1266. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0434
摘要:

为研究薄层材料力学性能的声学检测方法,基于勒让德正交多项式法,利用液/固边界条件与波动控制方程,构建线性无关方程组并求解了界面处的反射/透射系数。分析截止项阶数对求解结果的影响,寻找不同频厚积下截止项阶数的临界值,并根据该临界值求解反射/透射系数的角度谱与频谱,与传递矩阵法进行了比较,以此验证了该理论模型的准确性。超声波斜入射薄层材料板并形成Lamb波,其达到稳态时的频散特性与反射特性存在内在联系,根据Snell定律并运用勒让德正交多项式法求解频率-相速度-反射系数三维曲面,与Disperse得到的频散曲线仿真结果进行比较,证明该理论模型对反射系数的求解结果符合Lamb波频散特性。通过采集无试样时的参考信号,降低了声波传播过程中衰减对实验结果的影响。搭建了反射与透射实验系统,对不同入射角度下反射与透射系数的频谱进行了测量并与相应的理论结果进行了对比,验证了该理论所得结果的准确性。实现了声反射/透射系数的非勘根求解,为薄层材料力学性能的无损检测提供了理论基础与实验指导。

自动化飞行训练评估中的战机机动动作识别
孟光磊, 张慧敏, 朴海音, 梁宵, 周铭哲
2020, 46(7): 1267-1274. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0445
摘要:

针对战机飞行员自动化飞行训练评估对于机动动作的在线识别需求,提出了一种改进的基于动态贝叶斯网络的机动动作识别方法。首先,分析了仪表、简单特技和复杂特技飞行科目的机动动作特征。然后,根据战机飞行过程中机动动作与特征参数的因果关系,建立了机动动作识别动态贝叶斯网络模型,克服了传统方法需要滚转角信息,在实际飞行训练中难以通过雷达探测实时获取的缺点。同时,通过设计模型在线调用机制,有效降低了计算复杂度。实验结果表明,所提方法对于战机机动动作识别率高、实时性好,能够满足在线应用需求。

复杂低空物流无人机路径规划
张启钱, 许卫卫, 张洪海, 邹依原, 陈雨童
2020, 46(7): 1275-1286. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0455
摘要:

针对复杂低空物流无人机路径规划问题,考虑空域环境、运输任务等内外限制,以飞行时间、能耗及危险度最小为目标函数,建立多限制条件物流无人机路径规划模型,设计启发算法以快速解算路径。采用栅格法对规划环境表征,引入物流无人机性能约束确保路径可飞。针对A*算法存在的问题及物流无人机航空运输特色,引入栅格危险度因子、货物质量惩罚系数,增加飞行时间、能耗等代价以提升避障能力、降低成本。为匹配所提启发算法解算效率与精度,采用动态加权法对函数赋权。为筛除冗余路径点及保证平稳飞行,采用双向交叉判断法等对原路径优化平滑。为验证所提路径规划模型及启发算法的有效性,对比4种算法规划结果,分析栅格粒度大小与代价权重值对结果的影响。在既定的运输环境及物流无人机性能约束下,研究结果表明:所提算法与A*算法相比,保证了物流无人机飞行安全、能耗少,将飞行时间由406 s降至386 s,降低了5%;飞行路径点数为129个、栅格危险度因子为11.69,降低了姿态改变次数,保证了运输安全;当栅格粒度大小为5 m,代价权重值为0.4、0.1、0.5时,采用所提算法规划的路径最佳。

面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型
卫宗敏
2020, 46(7): 1287-1295. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0452
摘要:

针对多显示界面多飞行任务状态下的脑力负荷评价问题,设计了飞行仪表监控、飞行数字计算及飞行雷达探测3种不同类型的飞行任务,综合采用多种不同测评方法在飞行试验平台上开展脑力负荷实验测量和综合评价模型研究。实验结果表明:随着飞行任务类型的增多,NASA任务负荷指数(NASA-TLX)的主观评价分值显著增高;飞行正确探测率逐渐下降,反应时间显著延长;事件相关电位(ERP)测量技术中的P3a的峰值(在Fz电极处)逐步降低,心电(ECG)测量技术中的SDNN指标的数值逐步降低,眼电(EOG)测量技术中的眨眼次数没有显著变化。在此基础上,基于贝叶斯判别分析方法,建立了面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型,并将该综合评估模型与基于单一指标、双指标、三指标、四指标的模型进行了比较,结果显示:所提多维综合评估模型对于多显示界面多飞行任务中的显示界面脑力任务设计的等级分类预测准确率最高,其平均分类预测准确率为82.22%。所提多维综合评估模型为大型复杂系统中显示界面脑力任务设计提供了有效的量化方法和科学依据,有助于歼击机和运输类飞机设计人员优化显示界面脑力任务设计,并为相关型号飞机显示系统的适航审定工作提供新的验证工具。

菱形翼布局太阳能无人机螺旋桨滑流影响研究
赵炜, 黄江流, 周洲, 张顺家, 毕鹏
2020, 46(7): 1296-1306. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0438
摘要:

为了探究螺旋桨滑流对低雷诺数菱形翼布局太阳能无人机气动特性的影响,采用动量源方法(MSM)与k-kL-ω转捩模型求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对不同转速状态下菱形翼布局太阳能无人机的气动特性进行了准确模拟。并通过对比机翼表面流场结构与压力分布,分析了不同迎角下螺旋桨转速变化对菱形翼布局前后翼气动干扰的机理。研究表明:随着螺旋桨转速增大,小迎角下增升减阻效果明显,最大升阻比在3 000 r/min时提升了18.4%。在小迎角时,前翼气流受到抽吸作用,升力增加,后翼受螺旋桨旋转气流影响,前缘出现大范围吸力区,压差阻力减小。在大迎角时,前翼影响不变,后翼前缘下表面吸力区范围及强度均减弱,前缘负升力区消失,增升效果改善,压差阻力增加。由于在不同迎角时,升力增量的主要贡献部件不同,导致无人机纵向静稳定裕度随着转速的提升而增大。菱形翼布局太阳能无人机通过合理设置螺旋桨位置与转速,可有效利用螺旋桨滑流提升气动性能。

一种参数区间交叉类型的目标识别方法
李双明, 关欣, 赵静, 吴斌
2020, 46(7): 1307-1316. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0442
摘要:

针对参数区间为交叉类型的目标识别问题,提出了基于直觉模糊集和云模型的逼近理想点(TOPSIS)识别方法。构建了包含个体类和交叉类的目标数据库模型,根据云模型的多步估计算法,得到未知目标相对已知目标类的确定度,提出了确定度向隶属度和非隶属度的转化方法,基于直觉模糊熵计算特征属性的动态权重,形成了去模糊距离测度的TOPSIS识别方法,应用于辐射源信号识别。仿真结果表明,所提方法对参数区间交叉类型的目标正确识别率较高,具有一定的实际应用价值。

基于谐波系数幅值平均的复合调制引信抗扫频式干扰方法
陈齐乐, 郝新红, 闫晓鹏, 乔彩霞, 王雄武
2020, 46(7): 1317-1324. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0451
摘要:

为提高混沌码调相与线性调频(CCPM-LFM)复合调制无线电引信的抗扫频式干扰性能,分析了扫频式干扰作用下复合调制无线电引信的响应,并提出了谐波系数幅值平均的抗干扰方法。在瞬时相关和谐波解调串联(ICHD)定距算法原理的基础上,采用快速傅里叶变换(FFT)算法提取谐波包络,并对多次FFT所得谐波系数幅值平均,充分利用混沌码的随机性和统计特性抑制干扰。理论和仿真结果表明:所提方法在不影响引信定距精度的前提下,能够有效抑制扫频干扰。

反导预警相控阵雷达网目标分配方法
杨善超, 田康生, 吴卫华, 刘文俭, 周广涛
2020, 46(7): 1325-1334. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0473
摘要:

针对相控阵雷达网跟踪弹道导弹目标时的资源管理问题,分析阐述反导预警作战场景,提出综合目标跟踪精度和雷达切换频率的目标分配效益函数,从雷达能量、时间及雷达与目标可见性三方面建立约束条件,以准确反映目标分配过程中的实际限制,在此基础上构建反导预警相控阵雷达网目标分配模型。根据反导预警任务特点,设置目标分配的自适应间隔,以提高模型设计合理性。就稀疏弹道导弹目标跟踪、密集弹道导弹目标跟踪2种场景进行仿真实验,结果表明:运用所提方法能够有效实现目标分配,提升相控阵雷达网资源利用效率,并能够减少雷达切换次数。

数字开关液压系统管路压力波传播建模与分析
陈晓明, 朱玉川, 吴昌文, 高强, 江裕雷
2020, 46(7): 1335-1344. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0478
摘要:

为准确描述数字开关液压系统管路压力波传播特性,应用基于传递函数与时间延迟的管路压力波传播分析模型,通过耦合高速开关阀输出流量特性与管路压力波传播分析模型,实现两位两通高速开关阀控缸系统管路压力波传播特性的建模与分析,讨论了不同参数下的管路压力波传播特性,并通过相应的实验加以验证。结果表明,实验结果与分析模型结果一致性较好,高速开关阀动态特性与系统管路压力波传播特性密切相关,管路属性对系统管路压力波传播过程影响显著,将为后续数字开关惯性液压系统的研究奠定基础。

星座分布式自主定轨中信息融合方法比较研究
杨静, 魏若愚
2020, 46(7): 1345-1353. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0463
摘要:

为了保证大型导航星座在有限的星载运算能力和通信能力下,具备自主运行能力并提供精准位置参考信息,对基于分层结构的星座分布式自主定轨的信息融合方法展开了研究。以地月卫星联合星座作为研究对象,将简单凸组合法、协方差交叉融合法以及在线性最小方差意义下的矩阵加权法和标量加权法等方法应用于子滤波器估计的融合中,对各种融合方法的性能进行了对比分析。仿真结果显示,在采用方差放大技术去相关设计星座分布式自主定轨算法基础上,采用简单凸组合法、矩阵加权法和标量加权法3种融合方法的定轨精度较高,与集中式滤波精度相当,其中标量加权法的计算代价最低;而协方差交叉融合法由于难以准确确定最优系数,其精度低于其他3种方法。

航天器非奇异自适应终端滑模姿轨联合控制
潘菲, 朱宏玉
2020, 46(7): 1354-1362. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0459
摘要:

为了实现航天器姿态与轨道的同步控制,提出了一种航天器姿态与轨道联合控制的非奇异自适应终端滑模控制律。首先,建立了航天器姿轨耦合运动的对偶四元数模型;其次,提出了一种姿轨联合跟踪控制的非奇异终端滑模控制律,并设计了自适应控制律以改善质量特性不确定性的影响,利用李雅普诺夫函数证明了所提控制律的稳定性;最后,绕飞小行星的跟踪控制仿真算例表明了控制律的有效性。结果表明:所提控制律具有较高的控制精度,能够在有限时间内收敛,仿真过程中不存在奇异点,抑制了质量特性的不确定性对控制的影响,且对滑模的抖振特性有抑制效果。

基于神经网络的OFDM信道补偿与信号检测
刘步花, 丁丹, 杨柳
2020, 46(7): 1363-1370. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0456
摘要:

针对非线性失真和多径效应混合的复杂信道条件,提出一种基于神经网络的正交频分复用(OFDM)信道补偿与信号检测的方法。首先接收端信号利用最小二乘(LS)算法和迫零(ZF)算法做预处理,然后再输入到一层全链接层的神经网络进行进一步的信道补偿与信号检测,并恢复数据流。仿真结果表明,在没有进行输入信号功率回退(IBO)时,所提方法的误比特率(BER)性能比LS算法提升2个数量级,比线性最小均方误差(LMMSE)、最小均方误差(MMSE)提升一个数量级;在进行IBO后,所提方法能避免LS信道估计下至少4 dB的功率损失,能避免LMMSE、MMSE信道估计下至少2 dB的功率损失。所提方法在一定程度上验证了机器学习结合通信的先验知识的这种新的网络结构更能提升系统数据传输的准确率。

火箭空中爆炸冲击波峰值超压预测方法
王岩, 王华, 崔村燕, 段永胜, 赵蓓蕾
2020, 46(7): 1371-1378. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0481
摘要:

研究火箭空中爆炸冲击波参数预测方法对于乘员舱的安全评估具有重要意义。为了探究火箭空中爆炸时飞行高度对峰值超压的影响,获取冲击波参数快速预测方法,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对火箭飞行至0~20 km高度爆炸进行了有限元仿真分析。结果表明,作用于乘员舱的冲击波峰值超压随飞行高度的增加而快速减小。火箭空中爆炸冲击波压强衰减系数与飞行高度之间的关系服从二次函数衰减。在此基础上,提出了考虑高度效应的火箭空中爆炸冲击波峰值超压预测公式,可为乘员舱的快速危害性评估以及防护研究提供一定参考。

高效率的特征型紧致WENO混合格式
骆信, 吴颂平
2020, 46(7): 1379-1386. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0573
摘要:

特征型紧致加权基本无振荡(WENO)混合格式HCW-R结合了迎风紧致格式CS5-P和WENO格式,具有十分优异的分辨率特性。但在求解多维方程组时,HCW-R格式需要求解块状三对角方程组,因而计算代价十分高昂。采用迎风紧致格式CS5-F代替CS5-P,构造了一个新的特征型紧致WENO混合格式HCW-E。由于HCW-E的特殊形式,其可沿迎风方向、由边界处向内推进求解,避免了处理三对角或块状三对角方程组,从而其计算代价与显式格式无异。虽然就分辨率而言,HCW-E稍逊于HCW-R,但前者的计算效率要显著高于后者。因此,当花费相同的计算代价,HCW-E格式可以获得更好的数值结果。一系列求解Euler方程组的数值试验验证了HCW-E的高分辨率特性和相比HCW-R更高的计算效率。HCW-E格式的效率优势在求解高维问题时更为明显。

基于受限参变率的飞翼无人机舵面阵风减缓控制
孙逸轩, 白俊强, 刘金龙, 孙智伟
2020, 46(7): 1387-1397. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0435
摘要:

飞翼无人机具有俯仰惯量低、纵向稳定性弱等问题,使其阵风响应对飞行参数的变化较为敏感,并且飞翼无人机的舵面较多,不同的控制策略下阵风减缓的效果不同。因此,对这类飞行器进行考虑参数变化率阵风减缓线性变参数(LPV)控制律设计,并对不同舵面组合方式的控制性能展开对比研究。结合参数依赖的Lyapunov函数方法和变参斜投影降阶算法,构建了同时考虑参数变化率限制和模型降阶条件的LPV阵风减缓控制器。基于该方法对Mini-MUTT飞翼无人机模型设计LPV阵风减缓控制器;探究了不同舵面控制策略对减缓效果的影响。结果表明:采用变参斜投影降阶算法得到的降阶模型可有效表征全阶模型的动力学特性;设计的LPV阵风减缓控制器能够保证阵风在较宽速度范围内有效减缓;在单一舵面阵风减缓中,置于外侧的舵面控制效果优于内侧舵面;而在双舵面阵风减缓中,双舵面的控制效果优于单一舵面,但控制所需输入能量也会增加。在工程应用中需要针对具体问题,综合考虑控制效果和能量消耗以确定合适的控制策略。

激光雷达复材型面测量精度分析方法
潘鑫, 张俐, 何凯
2020, 46(7): 1398-1404. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0441
摘要:

针对激光雷达复材型面测量时测量精度的评定需求,提出了一种基于激光雷达回波信号信噪比(SNR)的精度分析方法。通过对复材型面检测结果进行评价,获取零件脱模后准确的变形量结果,有利于实现精准修模。所提方法考虑了测量工程中待测距离、入射角、材料属性等因素对测量结果产生的影响,研究激光雷达型面测量过程中回波信号信噪比与测量精度的联系,利用信噪比的变化规律,结合仪器不确定度,确定测量点云不同区域的精度修正因子,实现激光雷达大尺寸复材型面变形量检测结果的测量精度分析,减小了测量误差对变形量的影响。所提方法能准确评价测量结果的精度,获取复材型面的真实变形量。

基于可视化模型的可重构航天器概念设计方法
郭达维, 刘莉, 陈余军, 李文光, 程松
2020, 46(7): 1405-1411. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0437
摘要:

针对可重构航天器需要考虑几何和性能双重约束的特点,为了充分发挥概念设计阶段具有较大创新空间的优势,提出了一种基于可视化模型的可重构航天器概念设计方法,给出了具有良好开放性和可扩展性的平台体系框架,搭建了具有高真实度交互界面和快速性能评估功能的可重构航天器概念设计平台,可实现不同可重构航天器构型的拼装。算例表明,所提出的概念设计方法可以满足可重构航天器的概念设计需求,搭建的平台能为可重构航天器概念设计方案论证提供条件保障。

基于CGAN的避扰通信决策网络离线式训练方法
江民民, 李大朋, 邱昕, 慕福奇, 柴旭荣, 孙志浩
2020, 46(7): 1412-1421. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0448
摘要:

基于强化学习的避扰通信,由于需要不断地与环境交互从中学习到最优决策,其决策网络的训练时间受环境反馈速率的约束,通常耗时严重。针对这一问题,提出了一种离线式训练方法。构建出一种频谱虚拟环境生成器,可以快速生成大量的逼真合成频谱瀑布图,用于避扰通信决策网络训练。由于所提方法脱离真实环境反馈,形成离线式训练,进而显著提高模型训练效率。实验结果表明:与实时在线训练方法比较,所提离线式训练方法的训练时间可以减少50%以上。

面向订单的航空制造业多工厂生产与运输综合计划模型
沈广亚, 李立恒, 张宁
2020, 46(7): 1422-1436. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0028
摘要:

在多个异质性离散型生产工厂的航空零部件集成制造环境下,以最小化生产与运输总成本为目标,研究了订单的分配以及零部件加工和成品装配、产品运输的综合计划制定问题,构建了整数规划模型。所建模型既不需要单独引入订单分配决策变量,也不需要在生产量和运输量的决策变量中添加订单维度,而是通过成品配送约束解决了订单分配决策问题,大幅度减少了决策变量数量,显著降低了模型的复杂度,提升了模型的实用性。以某航空制造企业为例验证了模型的有效性。

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