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2018年  第40卷  第3期      刊出日期 2018-6-28   目次   上一期   下一期   优先出版
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航天工程
  • 翼伞系统线目标归航方法
  • 滕海山1,2,汤国建2,刘涛1,张章1
  • 2018, 40 (3):1-6[摘要](668)  [PDF  927KB](368)
    针对运载火箭助推器或子级无控坠落地面落点散布较大的情况,提出一种翼伞系统的线目标归航方法。建立了矩形边界下的归航计算模型,对点目标归航和线目标归航两种方法进行了收缩区域分析;对翼伞归航能力、落区散布边界特征对归航性能的影响进行对比分析,得到了相应的归航策略,并提出在较大散布区域下设置多个着陆区域的工程解决方案;建立动力学和操纵控制模型,对线目标归航过程进行了仿真。结果表明,所提方法对工程有一定的参考价值。
  • 攻击主动防御飞行器的微分对策制导律
  • 孙启龙,齐乃明,赵钧,林海奇
  • 2018, 40 (3):7-14[摘要](407)  [PDF  962KB](729)
    基于微分对策理论设计了躲避护卫弹的同时攻击飞行器的制导律。根据传统的性能指标推导了该场景的微分对策制导律,并且根据权重系数的取值定义了三种制导律:最优追赶制导律、逃脱-追赶制导律和复合制导律。最优追赶制导律容易被护卫弹拦截,逃脱-追赶制导律容易造成导弹和飞行器的零控脱靶量急剧增大而使得攻击失败,复合制导律很难选择合适的权重系数。针对以上不足,提出了两种改进的制导律,并对该两种制导律的适用情况进行了分析。通过非线性模型仿真,验证了这两种方法的可行性。该两种制导律目的性强,攻击导弹可以躲避护卫弹进而攻击飞行器。
  • 高超声速变形飞行器翼面变形模式分析
  • 彭悟宇1,杨涛1,涂建秋2,丰志伟1,张斌1
  • 2018, 40 (3):15-21[摘要](383)  [PDF  1102KB](278)
    为提高高超声速翼身组合式飞行器的射程,研究了采用不同翼面变形模式时,飞行器在马赫数3~8内的气动特性和翼面效率。针对典型的轴对称翼身组合式外形,采用NavierStokes方程进行数值模拟,对伸缩、变后掠和二维折叠三种变形模式下的外形在超声速及高超声速来流条件下进行模拟,并对升阻比、翼面单位面积升阻比和操稳特性进行分析。结果表明:在超声速及高超声速范围内,变后掠变形模式在宽速域内升阻比提高明显,同时具备优良的翼面效率及操稳特性,其在马赫数3~8范围内具有最优的综合性能。研究成果能对高超声速翼身组合式变形飞行器布局设计提供参考,具有一定的指导意义。
  • 掠飞末敏弹耦合运动动导数计算
  • 陈亮,刘荣忠,郭锐,杨永亮,邢柏阳,高科,赵博博
  • 2018, 40 (3):22-29[摘要](377)  [PDF  909KB](240)
    以新型掠飞末敏弹为研究对象,提出了基于欧拉转动定理和滑移网格技术的复杂角运动模拟方法,利用著名的罗德里格斯转换矩阵插值求得弹箭在每个时间步的角速度修正值,并指定给球形滑移网格区。通过对非定常气动参数进行求解辨识,分析了不同马赫数下掠飞末敏弹滚转运动对其俯仰组合动导数和升力系数动导数的影响规律。结果表明:所提角运动模拟方法可有效消除姿态角计算的累积误差,实现对弹箭任意给定角运动的准确模拟;弹箭滚转运动对俯仰组合导数和升力系数动导数的辨识结果均存在显著影响,在进行弹箭动导数计算和稳定性分析时需充分考虑俯仰耦合效应的影响。
  • 机体/推进一体化飞行器动导数频域计算方法
  • 柴振霞,刘伟,刘绪,杨小亮
  • 2018, 40 (3):30-36[摘要](295)  [PDF  647KB](260)
    运用Etkin非定常气动力模型,将谐波平衡法应用于复杂外形动导数辨识。计算结果表明:谐波平衡法和时域方法的动导数辨识结果一致,与实验值吻合,验证了程序的正确性和谐波平衡法的可靠性。采用谐波平衡法对类X-51高超声速机体/推进一体化飞行器WR-A进行动导数辨识,并与时域方法的计算结果比较,考察了该方法在复杂外形下数值模拟非定常流动和动导数辨识的能力。实验结果表明:对于WR-A这种复杂外形飞行器,谐波平衡法也能在保证精度的同时具有较高的计算效率。
  • 低雷诺数壁面约束流动皮托管测速误差分析与校正
  • 张怀宝1,王靖宇1,Bailey Sean C. C.2,王光学1,邓小刚3
  • 2018, 40 (3):37-41[摘要](297)  [PDF  685KB](202)
    针对低雷诺数壁面约束流动中皮托管测速误差产生的两大主要影响因素——剪切速度与近壁效应,采用计算流体力学技术分别对其进行数值模拟,并研究各自引起的误差变化规律。数值模拟结果表明:虽然剪切速度引起的流线偏移规律与相关文献结论基本一致,但是数值结果预测的流线偏移量并不是一个渐近函数;近壁距离在5倍管径即出现较为明显的测量误差,并且发现近壁距离在1倍管径处出现误差的非单调性变化。最后通过将数值模拟结果与现有的修正方法进行对比,提出了更为合理的修正方程。
  • 微小型飞行器姿态快速机动控制方法
  • 刘成国1,余翔2,刘昆2,刘佳琪1
  • 2018, 40 (3):42-48[摘要](289)  [PDF  740KB](227)
    针对某弹道导弹释放的微小型飞行器的姿态控制任务需求,提出一种基于Gauss伪谱法的姿态快速机动控制方法。建立精确的姿态控制模型,并考虑反作用飞轮的耦合力矩项;采用Gauss伪谱法获取最优姿态轨迹,设计准滑模跟踪控制器以跟踪该最优轨迹。数字仿真结果表明,Gauss伪谱法计算得到的轨迹是最优的,准滑模跟踪控制器能实现对最优轨迹的良好跟踪,且对干扰力矩有较好的抑制作用。
  • 评估航空重力系统误差及向下延拓的逆泊松半参数方法
  • 赵启龙1,2,李建成1,徐新禹1,于男1
  • 2018, 40 (3):49-54[摘要](271)  [PDF  414KB](248)
    常用航空重力系统误差事后处理方法需外部重力数据,但很多地区无外部重力数据。研究发现,半参数模型可在无外部数据时估计系统误差。先用自然样条函数为系统误差建模,后用补偿最小二乘法和光滑参数求解,最后用广义交叉核实法(不需要先验信息)选取光滑参数。将半参数模型用于向下延拓逆泊松积分,建立逆泊松半参数混合模型,既可无外部重力时估计系统误差,又可向下延拓。实验结果表明:无外部重力时逆泊松积分和最小二乘配置法受系统误差影响最大,向下延拓精度最差;正则化算法可减弱系统误差影响,向下延拓精度较好;逆泊松半参数混合模型可估计系统误差,向下延拓精度最好。
  • 大型复合材料空间刚架缩比模型设计方法
  • 周利霖1,廉永正2,刘财芝2,李道奎1
  • 2018, 40 (3):55-60[摘要](260)  [PDF  517KB](236)
    缩比模型试验是获取大型复合材料空间刚架力学特性或响应的一种有效途径,其中一项重要内容是缩比模型设计。以大型复合材料空间刚架为研究对象,阐述已有传统方法的局限性;基于离散相似提出结合有限元方法的方程分析法,利用该方法推导大型复合材料空间刚架静力学响应和动特性的相似关系;利用所提方法设计某复合材料龙骨的1/5缩比模型,并通过试验进行验证。验证结果表明,所提方法和推导的相似关系能够用于指导大型复合材料空间刚架的缩比模型试验。
  • 二维矩阵卷积在向量处理器中的设计与实现
  • 张军阳,郭阳
  • 2018, 40 (3):69-75[摘要](228)  [PDF  947KB](221)
    为了加快卷积神经网络模型的计算速度,便于大规模神经网络模型在嵌入式微处理器中的实现,以FTmatrix2000向量处理器体系结构为研究背景,通过对多核向量处理器体系结构的分析和对卷积神经网络算法的深入研究,提出将规模较小的卷积核数据置于标量存储体,尺寸较大的卷积矩阵置于向量存储体的数据布局方案。针对矩阵卷积中数据难以复用的问题,提出根据卷积核移动步长的不同动态可配置的混洗模式,通过对所取卷积矩阵元素进行不同的移位操作,进而大幅提高卷积矩阵数据的复用率。针对二维矩阵卷积由于存在数据相关性进而难以多核并行的问题,提出将卷积矩阵多核共享,卷积核矩阵多核独享的多核并行方案。设计了卷积核尺寸不变、卷积矩阵规模变化和卷积矩阵尺寸不变、卷积核规模变化的两种计算方式,并在主流CPU、GPU、TI6678、FT-matrix2000平台进行了性能对比与分析。实验结果表明:FT-matrix2000相比CPU最高可加速238倍,相比TI6678可加速21倍,相比GPU可加速663 805倍。 
  • 采用扩展有限元法的线式爆炸分离装置裂纹扩展分析
  • 张亮1,申志彬1,蒋纯志2
  • 2018, 40 (3):135-141[摘要](249)  [PDF  842KB](657)
    为了提高线式爆炸分离装置的安全性,本研究基于扩展有限元法,通过创建二维和三维动态裂纹扩展模型,探索了线式爆炸分离装置在爆轰波作用过程中的动态裂纹扩展和止裂机理。研究表明,分离壳体的裂纹扩展路径独立于裂纹初始角度;不考虑载荷时序时,二维和三维动态裂纹扩展的主方向分别沿着分离壳体的径向和环向;考虑载荷时序时,受不同区域应力波的联合作用,三维裂纹沿环向扩展的同时会沿着轴向扩展,但裂纹的扩展均不会影响到止裂槽以外的结构。所提方法和相应结论可为线式爆炸分离装置设计提供参考。
计算机科学与技术
  • 关系抽取中远监督错误标注消除
  • 汝承森,唐晋韬,谢松县,李莎莎,王挺
  • 2018, 40 (3):148-152[摘要](248)  [PDF  365KB](269)
    目前远监督方法被广泛应用于关系抽取任务。然而,远监督方法中存在大量错误标注现象,给远监督方法的学习效果带来了很大的影响。提出利用语义Jaccard度量关系短语与依存词间语义相似性的错误标注消除方法。消除错误标注后的训练数据用于训练模型,完成关系抽取。实验结果表明:该方法可以有效消除错误标注,提高关系抽取的性能。
  • 不可能差分分析时间复杂度通用计算公式的改进
  • 刘亚1,2,3,刁倩倩1,李玮4,刘志强3,曾志强5
  • 2018, 40 (3):153-158[摘要](218)  [PDF  446KB](207)
    研究Boura等和Derbez分别提出的不可能差分分析时间复杂度计算公式,根据实际攻击过程优化密钥排除的步骤,给出不可能差分分析实际攻击的时间复杂度计算的改进公式,进而利用两个分组密码算法模型将改进后公式计算的实际结果分别与Boura等的公式和Derbez的公式的计算结果进行对比,结果表明Boura等的公式计算结果既可能高于优化公式的实际分析计算的结果,也可能低于优化公式的实际分析计算的结果,而在轮子密钥独立时改进后公式的实际计算结果是Derbez公式的计算结果的2-1.2倍。
  • 众核处理器访存链路接口的FPGA验证
  • 周宏伟1,徐实2,王忠奕1,杨乾明1,冯权友1,邓让钰1,窦强1
  • 2018, 40 (3):176-182[摘要](228)  [PDF  748KB](226)
    面向众核处理器提出一种访存链路接口的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)验证平台,用于对处理器访存链路关键部件进行功能及可靠性测试。提出片上读写激励自动产生与检查机制、以太网接口硬件用户数据报协议(User Datagram Protocol, UDP)协议栈和FPGA芯片间多通道并行链路三项关键技术并进行设计实现。实验结果表明提出的各项关键技术功能正确,不仅丰富了功能验证中随机激励产生及结果验证的手段,而且实现了对链路数据检错和多lane间延迟偏斜纠正逻辑的可靠性测试与评估。经过该平台验证的访存链路接口在实际芯片中通过了功能正确性测试,证明了验证的有效性。
电子科学与技术
  • 希尔伯特-黄变换在脉冲涡流信号消噪与识别中的应用
  • 张智军,杨博楠,杜金强
  • 2018, 40 (3):61-68[摘要](220)  [PDF  1233KB](216)
    针对传统方法无法有效识别不同尺寸细小裂纹所产生的脉冲涡流信号,提出一种基于希尔伯特-黄变换的脉冲涡流信号消噪与识别算法。对脉冲涡流信号进行集成经验模态分解并通过归一化自相关函数及其方差特性分选出含有噪声的本征模态函数;对含噪声的本征模态函数进行阈值消噪并与未做处理的本征模态函数重构成无噪声信号;对无噪声信号进行希尔伯特-黄变换并计算出希尔伯特边际谱;根据希尔伯特边际谱的差异识别出不同细小尺寸的表面与下表面裂纹。实验结果表明了所提方法的有效性,经过集成经验模态分解消噪,消除了噪声对脉冲涡流信号的干扰;而基于希尔伯特-黄变换的方法则能够有效识别出不同尺寸的裂纹。
信息与通信工程
  • 利用复单脉冲比的平面阵列雷达群目标检测方法
  • 王罗胜斌,徐振海,刘兴华,王国玉
  • 2018, 40 (3):76-81[摘要](216)  [PDF  732KB](495)
    针对平面阵列雷达群目标检测问题,以矩形阵为例,详细分析方位向和俯仰向复单脉冲比虚部的统计特性;建立平面阵列雷达群目标检测模型,根据恒虚警检测原理推导复单脉冲比虚部的椭圆判决域,并利用复单脉冲比实部辅助判决,综合提出基于复单脉冲比的平面阵列雷达群目标检测算法。针对双目标情形进行仿真实验,结果表明:在较高信噪比、较大角度间隔以及幅度相当且相位差较大的条件下算法能够有效检测群目标。
  • 浅海中时谐水平电偶极子在空气中的极低频磁场
  • 孙玉绘1,2,林春生1,吴海兵2,翟国君3,4
  • 2018, 40 (3):82-87[摘要](231)  [PDF  931KB](223)
    为深入分析空气中的极低频磁场,用时谐水平电偶极子等效船舶被主轴调制的水下腐蚀相关电流。根据Maxwell方程组和电磁场边界条件建立浅海条件下电偶极子在空气中的矢量磁位模型,进一步推导了磁场表达式,并利用快速汉克尔变换计算磁场的传播规律。测量了水池碳棒电极和海上钛基电极的磁场,验证了磁场的实用性和模型的有效性。
  • 星地非理想通道下的导航信号测距偏差分析
  • 肖伟,李柏渝,刘文祥,孙广富
  • 2018, 40 (3):88-94[摘要](352)  [PDF  859KB](205)
    针对广义信道下伪码测距偏差与各部分通道测距偏差叠加值的等效性问题,研究星地叠加通道和部分通道特性对伪码测距偏差的影响,并对实际通道中伪距“分层”现象的成因展开分析。通道非理想特性会对导航信号伪码跟踪性能产生影响,综合考虑星地两端通道的非理想特性,通过对导航信号伪码跟踪函数和不同类型通道建模,研究了星地叠加通道和部分通道特性对伪码测距偏差的影响。结合几类典型星地非理想通道,利用软件接收机展开仿真验证。通过分析几类典型通道对伪码测距偏差的影响,解释了零基线双差观测量中伪距“分层”现象的成因。文中模型与相关分析方法可用于解释相关信号质量问题,并指导接收机通道的最优化设计。
  • 协方差压缩感知逆合成孔径雷达成像技术
  • 钱卫平1,余汉晨1,2,张艳1,2
  • 2018, 40 (3):95-100[摘要](413)  [PDF  815KB](222)
    为解决低信噪比条件下短观测时间雷达成像问题,提出一种基于回波协方差矩阵处理的压缩感知逆合成孔径雷达成像技术。该方法构建了回波协方差矩阵层面下的压缩感知问题模型,并通过特定的线性变换降低环境噪声对成像结果的影响。在仿真实验中,通过处理短观测时间和低信噪比条件下的模拟回波数据,该方法获得比传统压缩感知方法像质更好、对比度更强的目标成像结果。同时,其成像结果的目标背景比和背景噪声能量两个雷达图像评价指标都优于传统方法,进一步验证了该方法的有效性。
  • 混响和噪声环境下基于角度谱的多声源定位与计数算法
  • 房玉琢,许志勇,赵兆
  • 2018, 40 (3):113-119[摘要](256)  [PDF  877KB](339)
    针对混响及噪声环境下的多声源定位与计数问题,引入局部信噪比追踪及相关性检测模块,提取出传统广义互相关角度谱中受噪声及声源互扰影响较小的时频支撑域;同时引入双宽度匹配追踪方法替代传统的峰值搜索,改进后续定位与计数的精确度。仿真研究验证了综合应用滤波后的角度谱及双宽度匹配追踪的多声源定位与计数算法相比传统算法在较低信噪比、较强混响以及较多声源数的环境中更加精确及稳健。
机械工程
  • 激光焦点控制磁力驱动的控制特性实验对比分析
  • 佟玲1,吴利平1,金嘉琦1,孙凤1,张晓友1,2
  • 2018, 40 (3):120-126[摘要](301)  [PDF  1008KB](295)
    为了满足激光焦点控制系统的位置和速度响应要求,设计了一种轴向放置、轴向磁化的环形永磁体自复位的3自由度激光焦点磁力驱动微动平台。根据该微动平台的结构进行力学分析并建立动力学方程,在此基础上进行微动平台的比例、积分、微分控制实验和鲁棒控制实验。通过两种不同控制策略的对比分析,结果表明,两种控制策略都能实现微动平台的稳定驱动,但是在比例、积分、微分控制策略下,响应速度更好,在鲁棒控制策略下,抗干扰能力更好。
  • 水下接触爆炸下液舱前置型防雷舱的动响应分析
  • 金键1,侯海量1,陈鹏宇1,黄晓明2,吴林杰1,朱锡1
  • 2018, 40 (3):142-147[摘要](222)  [PDF  941KB](462)
    为探讨防雷舱结构设计,采用有限元方法对同一防雷舱结构的典型模式和液舱前置模式进行数值仿真计算,通过对典型模式与实验结果的对比,验证了数值计算方法的有效性。着重分析了液舱前置对防雷舱结构动响应过程、失效模式及防护效能的影响,并分析了其形成机制。从结构破坏过程、载荷特性、吸能特性三个方面对比了两种模式的差异,探讨了两种模式防雷舱结构的防护机理,为舰船水下舷侧防护结构的工程设计提供了参考。
  • 随机-区间混合不确定性单输出模型确认指标
  • 赵录峰1,吕震宙1,阚丽娟2
  • 2018, 40 (3):168-175[摘要](245)  [PDF  583KB](211)
    针对既有随机变量又有区间变量的模型预测结果与实验数据之间的一致性度量问题,对随机-区间混合不确定性模型确认指标进行研究。根据工程数学模型和实验过程中的不确定性来源,分析随机-区间混合不确定性模型确认的特点;运用概率方法和区间理论,提出新的随机-区间混合不确定性模型确认指标,讨论所提指标的性质,给出指标的计算方法和步骤。通过数字算例和工程算例,验证了所提指标的可行性和有效性。
控制科学与工程
  • 永磁直线同步电机伺服系统自抗扰反步控制器
  • 陈志翔,高钦和,谭立龙,牛海龙
  • 2018, 40 (3):107-112[摘要](395)  [PDF  513KB](205)
    为了提高永磁直线同步电机伺服系统的鲁棒性,提出基于自抗扰思想的反步控制器。将永磁直线同步电机伺服系统中的未建模动态和外界扰动定义为总和扰动,并扩充为系统新的状态变量。设计了线性扩张状态观测器估计不可直接测量的直线电机动子速度以及总和扰动,证明并分析了设计的线性扩张状态观测器的收敛性和估计误差。利用线性扩张状态观测器的输出,基于动态补偿线性化思想设计了反步控制器。证明了考虑线性扩张状态观测器估计误差的闭环反馈控制系统的稳定性。在Googol公司的实验平台上,验证了设计的自抗扰反步控制器的可行性。
  • 欠驱动无人艇自适应滑模航迹跟踪控制
  • 陈霄,周德超,刘忠,张建强,王潋
  • 2018, 40 (3):127-134[摘要](306)  [PDF  979KB](215)
    为便于航迹跟踪控制器设计和分析,引入坐标变换,建立典型的欠驱动无人艇数学模型;建立以航迹上自由点为原点的Serret-Frenet坐标系,实现对航迹跟踪误差变量的描述;通过将航迹参数的更新律作为一附加控制输入,实现了无人艇航迹跟踪控制系统由欠驱动向全驱动控制的转变,并利用改进视线导引算法实现了对无人艇位置的跟踪控制;考虑海流等外界扰动的影响,采用滑模自适应技术分别设计了无人艇航向和航速控制算法,实现了对航向角、纵向速度跟踪误差的镇定;基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了航迹跟踪控制系统的一致半全局指数和一致全局渐进稳定性。仿真结果表明:所提出的控制算法可在一定程度上处理海流等外界扰动,跟踪效果良好,并且克服了角速度持续激励问题,能够同时实现对直线和曲线航迹的跟踪。
物理学
  • 载体感应磁场的改进积分方程法
  • 朱武兵,庄劲武,赵文春,刘胜道,周国华
  • 2018, 40 (3):101-106[摘要](229)  [PDF  601KB](258)
    针对几何结构复杂的载体感应磁场计算问题,提出采用面单元和体单元分别对铁磁物体薄壳体结构、非薄壳体结构剖分,并实现了感应磁场的积分方程法计算。球-球体模型解析算例表明,所提方法数值精度可靠,其平均相对误差不超过0.27%;船舶模型仿真算例表明,该方法在单元量规模较小时计算精度较好,体现了方法在载体感应磁场建模方面的优势。将该方法分别应用于潜艇主舱段-设备模型和潜艇主舱段模型磁场计算时,数值结果与实验结果平均相对误差均小于2%,数值和实验结果比较表明,铁磁设备对模型磁场影响显著。仿真和实验算例均表明所提方法可有效应用于载体的感应磁场计算,具有一定的工程实用价值。
数学与系统科学
  • 失效概率函数求解的高效算法
  • 凌春燕,吕震宙,员婉莹
  • 2018, 40 (3):159-167[摘要](377)  [PDF  1149KB](610)
    结合基于分数矩约束的极大熵方法和替代模型法,发展了一种失效概率函数求解的高效算法。所提算法的基本思路是利用自主学习的迭代Kriging方法来构造失效概率函数,即采用较少的训练样本来构造粗糙的失效概率函数,在此基础上通过添加新的违反学习函数约束的样本来更新失效概率函数,直到达到精度要求。对于每一个分布参数的训练样本点,所提方法采用分数矩约束的极大熵法来求解相应的失效概率样本。由于分数矩的计算采用了高效的降维积分,并且由于分数矩约束下极大熵法中优化策略高效地逼近了响应的概率密度函数,从而使得失效概率样本能够被高效高精度地估计出来。为了检验所提方法的精度及效率,给出了两个算例,对比了所提方法与已有的失效概率函数求解的Bayes公式法及Monte Carlo法等,结果表明,所提方法适用于求解复杂的功能函数问题,且在满足精度要求的基础上大大降低了计算量。
国际标准刊号:1001-2486
国内统一刊号:43-1067/T
主办单位:国防科技大学
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