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2019年  第41卷  第1期      刊出日期 2019-02-28   目次   上一期   下一期  
     
航天工程
  • 风场中平流层飞艇轨迹跟踪的滑模控制方法
  • 杨希祥1,2,张家实1
  • 2019, 41 (1):1-4[摘要](230)  [PDF  510KB](787)
    为实现平流层飞艇驻空阶段可控飞行,研究环境风场中横侧向轨迹跟踪的滑模控制方法。建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型,将动力学方程解耦为纵向运动方程和横侧向运动方程,采用小扰动方法对动力学方程进行线性化;利用滑模控制对外部干扰强鲁棒的特性,设计横侧向轨迹跟踪的滑模控制器;以直线与圆组成的复合轨迹跟踪控制为例,对提出的轨迹控制方法进行仿真验证。仿真结果表明,所提基于滑模的轨迹跟踪控制方法鲁棒性好,在一定范围的风场扰动条件下,可以实现对指令轨迹的有效跟踪控制,响应特性好。
  • 准零风层新型临近空间浮空器区域驻留性能
  • 邓小龙1,李魁1,于春锐2,杨希祥1,侯中喜1
  • 2019, 41 (1):5-12[摘要](158)  [PDF  1228KB](252)
    以基于平流层底部的准零风层风场进行区域驻留的新型临近空间浮空器为研究对象,介绍了其工作原理和系统组成。通过建立动力学模型、高度调控模型和能源模型,分析浮空器在基于飞行速度约束和基于南北范围约束两种工作模式下的区域驻留能力,并讨论浮空器在这两种工作模式下的动态能源特性。对长沙地区风场环境的研究结果表明,相对于无控自由飞行状态,浮空器在两种工作模式下均可实现100 km直径范围的长时驻留,基于飞行速度约束工作模式对能量的消耗更低。
  • 平流层飞艇太阳电池系统产能分析
  • 朱炳杰,杨希祥,麻震宇,邓小龙
  • 2019, 41 (1):13-18[摘要](145)  [PDF  1001KB](199)
    平流层飞艇曲面太阳电池的产能与飞艇所在位置、驻空时间、飞行姿态、太阳电池布局等有着密切的关系。通过对太阳辐照模型的分析,结合平流层飞艇驻空期间方位角的变化,采用投影法分别计算曲面太阳电池各投影面的产能,从而计算出太阳电池在驻空过程中的动态发电功率。分析结果表明:曲面太阳电池在水平面内的投影部分是主要产能部分,受飞艇方位角的影响较小;垂直面内的投影部分产能较少,受飞艇方位角影响较大。
  • 机翼变形的临近空间太阳能飞行器平稳升空方案
  • 郭天豪,侯中喜,王鹏,高俊
  • 2019, 41 (1):19-26[摘要](160)  [PDF  793KB](222)
    临近空间太阳能飞行器由于苛刻的能源平衡约束,往往具有大展弦比轻质结构,使得其在低空飞行时空速过低,飞行安全性受到了显著的挑战。为了实现该类飞行器在临近空间工作点与中低空爬升过程的气动性能匹配,提出了基于主动变形的太阳能飞行器升空方案。针对性地研究了可变形飞行器的气动和推进系统建模方法,在此基础上定量分析了不同飞行器构型俯仰、滚转和偏航三个通道稳定性和操纵性。给出了从地面到高空机翼逐渐展平的升空方案,并对升空过程中各高度所需平飞推力和功率进行了校核。结果显示,该方案可以有效提升飞行器中低空稳定性和操纵性,代价是增加了功率消耗。
  • 超声速燃烧火焰放热区结构CH-PLIF成像技术
  • 梁剑寒1,李韵1,孙明波1,吴戈1,朱家健1,高强2,李博2
  • 2019, 41 (1):27-33[摘要](176)  [PDF  745KB](174)
    超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器的关键部件之一,超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构的研究对揭示超声速燃烧的稳焰机理具有重要意义。利用平面激光诱导荧光(Planar Laser-Induced Fluorescence,PLIF)技术测量了超声速燃烧直连式试验台燃烧过程中重要自由基CH的二维分布,实现了超声速燃烧火焰放热区结构的可视化。在开敞空间的低速射流火焰炉中使用甲烷/空气预混火焰对CH-PLIF技术进行了初步验证和系统优化,再利用CH-PLIF技术在凹腔稳焰的超燃直连台上实现了超声速燃烧火焰放热区结构的二维可视化,并与OH-PLIF和CH自发辐射测量结果进行了对比。实验结果表明,在开敞空间的低速射流预混火焰中,火焰放热区会发生扭曲、褶皱和分裂等现象,随着雷诺数的增大,火焰锋面褶皱程度更加显著;在凹腔稳焰的超声速燃烧中,火焰放热区高度褶皱和破碎,放热区结构的厚度为0.5~6.5 mm,同时也存在放热区的分裂与剥离等现象。CH-PLIF技术能够以较高的空间分辨率更准确地呈现凹腔超声速火焰放热区的结构,其在凹腔稳焰的超声速燃烧诊断中具有重要的应用价值。
  • 吸气式高超声速飞行器助推分离过程数值仿真
  • 闻讯,柳军,夏智勋
  • 2019, 41 (1):34-40[摘要](145)  [PDF  1203KB](184)
    针对吸气式高超声速冲压发动机验证性试验特殊的飞行环境和助推分离条件,以某轴对称吸气式高超声速飞行器级间分离问题为具体研究对象,采用非结构网格局部网格重构技术和非定常问题非定常六自由度问题仿真方法,对该复杂构型飞行器助推分离过程进行数值计算。研究得到弱干扰冷态分离状态下飞行器及助推器的运动参数和气动力参数在分离过程中的发展规律。对0.3 s内助推器的位移轨迹进行分析,判断分离方案的可行性,并给出最佳的分离工况条件。
  • 高超声速伸缩翼变形飞行器轨迹多目标优化
  • 彭悟宇1,杨涛1,王常悦2,丰志伟1,涂建秋2
  • 2019, 41 (1):41-47[摘要](282)  [PDF  789KB](503)
    针对高超声速条件下变形技术的应用模式,对具有伸缩翼的组合式飞行器滑翔弹道进行了多目标优化研究。介绍了伸缩翼的变形模式,给出了不同变形状态下的气动特性;建立了三自由度滑翔轨迹动力学模型和伸缩翼前缘热流计算模型;采用MOEA/D多目标优化算法,以变形条件和飞行攻角为设计变量、以最大射程和最小翼前缘总吸热量为目标函数,进行了多目标优化计算。优化结果表明,MOEA/D计算得到了相对均匀分布的Pareto最优解集,将伸缩翼外形与无变形外形相比,飞行器滑翔段射程得到了显著提高,同时伸缩翼前缘总吸热量有明显的降低。
  • 气态煤油超声速燃烧简化化学反应模型
  • 樊孝峰,王江峰,赵法明,杨天鹏
  • 2019, 41 (1):48-57[摘要](136)  [PDF  1237KB](232)
    为探究超燃冲压发动机燃烧室中煤油燃料燃烧的化学动力学过程,综合采用敏感性分析方法与路径分析方法,针对RP-3航空煤油三组分替代燃料的详细反应模型进行简化,建立一种适用于超声速燃烧流场数值模拟的新型26组分89反应简化燃烧反应模型。采用该简化燃烧模型对RP-3航空煤油替代燃料的点火、燃烧特性进行数值模拟,并与详细反应模型结果和试验数据进行对比校验。此外,将该简化燃烧模型与超声速燃烧流场计算方法相结合,数值分析了典型超燃冲压发动机燃烧室流场内化学动力学特性。研究结果表明:新型简化燃烧反应模型在不影响数值模拟精度的前提下,有效减少了反应组分与反应方程个数,提高了超声速复杂燃烧流场的数值模拟效率,并且能够准确获得烯烃、炔烃等重要中间燃烧产物以及小分子活性基团的空间分布规律,给出更全面的流场信息。
  • 零压式高空气球球形设计与参数敏感性分析
  • 杨燕初1,2,张航悦1,2,赵荣1,2
  • 2019, 41 (1):58-64[摘要](127)  [PDF  1235KB](222)
    高空气球能够为临近空间科学实验提供可靠的平台,其形状直接关系到气球制作及飞行的全过程。提出将多段打靶法与序列二次规划法结合,对零压气球完全膨胀和部分膨胀状态下的球形进行求解,并运用有限元方法对球形进行稳定性及应力应变分析,验证了所推导球形的正确性。在此基础上,对影响气球形状的关键参数进行灵敏度分析及相关运用,从定量的角度得到气球载荷、飞行高度及昼夜温差对气球形状的影响规律。
计算机科学与技术
  • 视频监视前景图像估计的盲源提取方法
  • 王群1,薛瑞1,孙振江2
  • 2019, 41 (1):130-141[摘要](140)  [PDF  1326KB](186)
    在视频图像运动检测的背景消减方法中,场景图像或帧可建模为前景图像和背景图像的叠加或线性混合。然而,实际中图像的背景和前景往往相关,常用的主成分分析和独立分量分析等方法难以实现准确提取。为此,将视频图像的前景提取建模为盲源提取问题,提出了一种基于均方交叉预测误差的盲源提取方法,可以从相关的源视频图像中提取期望的前景图像,并将该方法扩展应用于基于基本模型和特征背景模型的背景消减方案中。基于人工和实际视频的实验验证了盲源提取背景消减方法的可行性和有效性。
  • 面向大规模容器集群的网络控制技术
  • 王宝生,张维琦,邓文平
  • 2019, 41 (1):142-151[摘要](130)  [PDF  1066KB](232)
    针对容器技术在网络层面缺乏控制的问题,设计一套面向大规模容器集群的网络控制架构,分别从容器集群网络的灵活组网、智能适配以及安全隔离三个方向进行研究,主要解决大规模容器集群部署中的网络适配和隔离控制等关键问题。实验结果表明,设计的网络控制架构可以根据网络特点有针对性地实现虚拟局域网的快速划分、网络节点的稳定迁移和节点通信的精确隔离控制。
  • 信息中心网络缓存节点位置选择算法
  • 王兴伟1,王子健1,李福亮2,黄敏3
  • 2019, 41 (1):152-160[摘要](126)  [PDF  658KB](221)
    信息中心网络(Information-Centric Networking, ICN)“泛在缓存”的特性,引发数据副本率过高、缓存空间不能充分利用等问题。为了解决上述问题,分别从用户、服务提供商和网络运营商的角度出发,以最小化网络流量与网络费用开销为优化目标建立两个单目标优化模型,并将二者结合为帕累托模型;基于帕累托求解方法中数学规划法的思想,详细描述缓存节点位置选择算法。仿真结果表明:在流量性价比方面,所提缓存节点选择算法优于ICN的默认缓存机制;在网络费用开销方面,所提算法更适用于只有少数内容较为流行的网络中,而在所有内容都流行的情况下,ICN中默认的“遍地缓存”机制更为适宜。
  • 基于6LoWPAN与MQTT的无线传感网络设计
  • 阳旺,樊振宇,吴帆
  • 2019, 41 (1):161-168[摘要](105)  [PDF  826KB](188)
    针对目前6LoWPAN无线传感网络设计与应用存在的可扩展性较差、与IPv4环境不兼容等问题,设计并实现了基于6LoWPAN与消息队列遥控传输(Message Queuing Telemetry Transport, MQTT)的无线传感网络。其中,无线传感网络节点作为MQTT客户端与MQTT服务器通信,边界路由器通过NAT64(Network Address Translation IPv6 to IPv4)实现无线传感网络节点与IPv4网络的通信。将所设计的无线传感网络应用到智能家居场景,评估了无线传感网络和边界路由器的性能,测试了系统功能的实现。结果表明,无线传感网络具有良好的连通性和稳定性,无线传感节点的数据上传与指令接收稳定可靠,边界路由器工作稳定,系统具有较好的性能。
  • 近极轨微纳卫星星座高速数传模型路由算法
  • 史毅龙1,2,姜秀杰1,熊蔚明1,薛长斌1
  • 2019, 41 (1):169-175[摘要](182)  [PDF  852KB](179)
    基于近极轨微纳卫星星座在高速数据传输模型下的网络特点,给出近极轨微纳卫星星座的高速数据传输的模型,分析适用于该模型的路由算法,推导该路由算法开销的计算方式,说明了算法在高速数传模型下的不足;给出算法的改进策略;利用NS3网络仿真平台建立微纳卫星星座高速数传网络场景,仿真了该场景下采用改进路由算法前后的关键性能指标。研究结果表明:在近极轨微纳卫星星座构建的高速数据传输网络中,改进算法在使得吞吐率和分组到达率有所提升的同时,显著降低了网络系统路由开销,微纳卫星高速数据传输网络的性能得到优化。
  • 采用PageRank和节点聚类系数的标签传播重叠社区发现算法
  • 马健,刘峰,李红辉,樊建平
  • 2019, 41 (1):183-190[摘要](114)  [PDF  816KB](155)
    基于标签传播的社区发现算法可以检测出复杂网络的重叠社区结构,因此提出了一种基于PageRank和节点聚类系数的重叠社区发现算法。该算法使用PageRank算法对节点的影响力进行排序,可以稳定社区发现结果,节点的聚类系数是一个与节点相关的值,使用节点聚类系数修改算法的参数并限制每个节点拥有最多标签的数量值,可以提高社区挖掘的质量。在人工网络和真实世界的网络上测试,实验验证了该算法能够有效地检测出重叠社区,并具有可接受的时间效率和算法复杂度。
电子科学与技术
  • 系统频率偏差对同时全极化测量的影响及其校准
  • 刘巧玲,李超,庞晨,李永祯,王雪松
  • 2019, 41 (1):115-122[摘要](116)  [PDF  835KB](153)
    目标极化散射矩阵的精确测量是全极化雷达极化信息处理的前提和基础。基于正负线性调频信号,针对采用数字解线性调频处理的同时全极化测量体制雷达,分别推导了雷达中频频率偏差和采样频率偏差对同时全极化测量影响的数学模型,提出一种雷达中频频偏和采样频偏的联合估计与校准方法。仿真和实测数据表明:雷达系统频率稳定度会引起不同通道极化测量结果峰值位置和相对相位的变化,采用所提方法能够有效校正峰值偏移,补偿相位误差,提高目标极化散射矩阵测量的精度。
信息与通信工程
  • 新体制导航信号下I/Q幅相不一致对接收机测距零值的影响分析
  • 李柏渝,唐小妹,王耀鼎,刘哲
  • 2019, 41 (1):65-71[摘要](237)  [PDF  792KB](259)
    随着现代化导航信号带宽的增大,由于可以大幅降低采样率,复信号采样的优势日趋明显。由于存在I/Q幅相误差,复信号采样对导航接收机伪距测量造成了一定影响。改进了信道非理想与I/Q幅相误差共同影响BPSK/QPSK信号零值测量的分析模型;在该模型基础上,推导得到了任意I/Q误差和信道非理想特性影响BOC信号伪距零值的模型;探讨了二者在频域抗干扰应用场景下引起的零值变化;理论分析与软件接收机仿真结果高度吻合,误差在1.5×10-4码片内,证明了分析模型的精确性。该分析方法可用于对高性能导航接收机信道特性进行事先约束及筛选,以确保干扰场景下的零值变化满足要求。
  • 一种搜索鲁棒的中国余数定理的多基线相位解缠绕技术
  • 蒋志彪,王建,宋千,周智敏
  • 2019, 41 (1):72-79[摘要](129)  [PDF  1091KB](150)
    多基线相位解缠绕的性能深受噪声水平制约,比如基于经典中国余数定理的相位解缠方法,由于其糟糕的抗噪声性能,限制了其在实际中的广泛运用。基于搜索鲁棒的余数定理,通过引入公因子,构建新的同余方程组,提出了一种搜索鲁棒的中国余数定理的相位解缠方法。仿真实验验证了该方法的有效性,并表明选择合理的公因子可以有效提高算法的抗噪声性能。
  • 内置频率对Duffing振子微弱二进制相移键控信号盲检测影响
  • 吴彦华,马庆力
  • 2019, 41 (1):80-88[摘要](228)  [PDF  917KB](664)
    采用Duffing振子实现对微弱二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)信号的盲检测时,Duffing系统输出的周期态和混沌态转换之间存在过渡带。针对这一问题,推导出过渡带时长和Duffing系统内置频率之间的关系表达式;指出内置频率越高,过渡带时间越短;仿真实验给出时间频率响应曲线。内置频率的提高,会降低系统检测微弱信号的灵敏度。针对这一问题,推导出周期态下Duffing系统输出幅度作为因变量、内置频率作为自变量的表达式;仿真实验给出幅频响应曲线。针对微弱BPSK信号盲检测,建立变尺度方法和检测阵列相结合的基于S变换提取Duffing系统输出幅度包络的微弱BPSK信号盲检测模型,仿真实验验证了模型方法的有效性。
  • 基于VMD和SVM的舰船辐射噪声特征提取及分类识别
  • 李余兴,李亚安,陈晓,蔚婧
  • 2019, 41 (1):89-94[摘要](115)  [PDF  1175KB](679)
    针对复杂海洋背景下舰船声频辐射噪声特征提取困难的问题,提出一种基于变分模态分解、中心频率、复杂度特征和支持向量机的舰船辐射噪声特征提取及分类识别方法。对四类舰船辐射噪声信号使用变分模态方法分解,得到一定数量的固有模态函数。通过比较提取能量最大的固有模态函数中心频率和排列熵作为特征参数,并利用支持向量机方法对四类舰船信号样本进行分类识别。实验结果表明,该方法可以实现对舰船辐射噪声的特征提取,与已有方法对比,该方法具有较高的识别率。
  • 基于特征值的单矢量水听器目标检测算法
  • 马伯乐1,2,朱世强1,3,孙贵青1
  • 2019, 41 (1):95-100[摘要](190)  [PDF  686KB](199)
    针对水下目标检测在低信噪比与非平稳背景噪声情况下性能下降的问题,结合特征值检测算法原理,给出一种单矢量水听器联合信息互相关检测算法。该算法利用电子旋转导向角度与振速信息构成一种组合振速,并结合声压信息得到一种互相关值,在大快拍无信号条件下,该值满足渐进高斯分布;将该值除以解析振速与声压信息的协方差矩阵最小特征值,得到一种检测统计量;通过与门限值比较,实现目标检测。理论分析可见,所提检测算法无须背景噪声的先验信息,并且可以通过调节导向角度提高检测性能;在单目标情况下,利用检测统计量与导向角度的对应关系可实现目标方位估计。仿真与实测数据结果表明,相比于单矢量水听器最大最小特征值检测算法与能量检测算法,所提算法检测性能优良,适合于单矢量水听器目标预警检测。
  • 高超声速滑翔导弹气动参数自适应跟踪建模
  • 张凯1,熊家军2,付婷婷2,习秋实2,兰旭辉2
  • 2019, 41 (1):101-107[摘要](184)  [PDF  660KB](247)
    针对高超声速滑翔导弹跟踪中状态模型构建问题,研究基于制导变量变化规律的气动参数建模方法。对气动参数进行分析,指出传统建模方法的缺点。在假设制导变量服从一阶时滞过程的前提下,利用线性化的气动系数推导气动参数模型,通过分析不同飞行状态下的模型变式,证明模型对目标机动具有自适应性。对模型中未知参数的取值问题进行讨论,实现模型与飞行状态的自适应匹配。仿真结果表明:当目标发生机动时,所提模型性能明显优于传统模型。同时,在不同滤波器参数条件下的仿真结果进一步证实了模型的有效性。
  • 大型相控阵雷达系统安全性综合评价
  • 夏亮,杨江平,刘根,侯晓东,张雪
  • 2019, 41 (1):108-114[摘要](121)  [PDF  748KB](132)
    针对大型相控阵雷达系统安全性因素多、评价困难的特点,分析并建立了大型相控阵雷达系统安全评价指标体系。提出了一种基于改进模糊层次分析法、熵权法和拉格朗日算法确定综合权重的方法,并建立了雷达系统安全性模糊综合评价模型。以某型大型相控阵雷达系统的安全性评价为例,运用所提方法确定该雷达系统的安全性指标综合权重,并进行安全性综合评价。将该方法与传统AHP评价法进行对比分析,验证了该方法的科学性和合理性。
控制科学与工程
  • 三架固定翼无人机协同编队飞行避障策略
  • 张佳龙1,闫建国1,张普1,吕茂隆2
  • 2019, 41 (1):123-129[摘要](148)  [PDF  685KB](107)
    针对无人机编队执行空战任务过程中存在无人机之间以及无人机与障碍物发生碰撞的问题,提出单向网络连接结构的多无人机避障算法和基于人工势场的控制方法,同时应用于无人机编队避障控制。以三架无人机构成的正三角形编队作为控制体,同时以长机的运动轨迹作为期望路径,长机提供僚机飞行信息,僚机接受信息保持编队飞行。多无人机编队发现障碍物到避障完成的过程包括编队集结、松散队形、最终恢复集结正三角形编队。仿真实验结果表明,所提避障控制策略能够确保编队收敛于期望的队形和稳定飞行状态。
管理科学与工程
  • 备件保障效能动态评估方法
  • 董骁雄1,2,车飞1,陈云翔1,何桢3,朱强4
  • 2019, 41 (1):176-182[摘要](128)  [PDF  435KB](261)
    针对目前效能评估方法多重视效能指标的静态观测值,对时序状态数据所蕴含的趋势信息关注较少的缺点,提出基于灰色聚类-粗糙集和集对分析的备件保障效能动态评估方法。针对主客观赋权方法各自的优缺点,引入依赖度和重要度的概念,建立灰色聚类-粗糙集组合赋权模型;将指标权重引入集对理论,提出集对同势、均势和反势的定义,描述备件保障效能的变化规律,构建基于马尔可夫链的集对分析动态模型。实例分析结果表明,该方法可以有效反映备件保障效能的动态变化特征,为决策者制定备件保障长期计划提供科学依据。
  • 舰船远海维修保障的适应性及平台选型
  • 许小卫1,谢新连1,田聪1,黄金娥2,徐东2
  • 2019, 41 (1):199-206[摘要](119)  [PDF  484KB](227)
    舰船远海维修保障平台选型实质是属性包括操作性、稳定性、及时性、安全性和经济性的模糊关联多属性群决策问题。为了更客观地反映平台选型过程中决策者的决策意图,更准确地融合决策信息,构建了三角模糊数犹豫直觉模糊关联有序加权几何平均(Related Triangular Hesitate Intuitionistic Ordered Weighted Geometric Average, R-THIOWGA)算子,给出了三角模糊数犹豫直觉模糊数的比较规则,并基于R-THIOWGA提出了远海维修保障平台选型的群决策方法。将提出的群决策方法应用于我国海军舰船远海维修保障平台选型的实例分析。分析结果表明:用R-THIOWGA算子解决模糊关联多属性决策问题是可行的、有效的,自航式半潜维修船是远海维修保障最佳作业平台。
数学与系统科学
  • 系统复杂性及度量
  • 段晓君,尹伊敏,顾孔静
  • 2019, 41 (1):191-198[摘要](140)  [PDF  602KB](267)
    复杂性是科学技术面临的挑战之一,研究系统复杂性有着重要意义。综述系统复杂性基本语义研究背景,分析国内外历史上对复杂性的界定及不同定义;针对复杂性的分类,以本体论和认识论分类为基本框架,吸纳最新的复杂性分类定义成果,重新对复杂性进行归类。在此基础上,对复杂性的度量指标进行分类阐述,对相应的数学工具进行归类说明。设计案例说明了复杂性概念分类及度量的有效性。
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