爱德华空军基地的时空位置信息

爱德华飞行试验靶场是国防部的一个重要靶场,它为许多飞行试验计划服务。通过实施测量设备和技术的改进计划以及在飞行后处理软件中采用更完善的误差模型,使日益复杂和高精度的数据要求得到了满足。软件的改进提高了技术人员质量控制的能力,多测量设备数学模型提高了可供各种用户利用的时空位置信息(TAPI)的精度。     

MF-1飞行试验弹道差异分析及弹道重建研究

MF-1作为我国的首次高超声速空气动力学基础问题研究模型飞行试验项目,真实飞行取得了圆满成功。但是其无控飞行弹道与设计弹道之间还是存在较明显偏差,本文首先对于MF-1实际飞行试验弹道与设计弹道之间的偏差原因,通过理论分析和弹道仿真开展了研究,结果表明风场偏差和气动力偏差可能是导致MF-1飞行弹道与设计弹道差异的最主要因素。然后,基于飞行实测的过载角速率数据和外弹道测量数据对MF-1飞行弹道进行了重建,得到了包括迎角、侧滑角在内的完整可靠的弹道数据。研究还表明,风场对迎角、侧滑角的准确估计有显著影响,应尽量提高风场测量的实时性和准确性。     

简化导航算法在导弹飞行试验安全分析中的应用

安全分析是反舰导弹飞行试验前必须开展的一项重要工作,安全分析以导弹弹道数据为基础,而弹道仿真模型获取不易。基于此,提出了一种可用于反舰导弹飞行试验安全分析并能取代弹道仿真的简化导航算法,对其实现原理和实现方法进行了阐述。经过实践检验,此种算法计算简单、效率高,其精度满足导弹飞行试验安全分析要求。     

飞行试验弹道重建技术

中远程弹道导弹飞行试验受多种因素的制约,其靶场飞行试验次数有限,且很难进行全程飞行试验,如何将飞行试验落点向全程飞行试验落点的折合,是命中精度指标评定中需重点解决的问题。采用飞行试验弹道重建技术,辨识出影响飞行试验弹道和落点偏差的主要内外干扰项,实现制导工具误差、制导方法误差及非制导误差向全程弹道的折合,工程实践表明是一种较好的方法。     

能估计外测系统性总误差的滑动最佳弹道估计法

本文是“改进全弹道测量数据处理与提高应用效益”系列研究的第二部分——改进主动段测量事后数据处理(第一部分见[1])。针对现行“误差模型的弹道最佳估计(EMBET)方法”存在的问题(例如,系统性测量误差模型不确定、不完善以及误差系数较多时计算困难等),提出了一种改进的EMBET方法。主要改进是将一切系统性测量误差的综合影响,用一条时变的非参数未知曲线完备表出,再根据系统性误差的短期缓变属性,在每一测量点附近用不同的二次曲线去逼近,以使非参数曲线参数化,最后用本文构造的数据滑动EMBET方法,把各外测通道的系统性测量总误差及弹道参数一起逐点解算出来。本文的数学模型准确合理,计算简便。结果公式与计算程序能退化成用一次或零次曲线逼近非参数曲线情况,也能退化成通常最简模型的EMBET,故适应性与实用性强。实测飞行试验数据试算表明:估出的外测系统性测量总误差同设计指标接近,而弹道分速度精度可高达0.015米/秒。此外,σ_y精度还能改善到σ_x的水平。本文对改进外测系统的设计、应用、精度鉴定、数据质量评估、火箭与卫星(入轨及运行段)数据处理等,均有重要意义。     

基于GPS/SINS制导控制系统的半实物仿真系统设计

介绍了基于GPS/SINS的制导炸弹制导控制系统和半实物仿真系统组成,详细阐述了半实物仿真试验的目的、内容、试验原理及主要仿真设备的各项功能。设计了半实物仿真软件及半实物仿真试验模型所加的误差干扰,搭建半实物仿真环境,开展了半实物仿真试验。试验结果表明:半实物系统能有效模拟制导炸弹飞行过程,对制导炸弹制导控制系统进行了全面仿真验证,为飞行靶试试验提供了技术支撑,对制导炸弹飞行弹道评估和保证型号项目研制进度有重要的意义。     

飞机载体的杆臂效应对GPS测速精度的影响

杆臂效应是由于测量体的安装位置与运动载体质心不重合而引起的。从理论上分析了杆臂效应产生的原理,推导得出杆臂效应引起的速度误差公式。通过仿真试验和飞行试验数据分析了飞机载体不同运动状态下,杆臂效应对GPS速度测量精度的影响。通过对杆臂误差补偿后,GPS测速精度得到很大提高。在惯导系统飞行试验中引入该方法,可以科学合理地给出系统试飞评定结果。     

飞行仿真气动力数据机器学习建模方法

基于机器学习思想,提出了一种大空域、宽速域的气动力建模方法。该方法利用飞行仿真弹道数据辨识的气动力数据,采用人工神经网络技术,实现了对高度、速度、姿态和舵偏角等多维度强非线性特性的全弹道气动力数据的高精度逼近。首先,分析了神经网络层数、隐含层神经元个数等对建模误差的影响,通过对典型弹道气动数据的神经网络建模计算,确定了较合适的神经网络层数和较优的隐层神经元个数。进而,利用飞行仿真的弹道数据辨识出沿弹道的气动力,采用神经网络建立了包含多个弹道融合的气动力模型,输出量分别为三轴气动力系数和力矩系数。最后通过气动模型输出量与原样本数据的对比,以及4条未参与训练弹道气动数据的预测,验证了该气动力建模方法具有较高的精度。建模结果表明:采用神经网络方法建立的飞行器气动力模型,对拟合多源耦合输入全弹道非线性气动力是可行的和有效的,在样本覆盖的高度、速度、姿态和控制舵偏角范围内,气动力拟合能力较强,并具有一定的外推性。该项研究可以为基于飞行试验数据的气动建模提供新的方法,并且能为飞行器气动力数据挖掘、飞行仿真和总体性能分析提供参考。     

基于神经网络逆控制的发动机直接推力控制

首次将动态神经网络逆控制用于航空发动机直接推力控制。为了有效消除由于神经网络逆模型构造误差(即神经网络逆模型不可能完全逼近航空发动机的逆模型)而产生的稳态误差和解决航空发动机推力不易测量的困难,分别设计了积分补偿器和推力估计器,从而实现航空发动机直接推力控制。飞行包线内数字仿真结果表明,此控制方案具有良好的动静态性能、精度高、跟踪快。     

基于弹道模型的磁测系统偏航干扰误差分析

常规弹丸在使用地磁算法测量滚转角的过程中,常将偏航角设为0°解算弹丸滚转角。当弹丸在飞行过程中偏航角发生变化时,滚转角解算精度受到一定影响。针对偏航角变化带来的误差与多种因素有关,且规律不清楚。在建立偏航角误差系数的基础上,使用Matlab软件建立了弹丸在不同偏航角、俯仰角、射向条件下的误差模型。首先建立了横风修正的质点弹道模型,通过蒙特卡罗方法仿真弹丸的轨迹分布,分析了弹载环境下磁测算法的滚转角误差,并验证了误差系数的准确性。通过仿真验证,误差系数可以较准确地表示滚转角误差与偏航角变化之间的关系,误差系数计算的误差与理论误差的差值小于10%,为后续实弹试验做好理论准备。     

单点弹道精度与轨道半长轴远地点高度计算精度的映射关系

在仅使用单点位置、速度信息计算轨道的奈件下,针对轨道半长轴、远地点高度的精度问题,在轨道面内,应用活力公式和二体运动学理论推导得出了轨道计算精度与弹道测量精度间映射关系的解析表达式,并采用数值分析方法给出了不同的位置、速度误差与半长轴、远地点高度最大误差之间的数值关系.仿真结果表明,对于位置误差和速度误差大小分别为100 m和1 m/s的算例,半长轴最大误差和远地点高度最大误差分别约为2 km和4 km.基于此方法,可以将弹道误差传递至轨道参数误差,进一步分析故障误判和漏判概率;也可根据轨道参数精度要求反算弹道测量精度要求,以作为地面测量系统建设的技术依据.     

飞行环境模拟系统多容腔流-固传热建模

为了提升高空台飞行环境模拟系统(FESS)数值仿真平台的置信度,提出了一种多容腔流-固传热的建模方法,该方法考虑了混合器气流掺混、流-固传热、管道压力损失等因素的影响;建立了包括调节阀流量特性、液压伺服系统、混合器、混合器出口导流栅流量特性、整流子系统、管道容腔模型在内的部件模型库,并基于该模型库构建了仿真平台。为了验证本文建模方法的有效性,采用两次掺混试验数据对仿真模型进行对比验证表明,仿真结果与试验测量结果动态变化趋势基本一致,且温度、压力的最大误差分别不大于2.5K、2kPa;为了分析FESS控制系统的能力,假定了一次典型的发动机试验条件来进行仿真分析,仿真结果表明,FESS控制系统具备进行发动机平飞加速和等马赫数爬升试验的能力。     

估计理论在飞行数据相容性检验中的应用

飞行数据相容性检验在飞行试验数据分析中是很重要的。由于飞行试验测量数据中存在着各种过程噪声(如大气紊流)和测量噪声(如尺度因子偏差、常值系统偏差等),这些误差将会导致飞行数据各通道之间不相容。利用估计理论进行飞行状态估计,同时估计出未知的尺度因子,系统偏差,即进行飞行轨迹重构被认为是飞行数据相容性(一致性)检验的强有力的工具。本文利用推广卡尔曼滤波和信息平方根滤波及平滑进行高速飞机飞行数据的相容性检验,提出了飞机纵向运动和全面运动的新模型,通过仿真和实际计算得出满意的结果。     

MF-1模型飞行试验表面压力与温度测量技术研究

MF-1是我国首次以高超声速空气动力学基础问题研究为目的的航天模型飞行试验,试验模型为锥-柱-裙体,主要研究0°迎角圆锥边界层转捩和压缩拐角激波/边界层干扰现象。针对飞行试验转捩区测量需求,引入和改进了风洞试验中常用薄壁测热技术,设计了一种新型变厚度薄壁测温结构,有效抑制了侧向导热损失,可基于一维热流辨识方法获取可靠的表面热流数据;与现有风洞试验薄壁测热技术相比,该方法可提高有效测量时间,降低时间延迟效应,适于长时间飞行试验测量。针对柱-裙压缩拐角激波/边界层干扰区压力测量需求,采用了风洞试验中常用的基于引压管和电子压力扫描阀的测量方案,通过改进装配工艺,提高了系统耐压能力,实现了模型飞行试验全弹道表面压力测量。模型飞行试验结果表明:MF-1模型飞行试验测量系统可靠,获得了可供边界层转捩和激波/边界层干扰研究分析及CFD验证的可信数据;在热流急剧下降时一维热流辨识存在较大误差,以及压力测量中的时间延迟和低压测量准确度存在不足,是需要进一步改进的问题。     

不同弹道制导工具误差的折合方法

本文给出了不同弹道制导工具误差进行折合的计算方法,对各种特殊弹道进行了仿真和实际计算。计算表明:这种折合方法比传统的“分离——折合”方法好。该方法对弹道参数的外测精度要求不高,工作量小,而且不需全弹道高精度测量(只要有一小段弹道满足精度即可)。文中对不同特殊弹道的仿真折合结果作了比较分析,提出了远程导弹定型实验立足国内时,具体试验弹道的选取意见。本文对定型试验方案设计有重要参考价值。     

基于建模仿真分析的模拟转子平衡技术

为提高航空发动机转子平衡精度及单元体装配独立性,对模拟转子平衡技术内在机理及模拟转子设计方法进行研究。采用数值模拟分析方法,基于低速硬支撑转子平衡测量及误差转位补偿原理,建立转子平衡过程的完整数学模型,分析平衡误差组成项,提取影响模拟转子平衡精度的参数。利用蒙特卡罗仿真及单因素试验方法、设计仿真算法,对误差项中的各参数进行仿真计算,得到各参数对平衡测量结果的影响规律及误差容限。结果表明：模拟转子可以再现由转子加工误差引入的附加不平衡量,其中模拟转子配合面端跳、柱跳、跨距、质心轴向位置、转动惯量、质量等参数均会影响附加不平衡量测量精度。各参数设计精度与测量精度正相关,但对测量精度影响权重不同。当配合面跳动小于0.005 mm,其余各参数精度控制在特定范围内时,测量误差近似为0,即模拟转子测量结果准确有效。     

基于欧拉角的炮弹位姿参数光学测量解析算法

炮弹空间位置和姿态参数的解算是研究其飞行弹道特性和弹道控制的非常重要的内容。利用4个已知空间坐标的非共面控制点,通过建立控制点的过渡坐标系,提出了一种基于单目视觉,采用欧拉角直接参与计算的炮弹位姿参数的测量方法,建立了位姿参数测量的误差修正模型。最后对该算法进行了完整的数学仿真。仿真结果表明,该算法简单有效且稳定,能满足位姿参数测量的精度要求。     

基于脱靶量数据的发射系航迹参数求解方法

针对当前海态巡航飞行试验末段外测无法跟踪测量的实际问题,基于现有脱靶量测量系统,建立了利用某脱靶量测量数据到发射系的转换模型。此模型将脱靶量测量数据统一到发射系航迹中,有利于航迹分析工作。并建立了转换结果的误差估计模型,误差模型充分考虑了脱靶量测量误差、靶船定位误差以及靶船航向角误差。利用仿真数据对转换模型及误差模型进行了计算验证。结果表明,位置误差满足精度要求。该方法对延拓外测处理时段具有积极意义。     

SINS制导工具误差补偿研究

 针对现有SINS制导工具误差模型不能满足“天地一致性”的问题，提出了基于实际弹道数据的SINS制导工具误差补偿方法，即首先建立SINS制导工具误差模型，然后采用改进的特征值有偏估计方法(LRE)估计具有复共线性特性的误差模型，最后利用该误差模型对捷联惯性仪表进行误差补偿。半物理仿真试验的结果表明，高度通道的最大测量误差由补偿前的52米降低到补偿后的8米，其余通道的补偿效果类似。这证明了该误差模型的正确性和估计方法的有效性，为将来SINS制导工具误差补偿和提高SINS制导精度提供了充分的依据。     

基于北斗双星定位系统的靶场空间精度分析

把北斗双星应用于靶场实际,建立基于双星、光雷的联合测量模型,利用误差传播关系,使用逐点以及样条算法对典型弹道和整个靶场的空间精度进行分析,为靶场试验提供依据;同时还对不同地区北斗对靶场的影响进行分析,其结果与北斗精度特性基本吻合。本文使用逐点求解方法对一条典型弹道以及靶场进行了精度分布仿真,结果表明,此方法能有效地提供任意弹道以及靶场空间精度分布,为靶场试验中测站布局与弹道选择提供依据。