稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法初步研究

从非线性模型Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程出发,引入简化速度分布函数、使用离散速度坐标法对速度空间进行离散、降维,去掉分布函数对速度分量的连续依赖性;采用时间分裂法,将简化速度分布函数松驰变化方程分解为源项碰撞变化方程、对流运动方程,进行耦合计算,应用ＮＮＤ耗散差分方法直接模拟气体分子速度分布函数;发展离散速度数值积分法,通过宏观取矩获取物理空间各点的流动参数,从而建立一套能有效模拟各流域气动问题的简化的     

小波分析在飞机振动飞行测试数据分析中的应用

目前,飞机振动飞行测试数据分析主要采用基于Fourier理论的频域分析方法,无法描述振动信号的时频局部特性,很难满足飞机振动评估的需要。引入小波分析理论,在时域内对信号进行离散变换,在频域内对信号进行谱分析,从而达到同时观察信号在时域和频域空间分布特征的目的。两种飞机典型振动飞行测试数据的时频分析结果表明,利用小波理论能够更好地观察机体振动在时域、频域内的局部特性,对于现代飞机振动问题的分析评估具有重要意义。     

Kalman滤波中连续系统离散化的计算机实现

提出一种时间连续系统的离散化算法。运用矩阵论的二次型原理,推导了连续系统离散化的一般公式,得到了系统状态方程在时间域中的离散化通用模型,通过设计参数N保证算法具有一定的鲁棒性。该算法有利于针对时间连续系统的卡尔曼滤波过程在计算机上的一体化实现,仿真结果验证了算法的可行性和有效性。     

基于S变换的时频特征提取与目标识别

目标的时间-频率联合分布能够很好地反映目标物理结构特征,可以作为雷达目标识别的一个有效手段。针对现有时频分析方法存在的识别率低和抗噪性能差等问题,提出一种基于S变换的空间目标回波信号电磁特征提取与识别方法。首先对目标的雷达回波进行时频分析,得出在较大方位角变化范围内和不同信噪比情况下,目标S变换的时频分布具有相对不变性的结论;然后基于这种稳定的时频分布特征,采用最小贴近度的方法进行分类识别。针对不同目标模型的仿真结果表明,该方法的识别率高于其他时频分析方法并且具有很好的鲁棒性。     

基于CFD耦合DEM并行算法的旋翼飞行器桨叶沙盲现象模拟分析

旋翼飞行器处于地效（IGE）悬停状态易吸入沙尘从而引起沙盲现象。为了研究出现沙盲现象时的悬停流场与沙尘的运动规律,采用基于雷诺平均 N-S 方程及 k-ω（SST）湍流模型,结合计算流体力学（CFD）与离散元（DEM）耦合并行算法,使用 Fluent 软件进行流场连续相计算;通过 API 传递流场信息至离散相,计算直升机旋翼的悬停流场,并与可得到的 PIV 测量结果进行对比;再将流场动量数据传输给离散相,计算沙尘的完整运动轨迹和颗粒分布。结果表明：在对流场精确模拟的同时,采用离散元方法对沙尘颗粒受力运动以及空间分布较好地模拟,能够多参数化地了解地效流场和细微沙尘颗粒受力运动规律,直观呈现沙盲的发展过程。     

非平稳脉动压力数据的SPWVD时频分析技术研究

对于高速风洞中进行的非定常流动脉动压力实验,由于传统的Fourier变换无法表示脉动压力频谱特性随时间的变化规律,因此必须借助时频分析工具进行数据处理。根据非定常流动脉动压力信号的特点,通过对几种时频分析方法进行理论分析与比较,确定Smooth Pseudo Wigner-Ville Distribution（SPWVD）方法是比较合适的分析工具。通过对实验数据进行处理,发现SPWVD具有较好的时频聚集性,能够有效地消除二次型分布固有的交叉项干扰;基于SPWVD的时频分析技术能够刻画出某实验舱门开闭过程中脉动压力的能量密度、瞬时功率以及能量谱密度随时间、频率的分布特性与动态变化;在流场参数发生改变时,SPWVD能够正确地反映出脉动压力特性随流动形态的变化。     

基于改进离散材料插值格式的复合材料结构优化设计

针对采用离散材料优化(DMO) 模型优化复合材料纤维分布时角度优化结果收敛率低的问题,将连续化惩罚策略与Heaviside惩罚函数引入传统DMO模型中,提出了一种改进的HPDMO (Heaviside Penalization of Discrete Material Optimization)模型,从而提高结构的收敛率。建立了复合材料单层板基于最小柔顺性设计的优化列式,给出了多种离散材料构成结构的灵敏度信息求解方法。分析比较了DMO模型、连续化惩罚模型和HPDMO模型对最终优化结果收敛率、目标函数、迭代历史的影响。数值算例表明,改进的离散材料惩罚模型不但可以显著地提高优化结果的收敛率,给出清晰的优化构型,而且可以通过较少的优化迭代步数实现这一结果,为纤维增强复合材料的优化设计在工程中的应用提供了新的技术手段。     

基于概率统计的DS/FH系统干扰检测算法

基于时频分布的干扰检测算法是DS/FH（Direct Sequence/Frequency Hopping,直接序列扩频/跳频扩频）系统干扰检测的传统手段,针对其运算量大、实时性差,以及无法检测某些特殊干扰信号等问题,提出一种基于概率统计的干扰检测算法.通过统计DS/FH系统频谱图中各频率的幅值出现位置,以DS/FH信号与干扰信号频谱分布规律的差别为判决依据,完成DS/FH系统中干扰信号的检测.分析和仿真结果表明：该检测算法能够有效识别DS/FH系统中的典型干扰信号,与传统基于时频分布的检测算法相比,能够实现某些特殊干扰信号的有效检测;同时,由于该算法不需要进行复杂的时频联合分析,其运算复杂度大大降低,能够实现DS/FH系统干扰信号的快速检测.     

稀薄流到连续流的气体运动论统一算法研究

通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正，确定含流态控制参数的各流域均适用的气体分子速度分布函数简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间上连续而在速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散格式，建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。发展可用于速度空间宏观取矩的离散速度数值积分方法，获取物理空间各点的流动参数，由此发展一套能有效模拟各流域三维绕流问题的气体运动论统一算法。研究气体运动论数值算法所适合的并行方案，基于统一算法的HPF并行实现，建立一套能有效模拟不同流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件。通过对不同Knudsen数的一维、二维、三维气体绕流问题进行数值计算表明，计算结果与有关实验数据及其它途径得到的研究结果吻合较好，证实了本文发展的统一算法在求解稀薄流到连续流不同流域复杂绕流问题方面的可行性。     

Wigner-Ville分布交叉项识别方法研究

讨论了Wigner-Ville交叉项的分布特征,推导了在时频面上交叉项与自项的位置关系并给出由分布特征识别交叉项的方法。最后提出了加入识别信号识别交叉项的方法并做了仿真试验。     

启发式多无人机协同路网持续监视轨迹规划

研究了旋翼无人机组在路网环境下的协同持续监视问题。基于最优化原理定义了路网持续监视问题。通过简化路网离散过程、考虑传感器识别准确度、引入不确定度度量,提出面向事件的路网持续监视问题建模方法。针对路网持续监视轨迹规划问题的特殊性,设计了一种启发式多无人机协同轨迹规划算法。通过理论分析和仿真对比,表明了算法的可行性、准确性和通用性。所提算法作为对当前路网巡逻方法的扩充,不仅可解决实际路网移动持续监视任务,也为基于图模型的持续数据采集、连续覆盖等任务提供一种解决方案。     

基于蚁群算法的固体火箭发动机总体参数优化

为建立一种支持连续域、离散域混合变量的优化算法以用于固体火箭发动机总体参数优化,改进了基本蚁群算法,融入"网格划分"、"哑元化"和"变尺度局部搜索"三种策略,以改进算法的寻优性能和使用范围,其中局部搜索算法仍采用蚁群算法。使用了几个较具欺骗性的经典测试函数对改进蚁群算法进行了测试,计算结果表明改进蚁群算法找到全局最优值的概率较大。应用改进蚁群算法对固体火箭发动机总体设计中的两个重要总体参数——燃烧室工作压强和喷管面积比,进行了优化求解,获得了满意结果。诸算例的优化结果表明,该改进蚁群算法具有支持混合变量,全局寻优性能稳定和搜索精度高的优点,对工程优化设计问题具有较好的寻优性能和更强的适用性。     

考虑时滞影响的柔性悬臂梁的离散最优控制

 对考虑时滞影响的柔性悬臂梁的离散最优控制进行研究。首先给出包含有时滞项的控制模态方程,然后将控制模态方程离散化和标准化;连续时间形式的性能指标也离散成标准离散形式,则最优控制律可按离散最优控制理论进行设计。所得出的时滞最优控制律中,除了包含有当前的状态反馈,还包含有前若干步控制的线性组合。因在由控制模态方程推导时滞最优控制律的过程中无近似处理,所给控制方法易于保证控制系统的稳定性。还给出了从实际测量中提取模态坐标和将模态控制力转换成实际控制力的方法。最后通过数值仿真对所给控制方法的可行性和效果进行了验证。     

基于能量最优的敏捷遥感卫星在轨任务规划

针对敏捷遥感卫星对多个离散观测点在轨自主任务规划问题,在考虑姿态运动方程耦合性的基础上,将问题分解为空间资源调度问题和连续最优控制问题,进而提出了一种结合伪谱法和遗传算法的混合求解算法。该算法针对基于行商问题(TSP)模型建立的空间资源调度问题模型,选用二维编码结构对观测顺序和相对观测时间进行实数编码,并采用遗传算法求解观测序列和观测时间;针对判断观测时间可行性时涉及的时间最优控制问题、以及姿态转移过程中涉及的最小能量消耗问题,将其归结为连续最优控制问题,并基于Gauss伪谱协态变量映射定理,采用Gauss伪谱法进行求解。通过与基于单纯遗传算法的规划算法进行对比试验,本文所提出的基于伪谱法和遗传算法的混合求解策略针对目标问题,在典型工况下姿态转移过程中能量消耗降低60%。     

基于DMOM算法的航空发动机性能寻优控制

提出一种分散迁移优化算法(DMOM),可实现多峰值优化问题的全局最优解搜索.该算法通过随机选择参考粒子,不断迁移搜索自身所处区域峰值点,再通过分散操作排除局部最优点,重新生成新个体,可快速搜索到全局最优区域.将DMOM应用于航空发动机性能寻优控制仿真,结果表明:在最小油耗和最低涡轮温度模式下, DMOM的寻优速度相比遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)提高了2倍以上;同时DMOM的优化精度相比自组织迁移算法(SOMA)提高了60%以上,相比可行性序列二次规划(FSQP)算法提高了20%以上.验证了DMOM相比其他优化算法有更强的跳出局部最优的能力,在航空发动机最小油耗和最低涡轮温度这类多峰值寻优问题中具有明显的优势.      

飞航导弹动力装置的预测控制设计

在大空域内实现对于飞航导弹巡航马赫数的有效控制是一个迫切需要解决的问题。首先通过机理分析,确定了连续形式的导弹 动力装置线性化简化数学模型,然后通过一种具有强鲁棒性的递推阻尼最小二乘参数辨识算法,对于它的离散模型特征参数进行实时估计,最后以这个离散模型为基础通过设计预测控制得到了燃油调节规律。通过与传统PID调节方法的比较,显示了这种方法在工况大范围变化的情况下,能够保持马赫数调节的高精度与快速性,改善了动态品质,具有很强的鲁棒性与适应性。     

基于分段序列离散度的异步航迹关联算法

为解决异步不等速率航迹关联问题，提出一种基于分段序列离散度的异步航迹关联算法。定义分段混合航迹序列的离散信息度量，给出不等长航迹序列分段划分规则，通过计算离散度，利用经典分配法进行关联判定，并针对多义性问题设置二次检验环节。与传统算法相比，不需要时间对准，且具有不受噪声分布影响的特点。仿真结果表明，算法在航迹异步、传感器采样率不同等条件下均能以较高正确率稳定关联，并可有效分辨航迹交叉、分叉和合并等复杂情况，具有明显的优势。     

Applications of Mininum Variance Reduced-State Estimators

This paper presents an algorithm for a class of suitably constrained reduced-order filters which minimize the variance of the estimated variables. The algorithm generates both the filter gain history and the true estimation error covariance. The algorithm provides a quantitative criterion which can be used to measure the performance of any reduced-order estimator. Both continuous and discrete estimators are considered. Several examples are treated including an application of the technique to a hybrid navigation system of high order.     

飞行器参数辨识方法与应用研究

研究了非线性连续－离散系统极大似然估计方法的实现及其在飞行器气动参数辨识中的应用问题，首先给出了递推计算灵敏度算法的构成，初始摄动的选择和初值的计算，继而导出了不需矩阵求逆运算的递推算式。最后结合飞行器的气动参数估计来说明算法的具体实现。