飞机结冰在线辨识方法研究

开展飞机结冰气动特性在线辨识研究,不仅可以用于分析结冰对飞机气动特性的影响,而且对于飞机结冰在线识别具有重要的意义。近年来卡尔曼滤波和 H ∞算法在飞机结冰在线辨识中应用较多,二者均具有可靠性高、收敛快等特点,但对于噪声环境下算法的可靠性和精度评估还不够充分。本文针对飞机结冰在线辨识需求,探讨了扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法作为结冰在线辨识算法的应用。首先通过 NASA 双水獭结冰研究飞机算例,利用扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法,辨识双水獭飞机结冰后的俯仰方向导数,通过考虑阵风扰动和测量噪声后的仿真数据快速估计该飞机俯仰方向上的三个稳定和控制导数,并将辨识结果与参考值对比,发现两种算法均能在2s 之内快速收敛到参考值附近,且滤波得到的状态量与仿真数据吻合较好,说明算法可靠性高且收敛快,具备飞机结冰在线探测的能力。在此基础上利用不同测量噪声统计特性的仿真数据,评估测量噪声对两种算法辨识精度的影响,经分析发现随着测量噪声标准差取值增大,扩展卡尔曼滤波辨识结果精度明显降低,而 H ∞算法的辨识精度变化较小,说明扩展卡尔曼滤波辨识精度依赖于噪声先验信息的准确性,而 H ∞算法不依赖于噪声先验信息,即使数据质量较差,H ∞算法也能得到精度相当的辨识结果。     

基于H∞算法的飞机机翼结冰气动参数辨识

针对国内大型飞机结冰防护需求,开展针对大型结冰研究样机的H_∞算法参数辨识结冰探测研究。首先通过参数调节选取一组合适的H_∞算法参数,利用考虑测量噪声的结冰研究样机飞行仿真数据验证H_∞算法的辨识能力,由结果对比发现辨识算法能够跟踪飞机气动导数随结冰累积过程的变化趋势,辨识精度较高,其最大归一化平方根（RMS）误差仅为真值的11%;分析了H_∞算法对81种不同结冰累积过程的辨识能力,通过结果分析发现结冰累积时间较长且结冰速度较慢的情况辨识效果较差,结冰累积时间在100~300 s之间辨识精度较高;最后利用蒙特卡罗仿真分析了不同测量噪声大小对H_∞算法辨识精度和跟踪延时的影响,给出了3个纵向气动导数在随机误差影响下的辨识误差和跟踪延时的统计结果,发现在给定噪声标准差变化范围内,升力和俯仰力矩关于迎角的导数能够得到较为准确的辨识结果,二者的归一化平方根误差均值仅为各自真值的1.8%和4%,其预报延时均值最大仅为3 s和9.5 s。     

磁悬浮电励磁三相直线同步电机离线参数辨识

建立磁悬浮电励磁三相直线同步电机(MSEETPLSM)的连续时间参数型状态空间方程数学模型,利用前向一阶差分方法将连续时间数学模型离散化成离散时间参数型状态空间方程数学模型,再利用z变换写成递推最小二乘算法标准形式的数学模型。利用递推最小二乘算法在初级转子静止状态下辨识出MSEETPLSM的电阻及自感参数。利用计算机数值仿真软件仿真MSEETPLSM参数的离线辨识算法,得到MSEETPLSM的初级与次级电阻与电感时域辨识曲线,仿真曲线收敛速度较快且辨识精度较高。仿真结果验证了该参数离线辨识算法的有效性。     

一种提高螺旋桨相同步噪声模型辨识精度的方法

相同步降噪一般先通过一定飞行条件下的实测数据辨识出螺旋桨噪声模型,然后基于噪声模型计算出该条件下的最优相角,再将最优相角用于相同步降噪。在噪声模型辨识的过程中,受飞行速度、高度和气流变化等的影响,实测数据经常会发生较大的波动,从而影响辨识模型和最优相角的准确性。提出一种基于小波滤波和三参数正弦拟合法的最小数据波动的噪声数据选取方法,提高噪声模型的辨识精度,该方法通过小波滤波算法从噪声信号中提取出螺旋桨的叶尖通过频率信号,采用三参数正弦拟合算法合理地选择出波动最小的数据用于噪声模型辨识,从而有效地回避较大波动数据,提高辨识模型的精度。试验结果表明相较于传统使用固定数据辨识所得的噪声模型,使用最小波动数据辨识所得噪声模型能够获得更高的精度,且噪声模型预测的声压级和实际测量的声压级误差小于1dB,模型预测的最优相角与实际最优相角的误差小于5°,最优相角在试验位置点能够实现高达19.5dB的降噪效果。     

基于MCMC-Gibbs采样的天波超视距雷达联合状态估计与模式辨识

天波超视距雷达(OTHR)目标跟踪面临着"三低"(低检测概率、低数据率、低测量精度)和"多路径"(多条传播路径)的严峻挑战,准确的传播模式辨识与精确的目标状态估计是改善跟踪能力的关键。针对上述问题,提出了一种基于马尔科夫蒙特卡洛吉布斯(MCMC-Gibbs)采样的OTHR联合状态估计与模式辨识算法,该算法通过MCMC-Gibbs采样求取当次迭代当前拍最优的关联矩阵,进而利用同时多量测滤波进行状态和协方差更新,最后引入联合估计与辨识风险函数寻求最优的模式辨识与状态估计结果。不同仿真参数下仿真结果表明该算法的有效性,同时该算法在径向距和方位角估计精度上均高于多路径概率数据关联算法(MPDA),但这是以计算量为代价的。     

基于ISIGHT 软件的地面台架试车条件下涡扇发动机部件特性辨识方法

为获得地面台架试车条件下涡扇发动机部件特性,基于ISIGHT 软件搭建了部件特性辨识平台,提出了1 种工程上通用 的辨识方法。通过试验设计对可调参数进行了敏感性分析,获得地面台架试车条件下需辨识的主要部件特征参数,并结合优化算法 获得精度高的辨识结果。对该辨识方法进行了验证,并基于某发动机地面台架试车数据,进行了实例应用。结果表明：验证结果中的 辨识误差在0.22%以下,在实例应用中,个别参数辨识误差在4%以下,其余均在2.5%以下,满足精度要求,验证了该辨识方法的正确 性,为涡扇发动机部件特性辨识提供了1 种高效的方法。     

模糊最小二乘系统辨识——用于等精度测量

提出了一种新的系统辨识的方法--模糊最小二乘系统辨识法。它适用于处理等精度条件下测量得到的数据;同时,给出了一种确定测量数组中各次测量数据隶属度的方法,并进行了应用举例,所得结果与传统辨识方法结果比较,证明此法对提高系统辨识精度效果显著。     

一种改进的变记忆长度辨识算法

本文基于多分辨分析方法 ,提出了一种改进的变记忆长度的小波变换多分辨分析方法 ,该方法将辨识的数据分解到不同频段 ,然后针对各不同频段采用不同的记忆长度进行辨识 ,通过对某航空涡轮起动机系统辨识的实例 ,表明该方法可以有效地提高系统辨识的精度。     

基于新型纯积分法的定子磁链在线辨识算法

针对气隙转矩法计算异步电机转矩时对定子磁链辨识精度的要求,提出了一种基于新型纯积分法的定子磁链在线辨识算法,采用了精度较高的复化辛普森积分模型。相比传统的梯形积分法,基于新型纯积方法的定子磁链在线辨识算法的磁链辨识精度显著提高;相比新型的基于低通滤波器的定子磁链观测器,该算法模型更简单,操作更便捷。通过MATLAB/Simulink搭建系统仿真平台进行验证,结果表明基于新型纯积分算法消除了传统积分法的主要缺陷,解决了积分饱和问题以及初值问题。基于新型纯积分算法的估计磁链与理论参考磁链基本吻合,表明其可靠性较高。     

支持向量机在航空发动机起动模型辨识中的应用研究

支持向量机（SVM）可以优化网络,有效降低模型复杂性,不存在维数灾难和局部极小问题。本文以某型发动机起动调整试验的试车数据为样本,使用SVM对某一大气条件下的发动机起动模型进行了辨识,并使用另外一组试车数据．通过辨识模型对起动过程进行了仿真;最后,比较了SVM和RBF神经网络起动模型的辨识精度。结果表明,用SVM辨识发动机起动过程模型,方法简单,学习速度快,辨识精度较高。     

一种特殊白化滤波器的广义最小二乘法

 本文提出一种采用特殊白化滤波器的广义最小二乘法,简记为GLS（SF）。这种算法中不需要单独估计白化滤波器的阶次及参数,只需迭代估计模型参数,算法简单,准确度和收敛性也较好。对于输入噪声较小、输出端测量噪声近似白噪声的系统来说,文中证明,用此算法所得模型输出与系统输出观测值之误差平方和最小。文中给出几个实际动态校准中建立动态数学模型的例子。     

非线性分离算法及其在飞行试验中的应用

 本文根据最小方差估计和分离算法原理,提出一种新的非线性状态估计和偏差辨识的分离算法。并用此算法确定飞行状态和测试仪器的误差,同时U-D分解保证计算效率和数值稳定性。为了得到数据相容性检验的准确结果,本文采用直接离散化的飞机运动模型,以减小模型误差。通过仿真并在我国两种歼击机上实际应用,结果表明本文所给的算法对不同的初值和噪声统计特性都能得到飞行数据相容性检验的一致结果,并能用于低采样率下的数据相容性检验。     

基于Kriging模型的离心叶轮结构优化设计

研究了以减重为目标的航空发动机离心叶轮结构优化问题,将Kriging模型与遗传算法相结合,应用拉丁方试验设计和有限元分析生成初始样本数据,利用初始样本数据建立离心叶轮重量和最大应力等状态参数的Kriging模型,运用遗传算法对该Kriging模型在设计空间进行全局寻优,利用有限元分析方法计算近似最优设计点的状态参数,并以此更新已有的设计样本数据,不断提高Kriging模型的近似精度.计算结果表明,基于Kriging模型-遗传算法的离心叶轮结构优化设计方法不仅可以获得良好的优化结果,比直接用遗传算法寻优减少了大量计算时间,提高了设计效率,同多项式模型-遗传算法相比也有效率优势.     

修正的概率数据互联算法

阐明了概率数据互联(PDA)算法能很好地解决密集环境下的目标跟踪问题,在该算法基础上,人们又提出了联合概率数据互联(JPDA)算法和一些基于 PDA 的修正算法。在概率数据互联算法中,有一个很重要的参数就是杂波数密度(或波门内虚假量测期望数)。然而在许多实际情况中,这个参数是很难获取的。针对这一问题,文中提出了一种修正的概率数据互联算法,该算法通过实时地调整这一参数来获得对目标较为准确的估计结果。最后,给出了算法的仿真分析。     

单目主动视觉无人机导引中摄像机内参数标定的线性方法

提出一种单目主动视觉无人机导引中摄像机内参数标定的线性方法,在摄像机主点位置进行预标定的条件下,摄像机只需拍摄一幅着舰平面靶标上的一组正方形图像,无须知道该组正方形的任何几何信息,通过计算圆环点,建立绝对二次曲线对摄像机内参数的约束方程即可线性求解摄像机内参数,仿真实验和真实图象实验表明:该方法在摄像机内参数(如焦距等)需要经常改变的视觉任务,如基于视觉的无人机着舰导引、运动参数估计、三维视觉重建及视觉监控中,使得摄像机内参数的标定具有简便、实时和鲁棒性强的特点。     

遗传算法在微弱GPS信号捕获方法中的应用

 研究了微弱GPS信号的捕获问题，以捕获时较低的虚警概率和较高的检测概率为目标，以累加时的粗捕获(C/A)码周期数和导航数据数，以及捕获门限等参数为决策变量，应用遗传算法(GA)来解决这一多目标优化问题。仿真结果表明，该方法能够有效地解决所提出的问题，所得解能够优化捕获时欲选取的参数，从而提高捕获性能。     

基于MEMS陀螺仪辅助的粒子群优化磁力计校正

目前磁力计校正中存在需要采集大量数据、获取良好的初值和已知准确的传感器噪声分布等问题,传统的粒子群优化磁力计校正算法能够解决以上问题,但是该算法只能用于磁力计简化模型,校正其中9个误差参数,造成补偿不准确的问题。该算法借助MEMS陀螺仪建立矢量目标函数,采用随机漂移粒子群优化算法估计磁力计12个误差参数,具有较强的全局搜索能力和动态适应性。经过仿真与实测实验表明,该算法在磁力计绕其任意2个单轴不完整旋转1周即可实现校正,并且能够在磁场变化情况下保持精度,相比于传统算法补偿精度高、操作简单。     

标准分划尺在CCD压痕直径测量系统校准中的应用

在高精度测量中,为达到测量精度要求,需要对CCD像素进行校准.本文介绍一种简单易行的采用标准分划尺校准CCD像素的方法.首先标准分划尺经过线纹工作基准装置校准;通过对标准分划尺成像,得出在一段标准距离下的像素数;最后得出每个像素所对应的实际距离.实验证明,这种方法能够有效地抑制综合误差,改善测量精度.     

舰载飞机着舰时拦阻钩碰撞反弹动力学分析

为了解舰载飞机着舰时拦阻钩碰撞甲板后被反弹的动力学性能,以某舰载飞机为研究对象,建立了全机着舰动力学模型和拦阻钩碰撞甲板的碰撞模型,进行了全机着舰动力学仿真,通过拦阻钩碰撞反弹试验对碰撞模型进行修正,得到了更加准确的碰撞模型。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了模型的准确性。研究了甲板涂层、俯仰角、航向速度、下沉速度和拦阻钩阻尼器参数对拦阻钩反弹动力学性能的影响。结果表明:航向速度对反弹高度和碰撞力几乎没有影响;随着下沉速度和俯仰角的增加,反弹高度和碰撞力也增加;拦阻钩阻尼器参数的变化不会影响碰撞力,但是对反弹动力学性能会产生明显的影响。     

基于TD-RLS算法的四旋翼飞行器系统参数辨识

在对飞行器气动参数进行辨识的过程中,常需要对获得的数据求微分或二次微分,而利用差分法求微分会放大噪声的影响,引入滤波器抑制噪声又会产生相位延迟.针对这一问题,提出了一种跟踪微分器-递推最小二乘(TD-RLS)辨识算法.首先,建立了悬停条件下四旋翼飞行器的系统模型;然后,基于实验室四旋翼平台飞行试验实测数据,将TD-RLS算法应用于飞行器参数辨识.最终的辨识结果表明,在四旋翼飞行器悬停或者小角度飞行条件下,该方法可以实时获得比较精确的系统模型.