递推科威耳数值积分方法——人造卫星轨道计算

本文讨论了轨道和弹道方程的数值积分科威耳(Cowell)方法。此法优点是:向前积分一步只要计算一次右端函数,如果飞行器只受保守力的作用,可以进一步减少计算量,与龙格——库塔法相比要快4—7倍。文章中运用生成函数法推导了科威耳方法中的各类系数,推导简单,并且给出一套递推公式。同时也算出了高达8阶的科威耳方法的系数值。利用递推公式编制了通用科威耳数值积分程序,根据问题的精度要求,可任意选取积分阶数、开头程序的步长和科威耳数值积分程序的步长。文中最后运用这个程序进行了大量计算,并对结果进行了分析。     

瞬态传热问题的微分求积和精细积分求解方法

给出了瞬态传热问题的高效高精度求解方法,该方法分别用微分求积法(DQM)和精细积分法(PIM)离散空间域和时间域.微分求积方法除了精度高、效率高之外,处理复杂边界条件的灵活性也优于有限元法(FEM).用精细积分法处理一阶瞬态传热微分控制方程,不需要增加额外自由度,还可以达到计算机精度.给出了隔热结构4种边界条件下的数值结果.并就上表面恒温、其他面绝热边界条件计算结果与有限元分析结果进行了对比,算例分析表明,采用微分求积和精细积分法布置少量的节点就可以达到较高的精度.      

像素对图形电磁计算精度的影响和解决方法

在图形电磁计算中,通过控制图像绘制分辨率提高物理光学积分的计算精度.使用像素级的面元近似,把物理光学积分转化为具有数值积分形式的基于像素的求和.使用Nyquist 空间采样理论,提出了能够满足高频RCS(Radar Cross Section)计算精度需要的像素对应的电尺寸值;由此给出了图形电磁计算中的图像分辨率的确定准则,并提出一种改变图像分辨率的方法.通过分析典型目标和复杂目标的计算实例,这种确定图像分辨率的准则可以成立.      

有涂覆层的导体圆柱空间散射特性的数值计算

文中根据带有涂覆层的导体圆柱在平面波的照射下的散射场表达式,进行了全面的数值计算,说明了虚宗量的Bessel函数和Hankel函数的计算方法,分别给出了平行极化波和垂直极化波入射时双站RCS的计算曲线,包括不同涂覆层厚度的影响、入射波频率、涂覆层介质的相对介电常数、导磁率变化时双站RCS的变化规律,获得了有参考意义的结果.     

基于LMI的模糊增益调参控制器的设计

利用线性矩阵不等式(LMI)技术将增益调参的控制律设计转化为相应的LMI凸优化问题,结合 模糊控制和H_∞方法,给出了一种基于LMI的模糊参数化的飞控系统增益调参控制器的 设计方法,该方法解决了传统增益调参设计中以经验设计的弊病,并保证了系统的全局 稳定性及鲁棒性能要求.将该方法应用于某型飞机模型上,仿真结果表明该设计方法简便有 效,且控制器鲁棒性较好.     

树形多体Hamilton系统的Lyapunov指数计算方法

研究了树形多体Hamilton系统Lyapunov指数的数值方法.利用多体Hamilton系统的正则方程和辛算法, 给出了多体Hamilton系统Lyapunov指数的计算方法,该算法具有较好的计算精度和通用性.利用该算法可对系统的运动稳定性进行分析.最后用算例说明了该算法的有效性.      

空天飞机再入轨迹的变精度序列优化方法

为提高空天飞机再入轨迹优化方法的稳健性和精度,提出一种变精度序列优化方法。优化计算过程分为3个步骤：首先进行预优化,即在粗离散情况下,应用混合优化方法进行轨迹优化,获得各时间点设计变量的最优解;然后对预优化的结果进行一元全区间插值处理,获得细离散情况下设计变量的初值;最后进行精细优化,获得精度更高的计算结果。算例结果表明,变精度序列优化方法能稳健地求解空天飞机再入轨迹优化问题,并能以较少的计算量获得满足精度要求的优化结果。     

基于比例危险-比例优势模型的加速寿命试验设计

将基于信息的优化方法引入基于非参数模型的加速寿命试验优化设计中,针对恒定应力和步进应力两种应力加载方式,分别给出了基于比例危险-比例优势模型的试验优化设计方法.通过对数似然函数建立Fisher信息矩阵和方差-协方差矩阵,并采用基于信息的优化方法建立最优化问题.这种试验优化设计方法可以有效地提高模型参数评估精度,并且避免了传统的优化方法(即将一个与可靠性相关的函数的渐进方差在一个给定区间内的积分值作为优化目标)当目标函数中给定的积分区间变化时将得到不同优化结果的局限.最后给出了应用该方法进行加速寿命试验优化设计的仿真实例.     

四维引导定位TSEP精度评估方法

随着人类深空探测活动的增加及空间导航装备鉴定的需求,传统的概率指标和评估方法已不能满足系统鉴定使用要求.推导归纳了3种球概率误差(SEP,Sphere Error Probability)的计算方法:三重积分方程法、卡方(χ²)分布近似法和极大似然估计(MLE,Maximum Likelihood Estimate)法.研究了2种统计试验方案,提出了TSEP(Time SEP)精度评估方法.仿真及试验验证表明:TSEP方法能对空间装备的定位精度给出相对全面的评价,方案可行,兼容传统指标的计算方法且可充分利用单次试验数据,试验验证简单.3种算法计算的SEP值,其最大相对误差均不超过7%;χ²分布近似值稍偏保守,推荐工程使用;而MLE计算值可作为积分运算的初值,以减少积分运算次数,快速获取真值.     

接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真

针对接收模式下电大尺寸的天线-天线罩系统电磁特性分析问题,提出了一种全波法和高频法结合的混合算法:积分方程/修正型表面积分+多层快速多极子(IE/MSI+MLFMA)方法.该方法将由高频方法MSI得到的天线罩内场分布作为天线阵列的激励场,再利用基于体-面混合积分方程(VSIE)和MLFMA的快速全波分析方法精确计算天线阵;同时应用球谐函数展开、预处理技术、混合并行等技术进一步改进算法的计算效率.同传统的全波数值法相比,该方法在保证计算精度、满足工程需要的前提下,解决了求解计算时间长、计算效率低的问题,实现了对电大尺寸天线-天线罩系统的快速、高效仿真.      

模糊变分原理在求解结构固有频率中的应用

在处理含模糊参数的结构固有频率问题时,现有的方法局限于先将模糊参数转化为区间数求解,再由区间解构造出相应的模糊解.由于现有方法计算量较大,所以提出了基于模糊变分原理的模糊里兹法和模糊有限元法.通过在瑞利商变分中直接引入模糊参数,得到了结构固有频率问题的模糊变分原理.作为模糊变分原理的应用,推导了模糊里兹法和模糊有限元法.这两种方法都可以直接得到问题的模糊解,与传统的区间解法相比,提高了计算效率.算例表明,这两种方法不但具有较高的计算精度,而且可以很大程度上减少计算量.     

时间积分方法的研究进展与挑战

时间积分方法是动力学常微分方程的一种有效数值求解工具,广泛应用于航空航天、土木工程、机械制造等工程领域的动力学分析。介绍了近几十年来时间积分方法的研究进展。回顾了该领域的经典工作,包括级数展开法、Runge-Kutta法和Newmark方法;介绍了为解决经典时间积分方法在精度、效率、耗散和稳定性方面的不足而发展出的先进时间积分方法,主要包括参数方法、高阶无条件稳定方法、保能量方法、线性多步法、复合方法和BN稳定型方法;分析比较了已有方法的性能特点和适用范围,指出了时间积分方法发展中值得关注的若干问题。     

结构输出响应概率密度估计中分数矩求解方法

鉴于概率不确定性背景下基于分数矩极大熵准则的结构可靠性分析方法具有较大的效率与精度优势,综合研究并给出了可以用于极大熵准则中约束条件输出响应分数矩求解的3种分数矩求解方法,包括降维积分(DRI)方法、稀疏网格积分(SGI)方法和无迹变换(UT)方法。阐述了分数矩求解原理及过程,给出了方法的计算效率,并分析了方法的适用性。3种分数矩求解方法在确保计算精度的同时可以很大程度减少结构输入-输出模型的调用次数,大幅提高统计分析效率。通过与Monte Carlo仿真分析法对比,验证了3种分数矩求解方法的正确性与高效性。      

非线性动力学系统的精细逐块积分求解方法

针对非线性动力学系统提出了一种精细逐块求解的积分方法。应用此方法,原始的非线性微分方程转换为逐块的代数方程。由于这种隐式积分格式的高精度和稳定性,相比于四阶Runge-Kutta方法和Newmark方法,此方法可以对非线性动力系统应用较大的步长。此外,此方法对具有奇异或接近奇异的系统矩阵的动力学系统仍然有效。数值算例验证了此方法的有效性。     

无人机组合导航直接法与间接法滤波方式比较

全球导航卫星系统/惯性导航系统（GNSS/INS）组合导航可以提供连续、高精度的位置、速度、姿态信息,被广泛应用于无人机的状态估计。其中滤波算法的构建是其组合关键。不同组合导航的模式会对导航定位结果产生相应的影响。针对直接法和间接法这2种常见的组合模式,分别构建了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的全球定位系统/惯性导航系统（GPS/INS）松组合模式,并将其运用于不同飞行场景下无人机（UAV）的实时动态状态估计。仿真场景以及实际数据验证结果表明,间接法在精度和稳定性方面优于直接法,直接法在滤波计算速率方面优于间接法。因此,当系统具有较高的计算性能,且面向高精度的应用情况下可选择间接法作为无人机导航的技术方案;对于快速求解但精度要求不高的应用情况下,选择直接法作为无人机导航的技术方案可以在一定程度上降低系统的成本。      

Application of ADER Scheme in MHD Simulation

The Arbitrary accuracy Derivatives Riemann problem method(ADER) scheme is a new high order numerical scheme based on the concept of finite volume integration,and it is very easy to be extended up to any order of space and time accuracy by using a Taylor time expansion at the cell interface position.So far the approach has been applied successfully to flow mechanics problems.Our objective here is to carry out the extension of multidimensional ADER schemes to multidimensional MHD systems of conservation laws by calculating several MHD problems in one and two dimensions: (ⅰ) Brio-Wu shock tube problem,(ⅱ) Dai-Woodward shock tube problem,(ⅲ) Orszag-Tang MHD vortex problem.The numerical results prove that the ADER scheme possesses the ability to solve MHD problem,remains high order accuracy both in space and time,keeps precise in capturing the shock.Meanwhile,the compared tests show that the ADER scheme can restrain the oscillation and obtain the high order non-oscillatory result.     

Dynamic orbit propagation in a gravitational field of an inhomogeneous attractive body using the Lagrange coefficients

The analytical methods have nearly been replaced by the numerical methods due to their higher accuracy and accessibility of computation facilities. The semi-analytical Lagrange method of orbit propagation using f and g series is a competitive alternative to the numerical integration technique if the Lagrange coefficients are derived in a full gravitational field. In this paper, a generalization of the Lagrange method of orbit propagation is introduced. In other words, we introduce a complete form of the Lagrange coefficients in all force fields developed in the spherical harmonics for example full gravitational field of the Earth. The method is numerically compared with the numerical integration technique. In order to show the numerical performance of the method, it has been implemented for orbit propagation of a GPS-like MEO and CHAMP-like LEO satellites. Discrepancy at centimeter level for CHAMP-like and sub-millimeter accuracy for GPS-like satellites shows relatively high performance of the developed algorithm. Compared to integration method, the proposed Lagrange method is nearly faster by a factor two for small Nmax and four for large Nmax.     

绳驱空间机械臂动力学建模与仿真效率分析

针对一种适用于在轨服务精细操作的绳驱空间机械臂进行讨论。建立该机械臂的动力学模型,将机械臂视为链式多刚体系统,认为绳索满足线弹性假设并忽略绳索的质量,利用空间算子代数方法推导了机械臂的动力学方程。分析动力学模型的数值仿真效率,求解出机械臂微振动的振动频率,将最高阶振动频率作为特征系数代入到微分方程数值算法的稳定区域,计算得到仿真步长的临界值;对动力学模型中的绳索模型进行改进,通过增大仿真时间步长临界值来提高动力学模型的数值仿真效率。仿真算例表明,改进后动力学模型的仿真效率最多可提高200多倍,并可以实现实时仿真。