基于最小二乘法的热试验温度数据预测

航天器真空热试验中,温度数据的正确判读及预测十分困难,又十分重要。文章针对典型的太阳电池板试件建立了热模型,使用热分析中常见的有限差分法建立离散方程,通过最小二乘法拟合其系数,以预测下一个测控周期各个测量点的温度,并提出了滑动窗口修正的方法。基于某型号电池板试验数据对热模型的预测精度进行了验证和误差分析,最后对通过测点温度逆向预测加热功率的应用进行了讨论。     

遗忘因子最小二乘支持向量机及在陀螺仪漂移预测中的应用研究

以陀螺仪漂移误差系数时间序列预测为对象，研究并提出了遗忘因子最小二乘支持向量机算法。构造了以多项式、径向基、小波函数为核函数的支持向量机（SVM）、最小二乘支持向量机（LSSVM）、遗忘因子最小二乘支持向量机（FFLSSVM），比较了它们用于强非线性测试集的泛化性能。实验结果表明：FFLSSVM比由相应核函数构成的SVM、LSSVM自适应性强、预测精度高；三种核函数生成L2（R）子空间上完备基的能力不同，导致三个FFLSSVM逼近任意目标函数的精度有差异；遗忘因子最小二乘小波核支持向量机可有效地用于陀螺漂移误差动态补偿、可靠性辅助决策、故障预测。     

一种遥感影像快速计算水面率的方法

为了有效去除阴影噪声对遥感影像水体提取的干扰,快速准确计算大区域范围内的水面率,本文提出基于GF6（高分六号卫星）影像,利用UWI（Urban Water Index,城市水体指数）并结合FROM-GLC10（Finer Resolution Observa-tion and Monitoring of Global Land Cover 10,全球陆地覆盖精细化观测与监测10）数据,通过求交计算和小碎斑删除实现水体提取结果的精细化,有效消除了阴影等噪声对水体提取的干扰,实现水面率的快速计算。本文选择中山市作为试验区,试验区域范围广、地物背景复杂,综合对比本文算法、NDWI（Normalized Water Index,归一化水体指数）算法和TSUWI（Two-Sted Urban Water Index,城市二类水体指数）算法,从定性与定量角度分析,结果表明：本文算法提取的水体连续完整、漏提和误提较少,可有效去除阴影、建筑、道路等噪声干扰,在总体精度、Kappa系数、错分误差、漏分误差等指标均取得了较好结果。利用UWI与FROM-GLC10数据相结合计算水面率具有可行性,为工程化、大面积、快速计算水面率提供了一种新的思路。     

故障终止的PLP与HPP的经典双样预测

对故障终止的PLP与HPP，给出了双样预测的Frequentist（也称经典）预测子与预测区间，提出了预测区间系数的计算方法，给出了应用于存在显著可靠性增长且符合PLP的失败终止的成败型数据的方法，并用数值例说明之。     

机器人铣削加工动态变形误差预测与在线感知

航天舱段零件的机器人铣削加工中,强激励铣削力作用下的动态加工变形是影响加工精度的重要因素,复杂工况下动态误差的离线理论预测难以准确反映实际变形误差。为此,考虑加工过程中复杂工况下不确定性因素对动态变形误差的影响,本文提出了融合在线测量位姿、力数据的动态误差预测方法。首先,建立动态变形误差理论预测模型,引入加工误差预测偏差项;其次,结合有限实验数据对预测偏差的影响因素进行主成分分析(PCA),提取信息贡献率大的主成分作为特征向量,利用支持向量机(SVM)建立预测偏差关于特征向量的动态误差预测回归模型;最后,构建基于机器人关节位置和切削力测量数据的加工动态误差预测模型,实现动态误差在线感知,为加工精度控制提供数据基础。     

大尺寸工件测量中的温度误差修正

着重讨论了大尺寸工件测量中影响温度误差修正精度的主要因素,修正精度主要受模型误差、温度误差、线膨胀系数误差和温度梯度影响,其中,线膨胀系数误差对精度影响最大。引入微分膨胀系数,提出了更精确的温度误差修正模型,利用此模型对自研的形心轴线、型面点坐标测量系统的纵轴测量数据进行了温度误差修正,有效地提高了测量精度,降低了温度误差修正后的不确定度,确保了大尺寸高精度测量的实现。     

基于关机点状态的航天器落点计算及精度分析

当全程测量数据不完备时,如何根据关机点状态进行事后精确落点计算对于航天器精度评估非常重要。首先建立了航天器自由段和再入段的动力学方程,再入段充分考虑了空气阻力。接着采用复合数值积分法对动力学方程进行求解,使用四阶Runge-Kutta法对积分进行起步,采用Admas-Cowell积分减少误差。通过建立误差系数矩阵,研究了关机点状态估计信息和再入段空气密度偏差对落点计算的影响。实际数据计算和仿真结果表明,采用的复合数值积分法能提高落点计算的精度和速度,建立的误差系数矩阵能分析关机点状态和空气密度偏差对落点位置的影响,具有良好的实际应用价值。     

火星进入段自适应预测校正制导方法

针对火星进入段预测制导收敛性和可解性问题,给出基于一阶特征模型的全系数自适应预测校正制导律。该方法首先通过时变动态增益变换技术大幅度降低预测误差与制导修正量之间的时变动态增益;然后对变换后的系统建立修正量与广义航程误差间的一阶特征模型,应用全系数自适应方法估计一阶特征模型系数并求取制导修正量;再由标称制导剖面和制导修正量确定纵向制导输出,横向制导采用传统的漏斗边界制导方法。本文方法每个制导周期仅执行一次预测制导,依靠自适应控制的逐次逼近实现制导的收敛性,避免了基于迭代的传统预测校正制导方法的收敛性问题。针对预测校正制导收敛性这一国际上的难题,本文首次证明了全系数自适应预测校正制导律的收敛性。最后针对火星进入点多种初始误差的组合,以及火星大气密度和探测器气动参数的偏差,进行了多条轨迹的仿真。结果表明,全系数自适应预测校正制导具有较高的精度,在计算时间上也要优于基于迭代的预测校正制导方案,更加适合在工程上的应用。     

弱太阳闪烁中的深空探测信道预测

为提高探测器发射机功率利用率,在探测器和地球间建立可靠的传输链路,弱太阳闪烁中的信道预测十分重要。分析了行星聚合和太阳闪烁的物理特性,建立了弱太阳闪烁条件下的深空探测信道的Rician模型,并得出了当Rician因子大于10dB时近似为高斯信道的结论。通过分析闪烁功率谱,可以采用二阶AR模型预测信道。应用修正的Yule\|Walker方程,提出了基于AR模型的信道预测方法,预测结果表明：幅度起伏一步预测误差在±0.005dB内,三步预测误差在±0.01dB内。
     

基于预测滤波的卫星交会对接相对位姿确定方法

基于视频制导系统提供的视线测量,引入一种高精度、高鲁棒性的、实时的预测滤波算法,建立系统的误差模型,对角速度和位移速度进行一步预测,从而精确地估计卫星的相对位置和相对姿态。此外提出修正方案,通过卡尔曼增益对相对姿态和相对位移进行修正和更新,估计性能得到改进优化。通过卫星交会对接仿真实验验证算法的有效性,结果表明,预测滤波算法高精确估计相对姿态和相对位置,修正后算法得到了更高的精度结果,满足卫星交会对接要求,对在轨实验有重要参考价值。     

CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展

超高速撞击试验是开展载人航天器及大型应用卫星空间碎片超高速撞击风险评估和防护设计的基础,作为我国航天器环境效应和可靠性工程验证部门的北京卫星环境工程研究所在这个领域做了大量的工作。文章介绍了二级轻气炮超高速撞击地面模拟试验技术、典型防护结构防护性能的超高速撞击试验验证、载人航天器外露材料超高速撞击特性、毫米级弹丸7 km/s以上超高速稳定发射技术探索、高性能防护结构研究等方面的若干近期进展。展望了我国空间碎片防护需求和地面超高速撞击试验研究的发展方向。     

航天器单层板结构弹道极限的支持向量机预测模型

提出了一种基于非线性不可分支持向量机（SVM）方法的航天器单层板结构弹道极限预测模型。利用实验数据对SVM进行训练,建立穿透点和未穿透点的分隔面,进而预测新结构弹道极限特性。SVM的训练问题是以实验点分类正确性为约束,预测置信度最大化为目标的二次规划问题,用Lagrange对偶方法有效求解了该训练问题,并通过附加Lagrange乘子的上限约束处理不可分数据集。引入二次核函数将线性SVM推广到非线性,有效实现了实验点的分类。利用超高速碰撞实验数据对SVM弹道极限预测模型进行了验证,计算对比表明SVM方法有效预测了弹道极限,并且精度高于NASA JSC单层板弹道极限方程。对分离面方程分离变量,建立了基于SVM的弹道极限方程显式表达式。     

一种新的Whipple防护结构弹道极限方程准确率分析

文章提出一种新的Whipple防护结构弹道极限方程,对之进行了准确率分析,并与NASA约翰逊空间中心最新的Christiansen方程进行了对比。结果显示:新方程对国内外大量试验数据的预测准确率达到了78%,而Christiansen方程的预测准确率为72%。对于国内200多次超高速碰撞试验数据,新方程预测准确率为78%,而Christiansen方程仅为61%。可见,文章所提出的新方程对国内外材料具有高准确率和普适性,能够满足工程需要。该方程有效克服了国外有关弹道极限方程预测准确率低及通用性不强等缺点,可为我国空间站的M/OD撞击风险评估和防护设计提供技术支持及保障。     

带隔热层蜂窝夹层结构的超高速撞击特性研究

带隔热层的蜂窝夹层结构是航天器常用的结构材料。针对带隔热层蜂窝夹层结构开展了超高速撞击试验研究和数值模拟。通过试验获得了带隔热层蜂窝夹层结构的弹道极限方程,并利用该方程计算了带隔热层前板的等效厚度;同时采用光滑质点流体动力学(SPH)和有限元(FE)耦合的方法,对蜂窝夹层结构的超高速撞击过程进行了数值模拟,模拟结果表明:蜂窝芯限制了碎片云的径向膨胀,碎片云轴向流的导流和分流作用。     

固体火箭发动机径向泄压过程中燃速对内弹道预示的影响

用参数辨识法对某径向泄压固体火箭发动机的瞬态参数进行了辨识,得出了该发动机泄压过程的瞬态燃速公式和泄压孔流量系数。利用零维瞬态内弹道模型和辨识所得参数,对另一台发动机的径向泄压过程进行了预示,预示结果与发动机实测数据吻合良好,证明了该方法的正确性和适用性。在此基础上,分析了燃速对径向泄压过程内弹道预示的影响。结果显示,在发动机径向泄压过程中,采用瞬态燃速更能反映发动机的实际工作过程。     

一种LSTM模型预测BC值的空间碎片无控再入预报方法

提出一种利用长短周期记忆(LSTM)神经网络模型动态预测无控再入过程中弹道系数(BC)值实现空间碎片高精度再入时刻预报。通过利用空间碎片两行根数(TLE)、简化通用摄动模型(SGP4)与公开的物体陨落时间作为实测数据样本，利用迭代修正BC值方法构建预测模型的训练集，由此构造用于预测BC值的LSTM模型预测BC，再采用高精度轨道外推动力学模型配合预测BC值预报再入时刻，结果表明基于LSTM模型预测BC的空间碎片再入时刻预报方法是可行的，在95%的置信度内，90天以上的再入时刻预报精度小于10%，30天预报精度小于8%。     

一种固体火箭发动机内弹道性能数字仿真研究

研究了固体火箭发动机内弹道性能数字仿真方法，包括确定其随机变量，提出根据试验数据修正压强和推力的计算公式和数字仿真模型。该方法可用于固体发动机方案选择、性能评定及流场计算。对某固体火箭发动机的内弹道性能进行了数字仿真，得出了燃烧时间平均压强和平均推力、最大压强、比冲和总冲等内弹道性能参数的均值和方差。计算结果和实验数据符合较好，说明该仿真模型计算可靠。     

低温下Whipple防护结构超高速撞击效应研究

文章研究了低温下空间碎片对典型Whipple防护结构的超高速撞击效应。首先在二级轻气炮设备上研制出使用液氮可将撞击靶冷却至-150 ℃且满足低温超高速撞击试验要求的低温装置。利用该装置开展了低温条件下的超高速撞击试验,对低温和室温两种条件下的试验结果进行了比对,并分别对缓冲屏穿孔特性、碎片云特性和后墙损伤特性之间的差异进行了分析。文章最后给出低温下典型Whipple防护结构的弹道极限曲线。     

球面密封结构的漏率预估

球面密封结构是国内卫星推进系统管路中经常使用的密封结构,其工作性能直接关系着卫星的在轨安全。针对球面密封的密封机理,通过非线性有限元法分析了安装条件下的密封状态。在此基础上,研究了泄漏气流的流动状态,结合Roth模型建立了分子流状态下的漏率计算模型,得出了泄漏漏率和拧紧力矩、表面粗糙度的对应关系,对检漏条件下结构的漏率进行了预估。在理论计算的同时,通过实验证明了漏率预估方法的准确性。     

空间碎片撞击气瓶穿孔孔径预测公式研究

星上压力容器中储存有高压气体或液体,在受到空间碎片和微流星体超高速撞击时可能发生灾难性事故。文章采用均匀实验设计方法对星上常用高压气瓶的超高速撞击仿真方案进行了试验设计,并通过LS-DYNA仿真软件对其进行了超高速撞击数值仿真,获取了不同参数的弹丸撞击气瓶时气瓶器壁穿孔孔径。通过对器壁穿孔孔径的数据拟合,建立了无防护情况下气瓶器壁的穿孔孔径预测公式。与试验结果对比表明,建立的穿孔孔径预测公式具有一定的预测精度。