迭代法求解航天器热网络方程的收敛条件与时间步长优化

热分析计算是航天器热设计验证和在轨温度预示的重要手段,其实质是对描述航天器在轨状态的能量平衡方程即热网络方程的求解。作为典型的非线性问题,航天器热网络方程通常采用迭代法求解,且目前尚无完善的理论可以判断迭代过程的收敛性和收敛条件。文章根据航天器热控设计的工程实际,提出一种可行的近似方法,实现了热网络方程的线性化;在此基础上对迭代法求解过程中的收敛性进行分析,确定了收敛条件下对节点热参数和时间步长的约束关系;并进一步分析时间步长与计算效率的关系,提出了以计算效率为优化目标的最优时间步长确定方法。最后通过某典型航天器热物理模型的计算验证了上述方法的正确性。     

基于粒子群算法的多波位高度估计方法

为解决雷达斜视模式下对目标区域的高度估计问题,提出了一种基于粒子群算法的多波位高度估计方法。利用粒子群优化算法建立约束条件和目标函数,通过多次迭代使目标函数趋于一个最优值,同时得到高度的最优解。利用粒子群优化算法求解多波位测高方程组可减小方程组近似处理误差。此外,利用粒子群优化算法可随时更改波位数目,增强了该测高方法使用的灵活性,有效提高了高度估计精度。通过理论仿真和实测数据仿真分析,验证了粒子群优化算法在求解多波位测高方程组时的有效性。结果表明:该方法具有较高的高度估计精度。     

连续推力最优变轨的一种优化解法

根据最优控制理论设计最优控制模型，将求解最优变轨问题转变成求解两点边值问题（TPBVP）；采用一阶梯度法进行粗略计算，得到近似的初值；采用邻近极值算法进行精确计算，得到了满意的结果。     

矩阵博弈应用于雷达有源干扰策略选择的研究

矩阵博弈作为博弈论中的一个重要模型,采用矩阵运算方法,帮助利益冲突方在对手行动意图不明了的情况下,选择最优行动方案。将矩阵博弈理论引入到雷达有源干扰策略决策中,建立了干扰方与雷达方的对抗关系矩阵,并采用迭代法-Brown算法求解,得到了干扰方的最优干扰策略。     

基于联立框架的轨迹优化算法

为了更好解决复杂多约束下的在线轨迹优化问题,研究了一种基于联立求解框架进行轨迹优化的算法。此方法是一种直接法,先利用有限元正交配置法将状态和控制变量同时离散化,然后使用内点算法对离散得到的非线性命题进行求解。从平衡解的精度和计算代价的角度出发,引入了针对内点算法的收敛深度控制策略来改进方法的快速收敛性。最后,以某航天器月面上升段最优入轨任务为算例,验证了算法的精度和快速收敛性。     

基于I-DEAS的非线性多热源温度场反演研究

本文对I-DEAS进行了二次开发,完成了脚本与I-DEAS软件TMG模块的数据交互并自动控制计算流程,采用自适应算法和加权算法求解航天器热平衡试验中多热源非线性温度场反演问题,并研究了迭代初值、循环运算次数、迭代步长等参数对反演误差的影响规律。两种方法的反演结果吻合良好且精度满足设计要求,其求解思路和算法可为航天器件内部温度场的热平衡试验及热源的优化设计提供参考和依据。     

飞行器同平面连续推力下最佳变轨策略研究

根据最优控制理论设计最优控制模型，将求解最优变轨问题转变成求解两点边值问题(TPBVP)；采用一阶梯度法进行粗略计算，得到近似结果；采用邻近极值算法进行精确计算，得到了满意的结果。     

光学有效载荷运控模式优化的多种群遗传算法

对光学有效载荷运控模式进行优化设计可提高光学有效载荷的工作效率。将其数学模型建立后,优化问题可归结为有约束条件的多变量函数极大值求解问题。针对该模型,提出了使用多种群遗传算法（MPGA）的求解方法,即对0-1二值型变量和实型多维变量分别编码构建种群,以实型多维变量为中心,联合0-1二值型变量进行遗传运算求得函数极大值。此外,通过具体算例对该算法进行了仿真,仿真结果表明该算法能够克服传统优化方法求解速度慢且易陷入局部最优陷阱等方面的不足,适合大规模多区域搜索,可快速得到全局最优解,能更好地满足对光学有效载荷进行智能控制的技术要求。     

一种改进的微分进化算法及其在多目标访问任务中的应用

研究在给定时空约束下利用单平台机动实现地面多目标重访任务问题的建模与求解。首先在问题描述和建模过程中考虑多约束与性能指标要求,大大缩减优化算法的参数搜索空间,提高求解效率;然后针对传统微分进化算法的不足,提出一种改进的微分进化算法,并将其应用于求解多约束多目标重访优化问题。改进的微分进化算法通过引入双重自适应因子和独立变异体,提高了算法的优化效率并使其在陷入局部最优后仍具有一定的跳出局部最优的能力。仿真中改进的算法在打靶仿真均值,最优结果和均方差方面都远优于传统算法,验证了本文设计的建模方法和改进优化算法的正确性和有效性。     

卫星高速宽带数传系统的变步长LMS均衡算法研究

对码间干扰实现快速有效的均衡是卫星高速宽带数字传输的关键之一,针对S型函数(Sigmoid函数和双曲正切函数)变步长LMS均衡算法在误差e(n)接近零处μ(n)变化大的缺陷及算法复杂度高的问题,提出了一种改进的变步长LMS自适应均衡算法.算法通过简化步长更新式的复杂度,增加误差信息量,优化改进的S型函数结构,建立了新的步长因子μ(n)与误差函数e(n)非线性关系,使算法误差接近零处步长因子变化平滑缓慢,消除不相关噪声序列的影响,且算法复杂度比其它同类改进算法小.仿真结果表明新算法性能优于其它改进算法.文中给出了卫星高速宽带数字传输系统的仿真模型,将新算法应用到系统模型的白适应均衡器中,系统误码性能得到较大改善.     

基于新型降阶模型的网格加筋圆柱壳频率分析

针对网格加筋圆柱壳频率分析计算量大的问题,提出一种基于多项式及梁单元形函数的模型降阶方法,即运用多项式及梁单元形函数将复杂结构有限元的节点位移转化为主节点位移,实现模型降阶。并通过控制多项式阶数及梁单元个数来调整降阶模型的分析精度,而降阶模型的计算效率较精细模型有显著提高。以网格加筋圆柱壳为例,对比本文提出的模型降阶方法与3-D实体模型及其他模型降阶方法的频率分析结果,结果表明,提出的模型降阶方法不仅能捕捉到结构的整体模态,还能反映出结构部分局部模态,适用范围广,能够为工程结构设计提供简单有效的计算模型。     

基于循环平稳约束的盲信号提取算法

 特定信号提取是通信信号处理中的重要问题。在约束独立分量分析方法的基础上提出了基于循环平稳约束的盲信号提取算法。该算法利用通信信号固有的循环平稳特性作为约束条件,结合独立分量分析的学习过程,同时完成特定目标信号的分离和选取,避免了经典独立分量分析方法提取“无关”源信号的过程。仿真结果表明,相比传统ICA算法,本文算法能有效提取目标源信号且提高了目标源信号的估计精度。     

集中式多输入多输出雷达信号盲分离算法研究

在电子对抗领域,对集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）雷达的信号侦察和分选是一个难点。提出采用盲分离（Blind Source Separation, BSS）算法中的非圆复信号快速独立分量分析（Noncircular Complex Fast ICA, NC FastICA）对MIMO雷达进行信号分选。为了满足盲分离算法的应用条件,提出一种在多视角观测位置采集雷达信号的侦察方法来构建可分离的满秩混合矩阵。仿真结果表明,对相位编码、离散频率编码等典型正交波形进行等角度间隔采样和盲分离时,无论是否存在幅度起伏,在信噪比为10dB时均可以达到低于-14dB的正交波形分离度,对分离后的波形进行相关性对比和时频分析的结果也验证了本文方法的有效性。     

模型的稀疏选择与参数辨识及应用

基于正则化技术的稀疏成分分析方法可同时完成模型选择和参数估计功能。现分别从迭代算法的设计和对应岭估计的构造两方面切入,研究正则化函数的选取及特点,并深入分析其模型参数辨识的机理,说明正则化参数与广义岭估计的最佳岭参数的耦合性。该方法可操作性强,可保证参数迭代的收敛性,对于正则化函数的构造和参数估计的统计特性分析均有规则可循。缺项多项式和制导工具误差系数求解的数值例子表明,该方法具有有效的一体化模型选择和参数估计功能。     

光机热集成分析中数据转换接口的研究

光机热集成分析中的数据转换接口是实现光、机、热各分析软件间数据有效传递的重要手段。Zernike多项式的优点决定了它作为各分析软件间的数据接口工具是非常方便和成熟的。以一种数据处理算法和最小二乘法为Zernike多项式拟合的基础,编制了数据转换接口,实现了分析模块间数据的转换,并在某空间遥感器主镜系统的光机热集成分析中得到应用。     

Fault detection,identification and reconstruction for gyroscope in satellite based on independent component analysis

Although satellites are designed with high reliability, faults do occur when satellites are in orbit. To avoid the important services being affected, redundancy is used in satellites. There are many sensors in satellites. In order to reduce the cost, space, weight and power consumption, redundant sensors should be added to satellite as few as possible. Analytical redundancy is an efficient way to optimize the application of redundant. The gyroscope is the attitude determination sensor of the satellite. The minimum redundant structure of the gyroscope system is as follows: three gyroscopes installed in three-axis orthogonally and one gyroscope installed with slantwise for redundancy(3o+1S).To achieve fault detection, identification and reconstruction, hypothesis of statistical independence between the three-axis angular rates and hypothesis of statistical independence between the angular rates and fault are proposed. The scenario that only one sensor is faulting and there are only additive fault and full fault is supposed. Under these assumptions, firstly a threshold method is used for fault detection. After a fault is detected, independent component analysis (ICA) based algorithm for fault identification is employed. To overcome the ambiguities of ICA, correlation coefficients and prior information of the mixed matrix are used. Finally, the reconstruction matrix is obtained. By using this matrix fault signal is extracted so that the yaw, roll and pitch axes (three-axis) angular rates of the satellite can be recovered. Numerical simulations show this method can fulfill fault detection, identification and reconstruction of the gyroscope system.     

A numerical method to optimize the design of a space inflatable membrane reflector

A numerical method is proposed to optimize the design of a space inflatable membrane reflector. The initial geometry is expressed by polynomial series weighted by a set of shape parameters. The problem is formulated as a minimization of a cost function representing the difference between the effective shape of the reflector and a perfect parabolic surface. The minimization is performed using the Nelder–Mead method or downhill simplex method. The cost function is computed at each vertex of a simplex defined in the space of optimization parameters by solving direct problem thanks to a finite element method. The finite element model handles geometrical non-linearities and takes into account phenomena like membrane wrinkling and torus buckling which may affect the reflector shape when inflated.     

模型参数扰动下的火星大气进入鲁棒状态估计方法

针对火星大气进入段模型参数扰动及动力学系统的强非线性影响导航系统状态精确估计问题，提出了一种模型参数扰动下的鲁棒插值滤波（DDF）方法。该方法在传统插值滤波方法代价函数的基础上，通过把扰动参数对状态估计精度影响的度量矩阵乘积的迹增广到代价函数，推导了具有解析滤波增益形式的鲁棒插值滤波方法。同时，通过实时计算进入过程中导航系统的非线性，基于系统非线性度给出了鲁棒插值滤波方法阶次自适应选取准则。只在系统强非线性阶段采用高阶鲁棒插值滤波方法，既保证状态估计精度，同时满足导航系统实时性需求。仿真结果表明，提出的鲁棒插值滤波方法比传统的一阶插值滤波方法估计精度更高，能达到二阶鲁棒插值滤波方法的估计精度，比整个进入过程采用二阶鲁棒插值滤波方法具有更高的解算效率。     

基于NMF、ICA和复Contourlet变换的红外小目标检测

针对存在背景干扰和噪声情况下的红外弱小目标检测问题,提出了一种基于非负矩阵分解(NMF)、独立分量分析(ICA)和复Contourlet变换的检测方法。首先通过非负矩阵分解和独立分量分析分别抑制原始图像的背景,得到不同的小目标残差图像;接着采用复Contourlet变换对残差图像进行去噪;再对上述去噪后的小目标残差图像求和,得到了预处理图像;最后提出基于模糊灰度熵阈值选取方法分割预处理图像,从而实现了复杂背景下的红外弱小目标检测。针对红外小目标图像进行了大量实验,并与基于新型Top-hat变换、基于快速独立分量分析的目标检测方法进行了比较,结果表明所提出的方法抗噪性强,具有更为优越的检测性能。     

一种针对直接入轨飞行器的主动段轨道快速实现方案

在直接入轨飞行器允许较宽交班范围的情况下，采用离线优化设计轨道保障参数、射前根据发射点和射向对程序角进行修正的方案，将传统的单发设计转化为适应性强的通用设计，减少了轨道设计计算量，缩短了飞行器的射前准备时间。仿真结果表明，所提出的轨道快速实现方法对点位和射向具有较强的适应性，能够有效减小交班点的偏差范围，同时相比优化设计的轨道，终端速度差异较小，在具有一定优化指标的同时可保证在线实施。