基于脑电功率谱密度的作业人员脑力负荷评估方法

脑力负荷状态的准确识别对减少因作业人员无效脑力负荷导致的人因事故具有重要意义。针对人-机系统中作业人员脑力负荷客观评估问题开展了基于MATB-Ⅱ平台的3种不同脑力负荷水平下的航空情境实验，记录16名被试的NASA任务负荷指数（NASA-TLX）量表数据和脑电（EEG）信号，提出了一种基于脑电功率谱密度（PSD）和支持向量机（SVM）的个体脑力负荷评估方法。结果表明：随着实验设计脑力负荷水平增加，被试的主观脑力负荷得分显著提高（p<0.001），这表明该实验任务设计较好地诱发了低负荷、中负荷和高负荷情境。在此基础上，通过网格搜索法确定个体脑力负荷评估模型的统一优化参数，惩罚系数取3 000，核函数参数取0.000 1，模型测试正确率达到0.966 5±0.029 8，宏平均的受试者工作特征曲线下的面积（Macro-AUC）达到0.991 0±0.011 4。本文为作业人员脑力负荷状态的客观和准确评估提供了一种新的办法，为后期作业人员脑力负荷状态的实时判别提供模型基础。     

位置编码下平视显示器告警显示工效学问题探究

为探究平视显示器(HUD)不同告警位置对飞行员任务绩效、脑力负荷和注意力分配的影响,招募15名被试人员开展不同告警位置下被试内单因素设计的试验任务,以被试的任务绩效、眼动指标为因变量,综合各项评估指标分析结果表明,告警位置应选择高度兴趣域,其次为姿态兴趣域。当告警位于航向兴趣域时,被试的任务绩效最差,脑力负荷大并且注意力分配比例较少,表明航向兴趣域的位置不适于告警显示。本次试验结果可为HUD告警设计提供参考。     

战斗机追踪任务中听觉告警信息呈现对注意力的影响研究

合理的听觉告警信息呈现对飞行安全至关重要。本文聚焦于战斗机追踪任务下听觉通道告警信息对注意力表现的影响，并探讨信息呈现方式、注意力理论机制及其关系，基于认知特性、注意力分配转移理论以及现有的信息显示标准规范和编码进行了工效学试验。通过绩效分析和主观评价，获得了追踪任务执行精度、告警任务的反应速度以及用户负荷情况等研究结果。研究表明，在特定声音强度和预警间隔水平下，听觉信息对视觉任务的注意力有干扰作用；在300ms的预警间隔下，注意力反应较快；而在600ms的预警间隔下，追踪任务表现较优；此外，针对正确率和负荷体验结果，推荐采用60dB的听觉信息编码参数设置。本文为后续告警信息界面的开发提供了设计参考，可帮助优化听觉信息分配和战斗机告警信息编码设计。     

脑力负荷与目标辨认

研究虚拟战斗机驾驶员飞行过程中涉及的监视、计算记忆、攻击和探测4项任务,通过改变工作的快慢节奏来影响脑力负荷,以正确反应率和反应时间来评价和分析被测试者在不同脑力负荷下对目标颜色、形状和位置的辨认情况,为人机界面设计目标编码及确定目标呈现时间提供科学依据;使用脑电图仪测量实验过程中被测试者的生理反应来评价脑力负荷与任务难度的关系.实验结果表明:在需要分配注意力的情况下,人对实验分别选取的3种颜色和形状的辨认不受脑力负荷大小的影响,脑力负荷大小影响人对不同位置的目标辨认;人的目标辨认显著受到目标呈现时间的影响,目标呈现时间越长,反应时间越长;脑电图在一定程度上波的频率和高振幅波能反应脑力负荷大小.     

针对叶轮机流场分析的不同Spalart-Allmaras湍流模型评价

Spalart-Allmaras（SA）湍流模型在Reynolds-Average Navier-Stokes（RANS）方程求解中得到了广泛的应用。针对叶轮机数值模拟，国内外学者提出了很多修正的SA模型，但它们之间的对比少有研究。为此，综述了原始的SA（SA-standard），SA-neg，SA-Helicity，SA-Ning及SA-R五种不同SA湍流模型。针对NASA Rotor 67和NASA Rotor 37，考察这五种湍流模型对数值计算稳定性的影响及对叶轮机内部流动细节捕捉的能力。研究表明：SA-standard和SA-neg湍流模型计算结果几乎相同；相比于SA-standard湍流模型，SA-Ning湍流模型计算的压比、效率和堵塞流量均较大；SA-R湍流模型模拟的激波/边界层干涉更严重，分离区域更大，计算的压比小，模型修正效果不理想；SA-Helicity湍流模型不仅能极大地提高计算的压比和流量范围，而且能提高计算的稳定性和失速工况下的计算准确性，但计算的堵塞流量和效率较小。     

考虑局部遮挡的太阳能无人机能源控制

针对太阳能无人机在飞行状态下可能出现的太阳能电池局部遮挡情况，开展相应的太阳能电池最大功率点追踪算法和能源控制研究。通过将发光亮度引入相对吸引力计算过程对萤火虫算法进行改进，实现了局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的高效追踪。以此为基础，设计了考虑局部遮挡情况下太阳能无人机的太阳能电池/蓄电池混合能源状态机控制规则。以"蒲公英I"无人机为例，建立了太阳能电池阵列模型，开展了考虑局部遮挡情况下太阳能电池最大功率点追踪仿真实验；基于"蒲公英I"飞行剖面，开展了考虑局部遮挡情况的混合能源控制仿真试验。研究结果表明：改进的萤火虫算法可以实现在局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的有效跟踪，与萤火虫算法相比收敛时间更短、且功率波动幅度更小；采用改进萤火虫算法和状态机能源管理策略，在考虑局部遮挡的飞行状态下可以实现太阳能电池/蓄电池之间的合理功率分配与控制。     

基于功率复用的椭圆球面波函数非正交调制方法

围绕如何降低基于椭圆球面波函数的非正交调制（PSWF-NPSM）系统误码率，降低信号检测复杂度，引入调制信号功率复用思想，提出基于功率复用的椭圆球面波函数非正交调制（PD-PSWF-NPSM）方法。该方法对载波信号按子波带进行功率分配，增加了调制信号最小欧式距离，降低了系统误码率；在接收端，提出基于检测统计量的串行干扰相消信号检测方法，依据不同支路信号间功率差异，对信号进行分离、检测。理论与仿真分析表明，该方法在不降低系统频带利用率、调制信号功率谱、峰均功率比特性前提下，能够有效提高系统误码性能，降低调制信号检测复杂度；与原非正交调制方法相比，当误比特率（BER）为10^-5时，所提方法系统误码性能提升约1.7 dB。     

民机复合材料目视检查中的眼动与疲劳检测

疲劳是导致民机复合材料结构目视检查差错的重要诱因，疲劳检测对于减少人的差错，保障飞行安全具有重要意义。对基于眼动行为的疲劳度量与检测方法进行了研究，建立了民机复合材料结构目视检查实验场景，利用Tobii眼动仪提取了正常状态和疲劳状态下的目视检查眼动数据，分析了瞳孔直径、平均注视时间、平均注视频率、平均眼跳时间、平均眼跳频率、注视热点与轨迹和扫视速度等眼动行为与疲劳的关系，进而提取了能表征疲劳的瞳孔直径、平均注视时间和扫视速度3种眼动指标，以该指标构建特征向量，利用支持向量机（SVM）方法构建了目视检查疲劳检测模型。研究发现疲劳状态下的目视检查平均注视时间更长，扫视速度更慢、瞳孔直径减小，右瞳孔减小程度更大，核函数为径向基函数和高斯函数的SVM方法对疲劳的检测效果好。研究结果表明，利用SVM方法训练由瞳孔直径、平均注视时间和扫视速度构成的眼动特征向量能有效检测目视检查中的疲劳状态。     

基于工况聚类和残差自注意力的发动机剩余使用寿命预测

针对多工况的航空发动机剩余使用寿命（RUL）预测精度较低的问题，本文提出了一种基于工况聚类分析和残差自注意力的发动机剩余使用寿命预测方法。首先，通过聚类将不同的工况进行划分，并构建线性回归分析模型筛选出符合发动机性能变化的退化参数；其次，通过卷积神经网络，获取数据中隐含的发动机性能退化特征；再次，利用双向长短期记忆神经网络挖掘时序退化特性并对其进行记忆；最后，结合残差自注意力机制对退化特征分配不同的权重来实现发动机剩余使用寿命预测。在美国国家航空航天局（NASA）的C-MAPSS多工况数据集上进行了消融试验，验证了该方法的有效性。结果表明，该方法评分和均方根误差均最优，可为发动机剩余使用寿命预测提供一定的参考。     

船用大功率柴油机瞬态工况油气响应及燃烧特性研究

针对船用大功率柴油机瞬态性能提升的需求，开展了增压中冷船用大功率柴油机瞬态工况动态响应及燃烧特性实验研究。研究表明，涡轮增压器惯性导致的进气滞后是柴油机瞬态工况下性能恶化的主要原因；突加载工况下，进气量响应滞后供油量响应4~5个工作循环，且进气量响应速度随初始负荷增加而增加，指示平均有效压力（Indicated Mean Effective Pressure，IMEP）等燃烧特征参数加载过程中响应速度较快，波动较小；缸内燃烧过程恶化，燃烧重心和燃烧终点较同负荷下稳态工况值均推迟。     

An experimental analysis of situation awareness for cockpit display interface evaluation based on flight simulation

Aircraft cockpit display interface (CDI) is one of the most important human-machine interfaces for information perceiving. During the process of aircraft design, situation awareness (SA) is frequently considered to improve the design, as the CDI must provide enough SA for the pilot to maintain the flight safety. In order to study the SA in the pilot-aircraft system, a cockpit flight simulation environment is built up, which includes a virtual instrument panel, a flight visual display and the corresponding control system. Based on the simulation environment, a human-in-the-loop experiment is designed to measure the SA by the situation awareness global assessment technique (SAGAT). Through the experiment, the SA degrees and heart rate (HR) data of the subjects are obtained, and the SA levels under different CDI designs are analyzed. The results show that analyzing the SA can serve as an objective way to evaluate the design of CDI, which could be proved from the consistent HR data. With this method, evaluations of the CDI design are performed in the experimental flight simulation environment, and optimizations could be guided through the analysis.     

Prediction of pilot workload in helicopter landing after one engine failure

This paper presents a method to predict the pilot workload in helicopter landing after one engine failure. The landing procedure is simulated numerically via applying nonlinear optimal control method in the form of performance index, path constraints and boundary conditions based on an augmented six-degree-of-freedom rigid-body flight dynamics model, solved by collocation and numerical optimization method. UH-60A helicopter is taken as the sample for the demonstration of landing after one engine failure. The numerical simulation was conducted to find the trajectory of helicopter and the controls from pilot for landing after one engine failure with different performance index considering the factor of pilot workload. The reasonable performance index and corresponding landing trajectory and controls are obtained by making a comparison with those from the flight test data. Furthermore, the pilot workload is evaluated based on wavelet transform analysis of the pilot control activities. The workloads of pilot control activities for collective control, longitudinal and lateral cyclic controls and pedal control during the helicopter landing after one engine failure are examined and compared with those of flight test. The results show that when the performance index considers the factor of pilot workload properly, the characteristics of amplitudes and constituent frequencies of pilot control inputs in the optimal solution are consistent with those of the pilot control inputs in the flight test. Therefore, the proposed method provides a tool of predicting the pilot workload in helicopter landing after one engine failure.     

民用飞机信息重构技术性能分析

大尺寸显示器已经广泛应用于新一代民用飞机的驾驶舱内。虽然通过提高信息集成度能够提升飞行员的用户体验，但是，正因为其要求的系统集成度高，在发生局部失效时，容易导致集成显示信息的共模失效，加之信息布局对管理操作任务的性能有着重要影响，如果诱发工作负荷的增加，在特定场景下甚至会迫使飞行机组丧失必要的任务情景意识。信息重构技术是应对此类问题的重要手段。在民用飞机机组资源管理理念的指导下，根据飞行机组的职责分配和人机工程学要求，论述了在主仪表板布置4块15 inch正屏显示器的布局是一种具有比较优势的布局方案。从关键飞行场景下飞行机组的操作任务需求入手，基于正常操作流向保持、压缩格式、重构操作、以及职责分配一致性这4个评价信息重构性能的要素，通过对比分析，证明了所提的显示管理策略相较于某现役先进机型具有更优的信息重构性能。     

认知无线电网络中基于几何规划的分布式功率控制

功率控制对于允许次用户和主用户之间频谱共享的认知无线电网络来说是关键的,针对具有干扰限制的认知网络最大总容量得到一种最优的分步式功率控制策略,对于系统效用的非凸性,引入几何规划把非凸最优化问题转换为凸最优化问题,引入辅助变量和额外等式约束,把效用之间的关联转化为约束之间的关联,提出了功率控制策略的解决方法,显示了整体最...     

基于亚燃RBCC构型的引射模态一次火箭节流策略研究

为了探究亚燃RBCC构型在引射模态下的性能表现和一次火箭节流规律,本文基于一设计点为亚燃模态的RBCC构型,开展了进气道/燃烧室一体化内流道的数值模拟工作,分析了一次火箭流量变化对进气量、流道压力分布、推力和比冲的影响,最终给出了引射模态下一次火箭的节流策略。结果表明：引射模态下,一次火箭流量调节对RBCC性能的影响非常复杂,且规律性和一致性较差;在亚声速引射模态,建议一次火箭以大流量工作,暂不考虑比冲性能;在超声速引射模态,建议一次火箭以小流量工作;为了提升进气道启动点附近RBCC的比冲性能,建议尝试二次燃料的喷注燃烧,但必须充分考虑对进气系统的不利影响。     

一种基于二次分配的测试性指标分配方法

针对现有主流测试性分配方法均为一次性分配，缺乏必要的反馈和修正，一旦有单元分配指标过高无法实现，会导致系统指标也无法实现的问题，提出了一种基于二次分配的测试性指标分配方法。利用基于反正切函数的改进故障率分配法实施初次分配，由单元开展测试性初步设计和预计，基于单元测试性指标预计结果判断是否需要实施再次分配，如需要再次分配，则基于单元相对难度系数的修正函数，对指标偏高/偏低的单元实施再次分配，得到最终分配结果。通过仿真算例和实例验证了二次分配方法的有效性和先进性。     

一种多操纵面复合控制的动态分配策略研究

随着航空航天技术的迅速发展,现代飞行器常采用多种操纵面进行控制,以提高飞行性能。基于多操纵面控制的姿态控制系统,需要将控制量在各操纵面之间进行分配。然而由于不同操纵面的执行机构在摆角范围、舵面效能、负载特性等多个方面存在差异,单一的分配策略难以实现姿态控制系统的综合性能最优,甚至会影响到控制系统的稳定性。针对上述问题,提出了一种适应多种约束要求的目标函数构造方法,并在此基础上,研究了自适应动态加权最优分配策略,最后通过数学仿真试验对比验证了该分配策略的有效性。     

对流天气下空域通行能力短缺预警及响应综述

对流天气是空域通行能力短缺的主要原因之一。为了解决这一问题,需要通过理论和实践创新,建立对流天气条件下空域通行能力短缺的预警和应急响应机制,提高空域资源配置效率。从对流天气影响信息解释转换、容量评估与预警及空域响应预案三个方面梳理了国内外研究现状,总体趋势是:对流天气逐渐通过各种解释转换模型被量化为对空域和航路的影响;对流天气下空域通行能力主要受管制员工作负荷的限制,只有准确评估对流天气下的工作负荷,才能做出正确的通行能力短缺预警;对流天气响应方案,逐渐由地面等待、增加同航迹间隔、返航、备降等高耗能的流量控制措施,转向以灵活使用空域预案确保改航方案的实施方向发展。课题的应用前景是可以化解对流天气下交通需求与空域通行能力不平衡的矛盾,提高预警准确度,减少响应前置时间,提高流量管理与容量管理协同运行的效率,减轻对流天气造成的航班延误,减少航空器运行成本,实现节能减排的要求。     

面向机组工作量审定的民用飞机人机交互适航验证场景设计

设计有效的民用飞机人机交互适航验证场景是实施机组工作量审定的基础。依据中国民航规章CCAR-25 部1523 条款和附录D 适航验证性要求,通过对运输类飞机机组工作量适航验证条款的解读,建立工作量审定人机交互适航内容及验证流程;确立机组工作量审定民用飞机人机交互适航场景设计原则,分别从测试机组、运行过程、运行环境以及运...