固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿模型分析

近年来,无人机的应用日益广泛,逐渐用于航空物探。在使用固定翼无人机搭载磁力仪进行航磁测量时,必然引入飞行平台干扰,包括与机动无关的干扰和与机动有关的干扰。去除和飞机机动有关的磁干扰,即为磁补偿工作。航磁补偿的经典TOLLES-LAWSON模型将磁干扰分为剩余磁场、感应磁场和涡流磁场。对于固定翼无人机,涡流磁场可以不考虑,将剩余磁场和感应磁场合称为稳态干扰场。主要对飞机干扰的来源和性质进行分析,并在地面设计实验验证铁磁性材料的性质,以加深对磁补偿模型的假设和推导过程的理解。最后,在地面实验平台上测量了飞机磁干扰场的平面分布图,指导航空磁力仪的安装。在将TOLLES-LAWSON模型应用于固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿工作时,无人机与有人机相比,在结构和材料方面都有较大差异,因此对模型的物理意义和假设条件的深入理解至关重要,此即本文所述工作成果的出发点。     

Small Signal Compensation of Magnetic Fields Resulting from Aircraft Maneuvers

Tolles and Lawson identified three permanent, five induced, and eight eddy-current fields as sources of magnetic interference associated with airframe maneuvers. Small signal approximations are used here to separate the eddy-current terms and thus decouple the sixteen equations into two sets of eight equations. It was found that a singularity exists in the small signal equations for the permanent and induced terms. This causes an ambiguity amoung three of the coefficients which can be resolved mathematically by resorting to large maneuvers. Flight test data exhibit a large amount of magnetic hysteresis and the magnetic anomality detector (MAD) equipped aircraft will not remain compensated from one flight to the next. This complicates the problem of resolving the dip angle ambiguity. Furthermore, significant differences exist in the compensation terms as determined from manual pilot maneuvers and the terms when the maneuvers are performed by the automatic pilot. This has been attributed to differences in altitude stability and the frequency content of the maneuvers. It was found that both optimal frequency filtering and altitude compensation can be used to improve the figure of merit (FOM) resulting from pilot maneuvers.     

航磁补偿技术及补偿质量的评价方法

航磁补偿的目的是要消除飞机平台引入的干扰磁场,对于高精度航空磁探来说,磁补偿质量直接制约了探测效果。文章按照航磁补偿的执行步骤进行了飞机平台磁干扰建模、模型参数求解方法、补偿飞行方案。另外,为了对补偿飞行的质量进行有效控制,采用量化指标对磁补偿效果进行评价,判定补偿效果的优劣。最后,基于 MFC软件平台开发了航磁补偿系数求解及补偿质量评价软件。     

基于QR分解最小二乘算法消除ECG中工频干扰

研究了一种基于QR分解最小二乘(QRD-LS)算法消除ECG中工频干扰的方法,此方法采用基于数据域处理的QRD-LS算法进行权值的训练和更新,其直接针对输入数据矩阵进行递推,且可用并行Systolic处理结构高效地实现。并且能自适应消除工频干扰,提高信干比,仿真结果验证了理论。     

Error Analysis of an Algorithm for Magnetic Compensation of Aircraft

The Tolles and Lawson equations were programmed on the IBM 370-65 computer. These equations predict the magnetic signals which are generated by the permanent moments, the induced moments and the eddy-current terms of an aircraft as it maneuvers in the Earth's magnetic field. The least mean squared (LMS) solution of these equations, which was developed for the microprocessor compensation program, was also simulated on the IBM 370 computer. By measuring the simulated figure of merit (FOM) before and after applying compensation, several types of error were studied. It was found that the error introduced by truncation effects on a 16-bit microprocessor limits the FOM to 50 milligammas. Since this figure is an order of magnitude smaller than the design goal, it is concluded that the algorithm is not limited by the microprocessor capacity. Other studies show that although the baseline model is insensitive to bearing separation, the bearing separation should be 900° ± 7.50° if 3 iterations are used in the post processor and 900° ± 15° if 5 iterations are used. Although the algorithm is robust and relatively insensitive to various types of noise, experimental evidence suggests that hysteresis can cause temporal variations in the Tolles and Lawson model. It is suggested that whitening and/or adaptive techniques could be used to minimize such variations.     

宽体客机高速风洞试验数据修正方法

宽体客机航程远、巡航马赫数高，其气动设计对风洞试验数据精准度要求很高。通过完善中国空气动力研究与发展中心FL-26风洞试验数据修正技术和设备，对宽体客机高速风洞测力试验数据进行支撑/洞壁干扰、模型变形及流场畸变等系统修正，获取干净、可靠的风洞试验基准数据，为开展雷诺数、静气动弹性和动力影响等相关性修正奠定基础。研究表明：支撑干扰试验时，尾腔压力分布测量位置和假支杆长度伸入模型尾腔50 mm即可获得可靠的支撑干扰试验结果；在试验包线范围内，洞壁干扰对宽体客机模型升力、阻力和俯仰力矩系数影响较小；试验模型变形对宽体客机气动特性影响较为明显，马赫数0.85时模型变形后的升力线斜率减小0.005左右，焦点前移0.021 b_A，需进行相关修正。     

一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法

针对矢量调制移相器存在的移相误差和增益波动问题,提出一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法.在分析了矢量调制的移相原理及影响移相精度和增益稳定性的误差因素的基础上,根据反馈补偿原理对误差因素进行补偿校正.首先通过自动化的测试和处理流程,得到移相器的相位和增益误差特性表,然后将该误差特性表反馈至移相器监控单元,最后监控单元利用插值算法和归一化原理实现对误差量的补偿校正.对采用该方法设计的移相器进行实际测试,结果表明：其移相精度小于1°,增益随相位变化波动小于0.4 dB,对比补偿校正之前,移相精度和增益稳定性得到了大幅提高和改善,从而验证了该方法的有效性.     

薄壁件加工变形主动补偿方法

研究薄壁件加工过程中受力变形产生的回弹误差控制,提出了分层完全补偿和优化补偿两种加工路径补偿方法,建立了加工路径补偿优化模型,考虑了多次走刀间加工变形和切削力的耦合作用,并应用迭代算法求解路径补偿优化模型。以航空薄壁件单刃端铣加工为例,对完全补偿、分层完全补偿和优化补偿进行了仿真分析和试验分析。结果表明,分层完全补偿和优化补偿能更好地减少加工误差,为薄壁件受力变形控制提供了参考依据。     

Identifying the number of aircraft in formation flight using ISAR technique

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｖｅｒｓｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒ（ＩＳＡＲ）,ｗｈｉｃｈｐｏｓｓｅｓｓｅｓｈｉｇｈｃｒｏｓｓ－ｒａｎｇｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ,ｍａｄｅｉｔｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔ...     

基于数学建模的压电传感器动态特性补偿方法

近年来,基于压电传感器和Lamb波的结构健康监测技术因其对小损伤敏感以及监测范围广等优点被广泛地研究并应用于飞行器上。由于材料特性以及其它复杂因素的影响,压电传感器采集的信号与原始信号并不能够完全一致,需要后续补偿处理。针对圆形压电传感器,从其工作机理出发,推导了其动态特性的理论公式,建立起传感器数学模型。利用MATLAB建立数学建模仿真得到传感器模型的动态特性曲线,并与实验获得的标定曲线进行了对比,验证了模型的合理性。为了改善压电传感器的动态特性,采用零极点配置法设计了动态补偿滤波器。结果表明,经过补偿的压电传感器的各方面动态指标较未补偿前有了很大的改善,响应速度得到了很大的提高,工作频带从315.9 kHz拓宽到609.1 kHz,说明经过补偿后的压电传感器可以应用到工程实践当中。     

基于改进支持向量机回归的非线性飞机结构载荷模型建模

为进行飞机结构载荷安全监控并为飞机结构疲劳寿命评估积累相关数据,需建立与飞行参数相关的 飞机结构载荷模型。针对飞机结构载荷与飞行参数之间的非线性关系,采用改进停机准则的 SMO 算法及粒 子群模型参数优化算法对支持向量机回归方法进行改进,并通过飞行动力学理论分析结合皮尔逊相关系数的 方法对参与建模的飞行参数进行选取。以飞机跨声速俯仰机动为例,建立机翼某一测载剖面结构剪力模型,并 对该建模方法进行仿真验证。结果表明:采用改进支持向量机回归方法所建立模型精度优于原始支持向量机回归方法建立的模型,即采用改进支持向量机回归方法可提高建模精度及泛化能力。     

Normalized LMS Algorithm Degradation Due to Estimation Noise

The steady-state weight vector derived by either the least mean square (LMS) or normalized least mean square (NLMS) algorithms has random deviations from the optimum values. These deviations increase the steady-state residue power. A previous paper derived the LMS weight noise effects for a multiple sidelobe canceller (MSLC) application. This paper describes the NLMS weight noise effects. It is shown that for a thermal noise environment, the weight noise effect for the LMS algorithm is insignificant but is quite significant for the NLMS algorithm. Calculations for example noise plus interference environments imply that the NLMS weight noise effects are always larger than that for LMS.     

改进的容错惯性导航系统

 用于余度捷联惯性测量单元(IMU)的故障检测及分离(FDI)方法的性能受到诸如输入轴不准,刻度因子误差以及偏倚这样的传感器误差的限制。本文采用分离偏倚估计方法以获得上述影响奇偶向量的传感器误差的线性组合的估计,然后将这些估计用于构成补偿的奇偶向量,该奇偶向量不包括传感器误差的影响。用经补偿的奇偶向量代替未经补偿的奇偶向量进行故障检测及分离判决以提高FDI的性能。仿真结果表明奇偶向量补偿算法可大大提高FDI的性能,特别是在飞行器做机动飞行时。     

光纤陀螺标度因数及零偏温度误差补偿研究

首先分析了光纤陀螺产生温度误差的机理,在此基础上分别指出标度因数与零偏的误差补偿模型,提出了一种利用一组数据同时补偿标度因数及零偏的方法,直接表示输入与标度因数零偏补偿后的关系。最后通过实验验证了该方法不仅能够有效地补偿陀螺的温度误差,且其补偿精度优于原单独补偿的方法,同时该方法仅需一次温度实验,节省实验成本,具有较大的现实意义。     

飞机性能参数预测的不确定性处理

 利用飞机的性能参数对飞机进行故障预报和状态监控是非常重要的。飞机的性能参数不仅具有非线性而且往往包含噪声,使得故障预测结果具有不确定性。针对这些问题,研究了利用非线性支持向量机处理飞机性能参数的预测问题,通过增加线性约束的方式解决了噪声带来的不确定性问题。此种方法不仅提高了预测的精度,而且模型可以利用适用于处理大规模二次规划的序列最小最优化算法进行求解,使得其可以解决大数据量的预测问题。利用仿真数据以及实际飞机性能参数对该方法进行了实验分析,实验结果表明此方法在精度上较不考虑噪声影响的模型有所提高,对于进一步提高飞机故障预测的精度,从而提高飞机的安全性具有重要意义。     

基于相似理论的航空发动机风扇转速换算方法的改进

基于相似理论提出一种通过变指数因子计算航空发动机风扇换算转速的改进方法.收集不同公司的某型航空发动机的巡航数据建立数据样本.采用支持向量回归机方法建立指数因子与大气温度的数学模型并利用遗传算法对模型参数进行寻优,进而得到由风扇指示转速和大气温度计算风扇换算转速的变指数因子模型.使用该模型对样本数据进行计算,并把结果与定指数因子方法求解的风扇换算转速进行对比,对改进算法与定指数法换算结果进行了误差分析.结果表明:改进后的变指数因子模型计算的航空发动机风扇换算转速具有更高的精度,同时具有良好的推广泛化性能,该方法是航空发动机风扇换算转速的一种有效算法,在航空发动机性能预测也具有实际的指导意义.      

小展弦比飞翼标模尾部畸变影响试验研究

在飞翼布局模型风洞试验中，为实现尾部支撑需对模型进行尾部修形。为摸清飞翼布局模型局部外形畸变的影响规律，本文在 FL-14风洞对某小展弦比飞翼布局原始模型和尾部外形畸变模型进行了试验研究，采用增量法获得了尾部外形畸变的影响规律，并与国内三座低速风洞的三种支撑装置的近／远场支架干扰进行了对比分析。研究结果表明：小侧滑角时，在小迎角范围内尾部畸变影响量显著大于支架干扰量，在中大迎角范围则与支架干扰量级相当；畸变横向影响量较大，且随侧滑角增大而增大。所以应对全机的试验结果进行正确的“畸变”修正，或对尾部畸变外形进行优化，以减小畸变的影响。     

基于Kalman滤波的GPS/INS接收机自适应干扰抑制方法

 考虑到惯导信息辅助GPS(GPS/INS)接收机对干扰抑制实时性的要求,提出一种基于Kalman滤波的GPS/INS接收机自适应干扰抑制方法。自适应广义旁瓣相消(GSC)多采用低复杂度最小均方(LMS)算法更新权矢量,收敛速率较低,严重时会导致接收机定位中断。首先利用Householder变换构建GSC下支路的阻塞矩阵,用于阻塞任意二维阵型阵列接收的期望信号;再用Kalman滤波自适应更新下支路权矢量,从而有效提高阵列输出信干噪比(SINR)。理论分析和仿真结果说明本文方法可有效抑制干扰对接收机的影响,且具有实时性高的特点。     

低速风洞飞行器模型编队飞行绳系并联支撑机构

设计了一种用于飞行器双机编队飞行的风洞试验模型绳系并联支撑机构，模拟在周边有障碍物的有限空间通道中的飞行运动。以直升机为例，根据工况参数设计了双绳牵引并联机构作为飞行器模型的支撑，建立了基于可移动的滑轮铰点与直升机模型编队协同飞行的运动学模型，对系统的静刚度进行了分析，并通过试验验证了旋翼转动对该绳系支撑系统动刚度的影响，给出了在有限空间通道中模拟双机编队飞行与着陆过程中绳与绳之间、绳与模型之间的干涉算法，并对该支撑机构的绳系结构进行了干涉分析。结果表明，所设计的支撑机构能有效解决模拟飞行器模型双机编队在有限空间中飞行运动时的支撑干涉问题，而且系统刚度达到低速风洞试验的稳定性要求，是低速风洞中支撑飞行器模型进行编队飞行试验的有效解决方案。