基于直接配点法的月球软着陆轨道快速优化

介绍了直接配点法在月球探测器软着陆轨道快速优化问题中的应用.首先给出了软着陆最优化控制问题模型,其中状态方程为量纲为1的三自由度模型,性能指标选为燃料消耗最小,控制变量则为推力攻角和推力.终端状态受到速度和高度的约束.然后,应用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,即将动态优化问题转化为静态参数最优化问题.选取各节点和配点上的状态量和控制量作为优化参数.最后应用基于Matlab语言的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解,该软件包对于求解大型非线性规划问题具有很好的收敛性.仿真结果表明直接配点法对于月球探测器软着陆轨道初始状态量和控制量的取值不敏感,且求解过程具有一定的实时性.因此,直接配点法对于再入轨迹优化问题的求解是可行的.     

计算故障先验概率的最大熵方法

为了解决故障先验概率估算不准的问题,提出了基于最大熵的故障先验概率的计算模型.该模型以相关的先验信息作为最大概率估计的约束条件,并通过拉格朗日函数,将故障先验概率估算问题转化成无约束优化问题.为了实现对无约束优化问题的快速求解,提出了一种基于最速下降法和牛顿法的混合梯度算法;并且,针对大规模系统中故障变量过多的情况,依据系统分解的原则,将高维故障空间分解为多个低维故障空间,给出了低维故障空间求解的快速计算方法.通过最大熵方法和故障平均间隔(MTTF,Mean Time To Failure)方法的结果比较,证明最大熵方法更具准确性.      

毫米波调频引信的优化二维FFT信号处理算法

针对毫米波调频引信对目标距离速度信息联合估计的问题，提出一种基于相对距离评价函数优化的二维快速傅里叶变换（FFT）信号处理算法。首先，通过分析二维FFT算法实际测距测速精度与FFT点数的关系，建立了优化数学模型，利用相对距离评价函数对数学模型求解，得到FFT点数最优解；然后，采样将差频信号数据转换成二维数据矩阵，分别对矩阵的行列进行相应FFT变换；最后，通过提取峰值点的坐标估计目标的距离速度信息。结果表明:该算法有效提高了传统二维FFT算法的测距测速精度，并且满足实时性要求，能够同时提取毫米波调频引信的目标距离速度信息。      

基于自适应伪谱法的高超声速飞行器再入轨迹优化

针对高超声速飞行器再入轨迹优化问题,建立考虑地球自转的三自由度再入运动方程,以美国通用空天飞行器为对象建立再入约束模型。采用Legendre-Gauss-Radau配点对3种典型优化问题:最大纵程、最大横程及最小航迹角变化率问题进行离散,将连续时间最优控制问题转化为非线性规划问题。基于Legendre多项式近似理论,引入衰减系数构建相对误差估计关系式,并以此提出一种有效的自适应网格重构策略。最终获得了3种典型再入轨迹优化问题的最优解。仿真结果表明,该算法的求解结果与变步长Runge-Kutta-Fehlberg法积分一致。相比传统自适应伪谱法,其配点和区间分配更合理,迭代次数少,求解速度高,且对人工参数不敏感。      

等再入航程返回轨道模糊混合优化设计

为了消除采用梯度迭代求解算法求解再入弹道优化问题时对初始值的依赖，减小遗传算法对种群数量和迭代次数的需求，采用模糊思想设计了改进的稳态遗传-序列二次规划(GA-SQP)混合求解算法。针对等再入航程返回轨道设计问题，提出了初始种群的基因检测方法、基于模糊隶属度的评分函数建立方法和搜索过程中劣质基因的评分方法，考虑了过载超限时间约束、倾侧角翻转最大角速度限制等实际约束，给出了序列二次规划求解过程中再入点在瞄准点之后和制动时长过短的特殊情况下约束的处理方法。采用改进的稳态GA-SQP混合求解算法，可以实现近地轨道变高度返回的情况下等再入航程返回轨道设计。改进的稳态GA-SQP混合求解算法不依赖于初始值，种群数量较小，与未改进的遗传-序列二次规划算法相比迭代次数减少34.7%,计算速度和计算精度均达到工程适用程度。     

基于自适应伪谱法的升力式飞行器火星进入段快速轨迹优化

针对升力式火星飞行器定点着陆任务的轨迹优化问题，给出了基于自适应伪谱法的快速优化算法.综合考虑探测器火星大气进入过程中的动力学约束、边界约束、路径约束以及控制约束条件，利用自适应伪谱法将轨迹优化问题转换为离散的非线性规划问题，采用序列二次规划算法进行求解，得到性能指标最优的进入轨迹.通过仿真验证，给出了实现火星进入过程燃料消耗最优的状态量和控制量轨迹.仿真结果表明，在Matlab中采用自适应伪谱法，能够在800s内采用267个配点，给出近似精度为10-6的火星进入过程中消耗能量最优的参考轨迹.      

特定消谐逆变器开关角度的复形调优解法

针对特定消谐式逆变器开关角度难于求解的问题,提出了一种基于约束条件下n维极值复形调优法的开关角度求解方法,分析了目标函数和约束条件的设计方法.该算法对开关角度初值的选取只需考虑约束条件,大大增加了开关角度初值的取值范围;求解过程中不存在解发散或奇异无解问题,与迭代法解非线性超越方程组相比可靠性更高;通过约束条件的限制,使求解过程自动消除了可能出现的窄脉冲;通过目标函数和加权因子可灵活的进行开关角度优化.算例和实验结果验证了方法的正确性和有效性.      

应用于工程设计的多目标优化方法比较

归纳并分析了几种常用的多目标优化方法,在悬臂梁的双目标极小化问题和火箭发动机系统的双目标极大化问题中,用线性加权法、逐步宽容约束法、NCGA(Neighborhood Cultivation Genetic Algorithm)法求解优化问题的非劣解集;用p模理想点法、最短距离法、极大模理想点法、目标规划法求解优化问题的非劣解.并且在悬臂梁的优化问题中,对不同的定值点用目标点法求解优化问题的非劣解,结果说明不同的定值点对应不同的优化结果.最后分别采用二元相对比较法和模糊关联度法求出以上问题的最佳非劣解.通过2个实例说明了这些方法的特点,证明了这些方法的实用性,适用于一般的多目标优化问题.      

广义断裂等寿命曲线与二维门槛值概率分布

根据疲劳等寿命曲线思想,首次提出广义断裂等寿命ΔKth-Kmth曲线概念及其表达式,该公式具有明确的物理意义,并能合理表达疲劳裂纹扩展门槛值均值与幅值之间的关系,用以确定二维门槛值概率分布;根据相关系数优化法建立了该公式的参数估计方法,并给出了具有可靠度p的广义断裂等寿命p-ΔKth-Kmth曲线公式,以广义p-ΔKth-Kmth曲线为基础首次导出了二维断裂门槛值概率分布,最后,分别以LY11和40CrNiMoA材料为研究对象,各进行了3组不同应力均值下的门槛值试验,并运用该方法对上述试验结果进行了可靠性分析,发现精度良好.     

一种二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法

提出了一种基于相位补偿的二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法.从干涉综合孔径辐射计的成像原理和近场应用情况出发,分析了快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)反演算法在近场条件下存在的问题,并采用相位补偿的方法,提出了一种近场数值反演算法.对点目标用FFT算法和近场成像算法进行了成像仿真,仿真结果表明近场成像算法比FFT算法具有更高的空间分辨率.用一套8mm波段二元干涉综合孔径辐射计对人工双点源场景进行了成像实验,实验结果证明了该近场算法的有效性.      

高空太阳能无人机三维航迹优化

为提升高空太阳能无人机的飞行性能和载荷能力,综合考虑无人机运动状态和能量获取、存储、消耗之间的耦合关系,建立了三维航迹优化模型。采用高斯伪谱法在离散点上近似状态变量和控制变量,且在一系列配点上满足动力学方程的约束,将最优控制问题转化为非线性规划问题。针对典型的点到点飞行任务开展了航迹优化,并与常规定高定速航迹进行了对比。结果表明:通过调整飞行姿态,可以使高空太阳能无人机的净吸收能量提高9.2%;综合调整飞行姿态和改变飞行高度两种措施可以获得更大的能量优势,使储能电池剩余电量提高18.8%。      

空间同频电子侦察信号的盲分离

空间电子侦察等应用中,经常会遇到如何分离同频信号的问题,传统的时域和频域处理方法很难解决这一难题。文中提出了利用并行FastICA(快速独立分量分析)盲信号分离技术解决这一难题的方法,该方法利用盲信号分离技术不需要知道信号及信道环境先验信息的特性,符合电子侦察的实际情况,具有广泛的适用范围。通过仿真实验证明,文中介绍的并行FastICA盲分离算法,不仅能分离功率相差十万倍以上的频域混叠信号,而且收敛速度快,分离效果良好,在多个领域具有较好的应用前景。     

两杆纵向非线性弹性碰撞的瞬间响应

把处于弹性碰撞接触状态下的两个杆件看作是一个振动体系,此弹性碰撞问题被转化成该碰撞体系在碰撞杆具有初始扰动速度下的振动响应问题,于是将此碰撞问题的分析纳入了常规的振动分析范畴.论文给出了该非线性弹性碰撞问题的描述方法,给出了一种考虑非线性Hertz弹性接触变形的线性化方法和详细的实现步骤,给出了该碰撞问题在不考虑接触变形和考虑线弹性接触变形两种情况的解析解,数值分析结果验证了上述分析方法的可行性和正确性.     

渐变体微波散射截面的计算

对具有二维周期性结构特点的大尺寸金属渐变体,首先采用矩量法计算渐变体单元的散射场,然后利用天线阵列技术求解整个渐变体的雷达散射截面RCS (Radar Cross Section),既保证一定的计算精度,又解决计算量大以及单元间耦合的难题.推导了相关的数学公式,在线极化平面波入射情况下,分别给出了单个和多个金属渐变角锥电磁散射截面的计算例子,计算结果与商用软件HFSS (High Frequency Structure Simulator)计算得到的结果相吻合,计算用时大大少于HFSS的计算时间,表明介绍的方法在工程运用上是可行的.      

可变后掠翼联动驱动机构设计与尺寸综合

可变后掠翼飞行器通过改变其机翼后掠角，可实现在不同飞行速度条件下，达到最佳飞行状态。为了实现在单驱动下机翼后掠角变化时，同时实现机翼部分蒙皮的展收，基于平面复合连杆机构，提出一种可变后掠翼联动驱动机构。为了解决该机构函数生成与运动生成综合相结合的尺寸综合问题，将复合连杆机构拆分为3个子机构，通过矢量方程法对机构进行分析，建立复合连杆机构的矢量环路方程，并对机构的可动性进行分析。结合机构矢量环路方程，提出一种利用优化算法与运动学分析软件判断机构可动性、优化机构性能的尺寸综合方法。结合相应实例，使用所提方法对机构进行设计，获得了满足可动性要求、尺寸约束，且包络面积最小的机构尺寸构型，证明了所提方法的有效性。      

阵风响应问题的配点型区间分析方法

最新的先进飞行器设计进展已经认识到定义多种类型的不确定性的重要意义。现有的气动弹性理论面临的一个重要问题是如何处理阵风激励和结构中的不确定性参数。给出了弹性机翼构件受到阵风作用时的控制方程。考虑了阵风模型和机翼结构中存在的不确定性参数,将其用区间向量定量化并一元化处理,基于第一类Chebyshev正交多项式和区间配点方案,结合有限元计算方法,提出了一种阵风响应问题的配点型区间分析方法(CIAM),推导了配点型区间分析方法的数学表达式。该方法避免了计算响应函数对不确定性参数的灵敏度(偏导数),放宽了不确定性参数变化范围为小区间的要求。为解决含有不确定性参数的阵风响应问题提供了一种新的可行途径。通过与Taylor区间分析方法(TIAM)的比较,数值算例表明,该方法能够得到一个包含精确响应值的足够"紧"的阵风响应区间。显示了该方法的优越性,具有工程指导意义。      

基于非等维状态的IMM混合估计方法

在目标跟踪领域,交互多模型（IMM）估计器具有良好的性能和较低的复杂度。IMM的成功归因于模式混合,其中各模型输出用于模型条件重初始化。针对IMM算法中存在的非等维状态混合估计问题进行了研究,在总结现有算法的基础上提出了一种最优的IMM混合估计方法。该方法通过将"切换"态的概念引入目标状态,根据当前滤波时刻的模型概率和新息,动态地调整混合策略以实现最优估计。最后,通过仿真实验验证了所提算法在不同模型混合场景中的表现要优于现有的算法。