拓展全球地球物理场和空间环境感知建模能力——张衡一号卫星在轨运行五周年

<正>1跨世纪争论催生的科学计划中国是世界上地震活动十分严重的国家之一。强烈地震以其突发性、毁灭性和链生性，对人民生命财产安全和社会经济活动造成巨大影响，但地震预测至今仍然是一个世界性科学难题。20世纪末至21世纪初，国际学术界围绕地震能否预报展开了一场大讨论，困惑中的地震预报与巨大的地震灾难触动了关于地震预报方法论的思考。2003年2月18-19日，中国地震局、国家国防科技工业局、科学技术部、中国科学院等共同组织香山会议，正式启动地震卫星规划论证工作，     

基于多分辨率特征自选择的遮挡物识别算法

光伏组件的遮挡物识别是光伏运维系统中不可或缺的环节，传统识别算法多依赖人工巡检，成本高昂且效率低下。基于卷积神经网络，提出了一种面向光伏组件的遮挡物识别算法PORNet。通过引入特征金字塔，构建多个分辨率下具有丰富语义信息的图像特征，提升对遮挡物尺度和密度的敏感性。通过特征自选择，筛选出语义最具代表性的特征图，以加强物体环境的语义信息表达。用筛选出的特征图完成遮挡物识别，从而提升识别准确率。在自建光伏组件落叶遮挡数据集上进行了实验比较和分析，并对识别性能进行了评估，通过与现有物体识别算法相比，所提算法的准确率和召回率分别提升了9.21%和15.79%。      

水下单信标导航航路规划和最优航路接近方法

相比于传统的长基线和超短基线等导航方式，水下单信标导航具有布放简单的优点，但其导航精度有待进一步提高。为此，提出了单信标导航的航路规划方案，通过泰勒级数展开推导了水平位置精度因子的表达式，并分析了导航点和声信标的相对几何位置关系对导航精度的影响，最终提出了航路规划方案。在此基础上，还提出了自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，AUV)从其他位置接近最优航路的方法，包括两部分：一是建立以时延为观测量的滤波模型，利用滤波算法实时获取AUV的位置估计值；二是基于可观测度分析结果对最优航路接近过程的轨迹进行了设计。二者的结合使得AUV高效率且高精度地逼近最优航路。仿真证明了采用所提出的航路规划方案和最优航路接近方法可以提高导航精度，航路规划方案使得AUV位置估计的均方根误差近似为2 m。     

空间目标视星等曲线仿真

人类航天活动日益频繁，空间目标种类和数量不断增多，识别未知空间目标的关键特征具有重要的科学价值。本文通过辅助图形软件建模分割，获取球体、圆锥体和圆柱体带法向量的面元坐标；基于卫星仿真工具包，得到了目标轨道及位置参数，并结合双向反射分布函数各向异性Phong 模型和四元数姿态更新模型，完成了地基观测条件下4种形状空间目标的视星等仿真。仿真结果表明，目标受空间位置、形状和姿态的影响程度不同，其光度曲线具有各自特点。球体由于形状完全中心对称，光度曲线主要受空间位置的影响；圆锥体、正方体、圆柱体光度曲线的波形受形状影响较大，曲线走向受位置影响较大，波动频率受姿态角速率影响较大。通过统计分析相关数据，可为后续空间目标位置、姿态和形状的反演提供先验模型。      

新型跟踪微分器在航空发动机磁悬浮轴承中的应用

为了实现航空发动机磁悬浮轴承的稳定悬浮，在磁悬浮轴承反馈控制器设计中获取光滑、精度高、相位滞后小的跟踪滤 波与微分信号等位移传感器信号，基于离散2阶串联型系统，提出了一种具有边界层函数、基于离散时间最优控制算法的新型跟 踪微分器。为减小算法在滤波与微分信号提取过程中的相位滞后，在所设计的跟踪微分器算法中引入相位调整因子对相位进行 实时有效地补偿。分别从时域与频域的角度进行仿真及试验验证，结果表明：所提出的新型跟踪微分器算法具有全程快速、无超 调、无颤振、相位滞后小、精度高等特点，与原基于离散时间最优控制的跟踪微分器算法相比，其平均相位滞后减小80~100个采样 周期，满足实际工程应用需求。     

外激振动条件下气体减压器工作稳定性仿真研究

为研究运载火箭增压系统中减压器在外激振动条件下的工作稳定性,在减压器模型中通过壳体位移坐标引入振动激励源,建立了可模拟减压器在外激振动条件下工作过程的计算模型,对外激随机振动条件下增压系统动态工作过程进行了仿真.针对仿真发现的减压器下游压力振荡的不稳定现象,对减压器下游不同管路尺寸和减压器不同参数下的系统工作过程进行了对比计算.计算结果显示:增大减压器下游管路尺寸，减小减压器阀芯组件质量与减小阀芯组件与壳体间滑动摩擦力,都可以使压力振荡过程减弱,有利于改善减压器在外激振动过程下的工作稳定性.计算结果为减压器及增压系统的设计和优化提供了参考.      

基于Pro/E的参数化驱动固体发动机模装设计

为实现参数化驱动的固体火箭发动机结构设计、零件装配及其与平行层燃面退移的一体化集成，以Pro/E族表技术为核心，利用WinForm框架和XML等技术，提出了实现固体火箭发动机结构参数化模装设计和整机自动化装配的技术途径，实现了发动机各零部件三维模型的参数化驱动及发动机整机的自动化装配，实现了复杂三维药柱退移过程中的拓扑结构变化。该研究开发完成固体火箭发动机结构参数化模装设计软件系统，系统中包含29个发动机零件，通过灵活设定结构参数，可自动化构建多达720种不同结构形式的发动机结构实体模型，实现平行层燃面退移，得到发动机工作过程中的动态结构质量特性，同时计算出发动机的内弹道性能，并且具有可扩展性。该技术能够为进一步研究固体火箭发动机的设计、仿真、优化的一体化系统奠定基础。     

运载火箭贮箱增压消能器性能仿真与结构方案分析

为了更好地认识液体火箭贮箱增压消能器的工作过程，为消能器的结构方案设计提供支撑，针对典型的锥型和直筒型消能器的结构形式建立仿真模型，使用稳态方法仿真得到气体在消能器内的流场分布情况和消能器内部结构对压力损失和减速效果的影响。根据仿真结果给出消能器结构方案并进行试验，通过试验结果验证了仿真结果的准确性。结果表明：锥型和直筒型消能器的第一层节流结构是造成压力损失的主要部件；对于直筒型消能器，数值仿真的压降大小与试验结果的相对误差为6.3%；入口高速气流直接流经第一层节流结构比先经过扩容再流过第一层节流结构造成的压力损失更大；直筒型消能器的出口面积利用率随着均流筛网距离的增加有着先增加后减小的特点；样条曲线样式的导流锥能提高消能器的出口面积利用率。对贮箱增压消能器内部流场的数值仿真可以为消能器结构设计提供重要依据。     

深空探测全域轨迹优化设计平台研究与实现

提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先，对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后，重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后，基于该平台丰富的模型库，对嫦娥五号等深空探测任务的全过程飞行轨迹进行了优化设计与对比。研究结果表明，开发的深空探测全域轨迹优化设计软件平台具有复杂任务适应能力强、可拓展性好的特点，可为类似软件系统的研发提供借鉴。