用蒙特卡罗方法求解航天器的有效太阳辐照面积

文章利用蒙特卡罗射线踪迹方法,建立复杂几何构型航天器在遭受太阳辐照下辐照面积的数学模型,对KFTA小太阳模拟器内太阳光入射条件下的航天器辐照面积进行数值模拟,解决了温度场求解中太阳对航天器表面直接投射的关键问题。计算结果表明：此方法提出了求解太阳入射辐射的新思路,将原来复杂的解析过程简化为几个概率模型。     

基于蒙特卡洛仿真的平行双跑道容量评估方法

跑道容量评估是科学评价跑道规划方案、合理安排航班时刻、精准实施流量管理的重要基础性工作.针对平行双跑道容量评估问题,分析了跑道容量影响因素,考虑到跑道分配、机型分配、起降类型分配、进离港点分配、航班流队列顺序等随机性,采用蒙特卡洛方法模拟变量随机性,按照离散事件系统原理,递归计算每个航班的起降时刻,通过统计1h内的航班数量获得容量值.以西安机场双跑道为例,针对现行的相关进近、独立进近、隔离运行3种模式,分别计算了跑道容量值.仿真计算结果显示,相关进近模式容量60架次/h,独立进近模式跑道容量为78架次/h,隔离运行模式跑道容量为52架次/h,平均每次仿真时间仅为1 min,说明方法效率较高.与2015年高峰61架次/h相比仅相差1个架次,计算结果说明方法是有效的.     

A deformation model of flexible,HAMR objects for accurate propagation under perturbations and the self-shadowing effects

A new type of space debris in near geosynchronous orbit (GEO) was recently discovered and later identified as exhibiting unique characteristics associated with high area-to-mass ratio (HAMR) objects, such as high rotation rates and high reflection properties. Observations have shown that this debris type is very sensitive to environmental disturbances, particularly solar radiation pressure, due to the fact that its motion depends on the actual effective area, orientation of that effective area, reflection properties and the area-to-mass ratio of the object is not stable over time. Previous investigations have modelled this type of debris as rigid bodies (constant area-to-mass ratios) or discrete deformed body; however, these simplifications will lead to inaccurate long term orbital predictions. This paper proposes a simple yet reliable model of a thin, deformable membrane based on multibody dynamics. The membrane is modelled as a series of flat plates, connected through joints, representing the flexibility of the membrane itself. The mass of the membrane, albeit low, is taken into account through lump masses at the joints. The attitude and orbital motion of this flexible membrane model is then propagated near GEO to predict its orbital evolution under the perturbations of solar radiation pressure, Earth’s gravity field (J₂), third body gravitational fields (the Sun and Moon) and self-shadowing. These results are then compared to those obtained for two rigid body models (cannonball and flat rigid plate). In addition, Monte Carlo simulations of the flexible model by varying initial attitude and deformation angle (different shape) are investigated and compared with the two rigid models (cannonball and flat rigid plate) over a period of 100?days. The numerical results demonstrate that cannonball and rigid flat plate are not appropriate to capture the true dynamical evolution of these objects, at the cost of increased computational time.     

一种基于IS-MCMC的多目标跟踪算法

针对密集杂波环境下的多目标跟踪问题,提出了一种基于定向概率数据关联重要度采样的改进马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法(IS-MCMC)。首先,基于马尔可夫链蒙特卡洛方法求解具有最大后验概率的量测分配集,并根据量测与目标的定向关联概率进行重要度采样以提高收敛速度。其次,依据量测分配结果更新目标轨迹的感知概率和状态参数,并基于感知概率实现对轨迹起始、维持和终止的判断。为实现对目标的连续跟踪,采用滑窗方法,根据当前帧数据与上一窗口数据的处理结果构建初始量测分配集,利用IS-MCMC对当前加窗数据进行处理。不同杂波密度、目标密度和检测概率下的仿真实验表明,IS-MCMC相比MCMC在计算效率、轨迹跟踪性能和环境适应能力上更具优势。     

基于马尔可夫蒙特卡洛法的系统辨识方法研究及应用

提出了基于马尔可夫蒙特卡洛(MCMC)的贝叶斯辨识方法,以解决高超声速飞行器系统辨识中复杂动力学模型转换为简单或稀疏模型所带来的不确定性问题,以及存在的训练数据大和积分难处理的问题。该方法将数据退火算法引入MCMC中,不仅解决了MCMC易陷入局部最优的问题,并且将数据退火与“高信息训练数据”的概念相结合,能够以较低的计算成本分析大数据集。此外,该方法可以对参数估计过程中存在的不确定性进行量化,获得未知参数的最优估计值。通过仿真实验,验证了提出的系统辨识方法的有效性,辨识出的模型能够有效应用于控制器设计之中,并获得较好的控制效果。     

无人机伞降回收过程动力学建模与仿真

文章以无人机的降落伞回收系统为研究对象,通过对伞降回收过程中各阶段动力学特性的分析,推导了便于编程实现的矢量形式降落伞-飞行器二体系统动力学模型。在此基础上,给出了利用MAT-LAB环境的面向对象和并行计算特性搭建无人机回收过程蒙特卡罗仿真环境的一种实现方案。最后,根据仿真计算的结果对某无人机在不同条件下的回收安全性、落点散布特性等进行了计算分析,为后续总体设计方案的验证、改进和优化提供了参考依据。     

飞行器结构部件导热/辐射耦合传热特性预测方法

采用数值方法求解气动热环境,基于蒙特卡罗方法求解内部空腔辐射换热及有限元方法求解三维导热,建立了沿弹道求解导热/辐射耦合的热响应预测方法,计算并获得了沿给定飞行弹道条件下的考虑内部辐射和不考虑内部辐射时的某高超声速飞行器结构部件的热响应特性。研究表明,所发展的耦合计算方法具有较高的精度和较好的工程适用性;考虑内部辐射时,结构部件局部最高温度明显低于不考虑辐射时,最高相差400K以上,且温度分布趋于均匀,温度梯度减小。相关研究对高超声速飞行器防热结构设计与优化具有重要参考意义。     

分离模块航天器综合评估方法研究

以分离模块航天器概念设计阶段的方案评估分析为目标,提出一种基于数学建模和蒙特卡洛模拟的定量化评估分析方法框架。首先,定义了分离模块航天器生命周期状态及其转移过程,建立了状态转移概率矩阵,将生命周期不确定风险因素在状态转移过程中加以考虑;进而,基于系统状态模型建立了分离模块航天器生命周期成本和净收益计算模型;然后,以生命周期成本和净收益的均值和标准差作为评价指标,提出了基于蒙特卡洛模拟的综合评估仿真分析方法;最后,采用典型设计案例进行了分析与验证。     

探月返回器跳跃式再入过载抑制算法研究

针对小升阻比探月返回器大航程、跳跃式再入的特点,采用了新的过载约束条件,并在此基础上对过载抑制问题进行了描述。然后对跳跃式再入过程中影响开普勒段航程的因素进行了分析,将气动升力在地球矢径方向的分量等效为万有引力的小扰动力,推导得出了与预测校正制导律相结合的过载抑制算法。最后通过仿真校验了该算法在不影响返回器着陆精度的前提下有效实现了过载抑制,各种偏差情况下的蒙特卡洛仿真也体现了该算法的实用性及鲁棒性。     

用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。