时间积分方法的研究进展与挑战

时间积分方法是动力学常微分方程的一种有效数值求解工具，广泛应用于航空航天、土木工程、机械制造等工程领域的动力学分析。介绍了近几十年来时间积分方法的研究进展。回顾了该领域的经典工作，包括级数展开法、Runge-Kutta法和Newmark方法；介绍了为解决经典时间积分方法在精度、效率、耗散和稳定性方面的不足而发展出的先进时间积分方法，主要包括参数方法、高阶无条件稳定方法、保能量方法、线性多步法、复合方法和BN稳定型方法；分析比较了已有方法的性能特点和适用范围，指出了时间积分方法发展中值得关注的若干问题。      

纳观尺度下非线性断裂问题的原子J积分方法研究

在宏观尺度非线性断裂力学研究中，J积分是一个至关重要的参数，表征了裂尖奇异应力场的强度。然而，当材料尺寸减小至纳观尺度时，已有研究表明连续介质断裂力学框架下的J积分准则将不再适用。在此前提下诞生了原子J积分的概念。通过考虑纳观尺度下的裂纹面非零应力，本文建立了含裂纹面线积分项的等效区域积分形式原子J积分公式。通过引入分子静力学模拟，本文在J积分计算中使用了原子结构的真实应力场和位移场，并采用新的积分方案以解决离散非均匀应变系统位移梯度的定义问题。一系列算例证明了原子J积分方法在连续介质断裂力学已发生失效的极小尺度下仍具有有效性。     

扰动线运动对惯性系粗对准影响分析及优化方法

针对扰动线运动对惯性系粗对准精度影响较大的问题,通过分析惯性体坐标系下重力加速度积分矢量的物理含义,给出了受扰动线运动影响的惯性系粗对准的误差分析。并在此基础上提出了基于位移积分矢量构造定姿矢量矩阵的抗扰动粗对准算法,利用对速度积分矢量进一步积分得到的3个时间点的位移积分矢量构建姿态解算矩阵,抑制扰动线运动对粗对准精度的影响。仿真结果表明,该算法可有效减小扰动线运动影响下的对准结果振动幅值,能够快速收敛到满足精对准使用的精度范围,从而提高武器装备环境适应性。     

旋转调制下的抗晃动干扰初始对准方法

针对晃动基座下的对准精度受限于惯性器件常值误差，提出了旋转调制下的抗晃动干扰初始对准方法。首先，分析了单轴连续旋转调制技术对常值误差的补偿机理，并在此基础上建立了晃动基座下的惯性器件输出模型;其次，详细推导了基于双重积分的惯性系粗对准算法，通过惯性坐标系下的姿态更新跟踪载体实际姿态变化消除了角晃动干扰，通过对比力进行双重积分克服了线振动影响;最后，在粗对准算法基础上，进一步建立了旋转调制下的系统状态方程和量测方程，通过反馈校正的卡尔曼滤波算法实现最优估计精对准。仿真结果表明:旋转调制下的抗晃动对准方法在克服晃动干扰的同时，能够解决对准精度受限问题，有效提高了初始对准精度。     

国产M55J级碳纤维与两种典型树脂界面性能研究

为了夯实国产M55J级碳纤维在航天构件中的应用基础，重点研究了国产M55J级碳纤维与航天环氧和氰酸酯树脂的界面性能，并与进口M55J碳纤维进行对比。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜对碳纤维的微观形貌进行表征，通过接触角测量、红外光谱分析和微脱粘测试对碳纤维与航天树脂的粘附功、浸润性、化学反应特性和界面剪切强度进行测定。结果显示，国产M55J级碳纤维表面存在大量沟槽，上浆剂形成少量突起；国产M55J级碳纤维与两种树脂的浸润性优于M55J碳纤维与树脂浸润性，国产M55J级碳纤维与两种航天树脂的粘附功分别为55.76和48.61 mN/m，均高于进口碳纤维的粘附功；国产M55J级碳纤维上浆剂与两种航天树脂经高温固化后反应程度达到100%；国产M55J级碳纤维与两种航天树脂的界面剪切强度分别为74.62和62.99 MPa，均高于M55J碳纤维。     

航空磁探中水下目标三维积分方程磁场建模

为获取航空磁探中水下铁磁性目标的空间磁场分布,通过三维积分方程法的基本原理推导出空间磁场的解析式,根据矢量恒等式和高斯散度定理简化空间磁场计算式,建立水下铁磁性目标空间磁场预测模型。通过铁磁性长方体对模型进行理论验证,使用铯光泵磁力仪测量铁磁性长旋转椭球体的高空磁场;然后,基于预测模型推算铁磁性长旋转椭球体的磁场,根据实际测量的磁场数据和预测值进行比较。结果表明,预测模型的推算精度较高,平均绝对误差为0.320 5 nT,平均相对误差为12.368%。     

输入受限下的鲁棒微分博弈拦截制导律设计

研究了输入受限和匹配干扰约束下的导弹-目标拦截制导系统，提出了一种复合控制方案。首先，通过超螺旋干扰观测器估计匹配干扰，并依据观测器的估计结果设计了积分滑模控制器对干扰进行补偿。其次，结合微分博弈理论和自适应动态规划算法，设计单评价神经网络来求解微分博弈控制器，并利用Lyapunov稳定性理论证明了所提的复合控制策略保证了闭环系统和评价神经网络的稳定性。最后，对导弹-目标拦截系统进行建模仿真，验证了复合控制策略的有效性。     

低成本卫星测控系统性能改进方法研究

首先针对TLE更新不及时、轨道递推准确性低的问题,提出低成本卫星测控系统(LCTTC)采用卫星GPS实测数据修正站心坐标系下目标轨道方法,提高跟踪精度;其次利用接收机的RSSI功能,给出了远程获取无人值守LCTTC灵敏度、评估其性能的方法,以及获取信噪比、发射功率等状态信息的方法,对卫星实时任务过程进行监测和异常诊断,减少了故障排查时间。     

抛物积分微分方程的Crank-Nicolson全离散格式下的超收敛分析

文章基于低阶协调的双线性元在矩形网格下的高精度积分恒等式，在时间方向使用具有二阶精度的Crank-Nicolson离散格式，再利用插值与投影相结合的技巧，给出了抛物积分微分方程的全离散格式下的超逼近和超收敛的误差估计。最后，通过数值试验验证了理论分析的正确性。     

大气探测激光雷达校飞样机研制与飞行验证

星载激光雷达是高精度测量全球温室气体和气溶胶垂直廓线的重要手段，大气环境监测卫星大气探测激光雷达(ACDL)在国际首次采用激光积分路径差分吸收技术测量全球CO2柱浓度，采用532 nm高光谱探测技术测量气溶胶和云的廓线。星载激光雷达载荷研制期间，同步研制一套主要功能一致的机载大气探测激光雷达校飞样机，并开展机载飞行试验，获取了大量飞行试验及其对比数据，提供了机载平台真实的数据源，对于优化ACDL激光雷达系统参数和研究星载数据反演算法至关重要。最后在机载飞行平台下，验证了优于1 ppm的CO2柱浓度测量精度和优于15%的气溶胶测量精度。未来利用该机载样机可以进一步开展星地对比验证。