涡轮基组合循环发动机分布式控制系统通信网络混合拓扑结构优化方法

涡轮机组合循环(Turbine based combined cycle,TBCC)发动机控制系统通信网络拓扑结构是其分布式控制系统方案设计的重要部分,优化网络拓扑结构可提高发动机推重比和控制系统可靠性。本文基于智能优化算法提出TBCC分布式控制系统网络拓扑结构优化方法。基于图论建立TBCC几何模型和网格模型,以重量和可靠性为优化性能指标,同时考虑发动机表面高温区域以及控制节点的工作可靠性,分别采用粒子群算法和遗传算法优化星形结构中智能中央节点位置、中央节点的环形拓扑结构,获得星形-环形混合拓扑结构。仿真实例表明,基于本文方法优化所得的混合拓扑结构相较于星形集中式控制结构,系统重量降低了51.9%。     

130nm体硅反相器链的单粒子瞬态脉宽特性研究

针对130 nm体硅反相器链，利用脉冲激光和重离子实验研究了目标电路单粒子瞬态（SET）的脉宽特性，并分析了电路被辐射诱发的SET脉宽特性受激光能量、重离子线性能量传递（LET）值、PMOS管栅长尺寸等因素的影响机制。重离子和脉冲激光实验结果类似，均表现为随激光能量、LET值的增加，电路被辐射诱发的SET脉宽逐步增大，且表现出明显的双（多）峰分布趋势，但辐射诱发的SET脉冲个数呈先增加再减少规律。此外，实验结果表明，在不同激光能量、LET值下，PMOS管栅长尺寸影响反相器链SET脉冲的特征不同。当激光能量、LET值较低时，PMOS管栅长尺寸大的电路产生的SET脉宽较大，而当激光能量、LET值较大时，PMOS管栅长尺寸小的电路反而产生更宽的SET脉冲。分析表明，较高激光能量、LET辐照时，寄生双极放大效应被触发可能是导致PMOS管栅长尺寸影响电路SET特征差异的主要原因。      

2 AU以内的“渐进型”太阳高能粒子事件模拟

太阳高能粒子（Solar Energetic Particle，SEP）事件是影响地球空间以及深空辐射环境的主要因素之一。“渐进型”太阳高能粒子事件中的高能粒子主要来自于日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）所驱动的激波扩散加速（Diffusive Shock Acceleration，DSA）过程。CME驱动的激波在行星际的传播过程中，其结构不断演化，进而影响到高能粒子的加速过程。本文利用二维太阳高能粒子加速和传播模型，对发生于2014年4月18日的太阳高能粒子事件实例进行了数值模拟。模型考察了黄道面上2 AU的距离以内包含地球所在位置的4个不同点，分别计算了每个点上高能粒子的通量。数值模拟的结果表明：黄道面内不同位置的观察点，与激波波前的磁力线连接不同，从而导致观察点处高能粒子的通量有着显著的差异。该模型的计算结果可以为深空探测计划开展辐射环境研究提供必要的输入。     

存储系统中两级纠错编码方案设计与验证

针对恶劣空间环境设计了一种两级存储编码方案，以应对航天系统中存储单元发生多个单粒子翻转（SEU）错误的问题。方案设计的主要思想是根据简单低纠错编码组合出高容错编码，通过编码组合，使用字间编码来纠正字内编码无法纠正的错误，从而使存储系统更加可靠；对两级编码方案提出若干优化策略，以提高编解码性能，使得两级冗余编码效率接近于原始字内编码。实验结果表明，提出的两级冗余编码方案能够较好解决存储系统中发生多个单粒子翻转错误的问题。即与单一的字内编码相比，两级纠错编码方案能够大大降低星上存储系统出现不可修复的概率，保证了星上存储系统的可靠运行。     

基于干扰观测器的受扰卫星姿态控制器设计与优化

对复杂环境下的卫星姿态控制进行了研究,针对存在外界干扰和转动惯量不确定的卫星姿态控制,建立了基于误差四元数卫星姿态动力学与运动学方程,在此基础上设计了反演滑模控制器,构造Lyapunov函数并从理论上证明了闭环系统的稳定性;设计非线性干扰观测器(NDO)对等效干扰进行估计,使控制器输出力矩减小,有效降低了输出饱和的风险,同时抑制了滑模控制带来的抖振;为了获得更好的控制效果,以控制器参数为优化变量,综合考虑了控制器的动态性能和被控对象的输入受限条件,建立了评价函数,利用改进的粒子群算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明设计的控制器可行且有效,得到了较好的控制效果。     

基于自适应容积粒子滤波的车辆状态估计

针对车辆状态估计中由模型的强非线性、噪声的非高斯分布等相关因素导致估计精度下降甚至发散的问题,本文提出了基于自适应容积粒子滤波(Adaptive cubature particle filter,ACPF)的车辆状态估计器。首先基于非稳态动态轮胎模型,构建高维度非线性八自由度车辆模型。其次利用自适应容积卡尔曼滤波(Adaptive cubature Kalman filter,ACKF)算法更新基本粒子滤波(Particle filter,PF)算法的重要性密度函数,以完成自适应容积粒子滤波算法设计。利用车载传感器信息,运用ACPF算法实现对车辆的侧倾角、质心侧偏角等关键状态变量高精度在线观测。搭建Simulink-Carsim联合仿真平台进行了算法的验证,结果表明该算法状态估计精度高于传统无迹粒子滤波(Unscented particle filter,UPF)算法,且算法运算效率高于UPF算法,而传统PF估计值发散。研究结果为实现车辆动力学精准控制提供了理论支持。     

面向Web科学可视化的临近空间数据视频化方法

临近空间在科学、经济和军事等领域具有重要价值，高效便捷地进行临近空间数据Web科学可视化和信息提取是临近空间数据应用不断深入和扩展的必然需求，但是，已有的临近空间数据类型繁杂和数据量巨大，成为Web传输和实时可视化的关键瓶颈。从数据组织方法角度展开了研究，根据临近空间数据的特点，结合视频压缩原理，提出了将临近空间数据进行分解、插值和色彩空间变换处理形成图像后，选取适宜视频压缩编码方法将图像编码为视频。实验结果表明:所提方法可以实现临近空间数据在Web环境下的高效组织，在保障可视化质量的前提下通过降低数据网络传输量实现了临近空间数据的实时可视化需求。研究结果可以直接解决临近空间数据Web实时可视化问题，将为临近空间科学研究和知识发现提供可视化理论和技术支持，并为类似海量数据Web科学可视化提供方法借鉴。      

一种高压PMOS器件低剂量辐照效应分析

对MOS器件总剂量辐照机理的研究，多从γ射线在SiO2中产生电子 空穴对，以及γ射线作用在SiO2 Si界面上产生新生界面态方面出发，分析γ射线对MOS器件的阈值影响，但很少分析γ射线对高压MOS器件漏源击穿电压的影响。文章针对低剂量γ射线对高压PMOS器件中漏源击穿电压的作用进行综合分析；重点研究了低剂量辐照情况下高压PMOS器件的漏源击穿电压特性相对于常规剂量辐照后的变化。研究表明：低剂量的γ射线会引起高压PMOS器件漏源发生严重漏电；高压PMOS器件版图设计不当时，长期的低剂量γ射线会引起高压CMOS集成电路发生功能失效的风险。     

大型飞机平尾翼尖涡对后体涡系影响的实验研究

大型飞机在飞行过程中机身后体会产生一对反向旋转的脱体涡（后体主涡），该涡与平尾翼尖涡共同构成飞机后体的涡系结构。在风洞中，利用激光粒子测速（PIV）方法，对单独后体和加装不同展长平尾的后体，分别研究涡系结构的动力学特征。结果表明:后体主涡的涡核中心沿流向明显向上移动；加装平尾后，涡系呈现典型的四涡结构，平尾翼尖涡对后体主涡影响显著，加大了后者向上移动的趋势，同时使其沿展向外移，并显著削弱其涡旋强度；平尾展长增加后，后体主涡受到的影响有所减弱。在低速环境下，来流速度对后体涡系结构的无量纲动力学参数影响较小。