大气紊流数字仿真的改进方法

赵震炎等提出了一种数字摸拟Dryden大气紊流的方法。该方法使用方便,并具有一定的理论基础。但是在某些步长情况下它的相关函数和Dryden模型的理论值吻合得还不够令人满意。本文从理论上分析了产生误差的原因,并且提出了改进的方法。通过相关性检验可以看到改进后的仿真结果非常符合Dryden谱的大气紊流模型。     

一种火星大气密度三维解析模型

根据火星大气数据库,建立了以高度和经纬度为输入的火星三维解析大气密度模型;在竖直方向上,采用分层指数模型;在水平方向上,将指数模型中的参考密度和参考高度视为经纬度的多项式函数,并通过最小二乘曲面拟合得到了多项式系数。相比传统的指数模型,三维指数模型不仅反映了火星大气密度随高度的变化规律,而且能够体现出大气密度在水平方向上的变化。与大气数据库相比,三维密度模型具有解析形式,计算速度快,仿真过程中只需存储简单的多项式系数即可实现密度的实时计算和调用,适用于地面实时仿真。     

NRLMSISE-00大气模型与GRACE和CHAMP卫星大气密度数据的对比分析

利用GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)和CHAMP(Challenging Mini-Satellite Payload)卫星2002-2008年的大气密度数据与NRLMSISE-00大气模型密度结果进行比较,分析了模型密度误差及其特点.结果显示,NRLMSISE-00大气模型计算的密度值普遍偏大,其相对误差随经纬度变化,在高纬度相对较小;相对误差随地方时变化,在02:00LT和15:00LT左右较大,10:00LT和20:00LT左右较小.通过模型密度相对误差与太阳F_10.7指数的对比分析发现,在太阳活动低年模型相对误差最大,而在太阳活动高年相对误差较小;将模型结果分别与GRACEA/B双星和CHAMP卫星的密度数据进行比较,发现对于轨道高度更高的GRACE卫星轨道,模型相对误差更大;在地磁平静期,相对误差与地磁ap指数(当前3h)相关性不强,但是在大磁暴发生时,误差急剧增大.     

基于上层大气数值模型的X射线传输特性

核爆炸的大部分能量是以X射线形式释放的,研究X射线辐射特性对于天基核爆事件监测,当量反演都具有一定参考价值。根据核爆炸X射线能谱特性,构建了黑体辐射模型;根据NRLMSIS大气模型成分数据和高度密度数据,构建大气分层数值模型,并结合NIST数据库,构建分层大气质量吸收系数模型,提高了大气模型与大气质量吸收系数模型准确度。使用数值模拟程序对X射线在大气中的传输特性进行研究,模拟在临近空间高度核爆炸产生的X射线经过大气吸收后的能谱特性以及不同海拔高度点位的能注量。结果表明,在检测点高度恒定的情况下,斜径角变小会增大X射线传输路径,X射线经过的大气吸收路径越长,能谱峰值越往高能处偏移。在相同高度下,爆炸点的正上方处能注量最大,其他位置随着斜径角减小能注量呈指数级衰减。     

高空气球热力学模型与上升过程仿真分析

基于对高空气球热力学环境的分析,建立了热力学与动力学耦合的高空气球动力学模型;并采用该模型对某高空气球的上升与驻留过程进行仿真分析.结果表明:高空气球上升过程中内部氦气存在"超冷"现象,其中平流层区域"超冷"明显,氦气平均温差为-19 K;由于"超冷",其上升速度曲线呈双"V"形变化;强太阳辐射与弱对流环境使驻留过程中氦气呈现"超热"现象,平衡时氦气平均温度比环境温度高39 K,球内氦气超压648.8 Pa.数值仿真的速度、平均温度变化规律与相关飞行试验数据相吻合,说明该仿真模型是有效的.      

基于OMLHD的仿真模型验证方法

当仿真因子数目较多,而真实系统观测数据相对稀少时,仿真模型的验证工作难以进行.针对仿真因子空间庞大,对应于每一组仿真因子配置,有且仅有对真实系统在相应工作条件下的一次观测这一极端情形,提出一种基于最优拉丁超立方设计(OMLHD,Orthogonal-Maximin Latin Hypercube Designs)的仿真模型验证方法.利用仿真验证试验的优化设计技术对仿真因子配置进行筛选,合理的选择、安排验证试验；采用p值分析方法解决验证试验中的数据一致性分析问题；基于逆概率分布定理的思想,对各组验证试验一致性分析结果进行综合分析.以某导弹制导仿真模型验证为例,对方法的性能进行了讨论.结果表明该方法能够实现在整个因子空间上对仿真模型的可信性进行验证的目的.     

地基Headwall高谱影像大气校正方法

遥感影像大气校正是定量遥感研究的前提与难点之一.大气校正有多种方法和模型.本文研究了目前常用的大气校正方法,包括FLAASH模型、6S模型、ELC方法和QUAC方法,并应用这几种方法对Headwall野外高光谱成像仪获取的高光谱影像进行大气校正.通过对4种典型地物的表观反射率、校正后反射率以及实测反射率进行对比分析,发现4种模型均能有效去除大气的影响,能够较好地恢复地物光谱的典型特征.相对于其他3种大气校正方法,经验线性法对地基Headwall高光谱影像校正效果最好.     

快收敛高可靠PPP-RTK大气改正模型生成方法

生成快收敛、高可靠的大气改正模型是PPP-RTK（precise point positioning-real-time kinematic）应用的关键和瓶颈问题。对顾及快收敛和可靠性的PPP-RTK大气改正模型生成方法进行了研究,通过迭代约束和时域约束保证其快收敛与可靠性,利用武汉CORS（continuously operating reference stations,连续运行参考站）进行试验,45s能够实现水平10cm（95%）的定位精度。在此基础上利用香港CORS进一步验证与分析得出：增加格网密度能够提升定位精度但会增加信息量,需要综合考虑定位效果和播发的信息量,面向普通用户的格网大小经纬度建议设置为0.5°~0.8°;生成大气改正模型的参考站空间分布必须合理且均匀,同时提出可以在合理范围内加入虚拟参考站约束大气改正模型的生成从而保证其收敛性与可靠性。     

小卫星简化数值仿真平台与模型设计

小卫星以它低成本,多样化的特点,成为了空间科学任务的重要载体,建立小卫星数值仿真平台,并且对它进行一定的验证和评估是相当必要的.针对小卫星3个关键子系统—电源系统,热控系统,姿轨控系统进行详细的理论分析,分别对3个子系统建立有效模型;基于HLA技术设置相关的串口与协议,建立小卫星数值仿真平台.在给定有效参数后,对数值仿真平台的运行进行分析,验证仿真平台具有重要的使用价值.     

一种区域参考大气密度的建模与应用方法

为满足空天试验研究中对参考大气模型的实际需求,即模型应具有跨时空的全球尺度覆盖性以及在起降关键航迹点的高精度性,提出了一种区域参考大气密度的建模与应用方法。首先对实测数据的冬夏季典型月份的大气密度特性,具体包括月均值与密度扰动进行统计分析,在此基础上提出了基于探空试验实测数据的全球参考大气模型（GRAM）的定量修正方法,从而构建起了包含有大气扰动与季节变化的区域参考大气密度模型。最后提出了区域参考大气密度模型向GRAM的过渡方法与实际应用方法。研究表明,探测地区的大气密度特性具有明显的冬夏季节性差异,需要根据季节构建相应的大气密度模型。区域参考大气模型的蒙特卡罗仿真可以有效模拟实测数据的大气密度特性。通过与GRAM过渡结合,参考大气模型既具有全球覆盖性,又具有很高的局部精度。      

基于共振三波的大涡模拟壁面模型

大涡模拟的一个重要发展方向是处理工程流动问题,但高雷诺数下近壁湍流边界层对计算网格的过高要求成为制约其应用的主要瓶颈;要减少计算量,构建合理且能够正确反映近壁湍流动力学特性的壁面模型是一条有效途径.在此背景下,构造了一种计算中便于实现的基于共振三波的壁面模型.通过对充分发展槽道湍流算例的研究,完成了对该模型构造方法、方案的论证和验证计算.结果表明使用壁面模型后,在减少计算量的同时,定性和定量的结果均较为合理,能够得到重要的瞬态特征结构和正确的一阶、二阶统计量,从而部分验证了该方法的有效性.     

Disturbance observer based model predictive control for accurate atmospheric entry of spacecraft

Facing the complex aerodynamic environment of Mars atmosphere, a composite atmospheric entry trajectory tracking strategy is investigated in this paper. External disturbances, initial states uncertainties and aerodynamic parameters uncertainties are the main problems. The composite strategy is designed to solve these problems and improve the accuracy of Mars atmospheric entry. This strategy includes a model predictive control for optimized trajectory tracking performance, as well as a disturbance observer based feedforward compensation for external disturbances and uncertainties attenuation. 500-run Monte Carlo simulations show that the proposed composite control scheme achieves more precise Mars atmospheric entry (3.8?km parachute deployment point distribution error) than the baseline control scheme (8.4?km) and integral control scheme (5.8?km).     

Nonlinear mixture model of mixed pixels in remote sensing satellite images based on Monte Carlo simulation

A nonlinear mixture model for the interpretation of mixed pixels in remote sensing satellite images is proposed. The proposed model is a Monte Carlo ray-tracing model that takes into account interactions among the ground cover materials (multiple reflections among the materials on the surface). The proposed model also takes into account topographic features (slope) of the ground surface. As an example, Top of the Atmosphere (TOA) radiance of mixed pixels of forested areas which are composed of grasses and trees are simulated with the proposed model and compared to actual remote sensing satellite data of ASTER/VNIR over these forested areas. It was found that the influence due to multiple scattering interactions between trees depends on the tree distance and ranges from 8% to 10%. It is also found that the proposed model is useful to interpret mixed pixels. Namely, it is suggested that actual reflectance of the trees is higher than apparent reflectance that is calculated with the satellite data. Also it is suggested that it is possible to estimate forest parameters such as tree distance, tree shape.     

Command generator tracker based direct model reference adaptive tracking guidance for Mars atmospheric entry

In order to accurately deliver an entry vehicle through the Martian atmosphere to the prescribed parachute deployment point, active Mars entry guidance is essential. This paper addresses the issue of Mars atmospheric entry guidance using the command generator tracker (CGT) based direct model reference adaptive control to reduce the adverse effect of the bounded uncertainties on atmospheric density and aerodynamic coefficients. Firstly, the nominal drag acceleration profile meeting a variety of constraints is planned off-line in the longitudinal plane as the reference model to track. Then, the CGT based direct model reference adaptive controller and the feed-forward compensator are designed to robustly track the aforementioned reference drag acceleration profile and to effectively reduce the downrange error. Afterwards, the heading alignment logic is adopted in the lateral plane to reduce the crossrange error. Finally, the validity of the guidance algorithm proposed in this paper is confirmed by Monte Carlo simulation analysis.     

基于有限元仿真的航空整体结构件变形校正

针对航空整体结构件变形复杂、校正效果难以定量预测的工程问题,基于有限元仿真技术,综合研究加工变形—校正过程,对航空整体结构件的变形校正有限元建模、校正过程数值模拟、校正参数确定、校正载荷施加形式及校正残余应力等关键技术进行了研究,并运用上述技术对某航空铝合金材料整体结构件进行了变形校正有限元数值模拟.结果表明,综合研究加工变形—校正过程,提取变形有限元模型作为初始校正模型,进行有限元加载—卸载分析,可很好地模拟校正过程,并获得实际需要的校正参数.      

离心叶轮优化设计法应用与全三维数值模拟

介绍了一种离心叶轮的优化设计方法,该设计方法被应用到了一台离心压气机的具体工程设计.三维粘性计算流体软件被用来对所设计的离心叶轮进行了数值模拟.压气机的试验结果和数值模拟的结果从两个不同的侧面对该优化设计方法做出了客观的评估.