基于Kriging近似函数的变复杂度近似模型

为解决飞行器多学科不确定性设计与优化过程中多次调用计算复杂的高精度学科分析模型带来的计算复杂性问题,结合变复杂度建模思想和Kriging近似函数,建立了基于Kriging近似函数的变复杂度近似模型.该近似模型的构造基于较少的高精度模型取样点和较多的低精度模型取样点,在满足近似精度的要求下可大大减小高精度模型近似模型构造的计算成本.数学算例和某飞行器气动力变复杂度近似模型算例证明了该方法的有效性.     

基于近似模型的卫星动力学多目标优化

对基于近似模型的卫星结构动力学多目标优化进行了研究。给出了响应面模型、Kriging模型和径向基函数（RBF）模型三种近似模型的原理。基于某卫星结构有限元模型建立了优化的三种近似模型,给出了优化流程。分析结果表明：RBF模型的精度最高,该模型结合遗传算法的优化方法不仅显著降低了计算时间成本,而且有良好的精度。     

大型运载火箭加筋柱壳近似建模方法

为提高大型运载火箭中薄壁加筋柱壳结构的后屈曲分析、优化设计的计算效率,提出基于矩估计的增广径向基函数(ARBF)近似建模方法。首先,分析了形状参数对ARBF近似模型泛化能力的影响规律;然后,基于样本点局部密度给出了ARBF基准形状参数确定方法,并根据模型响应特点,引入缩放系数对形状参数进行自适应调整;进一步,基于矩估计方法将确定形状参数的复杂域优化问题转化为确定缩放系数的优化问题,并利用多起点并行优化算法求解该问题,显著降低了计算复杂度;最后,通过典型数值算例和工程应用,对比研究了本文方法与其他典型近似建模方法的优劣。数值和工程算例表明,相较其他典型近似建模方法,本文方法可通过训练较少的样本点达到较高的近似精度,对比结果验证了本文方法的有效性和高鲁棒性,表明其具有一定的工程应用价值。     

基于支持向量机的飞行器气动模型近似方法

针对飞行器总体快速设计需求,研究了基于支持向量机的气动模型近似方法。通过正交试验设计方法,获取飞行器气动模型的输入输出样本,训练以径向基核函数为基函数的支持向量机,完成飞行器气动模型近似建模。以某飞行器为应用对象开展了实例验证,结果表明该方法能够保证气动模型的精度要求,提高了计算效率,符合总体方案快速设计需求。     

飞行器多学科设计优化中迭代更新的近似模型生成方法

在多学科设计优化中常利用近似模型降低计算量,但传统的近似模型生成方法难以解决近似精度与训练集规模间的矛盾.提出了一种迭代更新的近似模型生成方法,在建立初步的近似模型后,根据梯度、波动等特征产生补充训练集,用于更新近似模型,从而增强在试验设计中选取训练集的适应性和灵活性,在近似精度与训练集规模之间取得更好的折衷.算例表明该方法的优越性,能有效地应用于实际工程中.     

基于误差模型的权重二值神经网络近似加速

针对智能识别系统精确度和硬件复杂度之间的均衡设计问题,提出了一种基于误差统计模型的权重二值神经网络近似加速方法.在提出了一种获得高精度轻量神经网络的权重二值化处理算法基础上,引入近似加法器、消除乘法器以进一步提高能效.最终提出了一种系统级误差统计模型用于系统评估和优化设计,该设计能够分析和预测权重二值神经网络近似加速系...     

点火瞬态过程仿真模型参数辨识

建立了固体火箭发动机点火瞬态过程一维非定常流场仿真模型,采用系统辨识方法进行了模型参数不确定性研究。基于点火试验用缩比发动机试验结果,得到了传热模型参数和瞬态燃速模型参数的最优估计,提高了点火瞬态过程一维仿真模型的预估精度。采用近似方法,构建Kriging近似函数,有效解决了一维非定常流场仿真的计算复杂性问题。     

基于分段常滑翔角的长航时纵向远程滑翔飞行方程近似解

提出用包含地球旋转效应的n个常滑翔角飞行段近似实际滑翔飞行轨迹的方法。基于该方法推导了长航时纵向远程滑翔飞行轨迹近似解，并给出了各段常滑翔角、滑翔时间的求解方法及整个滑翔轨迹近似计算步骤。文中算例结果表明，该近似求解方法计算得到的滑翔航程和滑翔时间与实际值相差很小，航程误差率约为0．7％，时间误差率约为0．6％，因此该方法在近似小初始滑翔角的长航时远程纵向滑翔飞行时是有效的、可行的，尤其针对航程在地球半圈以上的滑翔飞行轨迹。     

基于近似生成函数迭代的分布式卫星构形最优控制研究

基于考虑地球非球形摄动的分布式卫星相对运动Hamilton力学模型和生成函数方法研究分布式卫星构形最优控制问题,针对生成函数法的高计算开销,提出了生成函数近似迭代方法.先以较低的计算代价,获得最优控制Hamilton系统生成函数的低阶近似,得到近似最优轨线,再将最优控制Hamilton系统相对于近似最优轨线求"相对运动",该"相对运动"仍具有Hamilton性质,利用其生成函数的低阶近似,对近似最优轨线进行迭代修正,从而以计算代价较小的低阶近似逼近计算代价高得多的高阶近似的精度.对圆参考轨道和椭圆参考轨道下的两种分布式卫星构形调整最优控制问题的求解表明,该方法在保持小计算开销情况下达到了高控制精度.     

改进响应面法及其近似性能研究

如何提高近似函数的近似性能是多学科设计优化问题的一个重要研究方向,采用多项式响应面法和径向基甬数结合的方法有效提高了函数近似性能.多项式响应面法(Response surface Method,RSM)在对采样点构建插值曲面时,对结果中的残差并未进行处理,从而导致了部分信息的丢失.径向基甬数(Radial Basis Function,RBF)插值有效地利用了样本点的信息,但却无法提供待拟合曲面的梯度信息.改进响应面法(Improvecl Response surface Method,IRSM)通过对RSM方法的残差进行RBF插值处理,可以在增加有限计算量的条件下提高近似精度.并可提供待拟合曲面的近似梯度信息.测试结果表明,IRSM方法的近似精度随着样本点的增多而显著提高.在样本点较少的时候,IRSM方法的近似性能明显高于RSM方法的近似性能,但可能低于RBF方法的近似性能;而当样本点较多时,IRSM方法的近似性能显著高于RSM方法和RBF方法.     

HCKF性能评估及其在传递对准中的应用

针对高阶容积卡尔曼滤波(HCKF)算法在传递对准中的应用问题,提出综合运用多变量函数泰勒级数展开和计算复杂度分析的性能评估方法。基于高阶球面-径向容积准则建立HCKF算法模型,并对其估计精度和计算量进行量化和对比分析：HCKF具有5阶泰勒级数展开精度且计算复杂度为O(n 4),综合性能优于高斯厄米特积分滤波(GHQF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)。将三种非线性滤波算法应用到舰机大失准角传递对准系统中,摇摆台试验结果表明：HCKF的估计精度比UKF高17%,计算量比GHQF小2个数量级,与HCKF性能评估结果一致。     

基于Legendre伪谱法的固体运载火箭轨迹优化研究

Legendre法则是一种高阶积分近似法则,用较大积分步长得到较高精度。以结点伪谱法处理不连续问题后,可以把一个无限维的动态最优控制问题转化为有限维的静态优化问题,大大降低了问题复杂性。将其应用于轨迹优化,力求使其成为一种求轨迹优化问题的通用算法。以三级固体运载火箭为例,在惯性直角坐标系中建立动力学模型,给出轨迹优化模型。轨迹优化算例结果验证了Legendre伪谱法在弹道时间和精度优化的正确性和有效性。     

一种运载火箭上升段轨迹的高精度确定方法

针对运载火箭上升段轨迹建模问题,采用自由节点样条模型描述轨迹变化规律,将轨迹确定中的参数估计转化为对样条函数系数估计,从而大量减少待估参数个数,有效提高参数估计精度。在此基础上,提出利用遗传算法优选测量元素的方法。在基本遗传算法框架下,通过对测量元素进行染色体编码、构造基于加权排序的适应值函数以及设计改进的比例选择算子,对整个测量元素组合空间进行充分搜索寻优。利用典型上升段轨迹和布站对该方法进行数值仿真,结果表明,本文提出的新方法比现有方法的位置确定精度提高了92.0%~94.4%;在均采用自由节点样条模型进行融合轨迹确定时,新方法比典型测元融合解算的位置确定精度也提高了16.4%～88.6%。     

弹道导弹主动段扰动引力的一种逼近算法

弹道导弹扰动引力的计算量非常大,目前的弹载计算机因计算速度限制,是不可能实现计算的,必须采用快速的扰动引力逼近算法。针对地面司托克斯积分方法等方法计算扰动引力的不足,提出了利用重力线求解重力的一种方法,并用该方法计算标准弹道附近的扰动引力,作为实际弹道扰动引力的逼近准备数据。给出了弹道主动段扰动引力的BP-神经网络逼近算法,并通过算例证明扰动引力的神经网络逼近是可行的。     

动力学缩聚模型修正的矩阵逼近法

为避免结构动力学分析中修正有限元模型时的大型稠密矩阵运算,研究了一种用基于矩阵逼近的有限元缩聚模型修正法。根据有限元模型的缩聚和修正,给出了试验模态的扩阶、物理模态到广义模态的映射和矩阵逼近,并讨论了结构存在重频时模态的相关性。算例表明,该法可行。     

一种提高空间实验室定轨精度的方法

以近地航天器轨道动力学为基础,建立变阻力系数大气摄动模型,设计了求解变阻力系数的算法。然后利用天宫一号飞行器的测轨数据进行计算,分析了空间实验室飞行高度的轨道特性,其中包括：大气模式密度误差、变阻力系数与空间环境关系、定轨残差和星历误差。在空间环境平静和磁暴的条件下,制定了多种求解变阻力系数的策略,解决了空间实验室长弧段定轨精度受限的问题,并在空间环境平静条件下实现了优于10米的定轨精度,在磁暴条件下实现了优于20米的定轨精度。     

火箭弹气动学科代理模型构建方法研究

针对火箭弹多学科优化体系中气动学科采用计算流体力学方法计算时间过长的问题,提出了一种综合运用CFD技术、试验设计技术、径向基函数神经网络技术构建火箭弹气动学科代理模型的方法,并对其流程进行了详细分析说明。通过算例分析,证明了该方法的可行性和有效性。该方法在保证一定精度前提下大大降低了火箭弹气动学科的计算周期。     

高斯过程元模型建模方法及在火箭弹气动分析中应用

为解决复杂系统多学科优化中高精度仿真模型计算时间过长问题,提出高斯过程元模型建模方法。首先介绍了高斯过程元模型建模方法,提出高斯过程元模型建模步骤。算例分析证明,高斯过程元模型优于2种已有元模型。高斯过程元模型能够理论上统一常用的元模型建模方法,在元模型建模领域具有良好的应用前景。