极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术

为解决环路未锁定、无法找出正确的导航数据位跳变点时极弱全球定位系统(GPS)信号跟踪问题,通过分析信号跟踪模型和相关器1 ms采样数据特性,将最优路径动态规划算法应用于GPS位同步,并提出基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)和位同步结合的载波联合跟踪算法。建立了适合位同步的SRUKF载波环参数估计模型,针对位同步的实现条件和无相位频率先验信息的情况,将位同步模块提前,研究设计了环路未锁定时串行和并行两种弱信号跟踪方案。位同步跟踪完成后环路采用单独的SRUKF工作方式。实验结果证实该文提出的算法具有较高的数据位边缘检测概率(EDR)和参数估计性能,而无须关心环路是否处于锁定状态,能够对载噪比低至22 dB/Hz的弱信号实现跟踪。     

北斗导航接收机高增益相干积分算法

近年来,针对弱信号的高灵敏度接收机已逐渐成为国内外的研究热点。加长相干积分时间可以提高信噪比,从而跟踪到更弱的信号。但是,北斗导航接收机跟踪环路并不可以无限加长相干积分时间,相干积分时间的长短和功效还受到卫星导航电文比特跳变的限制。为了消除导航电文比特跳变对相干积分的影响,提出了一种改进的基于最大似然估计的北斗信号位同步方法,完成位同步后再利用先猜后检的方法便可以实现长相干积分。利用软件接收机进行编程设计,仿真结果表明：该长相干积分算法能够稳定可靠地实现对弱信号的跟踪,20ms相干积分环路信噪比约提升12dB,40ms相干积分环路信噪比约提升15dB,80ms相干积分环路信噪比约提升17dB,提高了北斗导航接收机的灵敏度。     

高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究

针对高轨接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号而导致接收功率过低,且存在较大多普勒频移和多普勒频移变化率的问题,对适用于高轨导航接收机的BDS("北斗"系统)信号跟踪技术进行研究。通过STK(卫星开发工具包)建立仿真场景对HEO(大椭圆轨道)接收导航信号特性分析,根据仿真指标重新设计了弱信号跟踪环路结构以及对应的跟踪流程,并特别针对BDS B1I跟踪中存在的NH(Neumann-Hoffman)编码问题,提出滑动相关法去除NH码的方式,来延长预检积分时间。仿真表明,通过1ms稳定跟踪之后,采用滑动相关法去除NH码,将环路预检积分时间延长至20ms,跟踪环路能够成功跟踪高轨环境下C/N0=26dBHz的低信噪比BDS B1I信号,满足导航应用需求。     

微弱GPS信号避开比特跳变的捕获算法

为了提高全球定位系统(Global Positioning System,GPS)接收机的灵敏度,信号捕获过程需要加长积分时间。分析了比特跳变对加长相干积分时间的限制,从而提出一种能够完全避免比特符号跳变的捕获算法。该算法通过对多组数据采用相干积分和非相干积分相结合的方法,比较各组积分结果并选取积分最大值,用来判决是否捕获。算法中相干积分时间为19ms,目的是使积分最大值组完全避开数据位跳变,避免导航数据符号跳变对相干积分值的影响。该算法在避开比特跳变的基础上最大程度地提高相干积分时间,提高GPS接收机的捕获灵敏度。仿真结果表明,该算法能有效地捕获到载噪比(Carrier to Noise Rate,CNR)低至26dB·Hz的信号,可有效提高GPS接收机的捕获灵敏度。     

FFT在高动态扩频信号捕获中的应用

讨论了采用FFT算法实现高动态扩频信号快捕的一种方法。该方法根据帕斯瓦尔定理，以频域多点能量之和作为观测量，对伪码同步和载波多普勒频点位置进行判断，消除了数据符号跳变和栅栏效应对FFT分析的影响。实验结果表明，该方法可以很好地实现高动态扩频信号的捕获，并可以有效地节省硬件资源。     

随机共振锁频环路影响因素

针对随机共振锁频环路影响因素不够明朗的问题,在对随机共振锁频环路仿真验证的基础上,重点对信噪比、采样频率和系统参数对环路性能的影响进行了探究。首先,阐述了随机共振锁频环路基本原理,搭建了随机共振锁频环路模拟仿真平台。其次,通过设定不同的信噪比、采样频率和系统参数条件,观察随机共振锁频环路性能变化。最后,总结归纳出各条件对随机共振锁频环路的影响。仿真结果表明,信噪比越低,随机共振锁频环路对信号跟踪性能越差,且最低能够处理信噪比为Eb/N0=1dB的信号。采样频率在高于信号频率50倍时,提高采样频率虽可提高计算精度,但对环路跟踪性能改善作用不大。系统参数是决定随机共振效应能否发生及影响共振效果的关键因素,其表现为一个可供选择的数值区间。     

一种基于数据跳变检测的高动态环境GPS信号参数估计方法

鉴于高动态环境中 Ｇ Ｐ Ｓ信号参数估计和调制数据跳变检测所遇到的问题,采用扩展卡尔曼滤波方法（ Ｅ Ｋ Ｆ）对信号参数进行了估计,分析了通过载波辅助技术实现伪码延时估计的原理,重点研究了一种简单的数据跳变检测和估计参数修正方法。模拟结果表明这种方法在信号参数估计精度和动态跟踪性能等方面都能够满足高动态环境的要求。     

基于时频表示的跳频信号分析

针对跳频信号的非平稳性,提出了基于时频表示的跳频信号分析方法。该方法能够有效地描绘出跳频信号的频率随时间跳变的规律 (跳频图案 ),具有很高的时间 -频率分辨率,同时能够有效抑制或减小交叉项的干扰,计算时可采用递归算法,运算量较小,因此能够满足跳频系统的快速分析、跟踪、测量等要求。计算机仿真验证了应用时频表示法分析跳频信号的有效性和实用性。     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。     

轨道预测辅助GPS载波跟踪技术用于低轨道卫星定位研究

针对低轨道卫星及其特定的运动环境,研究了星载GPS接收机载波跟踪问题。基于卫星轨道可模化、可预测的特性,提出了利用预测卫星轨道计算多普勒频移,并用于辅助载波环路跟踪的新方法。该方法有效地降低了低轨道卫星GPS信号跟踪中的动态,从而在跟踪过程中可以采取降低环路阶数、减小环路带宽、增加预检测积分时间这几种措施来提高环路跟踪弱信号的能力,有助于提高低轨道卫星的定位性能。     

CHZ型重力仪重力测量伺服回路的分频段控制方案

针对原有CHZ型海洋重力仪重力测量伺服回路PI控制模型的不足,提出对强扰动频段(海浪频率)用一个独立反馈回路进行抑制衰减的方案,并进行了理论分析和建模仿真,表明该方案可将海浪对采样质量的扰动幅度降低50％以上,并提高重力测量带宽一个量级,因此可改善重力仪在恶劣海况下的工作性能,改善测量中的非线性效应.     

A novel method for importance measure analysis in the presence of epistemic and aleatory uncertainties

For structural systems with both epistemic and aleatory uncertainties, research on quantifying the contribution of the epistemic and aleatory uncertainties to the failure probability of the systems is conducted. Based on the method of separating epistemic and aleatory uncertainties in a variable, the core idea of the research is firstly to establish a novel deterministic transition model for auxiliary variables, distribution parameters, random variables, failure probability, then to propose the improved importance sampling(IS) to solve the transition model. Furthermore,the distribution parameters and auxiliary variables are sampled simultaneously and independently;therefore, the inefficient sampling procedure with an ‘‘inner-loop' for epistemic uncertainty and an‘‘outer-loop' for aleatory uncertainty in traditional methods is avoided. Since the proposed method combines the fast convergence of the proper estimates and searches failure samples in the interesting regions with high efficiency, the proposed method is more efficient than traditional methods for the variance-based failure probability sensitivity measures in the presence of epistemic and aleatory uncertainties. Two numerical examples and one engineering example are introduced for demonstrating the efficiency and precision of the proposed method for structural systems with both epistemic and aleatory uncertainties.     

横流不稳定性转捩预测模型

由于Langtry和Menter提出的γ-Re_θt边界层转捩模型只能预测流向的边界层转捩现象,因此继续改进该转捩模型使其具有横流不稳定性转捩的预测能力显得非常必要。通过对经典Falkner-Skan-Cooke (FSC)三维边界层相似解的理论分析和数值求解,结合Thwaites压力梯度因子与当地后掠角构建的函数关系来求解复杂构型的当地Hartree压力梯度因子β_H以及形状因子H₁₂,采用由试验数据标定的C1准则关系式获得横流转捩位移厚度雷诺数,从而建立能够对复杂构型进行横流不稳定性转捩预测的转捩判据。应用所建模型对30°前缘后掠角的ONERA-M6机翼和变前缘后掠角的DLR-F5机翼以及标准6:1椭球标模进行了横流不稳定转捩数值模拟,计算结果显示转捩位置均与试验数据吻合较好,证明了该模型的合理性和实用性。     

一种基于矩特征和特征光流的运动目标跟踪方法

提出了一种基于矩特征和特征光流的运动目标跟踪方法.首先进行角点特征提取,按照提出的基于矩特征的局部范围内匹配角点的策略,完成了序列图像的角点匹配;然后,按照本文提出的光流聚类准则完成了两个图像目标的聚类.仿真实验表明,本文算法在减少计算量的同时可提高跟踪精度,且可克服目标做小角度旋转时的失跟问题.     

基于双判定准则的航空发动机叶片缺陷孔洞的边界提取

航空发动机叶片缺陷孔洞的几何形状复杂、位置分布散乱且曲率变化明显,使用单一判定准则难以完整地提取其边界特征点.为实现叶片缺陷孔洞边界的精准提取和孔洞边界线的平滑拟合,提出了一种基于双判定准则的航空发动机叶片缺陷孔洞边界特征点的提取算法.该算法采用K–Dimension tree(K–D树)建立点云的空间拓扑结构,以采样...     

基于显式预测控制的涡扇发动机控制器设计

模型预测控制因其能够较好地处理涡扇发动机约束问题且实现多变量控制而具有较大的应用潜力。为了解决传统模型预测控制算法在实际应用中存在运算量大、实时性较差的问题,基于显式模型预测设计了航空发动机多变量控制器。在控制结构上采用多速率双闭环系统,保证了控制精度;在计算上通过多参数规划将在线优化问题转化为线性函数计算问题,大幅度减少了计算量;在发动机从开环切闭环的过程提出一种增量式切换方法,实现无扰切换。数值仿真和硬件在环仿真结果表明,转速和压比稳态误差分别不超过±0.25%和±1%,控制器在25ms控制周期内能完成计算,满足嵌入式系统实时性要求。     

基于动态优化数据的航空发动机过渡态控制方法

针对一般稳态燃油前馈PID算法在发动机过渡态过程中控制效果差的问题,提出了一种基于动态优化数据的涡轴发动机瞬态控制方法。采用带约束限制的序列二次规划（SQP）优化算法采集包线范围内各点的过渡态参数变化数据作为样本数据,利用稀疏化的最小二乘支持向量机（LSSVM）对样本数据进行训练、测试,将训练得到的LSSVM模型作为前馈与PI构成闭环控制器共同对涡轴发动机进行过渡态控制。通过对民用涡轴发动机部件级模型的包线内某两点不同功率水平进行仿真,结果表明,过渡态过程中动力涡轮转速超调量与下垂量均小于0.4%,稳态误差为0,动力涡轮转速稳定时间小于2s,各参数均未超限,因此,该控制器能有效提高涡轴发动机过渡态控制效果,实现对参数的限制管理。     

一种基于动模态分解的翼型流动转捩预测新方法

考虑自由转捩的定常/非定常流动Navier-Stokes方程数值求解,对于翼型流动细节的精确模拟和气动力的精确预测均具有十分重要的意义。采用动模态分解(DMD)方法进行流动稳定性分析,再结合e N方法,提出了一套适用于翼型绕流的转捩预测新方法,称为DMD/e N方法。相比于传统的线性稳定性分析方法,DMD方法不需要求解附面层方程和线性稳定性方程,也没有引入平行流假设,具有更好的理论适用性和算法鲁棒性。开展了NLF0416、S809和SD7003等翼型的转捩预测数值验证研究,通过与实验结果以及与传统的基于线性稳定性分析的e N方法的比较,验证了本文所发展的转捩预测新方法在预测翼型的定常流动和非定常流动转捩方面的正确性,也表明了该方法具有解决含层流分离泡的翼型绕流转捩预测的能力。     

基于树形马氏链模型的可靠性分析方法

复杂系统的极限状态函数非线性程度较高，在进行可靠性分析时，易导致失效概率的计算误差大、效率低，针对上述问题，提出了树形马氏链（TMC）算法和基于该算法的可靠性分析方法。树形马氏链是对原始马尔可夫链的改进，其状态转移过程更加灵活，具备局部多链并行和自适应探索失效域边界的特性。树形马氏链通过多候选状态点扩大对失效域信息的收集，生成能充分反映失效分布特征的样本，对该样本进行自适应核密度估计得到近似最优的重要抽样分布密度函数，从而提高计算结果的准确度。文末的数值算例和工程算例验证了算法性能，计算结果表明算法对设计点、抽样起点的位置不敏感，处理强非线性及复杂串联系统问题时，能在少样本量下得到相对高准确度的计算结果，且在样本量改变时，计算结果相对稳定可靠；工程算例给出了所提方法在实际问题下的效率，体现了所提方法的工程应用价值。     

A novel method for solving shortest tool length based on compressing 3D check surfaces relative to tool postures

Solving the shortest tool length quickly under a known tool trajectory in multi-axis machining of complex channel parts is an urgent problem in industrial production. To solve this problem, a novel and efficient method is proposed which is featured by extracting only a few necessary curves from the check surface instead of sampling the entire surface. By rotating and compressing the 3D check surface relative to all tool postures, the boundaries of the area occupied by the 2D compressed surfaces are the essential elements for determining the shortest tool length. A tracking-based numerical algorithm is introduced to efficiently solve the silhouette curves which are formed in compressing. To define the multi-taper shaped tool holding system (THS) which is commonly used in production, a characterization model for THS profile is established. A model for solving the shortest tool length is finally constructed based on the critical interference relationship between the THS profile and all compressed boundary curves. For acceleration, the boundary splines are segmented according to their knot vectors. Then a new concept called the axis-aligned tool length box (AATB) is introduced, which can provide a conservative range of tool length for a spline segment. By scanning the AATBs of all spline segments, the very few effective spline segments that may ultimately determine the shortest tool length are filtered out. This acceleration method makes the solution for the shortest tool length more focused and efficient. The results of experimental examples are also reported to validate the efficiency and accuracy of the proposed algorithm.