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.     

节流阀阀芯型面优化设计

简要叙述了液氧／煤油火箭发动机节流阀阀芯型面优化设计的方法。原有节流阀的流阻特性不满足发动机使用要求,根据系统对节流阀的参数要求,采用分段插值拟合法对节流阀阀芯型面重新进行了优化设计,优化后的节流阀液流试验合格,并通过了发动机热试车考核,其性能完全满足系统要求。     

基于统计分析的有限元模型修正

响应面模型代替有限元模型进行修正便于与粒子群算法等优化算法结合,有利于提高修正效率和精度。文章用某雷达卫星的简化有限元模型计算基于正交设计的各水平参数下模态频率,用方差分析确定待修正参数并构造二次响应面模型,用最小二乘法确定多项式系数,以响应面计算结果与实测结果的差值构造适应度函数并用之引导含混沌搜索机制的改进粒子群算法对待修正参数的偏移量进行寻优,修正后参数代入原有限元模型得到修正模型。修正后模型不仅能以高精度复现测试频段内的模态频率,而且能以一定精度预测测试频段外频率,证实了修正方法的有效性。     

卫星多径信道下SOFDM插值估计算法的对比分析

在卫星多径衰落信道环境中传输正交频分复用信号时,工程上可以考虑采用以插值运算为核心的信道估计方法对接收信号进行信道估计。文章首先给出并研究了线性插值、三次样条插值和拉格朗日函数插值这三种插值估计算法的基本原理,然后对各种算法的计算复杂度、插值估计的均方误差以及系统的误比特率这三项性能指标进行了对比分析,最后通过综合评估总结出了＂在慢多径衰落信道环境下宜采用线性插值估计算法＂和＂在快多径衰落信道环境下宜采用三次样条插值估计算法或拉格朗日函数插值估计算法＂的结论。     

赋型天线反射面的成型质量检测与评价方法

针对赋型天线反射面的测量和精度评价提出了一种有效的数据处理方法,其基本原理是利用双三次插值拟合算法,将理论离散数据和测量离散数据拟合成两个用函数展开式表示的曲面,通过两个曲面上对应点的轴向误差来评价赋型反射面的型面精度,并通过推导离散点的轴向误差和均方根误差公式,建立了赋型天线反射面最佳拟合匹配的判据。     

药柱结构非概率可靠性分析的响应面法

根据药柱不确定参量的特点和基于区间分析的非概率可靠性方法,提出了基于均匀设计思想的药柱结构非概率可靠性分析的响应面法。同时,针对二次多项式响应面函数对边界点附近拟合效果相对较差的问题,提出适当扩大原变量区间进行抽样计算的措施。算例表明,该方法在保证计算精度前提下所需的抽样次数较少,且无需迭代,大大降低了药柱非概率可靠性分析的复杂程度,为试验数据较少情况下药柱结构可靠性评估提供了一种有效的分析方法。     

非圆曲线数控加工计算机辅助编程预处理

在数控加工编程时,对非圆曲线和列表曲线需要进行曲线的拟合处理。对于列表曲线、型值点,采用最小二乘法修正,并以累积弦长为参数的三次样条为拟合样条。对椭圆曲线和抛物线,利用过焦点的一簇直线进行不均匀划分。按齿廓成形原理,对圆柱齿轮齿廓进行分段,以实际曲线与拟合曲线在法线方向的偏差作为拟合误差,确定合理的分段数量,输出曲线双圆弧拟合后结果。     

噪声分析计算方法探讨

基于 FFT对噪声特性的分析 ,文中提出四种近似计算方法 :频率点平行移动替代法 ,线性插值法。黄金分割法和三次样条拟合插值法。文中 ,通过实际算例 ,比较了各种方法的处理效果。结果表明 ,频率点平行移动替代法的实用性值得榷 ;而线性插值法和黄金分割法是比较实用的方法 ;当条件满足时 ,三次样条插值拟合法是值得提倡的     

航天员呼吸强度的时序模式相似性比较研究

研究航天员呼吸强度时序模式相似性比较方法。利用小波变换将数据样本中的信号和噪声分离,将样本信号划分成多个连续的单调区间,用年n阶多项式对区间进行分段拟合,由拟合多项式的各阶系数、区间宽度、信噪比组成该分段区间的特征向量,由此得到所有数据样本的特征向量序列。小波分析算法可以有效地分离噪声信号,多项式函数能够很好地拟合数据样本,用特征向量的余弦距离可以对独立或连续区间的相似度进行准确地比较。根据上述方法,实现了时间序列的相似性搜索,并用于航天员呼吸强度时序变化模式的识别。     

进气道整流罩保形减阻设计研究

提出了一种尾喷管与进气道整流罩保形设计方案,既保持导弹外形特征不变,又与尾喷管内型面实现一体化保形设计。采用CFD方法对尾喷管及整流罩底部内外流场进行了一体化数值模拟,分析了保形设计对进气道整流罩底阻的影响。结果表明,导弹高速飞行时,采用保形设计能减小进气道整流罩的底阻;补燃室压强越高,进气道整流罩底阻越小,从而验证了该设计方案的可行性。     

MTF曲面构造方法研究

调制传递函数（modulation transfer function, MTF）是定义在二维频率域空间的实函数,可用一个MTF空间曲面描述,是光学成像系统成像性能的一种重要的评价指标。由于成像系统的二维MTF曲面不能直接测量,需要先测量几个特定方向的一维 MTF曲线,再由曲面构造方法间接获得。对于同样的MTF曲线组,用不同方法构造出的MTF曲面各不相同,因此有必要研究MTF曲面构造方法的有效性。文章对现有构造 MTF 曲面的乘积法和插值法进行分析,提出一种新的旋转插补法,并使用（准）高斯函数和4次多项式函数作为二维MTF曲面的模拟标准,对上述3种方法的有效性和误差分布进行定量分析。实验结果显示,旋转插补法具有更好的适用性。     

精密卫星钟差分形插值算法研究

研究发现精密GPS卫星钟差时序满足三阶平稳假设,由此提出了计算卫星钟差分形维的多阶分形变差法,进而提出了基于分形维确定垂直比例因子的精密卫星钟差分形插值算法。将新方法应用于2010年8个节气日的32颗GPS在轨卫星钟差分形维计算,并选取Block IIA、IIR和IIR\|M各2颗卫星进行钟差插值精度比较。结果表明,分形维可作为定量描述卫星钟差动力学特征的不变量指标;分形插值算法优于三次样条和切比雪夫算法,可以满足快速与高采样率精密卫星钟差应用需求。     

高分辨率多径时延测量算法

提出一种基于最小二乘准则的高分辨率多径信号时延测量方法。对参考信号作三阶样条插值获得每条多径信号最小二乘意义的最优估计,用每条多径信号的测量值重构接收信号,通过反复迭代使重构信号是接收信号最小二乘意义的最优估计,实现多径信号的时延测量。仿真结果表明：新算法在低信噪比、窄带信号条件下仍能获得较高的时延测量精度,性能优于MUSIC类时差测量算法。     

数据融合技术在海洋二号卫星数据中的应用

海洋二号（HY-2）卫星搭载的微波散射计和扫描微波辐射计一天沿轨数据不能完全覆盖全球海域,文章提出了基于数据融合技术的解决方法。该方法以HY-2卫星获取的海面风场和海面温度场作为数据源,分别利用最优插值算法和时空权重插值法对HY-一2卫星微波辐射计和散射计获取的海面温度场和海面风场数据进行数据融合,在不降低分辨率的基础上,使得一天对全球海域的覆盖率从90％提高到100％。此融合方法可应用于HY-2卫星数据业务化系统中。     

基于小面模型的星图中星获取算法研究

利用小面模型对原始星图的局部区域作灰度曲面最佳拟合。在拟合曲面上进行灰度极大值像素点的位置估计，初步得到星图中星的中心位置，从而加速星图中星的获取过程。基于所定义的性能评价指标，对模拟星图进行了星图获取的实验验证。研究表明，该算法具有较强的适应性。     

快船式飞行器参数化建模及高超声速气动计算

针对快船式飞行器概念研究和总体设计的需要,将已知几何构型截面划分为三个形状控制函数,并基于圆锥曲线拼接的思想将其封闭为统一的参数化截面形状函数。通过动态调整形状函数的少量控制参数,可获得一簇连续的形状截面,实现了飞行器几何外形的快速参数化建模。基于三角面元划分,进行了高超声速气动特性工程计算,并给出了数据的4阶多项式拟合公式。设计了一种中长航程任务,采用全数值预测校正再入制导算法对快船式飞行器和阿波罗飞船进行了相同条件的再入仿真。仿真表明,相比传统飞船,快船式飞行器升阻比增大,机动性增强,过载环境改善,着陆精度更高。     

一种用于挠性卫星姿态控制的改进模糊控制器

将模糊控制理论用于有大型挠性附件三轴稳定卫星的姿态控制，设计了一种常规模糊控制器。为减小常规模糊控制的稳态误差，采用模糊控制插值法和多次修正法改进模糊化处理，并运用因子动态加权，对所设计的模糊控制器进行了改进。仿真结果表明，采用改进模糊控制方案的系统响应快，稳态精度高，并保持了较强的鲁棒性，控制效果较为理想。     

航天器自主交会对接的高精度目标定位方法

根据航天器自主式交会对接的实际应用背景和技术需求,针对交会对接过程中所要求的高精度、实时性和强抗扰的技术指标,在合作目标特性分析的基础上,将高斯曲面拟合与双线性插值相结合,提出了一种高精度的合作目标定位方法。首先根据目标图像的灰度分布进行双线性插值和高斯曲面拟合,在此过程中可同时利用目标原有像素和插值点的亚像素信息,使拟合曲面各幅值点的坐标精度达到亚像素级,以确定目标的中心位置。仿真图像和实拍图像的试验结果表明,此定位方法具有亚像素级的定位精度,其总体定位误差可达到1/20个像素左右,并能满足实时性要求,可以在航天器交会对接与空间遥操作等方面的应用中发挥重要作用。     

固体火箭发动机药柱三维粘弹性响应面随机有限元分析

发展了一种三维粘弹性响应面随机有限元法(VRSSFEM),并对某型号固体火箭发动机药柱进行了随机结构分析。首先基于近似不可压粘弹性有限元方法和中心复合设计(CCD)技术获得输入、输出随机变量多组试验点,然后采用最小二乘法估计响应面函数的各项系数,最后以显式的函数表达式代替实际药柱结构的有限元分析模型,结合Monte Carlo方法完成了某型号固体火箭发动机药柱结构的随机响应分析。数值算例表明,该方法不修改确定性有限元分析程序,效率较高且精度,能满足实际工程需要,特别适用于大型复杂粘弹性结构的随机分析。     

基于Pro/E特征造型技术的固体发动机装药燃面计算

以Pro／E软件为平台,借助Pro／E软件的特征造型功能及曲面论中的曲面插值法,完成了固体发动机装药燃面的推移模拟和燃面计算。通过比较计算所得的等速燃烧和不等速燃烧的燃面变化曲线。证明该方法具有较高的精度。