广义正交多项式在时变系统跟踪问题中的应用

采用广义正交多项式的展开技术,利用其积分、乘积运算阵,对于时变线性系统最优控制中的跟踪问题,直接从最优控制的性能泛函入手,将最优控制问题转化为代数极值问题,从而避免了求解非线性Riccati方程,得到了一个较为简便的算法,并结合实例说明了方法的可行性.      

半结构系统

线性结构系统,即(A,B,C)的元或为不变的零元或为可独立取值的未定元表示的系统,近些年来有了一定的进展。其研究内容主要是系统的结构性质,如可达性,结构可控性,结构固定模等。本文引入半结构系统,使结构系统与给定系统都是其特例,而且有些反馈阵待定的线性系统也是半结构系统。本文讨论了半结构系统的若干基本性质,包括可全稳性(极点可任置性),反馈控制等。 结构系统的研究在于更深入地揭示系统的潜在性质与功能,无疑是有意义的,相信将会得到深入研究。     

随机多导体传输线电磁辐射的统计分析

针对含随机参数的互连线缆电磁辐射计算问题，提出了一种基于混沌多项式展开和偶极子近似法的多导体传输线电磁辐射统计分析方法。利用正交多项式的性质对随机多导体传输线方程进行展开，结合边界条件求解得到传输线沿线电流，利用偶极子近似法和镜像法计算传输线电流引起的总辐射。仿真结果验证了所提方法的准确性，与传统的蒙特卡罗方法相比，计算效率得到大幅度提高。所提方法对于预测系统内含随机参数的线缆辐射场，评估线缆电磁辐射和检验系统性能指标，有一定的参考价值。      

环月探测器自主天文导航系统的可观度分析

文章提出了在环月段以月球—探测器—恒星、月球—探测器—太阳这两个位置面和月心距等观测信息进行滤波的导航方法。通过对几种非线性系统可观性分析方法的比较,在基于误差协方差阵的可观性分析方法基础上,提出了以谱半径定义的可观度分析方法,并证明了定义的可观度指标与系统导航精度的关系,说明其能够定量描述系统可观的程度。最后仿真验证了这种可观度分析方法的可行性。     

大型空间折展机构简化模型的热传导分析

基于热传导效应和等效的热学参数,对空间伸展臂结构及所处热环境进行了简化处理。将边界温度条件进行傅里叶级数展开,利用一维热传导模型,分别计算了在边界上施加各阶展开分量作用时,简化伸展臂结构的瞬态温度响应,进而利用叠加原理得到了结构总体的近似热响应。建立了伸展臂热学分析的有限元模型,计算了伸展臂在相应条件下的动态热响应,验证了本文分析结果的合理性,为伸展臂结构的分析设计尤其是概念设计阶段的热性能评估提供了一定的工程参考。      

仅有相对视线角测量时的椭圆轨道交会相对导航分析

对仅有相对视线角测量时的椭圆轨道交会相对导航问题进行了分析．借鉴已有研究成果,给出仅有相对视线角测量时,相对导航系统可观的定义,以及为使系统可观,加速度项所需满足的充分必要条件;分析指出由于相对动力学模型误差的存在,相对导航系统始终是可观的,但可观度很弱;而追踪器进行适当的机动可极大改善系统的可观性,给出为使系统可观,机动加速度具体所需满足的充分必要条件;指出当通过施加机动加速度改善系统的可观性时,获取零输入相对位置矢量方向是前提条件,并论证了利用相对视线角测量信息,可以对零输入相对位置矢量方向进行估计和预测．     

基于SD-LCMV算法的FDA平台外干扰抑制

针对频率分集阵列（FDA）接收机在抑制与目标位置接近的平台外干扰过程中,最小方差无失真响应（MVDR）波束形成器在阵元数较大、导向矢量失配情况下出现的主瓣畸变问题展开分析。在采用重叠正弦频率分集阵列接收结构代替一维均匀线性频率分集阵列（ULA-FDA）接收的基础上,通过可变加载约束的最速下降线性约束最小方差（SD-LCMV）准则求解导向矢量失配时的权矢量,实现对阵列方向图主瓣的有效纠偏和保形。仿真验证了采用正弦频控函数的重叠子阵FDA阵列具有最佳的主瓣宽度和低旁瓣特性。当存在2°的指向误差时,正弦频控函数的重叠子阵FDA阵列经导向矢量修正得到的阵列方向图在有效抑制干扰的同时能够实现主瓣的纠偏和保形。      

只测视线角速度的目标可观性判据

在二维平面内,把已有的只测视线角的目标可观判据扩展到只测视线角速度的情况.针对N阶机动目标,在直角坐标系中,通过分析导弹与目标相对运动方程,给出了只有视线角速度量测值情况下目标不可观的充分必要条件(目标不可观判据).目标不可观判据分为两种简单的表达形式:一种是对弹目相对距离的约束;另一种是对视线角的约束.在修正极坐标系中,通过分析系统的Fisher信息阵,得到了在只有视线角速度量测值情况下常加速度目标可观的充分必要条件.结果表明:目标不可观判据与在修正极坐标系中得到的充分必要条件是一致的,与只测视线角的目标可观判据不冲突;推理简单,不要求分析可观性矩阵和非线性微分方程,因此简单易用.      

含有建模和测量误差的卫星自主定轨系统能观性分析

影响卫星自主轨道确定精度的主要因素包括动力学建模误差及测量误差。考虑动力学模型及测量均存在系统误差时，解决问题的一个途径是将这两种系统误差与卫星运动状态构成扩增状态后一同估计。为了保证滤波的稳定，就必须对此扩增系统的能观性进行分析。基于非线性系统的局部弱能观性理论，分析并给出了无摄动条件下单星自主定轨系统中卫星运动状态、建模误差及测量误差均能观的充要条件，即当轨道为圆轨道时增广系统处处不能观，当轨道不为圆轨道时处处能观。最后通过仿真算例对结论进行了验证，仿真结果显示对于非圆轨道，当建模误差及测量误差均为常值或慢时变时，采用扩展卡尔曼滤波算法对增广系统的状态估计是有效的。     

耐久性分析相对小裂纹扩展速率公式的参数确定方法

结构细节相对小裂纹扩展速率公式是采用概率断裂力学方法进行结构耐久性分析的关键。针对目前需进行多个应力水平下的成组疲劳试验以确定相对小裂纹扩展速率公式适用范围和参数的问题,首先,通过将应力强度因子修正系数展开为多项式,基于材料稳定裂纹扩展段的裂纹扩展速率公式得到了耐久性分析的相对小裂纹扩展速率公式。然后,以受远场均匀拉伸载荷作用的中心圆孔板为对象,分别基于应力强度因子近似解和FRANC3D软件进行裂纹扩展分析,得到相对小裂纹尺寸范围及对应裂纹扩展参数的确定方法。最后,进行了3种试件在等幅交变应力下的耐久性试验,验证了该方法的正确性。      

三级倒立摆系统的可控性与可观性分析

研究了由单电机控制的三级倒立摆系统的可控性和可观性。通过对单电机控制的三级倒立摆系统建立数学模型，并在平衡位置附近线性化，得到线性数学模型，然后根据可控性和可观性判据，得出该系统完全可控和完全可观的结论。     

挠性梁振动控制中敏感器/致动器的优化配置

依据压电敏感方程和压电致动方程 ,给出了粘贴有若干压电片的挠性梁的数学模型 ;基于结构模态在可控可观性子空间上的正交投影 ,提出了压电敏感器 /致动器位置的优化设计方法 ,并将可控和可观格莱姆矩阵作为加权矩阵反映可控可观的测度。仿真计算结果表明 ,采用优化的压电敏感器 /致动器能够有效抑制悬臂梁的振动     

结构优化中的混合变量应力约束近似方法

提出一种处理结构优化应力约束的新近似方法，以往一般直接对应力约束按设计变量近似，本文用近似内力间接近似应力约束以得到更高的近似质量，根据对内力和设计变量关系分析，提出了内力按混合变量一阶泰勒展开的高捏近似方法。近似优化问题用约束变尺度法求解，最后按出了几个典型例题。结果表明该方法简单，有效，可靠。     

包含密集模态的空间结构的模糊主动振动控制

分析和总结了典型密频系统特性及其对控制的影响．针对密频系统的模态不稳定特性及密集模态的低可控度问题,引入一定数量的压电类智能结构作为传感器和作动器,基于独立模态空间设计了针对结构包含密集模态的参数自调整模糊主动振动控制系统．该系统对密频系统的不确定性和溢出干扰项具有鲁棒性,且能充分利用作动器的作动能力,在作动能力有限的前提下,相比于传统控制方法可更为有效地抑制结构振动．最后以典型密频系统在轨工作时受到的两种主要激励模式为例,仿真证实了该方案的正确性和有效性．     

On the observability of Mars entry navigation using radiometric measurements

A thorough observability analysis of the Mars entry navigation using radiometric measurements from ground based beacons is performed. This analysis involves the evaluation of the Fisher information matrix which is derived from the maximum likelihood estimation. A series of navigation cases with multiple beacons are investigated, and both range and range-rate measurements are considered. The determinant of Fisher information matrix is used to quantify the observability of navigation system, while the trace of Fisher information matrix is used to determine the lower-bound of estimation errors. For one and two beacon cases, the navigation system is unobservable. However, the eigenvectors of Fisher information matrix give the observable and unobservable component. When three or more beacon measurements are employed, the states of entry vehicle become observable. Some valuable analytic conclusions on the relationship between the geometric configuration of beacons and observability are obtained consequently. Finally, simulation results from two navigation examples indicate that our effort is useful for understanding and assessing the observability of the Mars entry navigation using radiometric measurements.     

Guidepost-based autonomous orbit determination method for GEO satellite

Guidepost-based navigation system is a novel autonomous orbit determination method for the GEO satellite. The system is achieved by using the camera imaging function to obtain the guidepost images and the GNSS signal receiver to obtain the pseudoranges between the GEO and the navigation satellites. Due to the high altitude of GEO satellite and the time-varying sunlight condition in the space environment, it may be difficult to obtain object image points and the distance measurements of GNSS because of the weak visibility of the guideposts. To deal with the problem, a novel integrated orbit determination system is presented. The Earth landmarks, the in-orbit spacecraft and GNSS navigation satellites whose line-of-sights and the distance can be easily obtained are used at the same time as information for the GEO satellite navigation based on the observability conditions analysis. The observability of the GEO satellite navigation system is analyzed through the physical observability, the mathematical observability and the engineering observability through the observing geometry, the rank of observability matrix and the Cramer-Rao lower bound (CRLB) respectively. Besides, the maximum correntropy unscented Kalman filter (MCUKF) algorithm is applied to improve the estimation stability of the system in the presence of non-Gaussian noises. The simulation indicates the feasibility of the proposed scheme.     

局部可观测理论在INS/GPS机动对准中的应用

从研究INS/GPS(Inertial Navigation System/Global Positioning System)组合系统的姿态角误差可观测性出发,首次将局部可观测性理论应用于INS/GPS组合系统,定量地计算出各种不同机动方式的局部可观测矩阵的条件数,找到了提高姿态角误差可观测性的最佳机动方式.研究结果表明,通过载体做正弦水平机动飞行可以提高姿态角误差局部可观测性,使空中对准时间明显减少,姿态角误差大大降低.当对准时间为120 s时,东北天向姿态角误差的均值分别为12.34″,12.19″和-28.31″,它们的均方根值分别为0.97″,1.05″和0.62″.      

GPS/SINS超紧组合导航系统可观测性分析

系统状态的可观测性决定了系统的滤波精度.目前,分析系统状态可观测性的主要方法是针对线性系统的,其中奇异值分解(SVD,Singular Value Decomposition)法可以对系统进行事前分析,并且计算简单,成为广泛使用的方法之一.然而集中滤波结构的全球定位系统/捷联惯性导航系统(GPS/SINS,Global Positioning System/Strapdown Inertial Navigation System)超紧组合模型的量测方程是非线性的,对非线性系统进行可观测性分析是非常困难的.针对这个问题,推导出了超紧组合模型线性的量测方程,并证明了该模型满足分段定常系统(PWCS,Piece-Wise Constant System)定理;使用奇异值分解法对其做可观测性仿真,并对实验结果做了全面分析.结果表明:系统状态的可观测性受载体运动状态影响,载体机动性越强,可观测的状态越多,可观测性越高.     

非线性结构动响应的Taylor级数解法

Taylor级数方法是结构动力分析中一种新的时间积分方法,它在求解线性问题方面的理论和应用已经比较完善和成熟.将Taylor方法进一步用于非线性结构动响应的求解,对于非线性项可以表示为多元多项式的结构动响应问题,建立了Taylor级数方法的理论,给出了递归求解通式.通过对典型方程的求解,阐述了Taylor级数方法的应用.算例表明,Taylor级数方法解决非线性结构动响应问题是行之有效的.