运载火箭模态试验仿真技术研究新进展

针对传统数学模型修改技术无法解决大型工程问题的局限性,为了实施模态试验仿真,提出一套适用于航天器复杂结构模型修改新技术,称之为子结构试验建模综合技术。简要综述在运载火箭模态试验仿真技术方面研究的新进展,并介绍两个应用实例:一是CZ-2E运载火箭全箭模态试验仿真与预示,用介绍的模态试验仿真技术成功地预示运载火箭模态参数,预示的模态与随后进行的实尺运载火箭模态试验所测到的模态非常一致,进而验证介绍的仿真技术的可靠性;另一个是CZ-2F载人运载火箭全箭模态试验仿真,它为箭船耦合动力学分析提供了可靠数学模型与数据。这两个大型工程应用实例说明了运载火箭模态试验仿真技术的工程实用性。     

三维非结构网格DSMC并行算法及应用研究

基于PC-CLUSTER机群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了三维非结构网格DSMC并行算法。提出一类基于结构背景网格上的非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了两类符合DSMC并行原理的通讯法:单步通讯法与多步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了三维非结构网格DSMC整体并行算法。给出了跟踪模拟分子在四面体网格间迁移运动的详细计算过程。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了并行模拟,验证并行算法的有效性。     

卫星星座系统多学科设计优化研究

分析了卫星星座系统设计包含的星座设计、卫星设计、发射选择等学科之间的耦合关系，特别是卫星各分系统之间的耦合关系，建立了包括发射费用分析、成本分析在内的卫星星座系统多学科分析模型。在此基础上，采用分布式协同进化MDO算法，将星座设计优化和卫星的设计优化在自治基础上充分协同，对一个同时包含离散／连续设计变量、需进行星座结构和参数同时优化的虚拟的海洋监视卫星星座系统进行了多学科设计优化。算法对离散设计变量采用二进制编码，连续设计变量采用实数编码，并分别采用相应的进化算子。采用最大长度编码，根据一定的规则确定基因的显性和隐性，来处理结构和参数同时优化引起的设计变量维数可变的问题。设计结果显示了多学科设计优化的优势和分布式协同进化MDO算法对卫星星座系统这样的复杂多学科设计优化问题的有效性.     

有源磁悬浮动态特性的测试与辨识

惯性仪表有源磁悬浮的动态特性实质上反映着其浮子组件五个自由度的动力学规律。针对时分式有源磁悬浮动态特性测试在工程实现上的具体困难， 基于多输入多输出（ Ｍ Ｉ Ｍ Ｏ） 系统的测试和辨识原理， 采用时分信号激励和近似的时序同步数据采集方法， 进行了磁悬浮各回路的时域测试和辨识， 结果表明， 开环状态下的浮子运动有一定交叉耦合关系， 在有源磁悬浮设计和调试中应当加以考虑。同时分析了辨识的可行性和可信度。     

动态推力频域恢复技术

介绍了固体火箭发动机静止试验动态推力的测量方法。首先对试验台架和发动机进行动态校准得到系统的响应函数，然后利用频率响应函数对试验过程中测到的输出力函数进行恢复，以获得真实的输入力函数。实践证明，频域恢复技术是有效的途径之一。     

尺寸参数对气动液阀启动特性的影响

为气动液阀的启动过程建立了数学模型，分析了尺寸参数对该阀启动特性的影响。计算结果表明：在保证必要的工作寿命的前提下，适当地增大控制腔气孔的直径或增大靠近控制腔的活塞端面直径有利于提高该阀的响应能力。本文所得的结论有利于此类阀门的设计。     

采用大数准则的Viterbi译码器性能

卷积码是通信系统中常用的差错控制编码；(2，1，6)卷积码是卫星通信中常用的卷积码；采用大数准则的Viterbi译码算法是在常用的Viterbi译码器所采用的方法上提出的一种新的算法，此算法对经过增信删余的卷积码的性能有所提高，并将此方法与常用的方法进行了比较。     

高分辨率星载聚束式SAR改进的ECS成像算法

提出一种适用于高星载聚束式合成孔径雷达（SAR）的改进Extended Chirp Scaling（ECS）算法。基于斜视距离等效模型，推导出改进的ECS算法，给出改进的方位Scaling因了以及算法的实现步骤。在斜视情况下改进的方法Scaling因子可以减小算法所需要的方位时间展宽，提高方位处理效率。为解决高分辨率星载聚束式SAR脉冲重复频率（PRF）过高等问题，在算法中结合了子孔径处理，并分析了采用子孔径处理的必要性及其实现方法。最后，通过计算机仿真，验证了算法的有效性。     

基于MATLAB的现代优化算法在飞行器气动外形设计中的应用

本文发展了MATLAB语言环境下的现代优化算法，包括遗传算法、模拟退火算法和基于分支联赛选择的多目标遗传算法，并用来求解高超声速飞行器气动外形参数优化问题。所研究的气动外形为带控制舵飞行器和可变弯体飞行器。在MATLAB环境下，求解了最大化升阻比的单目标优化问题和具体有两个冲突目标（最小化铰链力矩并且最大化平均操纵效率）的多目标优化问题。实际算例表明，在快速有效的气动力分析方法辅助之下，本文所发展的MATLAB现代优化算法可以在飞行器初始设计中发挥作用。本文所提供的现代优化算法是对MATLAB优化工具箱的一个有益的扩展。     

GPS/速率陀螺组合Kalman滤波姿态确定算法研究

建立了GPS／速率陀螺组合姿态估计系统的模型，研究比较了三种典型的Kalman滤波姿态确定算法：状态扩充法、量测量求差法和时变噪声估计跟踪自适应滤波算法。给出了某航天器采用GPS／速率陀螺组合姿态确定的仿真计算结果，并对结果进行了分析。结果表明，与传统Kalman滤波算法比较，时变噪声跟踪自适应滤波算法和量测量求差滤波算法能较好地消除GPS测量中相关时变噪声的影响，提高姿态确定的精度；而且时变噪声跟踪自适应滤波算法能很好地消除由于噪声统计性能的不确定性对Kalman滤波的影响，提高姿态确定系统的性能。