天问：为何有一个宇宙？

正如道格拉斯·亚当斯曾写过的那样：“宇宙很大，的确很大。”然而，如果我们的宇宙大爆炸理论是正确的，那么宇宙曾一度非常的小，共至并不存在。大约137亿年前，时间和空间从虚尤中跳出。这些是怎样发生的？     

基于比例分配的过驱动碟形飞行器滑模控制

为了避免一些执行机构提前出现饱和,针对具有位置约束的过驱动碟形飞行器,按照执行机构的约束范围,提出了一种比例分配策略.基于该策略,可以使双输入系统简化成单输入系统,并避免有执行机构提前出现饱和.考虑执行机构具有一阶动态特性和系统气动参数的不确定性,设计了滑模控制律.通过比例分配和伪逆分配的比较,得出了一种确定伪逆分配权矩阵的方法.仿真结果表明了该方法的正确性和有效性.     

对相位和差单脉冲雷达的两点有源相干干扰

采用矢量分析方法研究相位和差单脉冲雷达的抗干扰能力,重点对两点相干干扰的效果及影响干扰效果的因素进行仿真分析,尤其是对雷达接收天线间距一波长比、干扰源相对雷达的角度等因素与干扰效果之间的关系进行分析。所得出的结论对作战具有一定的参考价值。     

有限长Ramanujan-Fourier快速变换及频率估计

近来出现的Ramnujan-Fourier变换(RFT,Ramanujan Fourier Transformation)是以"Ramanujan和"为基向量的算术变换,该变换可提供分数频率分辨力.首先分析了有限长Ramanujan频谱特点,给出了基向量分布情况,推导了该变换的快速算法,比较了有限长RFT与快速傅里叶变换的乘法计算量;其次,给出了利用RFT的递归峰值检测频率估计算法,并分析了RFT的频率分辨率和适用特点,在非高斯噪声条件下,仿真比较了RFT与傅里叶变换对信号进行频率估计的性能,得到在信噪比为-20 dB的非高斯噪声情况下,频率估计的归一化均方误差可以达到 10-3.      

卫星导航和惯性导航与时间和空间的理论

从卫星导航和惯性导航的测速定位机理分析出发讨论了时间和空间理论的有关基本问题。提供了一种卫星导航的原理完备的观测方程形式,包括惯性和非惯性物理效应。着重讨论了洛伦兹一次项的效应,伽里略变换自然进化到洛伦兹变换,“同地性”的相对性自然导致“同时性”的相对性。从卫星导航的单程光（电磁）信号的特点出发讨论了爱因斯坦“往”和“返”双程光信号定义带来的困惑。指出哈勃红移是超低速度和超大距离的狭义相对论效应验证。用爱因斯坦对惯性质量和引力质量等效原理的论述,论证了惯性导航的理论基础和超过 3×10 8m/s的速度测量机理。     

基于FastSLAM的绳系机器人同时定位与地图构建算法

绳系式移动机器人可用于极端地形的探测,如陡峭斜坡、松软土壤、高耸悬崖、沟壑等。在运动过程中移动机器人的绳索不可避免地与障碍物接触甚至缠绕。由于绳索与障碍物之间的接触点不相互独立以及机器人模型的非线性特性,经典的FastSLAM框架不适用于绳索机器人的同时定位和地图创建（SLAM）问题。提出基于改进FastSLAM框架的绳系机器人SLAM算法。在该框架中,分别利用无迹滤波和粒子滤波解决接触点位置估计和机器人位姿估计问题,并利用非线性观测模型的无迹变换来简化粒子权重更新。仿真结果表明,该算法可有效地估计接触点位置,同时提高机器人位姿估计性能。     

增材制造钛合金微桁架夹芯板低速冲击响应

增材制造技术能够制造复杂点阵结构。相比于传统的加工工艺,可以一次成型,克服了低速冲击下传统工艺芯层与面层在连接点处易发生脱粘的问题。利用低速落锤试验装置对增材制造面心立方（FCC）夹芯板和体心立方（BCC）夹芯板进行了低速冲击试验,获得了两种微桁架点阵夹芯板的破坏模式和冲击响应曲线。低速冲击下,微桁架夹芯板上面层在冲击部位产生局部凹坑,并出现裂纹,其余部位没有大变形。试验结果表明在相同能量冲击下,BCC夹芯板的凹坑深度要小于FCC夹芯板,BCC夹芯板的抗冲击性能要优于FCC夹芯板;建立有限元模型,较好地表征了低速冲击过程中微桁架结构的损伤。发现在低速冲击过程中,对于两种微桁架点阵夹芯板,冲击能量主要由上面层和芯层吸收;冲击能量改变,夹芯板各部分吸能百分比变化较小。BCC夹芯板和FCC夹芯板结构稳定,整体性好;低速冲击下,FCC夹芯板最先发生破坏的部位是上面层与芯层连接处;而BCC夹芯板最先发生破坏的部位是中间竖直桁架。     

流体网络节点残量修正算法的改进

为了提高流体网络求解的收敛性与稳定性,对网络节点残量修正算法进行改进。基于理论分析,提出使残量修正算法大范围收敛的初值赋值规律,并通过简单模型的数值分析加以验证;在节点残量修正显式迭代的基础上,提出隐式梯形迭代格式,扩大最大迭代步长。基于改进方法,以某典型航空发动机空气系统为例进行计算,获得空气系统各节点的压力、温度以及各支路的质量流量。该计算过程显示,相对于残量修正显式迭代,改进计算振荡大幅度减弱,收敛速度提高了80%以上。结果表明:改进算法有效地提高了流体网络求解的稳定性和收敛性。     

葬在太空：科幻和现实的距离

2012年5月22日,“龙”太空船飞往太空,成为首个与国际空间站对接的商业航天器。在那次托举“龙”太空船升空的“猎鹰”9号火箭上,还搭载着一批特殊的乘客：包括在《星际迷航》系列科幻作品中（originalStarTrekseries）扮演首席工程师蒙哥马利·史考特（MontgomeryScott）的詹姆士·杜翰（IamesDoohan）、美国早期“水星”计划最早的7名航天员之一勒罗伊·库珀（LeroyCooper）在内的308个人的骨灰。和“龙”太空船的其他货物不同,这些骨灰装在了“猎鹰”9号火箭的第二级,将在地球轨道上绕行接近一年后,坠入大气层烧毁。     

考虑在轨运动可靠性的空间机械臂关节力矩优化方法

提出一种考虑在轨运动可靠性的冗余度空间机械臂关节力矩优化方法。首先将机械臂操作空间中点到点的转移任务从笛卡尔空间转换至关节空间,利用七次多项式插值法对各关节变量进行参数化处理,获得粒子群算法的优化控制参数;与传统路径规划方法不同,将机械臂各关节力矩的均值和最小作为粒子群算法优化求解的目标函数;依据该目标函数以及相应优化控制参数,利用粒子群算法对空间机械臂运行轨迹进行优化求解,得到机械臂关节力矩均值和最小的运行路径。仿真实验表明,相比传统路径规划方法及以关节力矩二范数为目标函数的关节力矩优化方法,在降低冗余度空间机械臂关节力矩均值方面,文中方法分别减小了33.57%和10.47%;在降低关节力矩最大值方面,分别减小了43.25%和6.19%。