利用温度测量结果反演三维热传导问题中热源项的算法研究

利用表面温度测量来反演热传导问题中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有限体积法对三维稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,基于灵敏度分析建立了反演算法.采用该算法对一典型算例的计算结果表明:建立的算法是有效的,具有较好的抗噪性能.此外,对反演算法中计算收敛准则的选取进行了较深入的分析,结果表明,由于热传导逆问题的不适定性,优化过程中目标函数值越小并不意味着反演结果与真值更为接近,可以通过设定合适的收敛准则来模拟正则化项的作用,克服不适定性的影响.     

离散滑模导引律设计

 基于平面内目标-导弹相对运动方程的离散形式,给出了离散滑模变结构导引律设计方法。推导出了一种与连续时间自适应滑模制导律的离散化形式相同的离散变结构导引律。在不需要知道目标法向加速度界限, 而只需要知道其在两个采样周期之间可能变化范围的条件下,设计了一种能显著降低系统抖动的离散滑模导引律,设计的同时给出了一种近似估计目标法向加速度的方法。从理论上证明了上述两种离散滑模导引律具有有限时间收敛的特性。讨论了离散滑模导引律的准滑动模态的切换带范围,给出了离散滑模导引律的终端脱靶量计算方法,最后以某空间拦截问题为实例验证了本文结果的正确性。     

分数阶微分器的实现及其阶次对方法选择的影响

分数阶微分的计算是分析分数阶系统和设计分数阶控制器的一个重要环节,不同方法设计的分数阶微分器其性能不同。为了在应用时选择或设计合适的分数阶微分器,本文总结了时域中14种分数阶微分器的实现方法,同时对它们的性能进行了分析和比较,包括:各种分数阶微分器的阶数对其零极点位置、冲击响应和频率响应的影响。结果表明,采用连分式展开的近似方法要比采用级数展开的近似方法好,其中一阶、二阶和三阶向后有限差分公式在两种方式下都能得到较好的近似结果,Tustin公式和Simpson公式不适宜于级数展开方式。     

基于内嵌物理机理神经网络的热传导方程的正问题及逆问题求解

建立了一种基于内嵌物理机理神经网络(PINN)的热传导方程的正问题及逆问题求解方法。该方法利用自动微分技术将一维热传导方程嵌入到深度网络的损失函数中,通过以损失函数最小为目标来优化深度网络,求解一维热传导方程以及对方程中的未知导热系数进行辨识。随后,分析了基于PINN求解正问题的收敛精度以及参数辨识的鲁棒性,并得出以下结论:在给定网络结构的情况下,基于PINN求解一维热传导方程的收敛误差在样本点数较少时主要由采样误差主导,而当样本点数较多时,收敛误差由优化误差主导;由于损失函数中包含了方程相关的正则化项,以及采用了自动微分技术,因此,基于PINN的参数辨识方法噪声标签数据具有较强的鲁棒性。     

空空导弹反强机动目标时间约束滑模制导律

针对空空导弹期望时间拦截强机动目标问题，提出了一种不依赖剩余时间估计的新型攻击时间约束滑模制导律。设计了一种以弹目距离和攻击时间误差加权求和的滑模面，通过分析制导收敛条件，推导得到自适应非奇异权重函数，通过引入有限时间收敛条件，得到了一种有限时间收敛滑模制导律。该制导律在不依赖剩余时间估计条件下保证了终端打击精度和攻击时间约束。通过设计包含滑模变量的附加制导项，显著提升了攻击时间的收敛精度。针对未知加速度机动目标，分析并证明了该制导律对于拦截强机动目标具有良好的适用性。最后通过数学仿真验证了所提出的制导律在不同约束条件下的有效性，并通过对比仿真验证了算法的优越性。     

卷积自编码器在非定常可压缩流动降阶模型中的适用性

为有效降低使用计算流体力学(CFD)方法的设计成本和周期，降阶模型(ROM)得到广泛关注。对于复杂的可压缩流动，使用本征正交分解(POD)等线性方法进行流场降维，需要大量模态才能保证流场重建的精度，采用非线性降维方法能够有效减少所需模态数。卷积自编码器(CAE)是一种由编码器和解码器组成的神经网络，能够实现数据降维和重构，可看作是POD方法的非线性拓展。采用CAE进行流场数据的非线性降维，同时使用长短期记忆(LSTM)神经网络进行流场状态的时间演化。对于不可压缩问题，使用自编码器和LSTM结合进行流场重构的方法已有较多研究，选择一维Sod激波管、Shu-Osher问题、二维黎曼问题和开尔文-亥姆霍兹不稳定性算例，测试该ROM对非定常可压缩流动的有效性，同时基于POD方法，在不同模态数下构造Sod激波管和黎曼问题的ROM作为对比。结果表明：对于非定常可压缩流动，CAE-LSTM方法能够在使用较少自由变量数的前提下获得较高的重构和预测精度。     

基于变弯度后缘的机翼阵风响应减缓数值研究

针对带有变弯度后缘的机翼建立了阵风响应分析的数学模型，并开展了阵风响应减缓的仿真研究。采用计算流体力学（CFD）方法计算变弯度后缘给定动态偏转运动下的广义非定常气动力，并基于状态观测器法辨识CFD数据建立后缘动态偏转下的广义气动力模型，采用面元法计算模态运动、阵风引起的广义气动力，利用广义预测控制（GPC）方法设计阵风减缓控制律，在此基础上对变弯度后缘与传统铰链舵面动态气动力特性进行对比。仿真结果表明：基于变弯度后缘的GPC方法能够有效减缓由阵风引起的机翼翼尖加速度响应，翼尖加速度减缓效率为44.33%；相比传统铰链舵面，变弯度后缘偏转时弦向剖面上下表面压力分布更连续，相同舵偏下对机翼动态气动力影响更大，阵风响应减缓效率也更高，采用变弯度后缘进行阵风减缓具有更为广阔的应用前景。     

快收敛高可靠PPP-RTK大气改正模型生成方法

生成快收敛、高可靠的大气改正模型是PPP-RTK（precise point positioning-real-time kinematic）应用的关键和瓶颈问题。对顾及快收敛和可靠性的PPP-RTK大气改正模型生成方法进行了研究，通过迭代约束和时域约束保证其快收敛与可靠性，利用武汉CORS（continuously operating reference stations，连续运行参考站）进行试验，45s能够实现水平10cm（95%）的定位精度。在此基础上利用香港CORS进一步验证与分析得出：增加格网密度能够提升定位精度但会增加信息量，需要综合考虑定位效果和播发的信息量，面向普通用户的格网大小经纬度建议设置为0.5°~0.8°；生成大气改正模型的参考站空间分布必须合理且均匀，同时提出可以在合理范围内加入虚拟参考站约束大气改正模型的生成从而保证其收敛性与可靠性。     

双层梯度蜂窝吸波结构优化设计

设计了一种带蒙皮和金属底板的双层梯度蜂窝吸波结构，并利用Hashin-Shtrikman（HS）模型获得其等效电磁参数。在此基础上，以反射率低于-10dB带宽最大为优化目标，利用保收敛粒子群优化算法（Guarantee Convergence Particle Swarm Optimization，GCPSO）对四种不同排序方案的双层梯度蜂窝吸波结构进行优化设计。结果表明，入射电磁波的角度和极化方式以及吸波材料的选择、排序和厚度对双层梯度蜂窝结构的吸波性能有很大的影响；不同入射角度下TM极化时的吸波特性明显优于TE极化，在入射角为60^°时最为明显；对比四种方案优化结果显示，case 1方案由于选用损耗角较小的吸波材料充当透波层，分布于蒙皮下面，而选用损耗角较大的吸波材料作吸收层，并置于吸波结构底层，因而具有最大的优化目标函数，吸波效果最佳，且蜂窝高度仅为具有相同吸波效果的case 3方案的49.44%。因此，选择case 1方案作为本文最终优化结果。     

基于分数阶Fourier变换的微弱LFM信号检测

为了提高侦察系统对微弱LFM信号的检测能力,文章提出了一种基于分数阶Fourier变换的微弱LFM的检测方法。首先,分析LFM信号在离散分数阶Fourier变换计算条件下的输出信噪比,得出当观测信号的采样点数增大时,分数阶Fourier变换可有效改善输出信噪比。利用该结论,提出了通过提高信号的采样频率或者对已采样信号作插值的方法,改善分数阶Fourier变换对微弱LFM信号的检测。最后,仿真验证该方法是有效的。