基于数值模拟的工程设计中参数不确定性表征方法研究综述

现代工程设计大量使用数值模拟技术,然而数值模拟中仿真模型、几何参数、工作载荷、环境条件等均存在不确定性,这些不确定性直接影响数值模拟结果的可信度,尤其在研发对性能和可靠性要求严苛的装备时,忽略这些不确定性将产生潜在风险,因此在基于数值模拟的工程设计中开展不确定性量化意义重大。不确定性表征既是准确开展不确定性量化和优化设计工作的前提,也是工程精细化设计的重要支撑。本文阐述了基于数值模拟的工程设计中所面临的不确定性因素,根据不确定性因素的表现形式和可用信息,按照概率表征和非概率表征两大类总结了目前主流的参数不确定性表征方法,介绍了各种表征方法的基本思想、主要原理、适用范围以及方法在工程实践中的发展和应用,并简要阐述基于不确定性表征结果进行不确定性传播的基本思路,最后对不确定性表征的研究方向进行了展望。     

结合随机矩阵理论和张量分解的非线性导航大数据异常识别

为了提高导航大数据的精度,需要识别其中存在的异常数据.为了提升非线性导航大数据异常识别精度和效率,提出了基于张量分解的非线性导航大数据异常识别方法.首先,对非线性导航大数据进行张量分解,采用滑动矩形窗划分数据获得若干个时窗段,然后引入db4小波多尺度分解各窗内数据,获得尺度不同的小波系数,并利用重构小波系数张量代替缺失数据,完成数据缺失值填补,提高数据完整度;其次,将互信息作为度量标准,建立数据的互信息矩阵,对互信息矩阵中的元素展开规范化和中心化处理,通过奇异值分解获得数据特征;再次,引入随机矩阵理论对特征展开优化选择,计算导航大数据特征的重要度,获得高精度的数据特征;最后,建立孤立树,通过孤立树给出数据特征的异常得分,以此完成非线性导航大数据的异常识别.实验结果表明,所提方法的缺失值填补精度保持在0.9以上,特征提取覆盖率达到86.3％,特征冗余度低于6.12％,异常识别精度G-mean值高于60％,识别时间低于8 s,有效提升了非线性导航大数据的特征提取精度、识别精度及识别效率.     

面向火星临近空间的分布式中继纠删编码机制研究

火星探测极远的通信距离以及行星遮挡,使得探测车与地面站的通信需要构建火星临近空间网络传输信息。为保证数据传输的可靠性并提高传输效率,重点研究基于分布式前向纠删编码的多个火星探测车通过中继轨道器向地面站传输的场景。考虑探测节点的周期性加入和退出的特性,设计了源节点使用弱鲁棒孤波LT码,中继随机转发/异或的中继随机决策编码方案,并推导了转发概率的理论最优值。仿真验证了新方案与已有的分布式喷泉方案相比,降低了约50%的信源编码开销,并通过复杂度与译码冗余的折衷,达到了99.9%的译码成功率。     

树脂基烧蚀材料细观传热特性预测

低密度树脂基烧蚀材料在近年来的深空探测等航天器上得到了广泛的应用,为了更好地提高其隔热能力,需要对其传热机理进行分析,尤其是基于细观尺度的传热分析可以更好地探究其传热机理。依据对树脂基烧蚀材料的细观结构观测和统计分析,建立了不同尺度的单胞理论模型,并将计算结果与实验值进行比较,给出参数化影响规律。同时,建立了有限元随机模型,与实验值进行比较,并给出了基于有限元的参数化影响规律。结果表明,建立的单胞理论模型与实验值的误差,对于两种树脂基烧蚀材料,分别为12%和7.6%左右,从而验证了建立的理论模型的正确性;随机模型所得导热系数值与实验值误差在10%以内,验证了随机模型的正确性。所建模型和参数化分析所得规律对于树脂基烧蚀材料隔热性能的提高和加工工艺的改进具有重要意义。     

基于ASIFT的离线签名认证方法

通过分析现有局部不变特征方法及含伪装签名数据集的特点,提出了一种基于具有仿射不变性的尺度不变特征变换(ASIFT)的离线签名认证方法.该方法对签名图像进行预处理(包括灰度化和放缩),对处理后的图像进行ASIFT关键点检测和特征描述符提取,对从查询签名图像和参考签名图像中提取到的描述符进行匹配,对匹配的结果采用随机采样一致性(RANSAC)方法去掉错误匹配,并计算正确匹配点的描述符之间的平均距离;通过比较平均距离及正确匹配点的个数与给定阈值的大小来判断认证是否成功.使用了含伪装签名的数据库对提出的方法进行测试,实验结果表明该方法与现有方法相比等误率降低了5%.      

一种检测和校正存储器双错的低冗余加固方法

为了提高宇航用存储器的抗单粒子翻转能力,本文对传统的单错误修正、双错误探测（Single Error Correction and Double Error Detection, SEC DED）码的构造进行了改进和优化,给出了构建单错校正、双错检测、相邻双错校正（Single Error Correction, Double Error Detection and Double Adjacent Error Correction, SEC DED DAEC）码奇偶校验矩阵的构造规则。通过适当地增加奇偶校验矩阵列向量的权重和、改变奇偶校验矩阵列向量顺序的方式,提出了一种具有新特征结构的SEC DED DAEC码,它可以修正任意相邻两位错误。实验结果表明,提出的SEC DED DAEC码是一种有效的宇航用存储器抗单粒子翻转加固措施,其冗余开销基本与传统的SEC DED码相同,误码率低于国际同类文献的结果。     

基于随机鲁棒分析的输出反馈特征结构配置

针对输出反馈特征结构配置在参数不确定性系统设计中的鲁棒性问题,提出一种基于随机鲁棒分析的输出反馈特征结构配置优化方法.该方法通过随机鲁棒分析准确度量了闭环系统的鲁棒性,确立控制系统设计要求与待设计参数间的直接联系,并运用优化技术实现闭环系统稳定性与性能间的折衷,最大化控制系统的鲁棒性.通过在某高超声速飞行器横侧向解耦控制系统设计上的应用,验证了该方法的有效性.      

半球谐振陀螺平台调平系统设计及仿真

针对半球谐振陀螺平台调平时容易受到各种随机干扰的影响以及为了提高调平的抗干扰能力,基于动态规划方法设计了平台调平系统的随机最优控制算法,使平台调平系统具有极强的抗干扰能力。针对实现中存在的计算量过大问题,采用变量替换法将平台调平系统状态方程转换为完全信息情形,减小了计算量,简化了设计。为了提高调平精度,通过在平台调平控制信号中增加加速度计零位偏置修正量的方式提高了调平精度。初步仿真结果验证了上述方法的有效性。     

基于子空间算法的对称结构重频模态识别

针对飞机等对称结构的重频模态较难识别的问题,在随机子空间算法的基础之上,利用空间投影的性质和响应点位置间的几何关系,分离对称耦合模态,建立对称模态响应和反对称模态响应Hankel矩阵,实现单独利用响应数据识别重频的对称和反对称模态。最后通过仿真算例表明,改进后的方法成功提取了重频模态的振型,避免了传统算法识别结果的中的振型耦合,同时提高了对称模态中固有频率和阻尼的识别精度。     

具有丢包补偿的分布式一致性融合估计器

研究了具有随机丢包的网络化分布式一致性估计问题。丢包现象存在于各节点间局部状态估计值的传输过程中,引入一组服从Bernoulli分布的随机变量来描述。当发生丢包时,以融合节点前一时刻融合估计值的一步预测值进行补偿。建立了以估计器增益为决策变量,以所有传感器有限时域下状态融合估计误差和为代价函数的优化问题。在给定一致性权重下,通过最小化代价函数的上界得到了一组次优的估计器增益,并给出了融合估计器渐进稳定的充分条件。最后,通过算例仿真验证了算法的有效性。