用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。     

一种非规则采样航空时序数据异常检测方法

航天器遥测数据的实时异常检测对于航天任务具有重要意义。以往方法大都考虑规则采样且缺失率较低的时序数据,然而航空时序数据具有维度大、噪声多、缺失率高、采样间隔不规则等特点,因此异常检测任务较为困难。针对非规则采样且具有缺失值的多维航空时序数据提出非规则采样多维时序数据异常检测（IMAD）算法。首先,采用带有可训练迟滞项的门控循环单元（GRU-D）对缺失值和非规则采样的时序数据进行建模;然后,采用变分自编码器建立随机性模型,学习正常时序数据的分布,从而对噪声数据具有鲁棒性;最后,利用基于极值理论的自适应阈值确定法确定合适阈值进行异常检测。结果显示,在两个真实航空时序数据集上,IMAD具有超出当前最新异常检测算法的性能;多个实验表明,IMAD在缺失率、参数以及数据集变化时,能够维持较好的异常检测效果,具有较强的鲁棒性。     

Monitoring of the space system

We have performed monitoring of the space system that includes the Earth, the Moon, the Sun, and the GPS satellite group. We have discovered semi-diurnal and diurnal periodicities in the number of satellites detected as well as in the altitude, latitude and longitude by a GPS receiver. We have revealed tidal deformations related to changes in the Earth?s orientation with respect to the Moon and the Sun.     

DPOD2014: A new DORIS extension of ITRF2014 for precise orbit determination

To support precise orbit determination of the altimetry missions, the International DORIS Service (IDS) regularly estimates the DPOD (DORIS terrestrial reference frame for Precise Orbit Determination) solution which includes mean positions and velocities of all the DORIS stations. This solution is aligned to the current realization of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF) and so, can be seen as a DORIS extension of the ITRF. In 2016, moving to the IDS Combination Center, the DPOD construction scheme changed. The new DPOD solution is produced from a DORIS cumulative position and velocity solution. We present the new methodology used to compute DPOD2014 and its validation procedure. In order to present geophysical applications and interpretations of these results, we show two examples: (1) the Gorkha earthquake (M7.8 – April 2015) generates a 3-D mis-positioning of nearly 55?mm of the EVEB DORIS station at the Everest base camp 90?km from the epicenter. (2) Applying the results the DPOD2014 realization, we show that the most recent vertical velocity of Thule, Greenland is similar to that observed between 2006 and 2010, indicating further ongoing ice mass loss in the Thule region of northwest Greenland.     

无源器件无源互调干扰行为建模

无源互调干扰会影响多载波通信卫星的正常工作,是目前卫星通信系统必须考虑的问题之一。由于无源互调干扰问题具有一定的复杂性,无法直接分析无源互调分量,因此需要建立相应的模型进行研究。针对无源互调干扰的频率分布特点,采用双指数函数模型和Volterrra级数模型拟合无源互调干扰,推导并建立了QPSK调制信号的无源互调干扰时序模型。基于MATLAB的仿真结果表明,无源互调干扰分量的理论值频点处都出现了相应峰值,且其幅度值与输入信号中心频率处的幅度值的比例符合理论分析。     

基于本征正交分解的平流层风场建模与预测

平流层风场环境对临近空间低动态飞行器设计和轨迹控制具有重要影响。针对平流层风场建模,提出一种基于本征正交分解(POD)的风场数据降阶方法,在此基础上,提出一种可以对平流层风场进行预测的Fourier模型。以长沙地区2005—2009年风场为例,采用提出的POD方法与Fourier预测模型对风场进行建模与预测,并对Fourier预测精度进行分析。研究结果表明,采用POD方法可以对东西方向风场进行高效率高精度降阶建模;通过Fourier预测模型可以对东西方向风场进行准确预测,预测精度与实际风场随时间变化的规律性有关,风场数据越紧凑,周期性越明显,预测精度越高。      

带多充液圆柱贮箱航天器刚-液耦合动力学研究

文中以在低重环境下带多充液圆柱贮箱刚性航天器中刚-液耦合方程的建立和求解为主要研究目的。推导航天器中充液圆柱贮箱内任意点的牵连运动方程,根据壁面边界条件给出了贮箱内液体牵连晃动势的表达式;利用第二类边界条件下的傅立叶-贝塞尔级数展开法对低重力环境下的弯曲自由液面处的复杂动力学边界条件进行处理,建立以液体相对晃动势的模态坐标和晃动波高的模态坐标为状态向量的液体耦合晃动力学方程,通过积分分别得到了耦合晃动力和耦合晃动力矩的解析式;运用准坐标系下的拉格朗日方程建立以航天器主刚体姿态坐标和轨道坐标为状态向量的刚体耦合运动动力学方程,进一步联立上述耦合方程得到航天器整体系统的刚-液耦合动力学状态方程;最后,编制出适用于带多充液圆柱贮箱航天器内刚-液耦合动力学计算的模块化计算程序,通过计算实例验证所编程序的准确性的同时,研究了携带多充液箱航天器系统贮箱布局、外激励方式对航天器刚-液耦合系统动力学特性的影响。     

全并行结构FFT的FPGA实现

提出了一种基于FPGA实现的全并行结构FFT设计方法,采用X IL INX公司最新器件V irtex II P ro,用硬件描述语言VHDL和图形输入相结合的方法,在ISE 6.1中完成设计的输入、综合、编译及布局布线,并用M od-e lS im和M atlab对设计作了联合仿真。结果表明,通过利用FPGA器件中大量的乘法器、逻辑单元及存储器等硬件资源,采用全并行加流水结构,可在一个时钟节拍内完成32点FFT运算的功能,设计最高运算速度可达11ns,可实现对高速A/D采样数据的实时处理。     

N-S方程数值模拟方法研究及边界层中相干结构的非线性演化

建立了一套三维不可压流动的直接数值模拟方法。该算法在x及y向构造了基于非等间距网格的紧致有限差分格式和非线性项的迎风紧致型格式,在z向采用Fourier谱方法。并研究、提出了三维、非定常流体运动下游边界的无反射出流条件。另外,本文还构建了多涡结构的初始扰动理论模型,利用直接数值模拟的方法研究了边界层中多涡结构的非线性演化特点。结果表明多涡结构非线性演化中的许多特点,如雷诺应力分布、高剪切层的形成、喷射和扫掠等与壁湍流中相干结构的发展规律和现象十分相似。同时,通过对边界层中多涡结构的非线性演化问题的直接数值模拟,验证了该算法具有计算精度高,稳定性好,收敛速度快,出流边界影响小等优点。     

FDTD-Diakoptics时域模函数分析

时域模函数的选取是使用Diakoptics技术分析微波结构的一个重要步骤.二维贝塞尔函数系作为Diakoptics技术应用于开放式微波结构中的时域模函数是适宜的.将一维傅里叶-贝塞尔函数展开定理扩展到二维,对二维傅里叶-贝塞尔函数系的完备正交性进行了分析证明,从而阐述了贝塞尔函数系作为时域模函数的有效性.最后比较采用二维傅立叶－贝塞尔函数系做模函数的FDTD-Diakoptics计算结果与传统FDTD计算结果,二者吻合良好.