基于L-M算法的分数阶导数粘弹性本构模型的参数求解

引入分数阶导数,建立了类Kelvin体粘弹性本构模型。用最小二乘法法和Levenberg-Marquard（L-M）算法,给出了求解类Kelvin体粘弹性本构模型参数的详细步骤。由实际数据选择初值,保证L-M法不会陷入局部最小。某固体推进剂的粘弹性本构模型参数的计算结果表明：该法可较好地表征推进剂松弛曲线,且模型简单、计算参数少。     

绳系卫星轨道转移的最优控制

考虑系绳的弹性以及复杂状态和控制约束的作用,研究了绳系卫星面内轨道转移的最优控制问题。借助Gauss伪谱算法,将绳系卫星轨道转移的连续时间最优控制问题离散为大规模动态规划问题,进而利用非线性规划方法进行求解。通过数值模拟计算了子星最优转移轨道及最优控制力。结果表明:在满足相关约束的条件下,通过调节系绳张力可将子星从主星下方转移到上方的平衡位置,精确地实现子星轨道转移,并使得轨道转移过程呈现出良好的光滑性和对称性。最后基于协态映射定理对解的最优性进行了验证。     

Second post-Newtonian approximation of scalar-tensor theory of gravity

Deep space laser ranging missions like ASTROD I (Single-Spacecraft Astrodynamical Space Test of Relativity using Optical Devices) and ASTROD, together with astrometry missions like GAIA and LATOR will be able to test relativistic gravity to an unprecedented level of accuracy. More precisely, these missions will enable us to test relativistic gravity to 10^-7–10^-9${10}^{-7}''–''{10}^{-9}$ of the size of relativistic (post-Newtonian) effects, and will require second post-Newtonian approximation of relevant theories of gravity. The first post-Newtonian approximation is valid to 10^-6${10}^{-6}$ and the second post-Newtonian approximation is valid to 10^-12${10}^{-12}$ in terms of post-Newtonian effects in the solar system. The scalar-tensor theory is widely discussed and used in tests of relativistic gravity, especially after the interests in inflation models and in dark energy models. In the Lagrangian, intermediate-range gravity term has a similar form as cosmological term. Here we present the full second post-Newtonian approximation of the scalar-tensor theory including viable examples of intermediate-range gravity. We use Chandrasekhar’s approach to derive the metric coefficients and the equation of the hydrodynamics governing a perfect fluid in the second post-Newtonian approximation in scalar-tensor theory; all terms inclusive of O(c^-4)$\mathrm{O}(c^{-4})$ are retained consistently in the equations of motion.     

随机载荷多次作用下的零件失效率计算模型

运用顺序统计量理论和载荷-强度干涉模型建立了以载荷作用次数为寿命度量指标框架下的零件可靠度和失效率计算模型.分析了随机载荷多次作用时零件失效的过程,从随机载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立了随机载荷多次作用下的零件可靠性模型.在此基础上,定义了以载荷作用次数为寿命度量指标框架下的失效率,给出了失效率计算的一般表达式,并建立了载荷多次作用时零件的失效率计算模型.最后,研究了零件可靠度和失效率随载荷作用次数的变化规律.该模型可用于指导产品的环境应力筛选试验以及其他可靠性试验.     

基于二阶滑模的导弹控制系统设计

过载控制是近年来导弹控制律设计领域出现的一种新的非线性控制方法,引起越来越多的重视,但是在采用过载控制方法对侧滑转弯(STT, Skid-To-Turn)超音速巡航导弹纵向回路控制系统设计过程中,由于过载输出与舵偏输入之间存在非最小相位现象,导致系统零动态不稳定.提出用输出重定义将系统状态进行转换的思路,利用内部状态在平衡态时应具有的响应作为其期望参考轨迹,将输出跟踪转化为状态跟踪,以保证系统的零动态稳定.采用二阶滑模设计控制律,消除了一阶滑模所固有的颤振现象,用Lyapunov函数确定出控制器参数,保证了对系统输出的跟踪.鉴于攻角不易精确测量而导致了系统状态不完全可测,控制律设计过程中设计了攻角观测器解决了上述问题.系统仿真研究表明,根据上述方法设计的系统具有比较理想的稳定性和鲁棒性,同时具有更好的动态性能.     

基于双难题的环Zn上圆锥曲线的数字签名

通过对一个剩余类环 Z_n上圆锥曲线C_n(a,b) 数字签名方案(Xiao06方案)的安全性分析,发现该方案的公开参数选取和算法设计存在问题,导致利用韦达定理可以分解模数 n ,说明Xiao06方案的安全性不是基于整数分解难题的.针对此缺陷,采取保密部分参数和修改验证算法的方法,提出了一个改进的环 Z_n 上圆锥曲线的数字签名方案,并且给出了改进方案的数值模拟.分析表明,改进的方案是一个同时基于离散对数和整数分解双难题的环 Z_n 上圆锥曲线的数字签名方案,不仅保留了原Xiao06方案的优点(明文嵌入方便,求逆元速度快,元素阶的计算及曲线上点的运算容易),还具有很强的抗破解能力.     

利用分数低阶空时矩阵进行冲击噪声环境下的DOA估计

研究冲击噪声环境下的信号DOA估计问题。在对称α稳定(SαS: Symmetric α-stable)分布冲击噪声假设下,定义了一个阵列接收数据的广义分数低阶空时矩阵。理论分析表明,对广义分数低阶空时矩阵进行奇异值分解可获得噪声子空间估计。与信号空间DOA估计技术相结合,提出一种新的基于信号空间分解的DOA估计算法。该算法在低信噪比下对强冲击噪声具有更好的抑制作用。计算机仿真证明了算法的有效性。     

Influence of sensor and actuator errors on impulsive satellite formation control methods

This paper investigates how sensor and actuator errors are impacting formation control accuracy and propellant consumption of a two-satellite formation in a low Earth orbit. Realistic relative navigation errors are implemented, based on the results from the PRISMA mission, as well as realistic actuator uncertainty and actuator constraints. Two impulsive control methods are investigated. The first method is based on a controller that is implemented onboard PRISMA and the second method uses linear programming to arrive at a model predictive controller. The control methods are tested in a simulation environment and are subjected to orbital perturbations and realistic sensor errors and actuator errors. Both control methods are able to maintain the desired relative geometry of a projected circular orbit in the presence of the errors. The PRISMA control method demonstrates lower propellant consumption, while the model predictive controller shows better control accuracy. The results show that, based on the used scenario, sensor errors dominate both the formation control accuracy and propellant consumption. The versatility of the model predictive controller is demonstrated in a challenging formation control scenario including formation maintenance and formation reconfiguration tasks.     

综合热力学模型的平流层飞艇上升轨迹优化

针对平流层飞艇的上升轨迹优化问题,综合热力学模型进行了研究.主要分析了飞艇基本热力学行为,研究了蒙皮及内部气体的能量方程并建立了详细的飞艇动力学和运动学模型.在热力学、动力学和运动学分析的基础上,建立了以飞行时间为优化目标的平流层飞艇的轨迹优化模型.利用直接配点法将轨迹优化问题转化为非线性优化问题,再通过非线性求解器SNOPT(Sparse Nonlinear Optimizer)对不同场景的问题进行最优化轨迹求解.优化结果表明:热力学效应对优化轨迹有较大影响,在上升过程中,太阳能辐射为主要影响因素,另外风场也对换热量有一定影响.     

基于三分图的非共面卫星分布式加注任务规划

分布式加注规划的目的在于规划加注过程的交会路径,使任务在满足约束的情况下整体燃料消耗最优。针对异面圆轨道卫星间的分布式加注策略,建立了分布式加注任务规划问题的数学模型,把该规划问题归结为非完全赋权三分图的匹配问题,并将整体最少燃料消耗作为规划目标。其次,进行了算法的流程设计,采用了Kuhn-Mundres图论算法和整数遗传算法相结合的LSGA算法加快了收敛的速度保证了全局最优。最后,选取了两个具有小角度轨道偏差的异面卫星星座对该问题进行分析。计算得到了优化后的双冲量机动下加注任务的服务关系与燃料代价,规划算法的有效性也得到了验证。