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基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 904-915,927页

作者：王浩王江北罗浩东王立文中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单... 详细信息

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度;采用比例边界有限元法(SBFEM)实时计算划分后结构的有限元信息,解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果,大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明,所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下,计算时间最快可缩短为原来的1/100,可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。

关键词：拓扑优化改进四叉树法比例边界有限元法网格自适应

基于QAR数据的民机高高原进近着陆风险评估方法

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 77-85页

作者：陈农田满永政李俊辉中国民用航空飞行学院航空工程学院广汉618307 中国民用航空飞行学院民航安全工程学院广汉618307

民机高高原进近着陆是高原飞行高风险阶段。为有效实施高高原进近着陆风险识别和等级判据,提出基于熵权可变模糊识别的长短时记忆网络与深度神经网络(LSTM-DNN)相融合的深度学习风险评估方法。基于快速存取记录器(QAR)记录的高高原飞行... 详细信息

民机高高原进近着陆是高原飞行高风险阶段。为有效实施高高原进近着陆风险识别和等级判据,提出基于熵权可变模糊识别的长短时记忆网络与深度神经网络(LSTM-DNN)相融合的深度学习风险评估方法。基于快速存取记录器(QAR)记录的高高原飞行数据,借鉴民机飞行品质监控(FOQA)咨询通告和行业QAR监控标准,结合指标重要度分析与Delphi专家调查,提取着陆时航向变化大、航迹低、610~305 m进近时下降率大、接地时垂直加速度及153~15 m进近时下降率大5个关键监控项目作为民机高高原进近着陆风险评估指标。为克服评估指标权重主观性偏差,应用熵权法确定评估指标权重,基于可变模糊识别方法构建风险等级隶属函数,建立基于LSTM-DNN的民机高高原进近着陆风险评估模型。以成都—拉萨进近着陆航段为例,提取QAR数据,对该风险评估模型进行训练与测试,并与Logistic多元回归、支持向量机(SVM)等评估方法进行比较,结果表明:所提方法平均准确率达到94.18%,最高可达94.79%,验证了方法的客观有效性。

关键词：高高原飞行快速存取记录器数据熵权可变模糊识别 LSTM-DNN深度学习风险评估

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基于马尔可夫决策的四轴飞行器自动着陆方法

航空学报 2024年

作者：顾兆军赵欢王家亮聂留阳中国民航大学计算机科学与技术学院中国民航大学信息安全测评中心

针对仅使用民用GPS引导四轴飞行器自动着陆时偏差较大问题，基于马尔可夫决策设计一种能够有效提升自动着陆精度的引导方法。首先，设计一种基于改进人工势场算法的对准方法，使用AprilTag3识别算法快速识别着陆标签，对标签中心划定势... 详细信息

针对仅使用民用GPS引导四轴飞行器自动着陆时偏差较大问题，基于马尔可夫决策设计一种能够有效提升自动着陆精度的引导方法。首先，设计一种基于改进人工势场算法的对准方法，使用AprilTag3识别算法快速识别着陆标签，对标签中心划定势场，飞行器在力学牵引下进行偏航对准与云台俯仰对准；其次，将飞行器的着陆过程建立为马尔可夫决策模型，设置动作集、状态集与奖励集之间的状态转移关系，防止飞行器偏离预期状态；最后，结合飞行器自动着陆的问题环境，在传统马尔可夫决策模型的基础上增加信息集，利用飞行信息辅助转移关系的判定，提高状态与动作的决策准确性。通过安娜飞(ANAFI)四轴飞行器平台进行实际飞行验证，实验结果表明，基于马尔可夫决策模型的自动着陆引导方法，能够有效抑制飞行器在着陆过程中的过度动作与误判断，着陆误差由米级缩小至约10cm，满足四轴飞行器自动着陆的精度要求。

关键词：马尔可夫决策过程自动着陆数据融合人工势场四轴飞行器

基于双变量自适应“当前”统计模型的场面4D轨迹跟踪预测

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 675-683页

作者：鲁其兴汤新民周杨南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

为了解决“当前”统计模型由于固定机动频率及假定加速度极限值,在复杂机场环境下机动目标跟踪性能降低的问题,提出一种双变量自适应的“当前”统计模型滤波算法。首先,利用加速度噪声一阶时间相关过程模型,推算出实时在线调整的机动频... 详细信息

为了解决“当前”统计模型由于固定机动频率及假定加速度极限值,在复杂机场环境下机动目标跟踪性能降低的问题,提出一种双变量自适应的“当前”统计模型滤波算法。首先,利用加速度噪声一阶时间相关过程模型,推算出实时在线调整的机动频率。然后,根据位置状态估计值与加速度变化率,通过运动学理论模型和位置滤波残差,推导出实时在线更新的加速度方差,从理论上实现了模型自适应更新。最后,基于场面真实广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)轨迹数据进行验证,结果表明改进的“当前”统计模型能够在非等间隔预测的基础上实现自适应调参,且在位置、速度和加速度上的轨迹拟合精度均得到了提高,并在速度和加速度跟踪误差方面得到了收敛。

关键词：目标跟踪广播式自动相关监视机动频率加速度方差跟踪误差

基于1.55μm激光雷达的雷暴风切变结构研究

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应用激光 2024年第1期44卷 86-96页

作者：白寒冰郑佳锋杜星车玉章中国民航宁夏空管分局宁夏银川750004 成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225

低空风切变是公认的航空危险天气。为研究1.55μm激光测风雷达对低空风切变的探测能力,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达数据对一次典型雷暴低空风切变进行细致分析。该雷达采用脉冲相干体制及全光纤结构,以混合扫描模式运行,其中包括:多普勒波... 详细信息

低空风切变是公认的航空危险天气。为研究1.55μm激光测风雷达对低空风切变的探测能力,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达数据对一次典型雷暴低空风切变进行细致分析。该雷达采用脉冲相干体制及全光纤结构,以混合扫描模式运行,其中包括:多普勒波束摆动(DBS)扫描、4°与6°平面位置显示(PPI)扫描、沿跑道方向的距离高度显示(RHI)扫描、03#与21#起降通道(GP)扫描。结果表明,激光测风雷达混合扫描模式可在雷暴大风天气过程中探测到低空风切变的三个阶段,即环境风引起的水平风垂直切变、阵风锋引起的水平风切变、阵风锋后部雷暴出流引起的水平风垂直切变。风切变的垂直、水平结构特征与演变过程探测清晰。利用激光测风雷达混合扫描模式,预报员可至少提前5 min对此次风切变过程进行预警。

关键词：激光测风雷达混合扫描模式低空风切变结构特征

基于麻雀搜索算法的ARAIM故障子集优化算法

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北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2066-2073页

作者：王尔申王欢雷虹曾洪正曲萍萍庞涛沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳110136 中国民用航空飞行学院飞行技术与飞行安全重点实验室广汉618307 电磁环境效应航空科技重点实验室沈阳110035

针对多假设解分离(MHSS)测试受卫星数目增加、潜在故障概率提高的影响,使得需要监测的子集数量增长而带来计算负担增加的问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)故障子集优化算法。结合SSA将可见卫星分... 详细信息

针对多假设解分离(MHSS)测试受卫星数目增加、潜在故障概率提高的影响,使得需要监测的子集数量增长而带来计算负担增加的问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)故障子集优化算法。结合SSA将可见卫星分配为发现者、跟随者和侦查预警者,通过剔除能量较低的个体降低计算冗余。在搜索过程中,引入自适应步长提升迭代速度,提高算法的执行效率。在双星座情况下,对完好性支持信息(ISM)参数进行3种假设,验证了所提算法的可用性,并与传统算法进行了对比分析。结果表明:通过所提算法得到的子集数量较传统算法减少了75%~90%,相同条件下,仿真用时降低了68%~88%,ARAIM可用性变化不超过2%。

关键词：高级接收机自主完好性监测双星座故障子集麻雀搜索算法完好性支持信息

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基于多维信号特征的无人机探测识别方法

电子与信息学报 2024年第3期46卷 1089-1099页

作者：聂伟戴琪霏杨小龙王平周牧周超重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室和电子与电气工程学院德阳618307

如今,无人机(UAVs)在军用民用领域得到大规模应用,在无人机带来便利的同时也带来了巨大的安全隐患。针对无人机的探测识别技术逐渐成为研究热点,传统的无人机探测方法主要是通过获取雷达回波信号、无人机声音信号和光电信号的方式对无... 详细信息

如今,无人机(UAVs)在军用民用领域得到大规模应用,在无人机带来便利的同时也带来了巨大的安全隐患。针对无人机的探测识别技术逐渐成为研究热点,传统的无人机探测方法主要是通过获取雷达回波信号、无人机声音信号和光电信号的方式对无人机进行探测。然而,这类方法往往容易受到环境影响具有一定的局限性,无法对无人机进行精确的定位和识别。该文提出一种基于多维信号特征的无人机识别方法,该方法首先通过自适应三角阈值法从接收到的无线信号中探测并筛选出无人机信号,同时解析获取的无线信号的信道状态信息(CSI)。然后,利用正交匹配追踪算法(OMP)进行参数估计来获取无人机的位置信息对无人机进行定位。最后,提取无人机信号中的盒维数和径向积分双谱(RIB)来对无人机进行分类识别。通过实验,该方法对无人机的3维定位精度小于1 m,对无人机的分类识别精度最高能达到100%。

关键词：无人机参数估计特征提取目标识别目标定位

基于熵权AHP-FGCM的飞行进近着陆操纵绩效评估方法

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数学的实践与认识 2024年第7期54卷 228-236页

作者：陈农田陈凯韩亦杨满永政李俊辉中国民用航空飞行学院航空工程学院四川广汉618307

为客观量化评估飞行进近着陆操纵绩效,提出基于熵权层次模糊灰色聚类(AHP-FGCM)的飞行进近着陆操纵绩效综合评估方法.针对进近着陆阶段飞行操纵存在高风险因素耦合致险特征,结合进近着陆飞机俯仰、横侧及偏航飞行主操纵表征,通过采集与... 详细信息

为客观量化评估飞行进近着陆操纵绩效,提出基于熵权层次模糊灰色聚类(AHP-FGCM)的飞行进近着陆操纵绩效综合评估方法.针对进近着陆阶段飞行操纵存在高风险因素耦合致险特征,结合进近着陆飞机俯仰、横侧及偏航飞行主操纵表征,通过采集与分析某飞行训练单位真实飞机进近着陆飞行数据,依据飞行绩效监控咨询通告(AC),采用Delphi法确定升降速率、俯仰姿态、横侧加速度等7项指标作为进近着陆操纵绩效评估指标,利用熵权层次法确定组合权重,运用模糊灰色聚类对进近着陆飞行操纵绩效进行综合评估.实例评估结果与实际操纵绩效水平相吻合,证明了该方法客观有效性.

关键词：进近着陆熵权层次法模糊灰色聚类绩效评估飞行安全

刚性和柔性多孔材料作用下氢气爆轰胞格结构的演化规律

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高压物理学报 2024年第3期38卷 181-190页

作者：罗荣钦彭澳张静雯王珺陈先锋申利远师吉浩孙绪绪武汉理工大学安全科学与应急管理学院湖北武汉430070 中国消防救援学院北京102220 香港理工大学建筑环境与能源工程系中国香港ZS843

多孔材料作为高效吸波耗能介质,广泛应用于爆轰衰减研究中。为进一步揭示多孔材料的抑爆机理,系统研究了柔性(海绵)和刚性(金属丝网)2种典型多孔材料对氢氧爆轰胞格结构的影响,以及海绵和金属丝网厚度、孔隙率对爆轰胞格结构、尺寸等参... 详细信息

多孔材料作为高效吸波耗能介质,广泛应用于爆轰衰减研究中。为进一步揭示多孔材料的抑爆机理,系统研究了柔性(海绵)和刚性(金属丝网)2种典型多孔材料对氢氧爆轰胞格结构的影响,以及海绵和金属丝网厚度、孔隙率对爆轰胞格结构、尺寸等参数的影响。采用烟熏板技术记录爆轰波的胞格图案,并计算得到爆轰胞格尺寸;采用压力传感器记录爆轰波到达时间,进而计算得到爆轰波的平均传播速度。结果表明,爆轰胞格结构与海绵和金属丝网的厚度、孔隙率密切相关,此外研究发现了多个爆轰传播阶段,包括爆轰失效、加速和再起爆。爆轰胞格尺寸也与海绵和金属丝网的厚度、孔隙率密切相关,增大多孔材料厚度和减小孔隙率均能显著增大爆轰胞格尺寸。通过对比分析海绵与金属丝网对爆轰胞格尺寸的影响发现,在相同条件下,刚性多孔材料对爆轰的抑制作用更强,但这种差距会随着多孔材料厚度的增加而减小。最后,通过引入无量纲参数D_(H)/λ量化分析爆轰传播极限。对于柔性和刚性多孔材料而言,其爆轰传播极限可分别近似量化为D_(H)/λ≈3.0和D_(H)/λ≈3.1。

关键词：爆轰胞格结构柔性多孔材料刚性多孔材料爆轰极限氢气

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