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空间飞行器的指向误差混合分布模型

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 449-460页

作者：曹冬平井庆丰仲伟志南京航空航天大学航天学院南京211106

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合... 详细信息

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合分布模型,将多种误差源同时考虑在内,极大地提高了模型的准确性.首先,根据多个空间飞行器奥林巴斯通信卫星OLYMPUS、工程测试卫星ETS-VI、光学轨道间通信工程试验卫星OICETS和量子科学实验卫星MICIUS角微振动信号的功率谱密度拟合指向误差信号.然后,对比单一分布模型和混合分布模型与指向误差拟合信号的确定系数R^(2),确定最优分布模型.结果表明:由高斯分布和莱斯分布组成的混合分布模型拟合度最高.以OLYMPUS飞行器为例,高斯-莱斯混合分布模型的拟合度比单一分布模型中的瑞利模型提高27.44%,误比特率偏差降低2.87 dB.

关键词：空间飞行器角微振动指向误差模型单一分布混合分布

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基于综合赋权的目标可攻击价值综合评估排序

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1731-1737页

作者：孙学安王寅周齐贤南京航空航天大学航天学院南京211106

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标... 详细信息

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标的打击价值,建立空地目标价值综合评估的指标体系,采用熵权法和层次分析法相结合的主客观综合赋权法对指标进行赋权,最后通过扇形雷达图法对空地目标价值综合评估排序,并通过实例仿真计算多个空中和地面目标的价值,得出了符合常规的目标价值排序。

关键词：自主攻击目标排序综合赋权扇形雷达图法威胁评估

基于传递熵的空中交通航路网络拥堵传播特性分析

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交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 263-273页

作者：张洪海瞿昕宜沈雪万俊强南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京211106

为深入剖析空中交通拥堵态势演变特性,辅助空中交通管制,确保航路网络的高效运行,本文研究空中交通航路网络拥堵传播相关问题。首先,选取交通流量、交通密度和交通汇聚度作为航段拥堵评估指标,建立FCM(Fuzzy C-Means)航段交通拥堵状态... 详细信息

为深入剖析空中交通拥堵态势演变特性,辅助空中交通管制,确保航路网络的高效运行,本文研究空中交通航路网络拥堵传播相关问题。首先,选取交通流量、交通密度和交通汇聚度作为航段拥堵评估指标,建立FCM(Fuzzy C-Means)航段交通拥堵状态评估模型;其次,提出基于传递熵理论的航段拥堵传播模型,并分析拥堵与拥堵传播之间的关联性;然后,建立基于传播指数与显著性面积指标的关键航段识别方法;最后,采用广州区域管制扇区内实测数据检验本文提出方法的有效性。研究结果表明:综合考虑宏观和微观特征的拥堵识别模型能够有效地划分航段的交通状态;拥堵传播受时段和拥堵程度的影响较大,夜间时段,畅通态在拥堵传播中占据主导地位,信息传播量比日间高30%,且信息有效期更长;在白天,高拥堵航段在拥堵传播中占主导地位,其信息传播量约为低拥堵航段的1.2倍,但信息有效期较短;广州高空航路网络的拥堵传播呈现明显的时空差异性,拥堵传播高峰时段主要位于12:00-14:00和18:00-20:00,略早于拥堵高峰期,沪蓉航路等东西向主干航路是拥堵传播的关键航路。这些规律可为空中交通管制单位实施管制措施和优化航路结构等提供理论支持。

关键词：航空运输交通拥堵传播传递熵航路网络时空因果关系

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满足多维功能需求的通用机场区域布局研究

地球信息科学学报 2024年第5期26卷 1296-1314页

作者：姜雨刘猛猛李智超薛清文戴垚宇南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京211106

目前通用机场建设是我国通航产业发展的重点,合理的通用机场布局是后续通航产业发展的基础,因此本文构建多维需求分析-布局选址-功能定位研究框架,为区域通用机场布局规划提供科学性方法。本文首先构建通用机场运输需求及非运输需求影... 详细信息

目前通用机场建设是我国通航产业发展的重点,合理的通用机场布局是后续通航产业发展的基础,因此本文构建多维需求分析-布局选址-功能定位研究框架,为区域通用机场布局规划提供科学性方法。本文首先构建通用机场运输需求及非运输需求影响指标体系,采用组合赋权法获得通用机场区域运输需求及非运输需求分布;其次改进多边形支配点集法为通用机场多维功能需求最大覆盖问题提供候选设施区位,以最大化多维功能需求覆盖和改善机场可达性为目标构建通用机场布局规划模型,设计NSGA-Ⅲ算法进行求解;最后提出基于k-means聚类的通用机场功能定位方法,实现通用机场差异化功能定位。以某地区为实例,实验结果显示,在近期规划中当通用机场数量增加29个,区域运输需求覆盖率达58.78%,非运输需求覆盖率达66.17%;在远期规划中,当通用机场数量增加64个,运输需求覆盖率达89.20%,非运输需求覆盖率达97.57%,基本覆盖通用机场多维功能需求。在近期和远期规划中,该地区通用机场1 h通勤区域占比由目前28.73%分别提升至60.63%和78.35%。本文根据远期布局方案确定通用机场等级及功能,使得机场功能定位与多维功能需求分布相适应,为通用机场的规划和建设提供理论依据。

关键词：航空运输机场布局优化多维功能需求多边形支配点集法连续设施选址最大覆盖模型 NSGA-Ⅲ算法功能定位

红外窗口对封装黑体辐射理想度的影响及修正方法

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光子学报 2024年第7期53卷 153-165页

作者：张镜洋孟令琪牟新竹沈萍绪升南京航空航天大学航天学院南京211106

针对宽温域黑体有封装红外窗口介入而影响黑体理想度的问题,建立了面源黑体靶面热光耦合仿真模型,利用Monte-Carlo光线追迹法分析了窗口对黑体7.5μm~13μm波段表观辐射通量的影响规律及内因,提出并验证了符合实际表观辐射通量的定标温... 详细信息

针对宽温域黑体有封装红外窗口介入而影响黑体理想度的问题,建立了面源黑体靶面热光耦合仿真模型,利用Monte-Carlo光线追迹法分析了窗口对黑体7.5μm~13μm波段表观辐射通量的影响规律及内因,提出并验证了符合实际表观辐射通量的定标温度修正方法。结果表明:定标温度为−50℃~+50℃时,定标温度越低于环境温度,定标温度与实际表观辐射通量对应的表观温度间正误差越大,反之则负误差越大,最大可达−4℃~+13℃,这是因为窗口存在增强杂散辐射与衰减靶面发射辐射正逆博弈影响表观辐射通量的效应。提出了关联环境温度与定标温度的定标温度修正方法,实验实测下该方法可使修正后的定标温度最大误差缩减50%以上,提升了基于封装黑体的红外定标精度。

关键词：光学窗口黑体辐射红外探测器定标 Monte-Carlo方法温度修正

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高超声速飞行器时间协同预测校正鲁棒制导

宇航学报 2024年第3期45卷 421-432页

作者：魏昀鹏都延丽王文凯刘燕斌南京航空航天大学航天学院南京211106

针对存在参数不确定性的多高超声速飞行器滑翔段协同制导问题,提出了一种时间协同的预测校正鲁棒制导方法。首先,基于剩余飞行时间的动态航向角误差走廊实现了横向协同制导,为调整飞行时间提供了有利条件;设计了随协同飞行任务进程变化... 详细信息

针对存在参数不确定性的多高超声速飞行器滑翔段协同制导问题,提出了一种时间协同的预测校正鲁棒制导方法。首先,基于剩余飞行时间的动态航向角误差走廊实现了横向协同制导,为调整飞行时间提供了有利条件;设计了随协同飞行任务进程变化的权值函数,将剩余飞行时间引入纵向制导的预测校正过程中,确保协同飞行任务落点和协同时间的精度。其次,基于改进无迹卡尔曼滤波估计的方法对气动参数的不确定性进行估计,通过对剩余飞行时间与剩余能量的综合分析,修正了航向角误差走廊和标称迎角剖面,以提高协同制导系统的鲁棒性能。最后,分别在标称环境和参数不确定环境下开展了仿真实验,其结果证明了该协同制导方法的可行性和鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器预测校正时间协同制导鲁棒制导无迹卡尔曼滤波

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基于波动控制的直升机吊挂鲁棒减摆技术

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1629-1638页

作者：李红宏韩艳铧南京航空航天大学航天学院南京211106

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动... 详细信息

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动模型,采用小扰动的方法在平衡点处对所建模型进行线性化;在此基础上,基于特征值配置法设计状态反馈控制器;设计波动控制器来减小摆角控制具有良好的动态性能和稳态性能。在仿真中对吊挂载荷质量进行拉偏,证明所设计波动控制器具有较强的鲁棒性,结果表明:所设计波动控制器有效。

关键词：直升机吊挂系统动力学模型状态反馈波动控制减摆控制器

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大展弦比飞行器变形辅助高度控制策略

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1746-1752页

作者：佘挽强刘燕斌陈柏屹南京航空航天大学航天学院南京210016

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控... 详细信息

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控制器设计方法设计了主动变形(AM)和被动变形(PM) 2种控制策略。其中,被动变形控制策略仅采用升降舵作为控制输入,结构二面角动态行为由耦合动力学驱动;主动变形控制策略以二面角铰链处的扭矩作为额外输入对高度跟踪进行协调控制。仿真分析了2种控制策略下的高度跟踪效果及状态变化,研究结果表明:采用主动变形控制策略可有效改善高度跟踪暂态过程的性能,降低姿态回路的阻尼特性,为未来先进变形飞行器的结构/飞行一体化控制提供研究基础。

关键词：大展弦比机翼飞行动力学高度控制控制系统分析变结构控制

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面向无人机自主着陆的视觉感知与位姿估计方法综述

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自动化学报 2024年第7期50卷 1284-1304页

作者：马宁曹云峰南京航空航天大学航天学院南京211106

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域... 详细信息

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域中基于视觉的着陆场检测与位姿估计方法研究进展进行总结.首先,在分析无人机自主着陆应用需求的基础上,指出机器视觉在无人机自主着陆领域的应用优势,并凝练出存在的科学问题;其次,按不同应用场景划分对着陆场检测算法进行梳理;然后,分别对纯视觉、多源信息融合的位姿估计技术研究成果进行归纳;最后,总结该领域有待进一步解决的难点,并对未来的技术发展趋势进行展望.

关键词：自主着陆无人机机器视觉着陆场检测位姿估计信息融合

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