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多源性能约束的无人机可靠动态航路规划算法

中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 187-195页

作者：孙淑光朱晓文中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

为提高无人机动态航路规划的安全性,提出一种基于机载导航系统实际导航性能和无人机机动性能的多源性能约束的改进A^(*)航路规划算法。分析了无人机航路规划系统架构及约束条件,构建了融合无人机最大允许转弯角、导航系统位置不确定度... 详细信息

为提高无人机动态航路规划的安全性,提出一种基于机载导航系统实际导航性能和无人机机动性能的多源性能约束的改进A^(*)航路规划算法。分析了无人机航路规划系统架构及约束条件,构建了融合无人机最大允许转弯角、导航系统位置不确定度和最短路径的加权启发函数,实现无人机动态航路规划的多约束适应性,最后进行了仿真分析验证。仿真结果表明:在相同的运行环境下,基于性能约束的改进A^(*)算法所规划航路的安全裕度比传统A^(*)算法提高1.8倍,角度变化百分比降低为传统算法的42.4%,航路规划用时缩短28%,所规划航路的安全裕度和无人机机动性能符合度都得到有效改善。

关键词：无人机航路规划位置不确定度机动性能航路安全性航路可行性改进A^(*)算法

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基于经典成核理论的跑道结冰温度建模及仿真

表面技术 2024年第2期53卷 201-212页

作者：陈斌丁宇崔静王立文中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学航空地面特种设备研究基地天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300

目的为进行积冰事件的预测,减小跑道积冰对飞机地面运行安全的影响,对跑道表面结冰温度展开研究。方法从微观角度分析冰核在固体表面的形成机理,以接触角参数表示材料表面特性,基于经典成核理论建立结冰温度模型,在不同的边界条件下... 详细信息

目的为进行积冰事件的预测,减小跑道积冰对飞机地面运行安全的影响,对跑道表面结冰温度展开研究。方法从微观角度分析冰核在固体表面的形成机理,以接触角参数表示材料表面特性,基于经典成核理论建立结冰温度模型,在不同的边界条件下进行相应的数值模拟和跑道表面结冰的仿真模拟实验,最后完成模拟跑道低温环境的结冰温度实验。结果对于机场跑道环境下因飞机轮胎摩擦而留有胶迹的水泥道面,胶迹比水泥更易结冰;以醋酸钙为主要成分的机场跑道除冰液可抑制跑道结冰,质量分数越大,抑制作用越强,从质量分数5%提高到40%时,结冰温度降低12.02℃;最后通过在模拟跑道低温环境下的实验,对比得出该模型的预测结果与实际值之间的误差约为0.94℃。结论材料的表面自由能越高,结冰温度越高;高粗糙度对结冰起促进作用;机场跑道除冰液通过降低道面冰核的形核率和半径生长速率来抑制跑道结冰,质量分数越大,抑制作用越强;该模型可以为跑道积冰预警提供结冰温度预测的理论基础。

关键词：冰核结冰温度表面自由能粗糙度数值模拟除冰液

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基于BERT与生成对抗的民航陆空通话意图挖掘

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 740-750页

作者：马兰孟诗君吴志军中国民航大学空中交通管理学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

针对民航陆空通话领域语料难以获取、实体分布不均,以及意图信息提取中实体规范不足且准确率有待提升等问题,为了更好地提取陆空通话意图信息,提出一种融合本体的基于双向转换编码器(bidirectional encoder representations from transf... 详细信息

针对民航陆空通话领域语料难以获取、实体分布不均,以及意图信息提取中实体规范不足且准确率有待提升等问题,为了更好地提取陆空通话意图信息,提出一种融合本体的基于双向转换编码器(bidirectional encoder representations from transformers,BERT)与生成对抗网络(generative adversarial network,GAN)的陆空通话意图信息挖掘方法,并引入航班池信息对提取的部分信息进行校验修正,形成空中交通管制(air traffic control,ATC)系统可理解的结构化信息。首先,使用改进的GAN模型进行陆空通话智能文本生成,可有效进行数据增强,平衡各类实体信息分布并扩充数据集;然后,根据欧洲单一天空空中交通管理项目定义的本体规则进行意图的分类与标注;之后,通过BERT预训练模型生成字向量并解决一词多义问题,利用双向长短时记忆(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)网络双向编码提取上下句语义特征,同时将该语义特征送入条件随机场(conditional random field,CRF)模型进行推理预测,学习标签的依赖关系并加以约束,以获取全局最优结果;最后,根据编辑距离(edit distance,ED)算法进行意图信息合理性校验与修正。对比实验结果表明,所提方法的宏平均F_(1)值达到了98.75%,在民航陆空通话数据集上的意图挖掘性能优于其他主流模型,为其加入数字化进程奠定了基础。

关键词：民航陆空通话信息提取生成对抗网络本体双向转换编码器

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面向多维时间序列异常检测的时空图卷积网络

西安电子科技大学学报 2024年第3期51卷 170-181页

作者：王静何苗苗丁建立李永华中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学信息安全测评中心天津300300 中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

针对现有多维时间序列异常检测模型对局部和全局时空依赖性捕获能力不足的问题,提出一种基于时空图卷积网络的多维时间序列异常检测模型。首先,在时间维度上利用扩张因果卷积和多头自注意力机制,分别捕获短期和长期时间依赖性,并且引入... 详细信息

针对现有多维时间序列异常检测模型对局部和全局时空依赖性捕获能力不足的问题,提出一种基于时空图卷积网络的多维时间序列异常检测模型。首先,在时间维度上利用扩张因果卷积和多头自注意力机制,分别捕获短期和长期时间依赖性,并且引入通道注意力来学习不同通道的重要性权重;其次,在空间维度上利用静态图学习层根据节点嵌入构建静态图邻接矩阵,旨在捕获多维时间序列数据的全局空间依赖性,同时利用动态图学习层构建一系列演化的图邻接矩阵,旨在建模局部动态的空间依赖性;最后,联合优化重构模型和预测模型,通过重构误差和预测误差计算异常分数,然后比较阈值和异常分数的关系,进而检测异常。在MSL、SMAP和SWaT三个公开数据集上的实验结果表明,该模型在异常检测性能指标F1分数方面优于OmniAnomaly、MTAD-GAT和GDN等相关的基线模型。

关键词：图卷积网络时空依赖多维时间序列异常检测

不同热处理工艺下增材制造TC17钛合金组织与摩擦学性能研究

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中国激光 2024年第12期51卷 127-138页

作者：王浩胡怡宁王涛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

研究了不同热处理工艺对定向能量沉积TC17钛合金微观组织与摩擦学性能的影响,分析了热处理过程中的组织演变规律与20 N干滑动磨损下的综合磨损行为。结果表明,在退火与退火后固溶处理阶段,合金主要由初生α相及连续或不连续的晶界α相... 详细信息

研究了不同热处理工艺对定向能量沉积TC17钛合金微观组织与摩擦学性能的影响,分析了热处理过程中的组织演变规律与20 N干滑动磨损下的综合磨损行为。结果表明,在退火与退火后固溶处理阶段,合金主要由初生α相及连续或不连续的晶界α相、β相组成,无相析出区伴随连续晶界α相存在。在退火后固溶处理的基础上进一步进行时效处理,针状次生α相开始析出,且随着时效温度的升高,初生与次生α相开始生长、粗化,无相析出区先消失后出现。硬度与磨损测试结果表明,经580℃时效处理后显微硬度最高(486.93 HV),此时有较强的弥散强化效果,摩擦学性能最优,磨损率仅为0.0451 mg/m。热处理后多种磨损机制混合存在,磨损率、磨损形貌取决于微观结构与氧化层的变化。研究结果为优化TC17合金摩擦学性能与热处理工艺提供了参考。

关键词：激光技术钛合金摩擦学性能微观组织热处理定向能量沉积

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基于组合变换域的彩色图像大容量零水印算法

北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2093-2103页

作者：韩绍程刘欢中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对现有大多数彩色图像零水印方案中水印嵌入容量小且抗几何攻击鲁棒性能不佳等问题,提出一种基于组合变换域和位平面分解的大容量鲁棒零水印算法。对彩色载体图像的R、G、B通道分别进行快速有限剪切波变换(FFST),并对变换后的各低频... 详细信息

针对现有大多数彩色图像零水印方案中水印嵌入容量小且抗几何攻击鲁棒性能不佳等问题,提出一种基于组合变换域和位平面分解的大容量鲁棒零水印算法。对彩色载体图像的R、G、B通道分别进行快速有限剪切波变换(FFST),并对变换后的各低频子带进行非重叠分块置乱,将置乱后的各子带的分块离散余弦变换(DCT)系数用于构造四元数离散余弦变换(QDCT)系数矩阵;在每个QDCT系数矩阵中选取两个低频系数,利用其各个实部和虚部的符号极性构造8个二值鲁棒特征矩阵;将经过正交拉丁方置乱加密后的灰度水印图像按位分解,把位分解后的8个二值位平面分别与以上二值鲁棒特征矩阵进行异或并重组得到灰度级认证零水印。此外,在水印检测前,采用ORB算法对待认证图像进行几何校正。实验结果表明,所提算法水印嵌入容量和安全性高,且对于常规非几何攻击和几何攻击均具有较强的鲁棒性。

关键词：零水印彩色图像灰度级水印组合变换域位平面分解

含金属簇绒结构CFRP层合板雷击烧蚀防护性能模拟

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西北工业大学学报 2024年第4期42卷 606-615页

作者：贾宝惠杨霄单泽众肖海建任鹏中国民航大学航空工程学院天津300300

簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数... 详细信息

簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数下含金属簇绒结构CFRP层合板电-热耦合模型,通过与实验结果对比分析发现,仿真模型的损伤样貌、损伤区域及损伤扩展趋势与实验相吻合,证明了模型的有效性。研究结果表明:含金属簇绒结构CFRP层合板的烧蚀表面积降低至基准件的8.06%;金属丝间距对高电势区域面积和区域形状有影响,金属丝间距对雷击烧蚀面积影响最大。

关键词：雷击防护金属簇绒结构烧蚀损伤热电耦合

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基于混合元的变刚度层合板静力学分析

工程力学 2024年第3期41卷 19-25页

作者：杨立洲卿光辉中国民航大学航空工程学院天津300300

针对变刚度层合结构,大多采用板壳理论或常规的位移有限元法分析其力学行为。相较位移元,非协调广义部分混合元同时引入位移和应力边界条件,提高了应力结果精度,且边界应力更符合真实情况。扩展了纯弹性体的非协调广义部分混合元理论,... 详细信息

针对变刚度层合结构,大多采用板壳理论或常规的位移有限元法分析其力学行为。相较位移元,非协调广义部分混合元同时引入位移和应力边界条件,提高了应力结果精度,且边界应力更符合真实情况。扩展了纯弹性体的非协调广义部分混合元理论,提出适用于变刚度层合结构修正的非协调广义部分混合元模型。与ABAQUS计算结果对比证明,即使在网格较稀疏的情况下,该文方法也具有较好的适用性,且数值结果精确度高。通过算例分析了纤维铺设角度的变化对变刚度层合板平面内位移场的影响,可为变刚度结构的设计提供一定的思路。

关键词：变刚度结构层合板非协调广义混合元有限元法静力学分析

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基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

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系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2023-2033页

作者：刘嘉琛董磊陈曦梁博尧王鹏中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

关键词：智能航电系统单一飞行员驾驶系统理论过程分析决策试验与评价实验法毕达哥拉斯模糊理论致因分析

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