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面向机动目标的设定时间多约束协同制导律

自动化学报 2025年第1期51卷 104-116页

作者：李鹤宇王建斌张锐宋峰北京电子工程总体研究所北京100854

针对三维空间中多航天器协同捕获机动目标问题,提出一种具有终端角度约束和时间一致性约束的设定时间协同制导律,将视线(Line-of-sight,LOS)角误差和齐射攻击的收敛时间作为一个可提前设定的参数,实现对收敛时间进行设置.构建三维场景... 详细信息

针对三维空间中多航天器协同捕获机动目标问题,提出一种具有终端角度约束和时间一致性约束的设定时间协同制导律,将视线(Line-of-sight,LOS)角误差和齐射攻击的收敛时间作为一个可提前设定的参数,实现对收敛时间进行设置.构建三维场景航天器−目标运动学模型,在沿视线方向将同时攻击问题转化为一致性问题,提出一种分布式协同制导律,设定时间内使得多个航天器剩余飞行时间相等;在垂直视线方向利用滑模控制方法对制导律进行设计,使得每个航天器的视线角在设定时间内达到期望值.上述制导律中,设计了一种设定时间扩展状态观测器(Predefined-time extended state observer,PTESO)对未知的目标加速度进行估计.数值仿真结果验证了方法的有效性.

关键词：航天器协同制导律设定时间收敛状态估计时间一致性

基于Radon时频分析的海面舰船目标SAR-ISAR混合成像方法

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系统工程与电子技术 2025年第1期47卷 109-116页

作者：陈洪猛李军刘京黄伟张英杰陈燕鲁耀兵北京无线电测量研究所北京100854

高海情下,由于海面舰船目标在偏航、俯仰和横滚3个维度的非规则运动引入的高阶相位,导致机载雷达对海面舰船目标直接进行合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像时会出现散焦现象。针对此问题,提出一种基于Radon时频分析的机... 详细信息

高海情下,由于海面舰船目标在偏航、俯仰和横滚3个维度的非规则运动引入的高阶相位,导致机载雷达对海面舰船目标直接进行合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像时会出现散焦现象。针对此问题,提出一种基于Radon时频分析的机载海面舰船目标SAR-逆SAR(inverse SAR,ISAR)混合成像方法。首先,建立了机载海面舰船目标SAR-ISAR混合成像模型,将海面舰船目标的三轴转动引起的舰船成像模糊问题转化为高阶相位误差的估计问题。然后,基于Radon时频分析的方法精确估计运动舰船目标的高阶相位信息,并构造相应的高阶相位因子进行补偿。最后,基于估计的高阶相位信息对舰船目标进行SAR-ISAR精聚焦成像,实测数据的处理结果验证了所提方法的有效性。

关键词：机载雷达海面舰船目标合成孔径雷达-逆合成孔径雷达混合成像

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基于中红外吸收光谱的痕量水汽在线测量

光谱学与光谱分析 2025年第2期45卷 358-363页

作者：钟翔雨史青张步强张宇露刘晓英蒙瑰牛慧文邵文博周建发北京遥测技术研究所北京100076

痕量水汽检测在半导体芯片制造、大气模型研究、高纯气体制备等方面发挥重要作用。针对痕量水汽浓度的精确、快速测量的需求,提出基于5020 nm中红外激光器的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对高纯氮气中的痕量水汽进行实时在线测... 详细信息

痕量水汽检测在半导体芯片制造、大气模型研究、高纯气体制备等方面发挥重要作用。针对痕量水汽浓度的精确、快速测量的需求,提出基于5020 nm中红外激光器的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对高纯氮气中的痕量水汽进行实时在线测量的方案。气体在中红外波段具有高选择性和吸收能力的特点,在此波段进行痕量水汽检测具有选择性好、灵敏度高、响应时间短等优点。根据HITRAN数据库中光谱参数对水汽吸收谱线进行仿真,仿真结果表明H2O在5020.36 nm处有强吸收,且无其他气体干扰,选取该谱线对高纯氮气中的水汽吸收进行研究。选用5020 nm中心波长的带间级联激光器(ICL)作为光源搭建TDLAS实验系统。激光器输出激光分为两路,一路作为参考光路,用于获得吸收池外的背景水汽吸收,另一路为测量光路,通过Herriott吸收池获得待测气体中的水汽吸收,吸收池内光程L=10 m。探测器将接收到的光信号转换为电信号,经放大电路放大后被采集并传输到计算机,采样频率为25 MHz。分别对参考、测量光路信号进行基线拟合和Voigt线型拟合,得到水汽的吸光度曲线和积分吸光度,通过计算扣除测量光路中的背景水汽吸收,得到高纯氮气中的痕量水汽浓度。将上述反演过程的算法嵌入软件平台,对采集的透射光强数据直接进行反演处理,实时得到吸收池内高纯氮气中的水汽浓度值,响应时间为12 s。待水汽浓度值稳定后,取30次测量结果的平均值作为各批次高纯氮气水汽浓度的实验结果。实验结果表明,测量得到的各批次高纯氮气的痕量水汽浓度与国家标准要求的高纯氮气中水汽浓度之间的偏差小于±5%,最大偏差为-3.04%,对实验结果进行误差分析,计算得到水汽体积分数的不确定度最大为0.159×10^(-6)。该实验装置可以在中红外波段对高纯气体中痕量水汽浓度进行准确、可靠的在线测量,为中红外波段进行痕量气体在线监测提供一种切实可行的方案。

关键词：中红外吸收光谱痕量水汽在线测量

基于简易冲击分解模型的爆轰驱动硅橡胶数值模拟及实验解读

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爆炸与冲击 2025年第1期45卷 123-132页

作者：刘军殷建伟张凤国北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程,提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型,对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟,并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明,实验中硅橡胶发生了冲击分解反应,导致钢... 详细信息

为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程,提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型,对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟,并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明,实验中硅橡胶发生了冲击分解反应,导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响,首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间,再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后,出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间,之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高,首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功,导致首次波传播至自由面时能量衰减,峰值压力降低,首次起跳速度峰值降低。

关键词：硅橡胶爆轰驱动冲击分解分解压力

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层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律

物理学报 2025年第1期74卷 78-84页

作者：张凤国王言金王裴王欣欣北京应用物理与计算数学研究所北京100094

构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势,同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展.因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息,目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约,同时也无法... 详细信息

构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势,同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展.因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息,目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约,同时也无法有效提供一些工程中十分关注的材料损伤与最后材料破碎颗粒度之间的关联信息,因而迫切需要发展反映损伤材料内部微介观孔洞分布特征变化规律的层裂损伤模型.通过对孔洞成核过程中各种影响因素的分析,结合孔洞早期增长的特点,同时考虑到解析求解方便,本文给出了基于余弦函数形式的孔洞成核概率分布函数,采用新的孔洞成核概率函数的解析计算结果不仅与分子动力学计算的孔洞数随时间变化结果相符,而且与损伤发展早期的金属钽层裂实验结果也符合得很好,也就是说,采用新的孔洞成核概率函数可以在一定程度上反映层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律.

关键词：层裂损伤孔洞成核孔洞分布特征冲击加载

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基于PMI泡沫的可重复使用结构隔声性能研究

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振动与冲击 2025年第2期44卷 344-350页

作者：秦朝红侯传涛康军魏龙荣克林郝子元任方北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 北京宇航系统工程研究所北京100076

可重复飞行器飞行过程中,面临着复杂的力、热、空间等载荷环境,对飞行器系统可靠性和结构完整性提出了需求。可重复飞行器上升、再入过程中受到严酷的气动噪声环境,噪声传到飞行器内,会对内部的设备产生影响。因此在对结构进行设计时,... 详细信息

可重复飞行器飞行过程中,面临着复杂的力、热、空间等载荷环境,对飞行器系统可靠性和结构完整性提出了需求。可重复飞行器上升、再入过程中受到严酷的气动噪声环境,噪声传到飞行器内,会对内部的设备产生影响。因此在对结构进行设计时,除了轻质、承载、耐温等设计要求外,还要达到很好的隔声性能,在轨期间满足一定的空间环境要求,并可实现可重复使用。考虑到聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide, PMI)泡沫优异的耐热性、比强度高、轻质等特点,将PMI泡沫与复合材料蜂窝板进行复合,开展其隔声性能研究,获取了典型试验件的隔声性能。在此基础上对飞行器结构进行了设计,通过试验验证了其良好的隔声效果。开展了不同剂量的带电粒子辐照试验,对其多次、长期在轨后的隔声性能进行了评估,在30~5 000 krad(Si)粒子辐照下,不管是PMI泡沫还是PMI泡沫与蜂窝复合结构的隔声性能变化不大,满足可重复使用的隔声性能要求。

关键词：可重复使用结构隔声性能空间环境聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫蜂窝结构

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钝感高能硝胺发射药内弹道性能的预测

含能材料 2025年第1期33卷 57-64页

作者：郭志罡李梓超李曼曼邬睿魏伦于慧芳王琼林温晓沐西安近代化学研究所陕西西安710065 中国兵器工业第208研究所北京102202

为了分析钝感高能硝胺发射药内弹道性能的影响因素,基于密闭爆发器试验和14.5 mm弹道测试构建了高能硝胺发射药的内弹道模型,采用粒子群算法拟合了模型修正系数,进而基于模型理论计算分析了燃烧渐增性因子Pr及装药量ω对弹丸初速V_(0)... 详细信息

为了分析钝感高能硝胺发射药内弹道性能的影响因素,基于密闭爆发器试验和14.5 mm弹道测试构建了高能硝胺发射药的内弹道模型,采用粒子群算法拟合了模型修正系数,进而基于模型理论计算分析了燃烧渐增性因子Pr及装药量ω对弹丸初速V_(0)和最大膛压p_(m)的影响。结果表明:基于经典内弹道理论预测高能硝胺发射药动态燃烧特性时,需考虑燃速修正系数χ和火药力利用系数η。与静态燃烧相比,动态燃烧的等效燃速相对增长可超过10%。同时,由于能量耗散的影响,理论计算中仅80%左右的火药力可有效转换为弹丸动能。发射药内弹道性能受Pr、ω、χ和η的耦合影响。作为主要机制,发射药静态燃烧性能和装药量显著影响着内弹道性能;V_(0)和ω线性正相关,p_(m)可表征为ω的指数函数;Pr决定了不同关联式中的系数。然而,在不同工艺条件下,χ和η的波动使内弹道性能变化,增大了拟合关联式的预测偏差。

关键词：钝感高能硝胺发射药内弹道性能燃速修正系数火药力利用系数拟合关联式

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轻小型深空探测微光相机光学系统设计

激光与光电子学进展 2025年

作者：佟静波张保贵冯星泰李烨胡永富黄长宁北京空间机电研究所

在深空探测领域，为满足天体表面阴影区的成像探测需求，设计了一款视场为45°×45°，焦距27.2mm，光谱范围430nm～680nm，相对孔径1/2的光学系统。为了实现高成像质量与小体积的设计目标，该系统采用一种基于光阑附近正透镜复杂化的... 详细信息

在深空探测领域，为满足天体表面阴影区的成像探测需求，设计了一款视场为45°×45°，焦距27.2mm，光谱范围430nm～680nm，相对孔径1/2的光学系统。为了实现高成像质量与小体积的设计目标，该系统采用一种基于光阑附近正透镜复杂化的对称式新型光学结构，该结构的主要光焦度融入了有利于减小体积的摄远型设计元素。通过光学被动无热化设计，使其能够适应-40℃至+55℃的宽工作温度范围。同时，针对系统中的双胶合透镜进行了精确的微热应力设计，以提升性能稳定性。在系统设计过程中，通过对光学结构及像差进行全面分析和优化，得到全视场畸变优于3%，在0.9视场内45.5 lp/mm的空间频率处，调制传递函数（MTF）值大于0.5，总长72.8mm。系统具备高成像质量、小体积和宽工作温度范围的显著特点，能够在天体表面阴影区的多次起飞、降落过程中快速获取更多目标信息，同时降低能源消耗，有利于延长任务寿命。

关键词：光学设计阴影区成像像差分析光学被动式无热化设计

片上含互注入Talbot腔的激光阵列同相模锁相

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红外与激光工程 2025年第1期54卷 80-89页

作者：王晓帆徐宁宫永辉李嘉伟北京强度环境研究所北京100076

为了获得高相干窄线宽的阵列半导体激光输出,提出了一种在半导体激光阵列(Laser Diode Array, LDA)芯片上利用半周期横向偏位的面对面互注入Talbot腔实现同相模锁相输出的方法。通过数值求解(8+8)激光阵列的动力学Lang-Kobayashi(L-K)... 详细信息

为了获得高相干窄线宽的阵列半导体激光输出,提出了一种在半导体激光阵列(Laser Diode Array, LDA)芯片上利用半周期横向偏位的面对面互注入Talbot腔实现同相模锁相输出的方法。通过数值求解(8+8)激光阵列的动力学Lang-Kobayashi(L-K)速率方程,分析了阵列在不同填充因子(Fill Factor, FF)情况下的锁相过程。结果表明,当FF从0.05增加到0.4时,激光单元间经历了从周期振荡到稳定锁相再到混沌态的过程。确定了FF在0.08~0.2之间时,能够实现同相模的锁相输出。通过(8+8)激光阵列的互注入仿真,发现当FF=0.09~0.25时,可以实现单纵模的锁频输出,而其余FF对应的输出频谱为多纵模共存。最后通过激光腔内变换矩阵求解了不同超模间阈值增益,确定了在不同FF情况下同异相模的最大阈值增益差。结果表明,对于该面对面互注入锁相结构,填充因子在0.1附近时能够实现稳定的同相模锁相,且同异相模间阈值增益差最大,可以获得系统鲁棒性最强的同相模式锁相输出。

关键词：半导体激光阵列同相模速率方程 Talbot腔锁相