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空间点目标神经形态学探测方法

中国空间科学技术（中英文） 2024年第3期44卷 98-110页

作者：王瑞琳王立贺盈波李林北京控制工程研究所北京100190

随着在轨航天器面临越来越多的威胁,如何识别并评估这些威胁对航天器正常运行的影响已成为一个迫切需要解决的问题。目前,空间目标的探测和跟踪主要依赖于传统的基于帧的视觉传感器,但这类传感器在实时性和数据量等方面存在不足。与此同... 详细信息

随着在轨航天器面临越来越多的威胁,如何识别并评估这些威胁对航天器正常运行的影响已成为一个迫切需要解决的问题。目前,空间目标的探测和跟踪主要依赖于传统的基于帧的视觉传感器,但这类传感器在实时性和数据量等方面存在不足。与此同时,基于神经形态学的视觉传感器已在运动目标检测和跟踪领域获得广泛应用。由于其获取的事件流数据仅包含视场中变化部分的信息,且具有微秒级的时间分辨率,这使得目标检测和跟踪的速度能够达到微秒级,同时大幅降低了需要处理的数据量。正因为神经形态学视觉传感器的这些优势,它在空间应用领域已成为当前的研究焦点。基于此,提出了一种基于三层脉冲神经网络的空间点目标检测方法——空间点目标神经形态学探测方法,仅使用事件流数据实现对空间点目标的探测和跟踪。主要包括局部运动感知层/全局运动感知层以及输出层,采用分数阶漏积分点火神经元作为基础处理单元,并利用其自适应性抑制事件流数据中的热噪声。通过实际采集的空间点目标事件流数据和公开数据集中的事件流数据进行了验证。在实际采集的空间点目标事件流数据上,去噪滤波部分的事件去噪精度和事件信噪比分别能够达到0.414和-3.036,跟踪部分的总跟踪时长、总跟踪错误次数以及平均跟踪偏差分别达到了9.395 s、100以及0.3797。试验结果表明,空间点目标神经形态学探测方法能够从复杂的事件流数据中检测出快速运动的单个或者多个空间目标,并且能够对检测出的空间点目标进行持续的跟踪。

关键词：空间点目标神经形态学事件流数据目标探测脉冲神经网络

调谐质量阻尼器和非线性能量阱抑制内燃机闭环轴系扭转振动的比较研究

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力学学报 2024年第1期56卷 236-246页

作者：马凯杜敬涛刘杨陈曦明哈尔滨工程大学动力与能源工程学院振动噪声控制研究所哈尔滨150001 中国运载火箭技术研究院北京航天发射技术研究所北京100076

传统线性减振器在抑制内燃机轴系的扭转振动方面有着长期的应用,但较窄的减振带宽限制了其性能的发挥.考虑到内燃机闭环轴系的周期性激振力随转速的变化而变化,其在相对较宽的频率域内实现高效的减振十分必要.为了探究非线性能量阱(nonl... 详细信息

传统线性减振器在抑制内燃机轴系的扭转振动方面有着长期的应用,但较窄的减振带宽限制了其性能的发挥.考虑到内燃机闭环轴系的周期性激振力随转速的变化而变化,其在相对较宽的频率域内实现高效的减振十分必要.为了探究非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)替代调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)抑制曲轴扭转振动的可行性,文章将建立曲轴的多惯量非线性闭环自激耦合振荡模型,在此基础上,研究TMD和NES对闭环曲轴扭振减振的影响规律.分析过程综合考虑了轴系不同轴段位置的瞬态和稳态扭转振动.除此之外,定义了振动密度,性能领先效率和波动率3种函数综合考虑不同动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)的性能优劣.讨论了NES和TMD在不同的设计参数下(变刚度、变阻尼和变位置排布)的减振效率和鲁棒性.结果表明,NES和TMD控制曲轴扭振时具有不同的刚度及阻尼失效区间.随着设计参数的变化,NES和TMD的减振性能交替领先,NES的综合性能领先了24.5%,TMD的综合性能领先了3.3%.同时,NES具有较高的阻尼依赖性(13.6%),TMD具有较高的刚度(3.6%)及位置依赖性(25.6%).

关键词：柴油机扭振减振非线性能量阱闭环轴系鲁棒性

基于改进鱼群算法的牧场巡检机器人路径规划研究

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中国农机化学报 2024年

作者：高金喆寇志伟许寒琪段轲赫马佳音内蒙古工业大学电力学院内蒙古自治区机电控制重点实验室

针对传统人工鱼群算法（AFSA）在牧场巡检路径规划的过程中易陷入局部最优解、规划的最优路径较长等问题，提出一种改进人工鱼群算法融合遗传算法(GA)得到的遗传鱼群算法（GFSA）。GFSA在AFSA基础上通过优化视野和步长，加快算法在求解... 详细信息

针对传统人工鱼群算法（AFSA）在牧场巡检路径规划的过程中易陷入局部最优解、规划的最优路径较长等问题，提出一种改进人工鱼群算法融合遗传算法(GA)得到的遗传鱼群算法（GFSA）。GFSA在AFSA基础上通过优化视野和步长，加快算法在求解过程中的收敛速度和精度；通过设计分段式拥挤度因子、引入遗传算法中的变异操作，避免算法在迭代过程中过早聚集在局部最优解周围。将GFSA搭载在牧场巡检机器人上进行实验验证。结果显示，在消融实验中，GFSA规划的路径长度均低于对比算法，其最优路径长度中位数为23.2m；在多算法对比实验中，与对比算法相比，GFSA的路径最短且转弯幅度小；在不同障碍物率地图的路径规划中，GFSA的最优路径长度初始值、增长斜率均小于对比算法，具有更好的鲁棒性和适应性。

关键词：遗传算法人工鱼群算法牧场巡检机器人路径规划

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高速飞行器气动外形设计方法综述

空天技术 2024年第1期2024卷 23-35页

作者：李昊廖志刚杨令飞潘幸华北京机电工程研究所

高速飞行器无论作为武器还是运载器都具备巨大潜力，掌握高速飞行技术意味着占领了航空航天领域的制高点。针对高速飞行器气动设计过程展开讨论，其主要流程为设计基准外形、外形参数化、气动特性计算以及迭代优化。介绍了目前高速飞行... 详细信息

高速飞行器无论作为武器还是运载器都具备巨大潜力，掌握高速飞行技术意味着占领了航空航天领域的制高点。针对高速飞行器气动设计过程展开讨论，其主要流程为设计基准外形、外形参数化、气动特性计算以及迭代优化。介绍了目前高速飞行器的常见气动外形以及一些新型气动外形设想，在参数化方法方面分析了样条方法、型函数法、CST法及自由变形算法的原理及优缺点，对目前获取气动特性的方法作了简要说明，介绍了气动优化过程中的优化算法。目前来看，高速飞行器的设计过程仍具有缺乏系统性、迭代周期长的缺点，但随着计算机不断发展，理论不断进化，面向工程的高速飞行器气动外形设计方法将会越来越完善。

关键词：高速飞行器参数化方法数值模拟风洞试验气动优化

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星载大气成分监测光谱仪设计与验证

光学学报 2024年

作者：李碧岑安宁石峰肖大舟王伟刚徐彭梅欧宗耀孟晓辉于正阳房炳秀北京空间机电研究所

面向多种大气成分高时效监测需求，设计并研制谱段覆盖270～2385 nm、光谱分辨率达0.25～0.55 nm、幅宽优于2600 km的光谱仪样机，可为污染气体、温室气体排放的日变化监测服务。采用自由曲面离轴两反望远系统实现108.8°视场像差校正... 详细信息

面向多种大气成分高时效监测需求，设计并研制谱段覆盖270～2385 nm、光谱分辨率达0.25～0.55 nm、幅宽优于2600 km的光谱仪样机，可为污染气体、温室气体排放的日变化监测服务。采用自由曲面离轴两反望远系统实现108.8°视场像差校正，并大幅缩减了望远系统体积和光学件数量。通过集成视场分光、光学狭缝、光路折叠功能的复合狭缝，提高系统效率，实现多通道紧凑布局。短波红外谱段采用硅浸没式光栅，实现高色散的同时，大幅减小光栅面尺寸和光谱仪尺寸。实现包含多种复杂光学元件的多通道超光谱成像系统的装调和测试，验证了系统光谱和辐射性能，为工程化实施奠定基础。

关键词：光栅光谱仪污染气体温室气体自由曲面狭缝浸没式光栅

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柔性航天器全局有限时间姿态容错控制

控制理论与应用 2024年

作者：朱婉婉杨玉凯宗群中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心天津大学电气自动化与信息工程学院中国矿业大学信息与控制工程学院北京精密机电控制设备研究所航天伺服驱动与传动技术实验室

本文针对在模型不确定性、外界干扰与执行器故障影响下柔性航天器姿态控制问题,设计一种自适应容错控制算法,该算法包括标称控制部分和补偿控制部分.首先,标称控制部分用于实现不考虑综合不确定影响下航天器有限时间姿态控制.其次,补偿... 详细信息

本文针对在模型不确定性、外界干扰与执行器故障影响下柔性航天器姿态控制问题,设计一种自适应容错控制算法,该算法包括标称控制部分和补偿控制部分.首先,标称控制部分用于实现不考虑综合不确定影响下航天器有限时间姿态控制.其次,补偿控制部分基于积分滑模设计,该补偿控制器通过对综合不确定有效估计,在控制器中作补偿,减少对姿态控制精度的影响,提高航天器姿态控制精度.该算法特点在于可实现柔性航天器全局有限时间姿态控制,放宽角速度或其导数、执行器故障或其导数有界的假设.同时,基于Lyapunov函数严格证明整个闭环系统的稳定性.最后,通过仿真验证该控制算法的有效性.

关键词：姿态控制自适应控制干扰观测器柔性航天器

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空间挠性作动器的可靠性验证试验方法

中国空间科学技术（中英文） 2024年第2期44卷 118-124页

作者：叶田园刘鑫崔赪旻周元子宗红北京卫星环境工程研究所北京100094 北京控制工程研究所北京100094

为了对空间挠性作动器在轨运行的可靠性进行评估,针对作动器在轨工况复杂、小子样、长寿命的特点,给出了作动器可靠性验证试验方法。首先,在分析作动器结构组成及工作原理的基础上,确定了作动器可靠性特征量。然后,以寿命型可靠性试验... 详细信息

为了对空间挠性作动器在轨运行的可靠性进行评估,针对作动器在轨工况复杂、小子样、长寿命的特点,给出了作动器可靠性验证试验方法。首先,在分析作动器结构组成及工作原理的基础上,确定了作动器可靠性特征量。然后,以寿命型可靠性试验为基本思路,针对挠性元件在轨疲劳断裂失效这一主要故障模式,根据在轨典型工况载荷数据进行疲劳试验载荷谱设计,采用试验载荷谱开展挠性元件加速疲劳寿命试验,基于试验结果给出作动器的可靠性评估结果。最后,以某型号空间挠性作动器为例,基于挠性元件加速疲劳试验进行可靠性试验验证,得到作动器可靠性评估结果。研究结果表明,该作动器可靠度满足指标要求,评估结果符合工程实际。运用所提出的可靠性验证试验方法,可为空间挠性作动器在轨运行可靠性的定量评估提供有效的技术途径,可为航天器运动机构的可靠性验证提供参考。

关键词：作动器挠性元件载荷谱加速疲劳试验可靠性评估

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基于自抗扰方法的无人机控制律设计

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1512-1522页

作者：左玲张翔伦李志宇秦玮侯琳杨森西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术重点实验室西安710070

针对多平台、多任务的无人机飞行控制律的快速开发问题,提出一种基于自抗扰方法的无人机控制律架构,设计了可复用的扩展状态观测器及微分跟踪器,研究对比了其在3种具有较大差异的无人机平台中的应用,使7 000 kg的超音速UAV_A获得了更优... 详细信息

针对多平台、多任务的无人机飞行控制律的快速开发问题,提出一种基于自抗扰方法的无人机控制律架构,设计了可复用的扩展状态观测器及微分跟踪器,研究对比了其在3种具有较大差异的无人机平台中的应用,使7 000 kg的超音速UAV_A获得了更优的敏捷性结果,在60 kg的缩比UAV_B完成了5.8g的半滚倒转大过载机动飞行试验,基于10 kg的平直翼UAV_C实现了12架机紧编队的精确轨迹控制飞行试验。仿真及试飞结果表明:所提自抗扰控制结构响应快速、控制精度高、鲁棒性强,能够较好地适应多类无人机、面向多种任务场景的控制需求,且不需调参就能够获得较好的控制效果,为飞行控制算法设计提供了新的技术途径。

关键词：自抗扰控制无人机飞行控制大过载机动飞行编队飞行非线性状态误差反馈控制

基于变分信号分解的脉冲多普勒雷达抗扫频式干扰方法

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兵工学报 2024年第6期45卷 2076-2084页

作者：陈齐乐钱鹏飞孔志杰乔彩霞张睿恒北京遥感设备研究所北京100854 北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081 长征运载火箭研究院北京100076 北京无线电计量测试研究所北京100854

针对脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)雷达遭受扫频式干扰时,接收机被干扰信号饱和导致的雷达虚警或漏警问题,分析扫频式干扰作用下PD雷达中频信号特征,提出基于变分信号分解的PD雷达抗扫频式干扰方法。利用目标回波时域稀疏性及干扰信号... 详细信息

针对脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)雷达遭受扫频式干扰时,接收机被干扰信号饱和导致的雷达虚警或漏警问题,分析扫频式干扰作用下PD雷达中频信号特征,提出基于变分信号分解的PD雷达抗扫频式干扰方法。利用目标回波时域稀疏性及干扰信号的频域窄带特性,通过极大极小惩罚项和2阶变分惩罚项分别约束中频信号中的目标回波脉冲串分量和干扰分量,设计了基于交替方向乘子法的迭代算法求解优化问题各分量。保留目标回波脉冲串分量,滤除扫频中频分量,从而抑制干扰对雷达的影响,并通过仿真和实测数据验证方法的有效性。研究结果表明:所提抗干扰方法在信干比-20 dB扫频式干扰作用下能够有效抑制扫频式干扰对PD雷达的影响,显著提高PD雷达的抗干扰性能。

关键词：脉冲多普勒雷达扫频式干扰抗干扰方法变分信号分解交替方向乘子法