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L波段数字航空通信系统技术发展现状与挑战

航空学报 2024年第10期45卷 1-15页

作者：朱衍波王志鹏郭凯淡志强北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学人工智能研究院北京100191

L波段数字航空通信系统(LDACS)具有大带宽、高速率、低延迟、高安全等优势,是未来通信基础设施(FCI)框架中重要的地空宽带通信数据链,也是国际民航组织(ICAO)认证的第一个真正实现通信、导航和监视(CNS)一体化的系统。首先分析了民航地... 详细信息

L波段数字航空通信系统(LDACS)具有大带宽、高速率、低延迟、高安全等优势,是未来通信基础设施(FCI)框架中重要的地空宽带通信数据链,也是国际民航组织(ICAO)认证的第一个真正实现通信、导航和监视(CNS)一体化的系统。首先分析了民航地空通信系统的发展需求,梳理了LDACS的发展现状,包括LDACS技术的提出、LDACS国际标准化的推进进程以及典型的应用场景。其次,介绍了LDACS的关键技术,包括频谱资源受限下空地宽带通信技术、L波段同频段信号电磁兼容技术、通导融合技术、基于航空电信网互联网协议簇(ATN/IPS)的移动性管理与多链路接入技术、数据安全传输技术等。最后,总结了中国民航LDACS的发展现状与面临的挑战。

关键词：航空宽带通信 LDACS 通导一体电磁兼容 ATM现代化

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DS/FH信号跟踪的频率相位修正技术

国防科技大学学报 2024年第3期46卷 195-204页

作者：王屹伟张波黄智刚北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

直序/跳频(direct sequence/frequency hopping,DS/FH)扩频信号的跟踪受到多普勒效应和电离层效应的严重影响,使其难以应用于卫星导航的抗干扰领域。为了解决该问题,提出将递归最小二乘滤波修正的方法应用在DS/FH信号跟踪上。将处于不... 详细信息

直序/跳频(direct sequence/frequency hopping,DS/FH)扩频信号的跟踪受到多普勒效应和电离层效应的严重影响,使其难以应用于卫星导航的抗干扰领域。为了解决该问题,提出将递归最小二乘滤波修正的方法应用在DS/FH信号跟踪上。将处于不同通道中心频率的多普勒频率估计转化到DS/FH信号的整体中心频率进行并滤波,在频率捷变时对载波数控振荡器进行修正。根据对频率跳变前后载波相位和码相位突变的观察,实时估计电离层的电子密度,在频率捷变时修正载波相位和码相位。仿真实验证明,所提方法能够有效地消除DS/FH信号跟踪中的频率相位不连续问题,其跟踪精度与直序扩频信号度基本是相同量级。

关键词：直序/跳频扩频跟踪抗干扰电离层效应多普勒效应

无人机GNSS/IMU组合导航系统完好性监测方法

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航空学报 2024年第7期45卷 242-255页

作者：赵靖宋丹中国交通通信信息中心北京100011 北京航空航天大学卫星导航与移动通信融合技术实验室北京100191

针对民用无人机组合导航系统中,全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元(IMU)均存在故障风险的情况,提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型,设计完好性风险需求分配方... 详细信息

针对民用无人机组合导航系统中,全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元(IMU)均存在故障风险的情况,提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型,设计完好性风险需求分配方案并建立各故障模式的保护级反演模型,利用滤波新息表达过去历元故障偏差对定位误差的影响,解决故障起始历元和故障偏差取值未知的前提下保护级反演难题。典型无人机低空飞行作业场景下的仿真结果表明:该方法设计的保护级反演模型计算所得保护级可跟踪定位误差的变化趋势,对定位误差形成包络,从而保障组合导航系统的完好性。

关键词：组合导航完好性监测完好性风险评估保护级无人机包络

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动态特征剔除的无人系统视觉/惯性导航方法

电子测量与仪器学报 2024年

作者：多靖赟赵龙赵毅琳李俊韬北京航空航天大学数字导航中心北京物资学院智能物流系统北京市重点实验室

为降低动态环境对视觉/惯性导航系统定位精度与稳定性的影响，提出了一种动态特征剔除的视觉/惯性导航方法。该方法在视觉/惯性导航系统VINS框架基础上，以结构相似度作为成本量生成端到端网络，检测环境中的动态区域；通过特征光流矢... 详细信息

为降低动态环境对视觉/惯性导航系统定位精度与稳定性的影响，提出了一种动态特征剔除的视觉/惯性导航方法。该方法在视觉/惯性导航系统VINS框架基础上，以结构相似度作为成本量生成端到端网络，检测环境中的动态区域；通过特征光流矢量对已检测到的动态区域进行对称光流筛选，剔除该区域内的动态特征；融合视觉和惯性测量构造代价函数，通过非线性优化方法有效估计无人系统状态。实验结果表明，动态特征剔除后的视觉/惯性导航方法具有良好的定位精度和稳定性，其位置均方根误差在EuRoC公开数据集和实际场景采集数据上分别为0.081米和1.982米，仅为VINS的35.5%和24.9%。该方法可在复杂应用环境中提供精确的位置信息，且在低成本无人系统导航定位方面具有良好的实用价值。

关键词：视觉/惯性导航动态特征剔除结构相似度端到端网络对称光流

顾及有效角动量与IGS超快解数据的极移预报方法

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1356-1367页

作者：魏娜周雨欣许雪晴楼益栋戴小蕾施闯武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079 中国科学院上海天文台上海200030 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.... 详细信息

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.该方法基于IGS超快解数据得到的极移第1天预报值,对引入EAM得到的极移预报结果进行校正,获得联合预报值.首先,基于LS(Least Squares)+AR(Auto-Regressive)模型实现了引入EAM的极移预报,相对国际地球自转与参考系统服务组织(International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS)提供的公报A数据,在超短期(第1~10天)预报跨度可以得到更高精度的极移预报结果,其中大气和海洋角动量发挥了主要作用.其次,鉴于IGS超快解数据精度高、更新快的特点,以IGS超快解为基础数据,基于LS+AR模型可以得到极移第1天预报值,其精度显著优于IERS公报A的极移第1天预报值.最后,利用第1天预报值对顾及有效角动量的预报结果进行校正获得了联合预报值,进一步提高了超短期极移预报精度(尤其是第1~5天).2020年7月24日—2022年1月30日间的联合预报结果表明:第1~20天的预报值总体优于IERS公报A的预报值.其中,第1~10天的预报精度显著提升,在预报第1天,X、Y方向预报值相对公报A预报值的精度提升分别可达39.5%~62.3%和24.5%~51.9%;在预报第10天,相对公报A预报值的精度提升分别可达28.0%~28.9%和21.9%~23.4%.

关键词：极移预报有效角动量 IGS极移超快解 LS+AR模型

基于PRIDE教学模式的区块链课程体系建设

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网络与信息安全学报 2024年第1期10卷 181-188页

作者：刘懿中刘建伟伍前红北京航空航天大学网络空间安全学院北京100191

近年来,随着区块链技术的快速发展,其货币属性受到了社会各界的广泛关注。作为一种新兴的技术,区块链技术具有去中心化、不易篡改、匿名性等特点,被广泛应用于“数字货币”、供应链管理、电子投票等领域。国内外,区块链课程的建设都受... 详细信息

近年来,随着区块链技术的快速发展,其货币属性受到了社会各界的广泛关注。作为一种新兴的技术,区块链技术具有去中心化、不易篡改、匿名性等特点,被广泛应用于“数字货币”、供应链管理、电子投票等领域。国内外,区块链课程的建设都受到前所未有的重视。在此背景下,国内各高校纷纷响应政府号召,开始开设区块链课程。然而,在实际的教学过程中,普遍存在教育资源缺乏、课程内容更新不及时等问题,许多高校的区块链课程仍然停留在理论层面,缺乏实际应用和实践操作,导致学生的学习效果不佳,难以满足社会的需求。为了解决这些问题,提出了一种基于PRIDE教学模式的区块链课程建设方案,所提方案结合了传统教学模式的优点和区块链课程的特色,将思政教育、科教融合、启发式教学、研讨式教学、案例教学等形式融入区块链课程中,旨在提高学生的学习效果和实际应用能力。通过多年教学验证,证明了所提方案能够成功解决传统区块链课程存在的问题,提高学生的学习效果和实际应用能力。同时,所提方案符合网络空间安全人才培养的要求,为我国区块链技术的发展和应用提供了有力的人才保障,取得了显著的教学效果。

关键词：区块链原理与技术区块链 PRIDE教学模式课程建设

无人机GNSS/IMU组合导航系统完好性监测方法研究

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航空学报 2024年

作者：赵靖宋丹北京航空航天大学卫星导航与移动通信融合技术实验室中国交通通信信息中心

针对民用无人机组合导航系统中，全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）均存在故障风险的情况，提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型，设计完好性风险需求... 详细信息

针对民用无人机组合导航系统中，全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）均存在故障风险的情况，提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型，设计完好性风险需求分配方案并建立各故障模式的保护级反演模型，利用滤波新息表达过去历元故障偏差对定位误差的影响，解决故障起始历元和故障偏差取值未知的前提下保护级反演难题。典型无人机低空飞行作业场景下的仿真结果表明：该方法设计的保护级反演模型计算所得保护级可跟踪定位误差的变化趋势，对定位误差形成包络，从而保障组合导航系统的完好性。

关键词：组合导航完好性监测完好性风险评估保护级无人机包络

数字试验测试验证：理论、关键技术及应用探索

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机械工程学报 2024年

作者：陶飞高鹏飞张辰源易航邹孝付王琰隆张建康张贺刘蔚然王凯旋杨春霞中国商飞民用飞机试飞中心北京航天万源科技有限公司北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学国际交叉科学研究院数字孪生国际研究中心中国运载火箭技术研究院北京航空航天大学人工智能研究院

试验测试验证(ETV)是了解产品级、系统级、复杂巨系统级物理对象的基本属性和性能特征的一般性方法，ETV结果能为物理对象的论证规划、研发设计、生产制造、运维服役等全生命周期各阶段的相关决策提供重要参考，对于物理对象的迭代优化... 详细信息

试验测试验证(ETV)是了解产品级、系统级、复杂巨系统级物理对象的基本属性和性能特征的一般性方法，ETV结果能为物理对象的论证规划、研发设计、生产制造、运维服役等全生命周期各阶段的相关决策提供重要参考，对于物理对象的迭代优化和性能管控具有重要意义。结合不同阶段产品和系统的典型特征与ETV需求，从实施手段、可实现种类和发展增速等角度，总结分析给出了ETV的五个发展阶段，包括物理ETV、物理数字ETV、数字物理ETV、数实融合ETV、数字ETV(D-ETV)。从“结果准、速度快、内容全、成本低、风险小”五大核心需求出发，分析了D-ETV未来发展面临的挑战。探讨了数字ETV的概念内涵，提出了D-ETV“指南针”体系架构、成熟度模型、通用流程“D”模型、技术体系和应用系统架构，并阐述了D-ETV的理想能力。基于所提D-ETV理论体系，面向重大装备和复杂系统试验测试验证需求，对数字试飞、数字风洞试验、发动机数字测试、数字战场决策验证、高档数控机床数字验证、卫星制造数字验证、数字空间站性能测试、可回收火箭数字验证、核电站安全数字测试、水下装备性能数字验证十个领域应用进行探索。期望相关工作对发展D-ETV理论与技术，更好地满足物理对象和系统在全生命周期各阶段的ETV需求提供启发和参考。

关键词：数字化试验测试验证数字工程数字物理融合

纤维增强树脂基复合材料成型工艺在线监测方法研究进展

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复合材料科学与工程 2024年

作者：高瑞杰齐磊郭瑞琪顾轶卓王绍凯李敏北京航空航天大学材料科学与工程学院中建材(上海)航空技术有限公司试制中心北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院

纤维增强树脂基复合材料的成型质量受树脂流动、固化反应、热应力等诸多因素影响，控制难度大，工艺优化复杂，而将各类传感器置于复合材料内部或外部进行在线监测能获得反映上述变化的材料及工艺特征参量，为工艺参数的调整、优化以及... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料的成型质量受树脂流动、固化反应、热应力等诸多因素影响，控制难度大，工艺优化复杂，而将各类传感器置于复合材料内部或外部进行在线监测能获得反映上述变化的材料及工艺特征参量，为工艺参数的调整、优化以及成型过程的研究提供重要依据。本文综述了航空航天领域常用的成型工艺在线监测方法，包括光纤光栅法，碳纳米管传感器法、树脂压力在线监测法、薄膜压力传感器法、介电分析法等，可实现成型过程中温度、应变、压力、树脂流动前锋、树脂粘度及固化状态等信息的获取，进而实现成型缺陷消除和工艺优化；探讨了在线监测技术与数字化技术的结合方式，并指出了目前在线监测技术的存在问题和发展方向。

关键词：树脂基复合材料在线监测工艺优化数字化技术