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基于高度角随机模型的GNSS外辐射源雷达定位算法

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1373-1381页

作者：杨东凯谭传瑞王峰李唐北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学沈元学院北京100191

针对GNSS外辐射源雷达定位时不同卫星对定位的误差贡献不同的问题,提出基于高度角随机模型的定位算法,理论分析目标位置估计量的克拉美罗界和统计特性,并计算卫星位置误差和地面站位置误差对定位误差的影响。仿真结果表明:所提出算法对... 详细信息

针对GNSS外辐射源雷达定位时不同卫星对定位的误差贡献不同的问题,提出基于高度角随机模型的定位算法,理论分析目标位置估计量的克拉美罗界和统计特性,并计算卫星位置误差和地面站位置误差对定位误差的影响。仿真结果表明:所提出算法对不同GNSS卫星的直射、反射路径的伪距差测量值误差进行了合理分配,定位性能达到了克拉美罗界,且不会因为选星方案的改变而大幅恶化。对地面站位置误差和卫星位置误差的分析表明:地面站位置的标准差小于10 cm、卫星位置的标准差小于1 km时对定位总误差的贡献可以忽略不计。

关键词：高度角随机模型 GNSS 定位克拉美罗界

基于绿色能源的分布式混合电推进系统性能分析

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推进技术 2024年第3期45卷 101-110页

作者：陶智余明星李海旺谢刚李雅男北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学飞行学院北京102206

基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研... 详细信息

基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研究构建了一个包含多种能源形式的混合电推进系统架构,并基于能量流建立了功率传递模型,推导出综合考虑部件特征参数、能量分配参数、飞行气动参数的电推进系统航程方程和载荷方程。研究结果显示,在航程方面,锂电池的能量分配系数和能量密度对飞机航程有显著影响,特别是在能量密度阈值之上,增加锂电池的能量分配系数对提升航程有正收益。此外,SOFC的能量分配系数和效率的增加也提高了飞机航程,特别是在其高值区域。在载荷方面,上述锂电池和SOFC参数对飞机零燃料质量(MZF)和有效载荷具有重要影响,尤其在高能量密度、高效率和高能量分配系数的情况下飞机的载荷性能改善最佳。参数敏感性分析揭示了升阻比、边界层吸入(BLI)风扇效率、锂电池荷电状态(αsoc)和氢燃料剩余状态(αsoh)对航程的显著影响,其中在以往研究中较少出现的αsoc和αsoh的敏感性分析不容忽视,对其进行更为精确和可靠的状态估计有助于优化航程和载荷的性能表现。

关键词：绿色能源混合电推进分布式电推进边界层吸入风扇能量分配

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大型民机操纵系统容错控制技术综述

机械工程学报 2024年第4期60卷 50-65页

作者：王兴坚杨新宇王少萍北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

大型民机操纵系统是飞机姿态调整与保持的关键系统,在飞行过程中,操纵系统故障会使飞机控制性能下降,严重时甚至导致飞机响应发散,造成严重后果。深入研究飞行过程中操纵系统的容错控制技术对于提升飞行控制性能、保障系统稳定运行具有... 详细信息

大型民机操纵系统是飞机姿态调整与保持的关键系统,在飞行过程中,操纵系统故障会使飞机控制性能下降,严重时甚至导致飞机响应发散,造成严重后果。深入研究飞行过程中操纵系统的容错控制技术对于提升飞行控制性能、保障系统稳定运行具有重要意义。从控制的角度出发,对目前大型民机操纵系统的容错控制方法进行归纳和总结。首先,介绍飞机操纵系统组成并分析系统的主要故障类型,包括舵面故障、作动器故障、传感器故障及过程故障等;其次,深入讨论飞机操纵系统的容错控制技术进展,比较并归纳各种容错控制方法的优缺点;再次,阐述飞机操纵系统的冗余资源配置及其在容错控制中的作用;最后,总结操纵系统容错控制技术在实际工程中的应用,并对飞机操纵系统容错控制领域目前面临的主要技术挑战和机遇进行展望。

关键词：飞行操纵系统容错控制作动器故障余度资源

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基于元学习的小样本遥感图像目标检测

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2503-2513页

作者：李红光王玉峰杨丽春北京航空航天大学无人系统研究院北京100191 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

面向小样本条件下的遥感图像目标检测任务,提出一种基于元学习的小样本遥感图像目标检测算法。针对遥感图像中目标尺度变化大、小样本条件下目标与背景易混淆的问题,在特征提取部分将单尺度重加权拓展为多尺度重加权模块,充分引入支持... 详细信息

面向小样本条件下的遥感图像目标检测任务,提出一种基于元学习的小样本遥感图像目标检测算法。针对遥感图像中目标尺度变化大、小样本条件下目标与背景易混淆的问题,在特征提取部分将单尺度重加权拓展为多尺度重加权模块,充分引入支持样本的先验知识以适应不同目标的尺度变化;为解决遥感图像目标类间相似性和类内差异性的问题,利用目标对于场景的依赖性设计了场景修正模块,对检出目标类别进行修正,并引入边际损失对特征空间内不同目标的特征分布进行约束。实验结果表明:所提算法在10样本任务设定上获得了较高的检测性能,在NWPU VHR-10和DIOR数据集新类别上的平均精度(mAP)分别达到了64.18%和37.27%。

关键词：小样本学习元学习多尺度重加权场景修正遥感图像目标检测

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平头射弹前体参数对弹道稳定性及射程的影响

兵工学报 2024年第6期45卷 1933-1941页

作者：许云涛檀大林杨超戴玉婷王震霄周鹏北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京机电工程研究所北京100074

为研究超空泡射弹前体参数对弹道稳定性和射程的影响规律,建立一种基于模态动力学的流场与弹道高效耦合仿真方法,提出超空泡射弹尾拍过程稳定度和有效射程的量化评价方法,完成针对泡型计算方法和尾拍弹道求解方法的合理性验证。在此基础... 详细信息

为研究超空泡射弹前体参数对弹道稳定性和射程的影响规律,建立一种基于模态动力学的流场与弹道高效耦合仿真方法,提出超空泡射弹尾拍过程稳定度和有效射程的量化评价方法,完成针对泡型计算方法和尾拍弹道求解方法的合理性验证。在此基础上,分析射弹不同前体头径和锥段长度组合条件下的弹道稳定性和有效射程变化规律。研究结果表明:随着前体头径和锥段长度的增大,射弹稳定性越来越高,失稳弹道存在“直接失稳”和“振荡失稳”两种模式;射弹各头径对应的最大射程随着头径的增大先增加后减小,设计域内最大射程和最小射程相差3.8倍,前体参数对弹道有效射程有较大影响。

关键词：超空泡射弹前体参数弹道稳定性射程

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基于横截函数的欠驱动航天器姿态跟踪方法

航空学报 2024年第1期45卷 29-39页

作者：段超邵小东胡庆雷吴淮宁北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 天目山实验室杭州310023

针对航天器姿态跟踪任务,考虑一种配置2个独立动量交换型执行机构的欠驱动航天器,提出了一种基于横截函数的任意姿态轨迹跟踪控制律。利用三维特殊正交群SO(3)建立航天器姿态运动学方程,并基于动量守恒条件,将动力学方程与运动学统一写... 详细信息

针对航天器姿态跟踪任务,考虑一种配置2个独立动量交换型执行机构的欠驱动航天器,提出了一种基于横截函数的任意姿态轨迹跟踪控制律。利用三维特殊正交群SO(3)建立航天器姿态运动学方程,并基于动量守恒条件,将动力学方程与运动学统一写成以执行机构输出角动量为控制输入的降阶系统。利用横截条件与Lie代数秩条件构造基于SO(3)的横截函数,其本质为能够任意逼近平衡点的一个嵌入子流形,并基于横截函数与姿态误差建立降阶跟踪控制系统的伴随系统。针对伴随系统,提出了一种光滑静态反馈控制律,利用Morse函数证明了对于任意轨迹闭环系统的最终有界稳定性。进一步针对可行轨迹,基于零动态系统设计了横截函数的参数自调整律,使得在零动态时横截函数趋近跟踪系统的平衡点,证明了闭环系统具有指数稳定性。最后,通过数值仿真验证了提出控制器的有效性。

关键词：欠驱动航天器姿态控制 Lie群横截函数可行轨迹

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通信速率约束下一体化角度协同制导控制方法

宇航学报 2024年第6期45卷 914-923页

作者：王青马雪虎王培生北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新研究院杭州311115 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次... 详细信息

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次传输数据的字长、两次传输数据间隔的通信速率约束,采用量化器-编码器-解码器实现限制通信速率情况下的协同一体化制导控制设计。之后,通过严格的理论分析证明了满足强连通图有向通信网络下,多飞行器系统能够达成一致性且收敛到期望的相对视线角,并给出了满足收敛条件的参数选择范围。最后,通过数学仿真校验,验证了所提出的方法在较低的通信速率下能够完成协同。

关键词：飞行器拦截协同制导通信限制扩张状态观测器(ESO) 制导控制一体化

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月球土物理力学特性研究的新挑战和新机遇

科学通报 2024年第4期69卷 485-488页

作者：姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

2020年12月,我国首个月球采样探测器——“嫦娥五号”成功采集并带回地球1731 g月球样品,使得人类时隔44年再次获得月球样品,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满成功.2022年11月,美国“阿尔忒弥斯1号”成功发射,预示着... 详细信息

2020年12月,我国首个月球采样探测器——“嫦娥五号”成功采集并带回地球1731 g月球样品,使得人类时隔44年再次获得月球样品,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满成功.2022年11月,美国“阿尔忒弥斯1号”成功发射,预示着美国重返月球计划正式开始.2023年8月,印度“月船3号”探测器在月球南极表面成功软着陆.当今世界新一轮探月热潮正在兴起.根据《“十四五”规划纲要和2035远景目标纲要》,建立月球科研站和月球基地,实现月表原位资源开发利用是我国深空探测领域未来重点攻关的任务之一.可见,未来我国探月工程将涉及更多复杂的月表机械作业和工程建设任务,亟需准确认识月球土物理力学行为和科学预测月球土和结构物相互作用.本文结合目前月球土物理力学特性研究现状和我国未来深层次探月工程实际需要,通过查阅文献对未来月球土物理力学特性研究的重点和难点进行了一些思考和归纳.

关键词：探月工程机械作业物理力学特性三步走战略资源开发利用工程建设月球基地科学预测

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时间约束三维超螺旋滑模制导控制一体化方法

宇航学报 2024年第2期45卷 283-294页

作者：李雪王青北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新学院杭州311115

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步... 详细信息

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步法,提出了有限时间稳定的制导控制一体化控制律,保证李普希茨有界扰动下的鲁棒,且控制量连续,其有限时间收敛特性通过李雅普诺夫稳定性理论得到证明,其有效性通过数值仿真得到了验证。

关键词：飞行器攻击时间控制制导制导控制一体化超螺旋算法反步法