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空间飞行器的指向误差混合分布模型

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 449-460页

作者：曹冬平井庆丰仲伟志南京航空航天大学航天学院南京211106

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合... 详细信息

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合分布模型,将多种误差源同时考虑在内,极大地提高了模型的准确性.首先,根据多个空间飞行器奥林巴斯通信卫星OLYMPUS、工程测试卫星ETS-VI、光学轨道间通信工程试验卫星OICETS和量子科学实验卫星MICIUS角微振动信号的功率谱密度拟合指向误差信号.然后,对比单一分布模型和混合分布模型与指向误差拟合信号的确定系数R^(2),确定最优分布模型.结果表明:由高斯分布和莱斯分布组成的混合分布模型拟合度最高.以OLYMPUS飞行器为例,高斯-莱斯混合分布模型的拟合度比单一分布模型中的瑞利模型提高27.44%,误比特率偏差降低2.87 dB.

关键词：空间飞行器角微振动指向误差模型单一分布混合分布

基于传递熵的空中交通航路网络拥堵传播特性分析

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交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 263-273页

作者：张洪海瞿昕宜沈雪万俊强南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京211106

为深入剖析空中交通拥堵态势演变特性,辅助空中交通管制,确保航路网络的高效运行,本文研究空中交通航路网络拥堵传播相关问题。首先,选取交通流量、交通密度和交通汇聚度作为航段拥堵评估指标,建立FCM(Fuzzy C-Means)航段交通拥堵状态... 详细信息

为深入剖析空中交通拥堵态势演变特性,辅助空中交通管制,确保航路网络的高效运行,本文研究空中交通航路网络拥堵传播相关问题。首先,选取交通流量、交通密度和交通汇聚度作为航段拥堵评估指标,建立FCM(Fuzzy C-Means)航段交通拥堵状态评估模型;其次,提出基于传递熵理论的航段拥堵传播模型,并分析拥堵与拥堵传播之间的关联性;然后,建立基于传播指数与显著性面积指标的关键航段识别方法;最后,采用广州区域管制扇区内实测数据检验本文提出方法的有效性。研究结果表明:综合考虑宏观和微观特征的拥堵识别模型能够有效地划分航段的交通状态;拥堵传播受时段和拥堵程度的影响较大,夜间时段,畅通态在拥堵传播中占据主导地位,信息传播量比日间高30%,且信息有效期更长;在白天,高拥堵航段在拥堵传播中占主导地位,其信息传播量约为低拥堵航段的1.2倍,但信息有效期较短;广州高空航路网络的拥堵传播呈现明显的时空差异性,拥堵传播高峰时段主要位于12:00-14:00和18:00-20:00,略早于拥堵高峰期,沪蓉航路等东西向主干航路是拥堵传播的关键航路。这些规律可为空中交通管制单位实施管制措施和优化航路结构等提供理论支持。

关键词：航空运输交通拥堵传播传递熵航路网络时空因果关系

融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

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振动与冲击 2024年第4期43卷 179-189页

作者：曾舒洪康杰孙嘉宝罗杰南京航空航天大学航天学院南京211106

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集... 详细信息

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density,PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。

关键词：工作模态分析(OMA) 非白噪声激励密集模态功率谱密度(PSD)

基于自适应EKF的空天飞行器再入段大气参数估计方法

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中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 379-386,405页

作者：李荣冰王宇程鉴皓阚梦怡南京航空航天大学导航研究中心南京211106

针对空天飞行器再入段计算虚拟大气参数时,风速状态系统噪声和导航系统量测噪声具有时变特性导致滤波精度下降问题,提出一种基于自适应EKF的大气参数估计方法。首先,基于气动模型下的动力学方程组,建立风速和大气参数估计模型;其次采用S... 详细信息

针对空天飞行器再入段计算虚拟大气参数时,风速状态系统噪声和导航系统量测噪声具有时变特性导致滤波精度下降问题,提出一种基于自适应EKF的大气参数估计方法。首先,基于气动模型下的动力学方程组,建立风速和大气参数估计模型;其次采用Sage-Husa自适应滤波方法对风速状态系统噪声和导航量测噪声进行自适应调整,并且针对可能存在的滤波发散问题,引入滤波发散判据,调整滤波过程参数,提高了滤波稳定性。最后进行了仿真验证,仿真结果表明,所提出的自适应EKF滤波方法具有较好的风速和大气参数估计精度和收敛稳定性,其中在风向、真空速和侧滑角估计精度上较EKF和传统Sage-Husa滤波算法均提高了20%以上。

关键词：空天飞行器虚拟大气参数 Sage-Husa自适应滤波扩展卡尔曼滤波

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基于强化学习的多无人车协同围捕方法

工程科学学报 2024年第7期46卷 1237-1250页

作者：苏牧青王寅濮锐敏余萌南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;... 详细信息

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;针对网络结构中引入LSTM所导致的状态空间维度增大、效率低的问题,提出引入注意力机制,通过对状态空间进行注意力权重的计算和选择,将注意力集中在与任务相关的关键状态上,从而约束状态空间维度并保证网络的稳定性,实现多无人车之间稳定高效的合作并提高算法的训练效率.为解决协同围捕任务中奖励稀疏的问题,提出通过混合奖励函数将奖励函数分为个体奖励和协同奖励,通过引入个体奖励和协同奖励,无人车在围捕过程中可以获得更频繁的奖励信号.个体奖励通过引导无人车向目标靠近来激励其运动行为,而协同奖励则激励群体无人车共同完成围捕任务,从而进一步提高算法的收敛速度.最后,通过仿真和实验表明,该方法具有更快的收敛速度,相较于SAC算法,围捕时间缩短15.1%,成功率提升7.6%.

关键词：无人车协同围捕柔性执行者-评论家算法注意力机制奖励函数设计

共轴刚性旋翼高速直升机前飞性能操纵策略影响

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航空学报 2024年第9期45卷 51-64,I0001页

作者：崔壮壮原昕赵国庆井思梦招启军南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

应用前行桨叶概念的共轴刚性旋翼高速直升机具有较高的最大飞行速度,但共轴刚性旋翼与推力桨的配合带来了操纵冗余问题,本文以提升高速直升机飞行性能为目标,开展了旋翼/推力桨操纵策略影响分析。首先,建立了一套用于共轴刚性旋翼、推... 详细信息

应用前行桨叶概念的共轴刚性旋翼高速直升机具有较高的最大飞行速度,但共轴刚性旋翼与推力桨的配合带来了操纵冗余问题,本文以提升高速直升机飞行性能为目标,开展了旋翼/推力桨操纵策略影响分析。首先,建立了一套用于共轴刚性旋翼、推力桨与机身气动力预测的高精度计算流体力学(CFD)方法;其次,提出了CFD-代理模型(SM)-遗传算法(GA)结合的共轴刚性旋翼/推力桨冗余操纵鲁棒配平方法。在此基础上,开展了旋翼/推力桨前向拉力分配、旋翼升力偏置量和机身姿态等操纵策略对高速直升机飞行性能的影响分析,获得了能够有效提升高速直升机最大前飞速度、实用升限的操纵策略。结果表明:固定机身俯仰角前飞时,旋翼分配小部分前向拉力可以提升高速直升机最大平飞速度,最大可提升10.78%;在海平面飞行时,旋翼升力偏置量为0.3,直升机具有最大前飞速度,升力偏置量为0.2,直升机实用升限最大;机身俯仰角为-1°时,高速直升具有最大前飞速度和实用升限,俯仰角过大或过小都会降低前飞性能。

关键词：高速直升机共轴刚性旋翼飞行性能操纵策略 CFD方法遗传算法代理模型

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基于场变换的非高斯随机过程快速算法

航空学报 2024年第18期45卷 192-204页

作者：刘晋铭谭星陈卫婷何欢南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学振动工程研究所南京210016

在非高斯平稳随机振动环境试验技术中,基于概率密度函数的试验技术更能精确地还原试验环境。但现有基于概率密度函数的随机信号仿真算法存在效率问题,难以在工程上应用。本文基于随机过程的场变换理论,提出了一种非高斯平稳随机过程仿... 详细信息

在非高斯平稳随机振动环境试验技术中,基于概率密度函数的试验技术更能精确地还原试验环境。但现有基于概率密度函数的随机信号仿真算法存在效率问题,难以在工程上应用。本文基于随机过程的场变换理论,提出了一种非高斯平稳随机过程仿真的快速算法。针对场变换理论中关键二重积分计算困难、计算速度慢的问题,对2个随机过程的相关系数函数进行级数展开,将一个含有隐式函数的复杂二重积分问题转换成一个简单的定积分问题,并利用Gauss-Hermite求积规则进行了快速求解。数值仿真验证了该方法能够在不影响仿真精度的前提下,提高非高斯平稳随机过程仿真的效率,满足了随机振动环境试验对于随机信号生成的实时性需求。

关键词：随机振动环境试验非高斯平稳随机过程随机信号仿真场变换理论概率密度函数

基于增材制造技术的自修复结构设计及修复性能研究

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中国机械工程 2024年第1期35卷 144-151页

作者：张镇郭策胡财吉郑威南京航空航天大学机电学院南京210016

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象,根据结构的断裂破坏形式,开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备,并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯... 详细信息

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象,根据结构的断裂破坏形式,开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备,并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯板自修复结构对裂纹具有较好的修复能力,修复后结构的抗压力学性能恢复到原结构的85.6%。

关键词：鞘翅轻质结构自修复增材制造裂纹

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基于迁移学习的室内波束选择优化方法

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 1109-1115页

作者：王俊智仲伟志肖丽君王鑫朱秋明林志鹏南京航空航天大学航天学院江苏南京210016 南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京210016

使用基于深度学习的室内波束选择方法可以显著提高波束匹配概率和搜索效率,但该方法需要大型数据集来调整其大量可训练参数,导致了额外的系统开销。针对这一不足,结合一种迁移学习技术,使得目标场景神经网络以小数据集方式获得与大数据... 详细信息

使用基于深度学习的室内波束选择方法可以显著提高波束匹配概率和搜索效率,但该方法需要大型数据集来调整其大量可训练参数,导致了额外的系统开销。针对这一不足,结合一种迁移学习技术,使得目标场景神经网络以小数据集方式获得与大数据集相近的匹配精度,从而减小基于深度学习的波束选择方法中数据集大小对匹配结果产生的影响。首先使用大型数据集在一个源场景中对源神经网络进行充分训练,使得网络参数能够充分包含信道状态信息以及环境信息;而后利用源神经网络参数对目标场景中的神经网络进行不同程度初始化,使该神经网络在经过小数据集训练后依然可以获得较好的波束匹配性能。仿真结果表明,针对室内波束选择场景,在数据集有限的情况下,使用迁移学习方法进行波束选择,同样可以获得较高的匹配精度。

关键词：毫米波室内环境波束搜索迁移学习

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