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非平衡等离子体流场相干反斯托克斯拉曼散射光谱计算及振转温度测量

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物理学报 2024年第15期73卷 80-89页

作者：杨文斌张华磊齐新华车庆丰周江宁白冰陈爽母金河中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所绵阳621000 空军航空大学长春130012 哈尔滨工程大学物理与光电学院哈尔滨150001

高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一,而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础,如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关键... 详细信息

高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一,而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础,如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关键.本文基于相干反斯托克斯拉曼散射基本原理,开发了面向非平衡流场的振转温度反演算法,并在宽温度范围静态环境开展验证.搭建了非平衡等离子体流场相干反斯托克斯拉曼散射测温实验平台并开展实验验证,结果表明微波等离子体处于热力学非平衡状态,并且振动温度和转动温度与微波功率成正比,而热力学非平衡度与微波功率成反比,当微波功率从80W增加至180 W时,等离子体电子数密度增加,中性粒子通过与电子碰撞获得能量使振动温度从(2201±43)K增加至(2452±56)K、转动温度从(382±20)K增加至(535±49)K;而处于振动激发态的分子通过振动-平动弛豫过程(对于N2分子弛豫速率与温度成正比)将部分振动能转化为平动能,导致振动温度与转动温度的差异降低,等离子体热力学非平衡度从0.83降低至0.78.

关键词：热力学非平衡振动温度转动温度相干反斯托克斯拉曼散射

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低脉冲重复频率条件下无人机微动参数提取

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1503-1513页

作者：赵晓琛赵东涛袁航王欢张群空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077 中国飞行试验研究院陕西西安710089 西安电子工程研究所陕西西安710100

针对低脉冲重复频率条件下的无人机微动特征提取问题,提出一种基于原子放缩正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)分解的微动参数估计方法。首先,通过计算时频谱熵从无人机回波数据中筛选出具有显著微动特征的信号。其次,采用... 详细信息

针对低脉冲重复频率条件下的无人机微动特征提取问题,提出一种基于原子放缩正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)分解的微动参数估计方法。首先,通过计算时频谱熵从无人机回波数据中筛选出具有显著微动特征的信号。其次,采用变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)算法提取旋翼叶片的旋转频率,提出了基于原子放缩的OMP分解方法实现了对无人机旋翼叶片长度的估计。仿真实验表明所提方法相比于传统的OMP方法和VMD-OMP方法都具有明显优势。最后,采用实测数据验证了所提算法的有效性。

关键词：无人机微多普勒低脉冲重复频率微动特征

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基于样条插值的非线性自干扰对消技术

系统工程与电子技术 2024年第9期46卷 2916-2925页

作者：赵忠凯关泽越李虎哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学先进船舶通信与信息技术工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 北京航天长征飞行器研究所北京100076

针对雷达干扰机收发天线之间存在的非线性自干扰耦合问题,研究一种基于样条插值的非线性自干扰对消方法。该方法将样条插值和自适应滤波相结合,分别建立样条哈默斯坦模型和样条维纳模型,通过引入鲁棒性较强的反正切(arctangent,ARC)函... 详细信息

针对雷达干扰机收发天线之间存在的非线性自干扰耦合问题,研究一种基于样条插值的非线性自干扰对消方法。该方法将样条插值和自适应滤波相结合,分别建立样条哈默斯坦模型和样条维纳模型,通过引入鲁棒性较强的反正切(arctangent,ARC)函数作为代价函数,得到两种模型下样条控制点和滤波器系数的自适应学习规则,并分析样条控制点数量对自干扰对消性能的影响。仿真实验表明,对于带宽为60 MHz的信号,所提基于ARC参数学习方法与传统最小均方参数学习方法相比,对消比获得4 dB左右的提升,收敛速度提高1倍。另外,针对信道突变的场景,所提方法跟踪性能好且稳态误差低。当背景噪声中存在非高斯脉冲干扰时,所提方法能够有效应对脉冲噪声环境下的干扰。

关键词：非线性自干扰对消样条插值反正切函数脉冲噪声

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可重复使用运载器扰动观测补偿强化学习控制

空天技术 2024年第5期 44-52页

作者：浦甲伦詹韬李博皓薛玉兰哈尔滨工业大学航天学院北京控制与电子技术研究所

针对存在参数不确定性和外部干扰的可重复使用运载器姿态控制问题，提出一种基于扰动观测补偿的在线强化学习姿态控制律，包含补偿控制律和最优反馈控制律两部分。建立了运载器面向姿态控制的模型，将参数不确定性与外部干扰归结为总扰... 详细信息

针对存在参数不确定性和外部干扰的可重复使用运载器姿态控制问题，提出一种基于扰动观测补偿的在线强化学习姿态控制律，包含补偿控制律和最优反馈控制律两部分。建立了运载器面向姿态控制的模型，将参数不确定性与外部干扰归结为总扰动。采用双幂次扰动观测器，精确观测飞行器所受总扰动，获得补偿控制律。针对无干扰条件下的控制模型，定义线性滑模面，并设计关于滑模变量与控制量的积分型性能指标，获得对应的最优控制模型。采用Actor-Critic架构进行在线强化学习，近似求解最优控制问题，获得最优反馈控制律。基于Lyapunov理论，证明了闭环控制系统所有信号的一致最终有界性，通过数值仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：可重复使用运载器扰动观测器最优控制 Lyapunov稳定性强化学习控制

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弱全局信息下巨星座多路并发熵均衡路由策略

宇航学报 2024年第7期45卷 1089-1099页

作者：吴云华初思仪李宗凌毛雨荷岳程斐南京航空航天大学航天学院南京210016 北京空间飞行器总体设计部北京100094 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055

为保障地面系统对巨星座信息的高效获取,考虑实际卫星感知能力的约束,提出一种弱全局信息下巨星座多路并发熵均衡路由策略。首先,根据星座运行模式构建簇群,同时考虑簇的感知能力,建立弱全局信息下的“星-星/星-地”数据传输模型。其次... 详细信息

为保障地面系统对巨星座信息的高效获取,考虑实际卫星感知能力的约束,提出一种弱全局信息下巨星座多路并发熵均衡路由策略。首先,根据星座运行模式构建簇群,同时考虑簇的感知能力,建立弱全局信息下的“星-星/星-地”数据传输模型。其次,综合考虑网络结构、数据流量分布和信息多点频发等因素,对现有算法进行改进,引入熵作为评估节点负载分布均匀度的量化指标,引入惩罚因子对路径成本进行动态调整,并通过滚动窗口法规划巨星座多路并发情况下的对地传输路径。最后,以Starlink一期部署的卫星为例,进行数值仿真,验证所提方法的有效性。

关键词：巨星座弱全局信息数据获取多路径熵均衡低轨卫星

助推-滑翔飞行器再入过程强化学习自抗扰控制

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战术导弹技术 2024年第2期 117-125页

作者：浦甲伦詹韬李博皓薛玉兰哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 北京控制与电子技术研究所北京100049

针对助推-滑翔飞行器再入过程强耦合、快时变、强非线性的特点带来的姿态控制问题,提出了一种基于最大熵强化学习参数整定的线性自抗扰控制方法。利用输入-输出反馈线性化建立了三通道解耦的线性控制模型,并设计了线性自抗扰控制器,获... 详细信息

针对助推-滑翔飞行器再入过程强耦合、快时变、强非线性的特点带来的姿态控制问题,提出了一种基于最大熵强化学习参数整定的线性自抗扰控制方法。利用输入-输出反馈线性化建立了三通道解耦的线性控制模型,并设计了线性自抗扰控制器,获取了待设计控制器参数。建立了控制模型的马尔可夫决策过程,利用最大熵强化学习算法对控制器参数进行寻优。针对飞行器再入滑翔段进行六自由度仿真,仿真结果表明,所设计的控制器能够自适应调整控制器参数,与线性自抗扰控制器相比,跟踪速度更快,误差更小,从而验证了所提方法应用于助推-滑翔飞行器再入段姿态控制问题的有效性。

关键词：助推-滑翔飞行器再入段姿态控制非线性动力学反馈线性化自抗扰控制最大熵强化学习六自由度仿真

非平衡等离子体流场CARS光谱计算及振转温度测量

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物理学报 2024年

作者：杨文斌张华磊齐新华车庆丰周江宁白冰陈爽母金河中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所空军航空大学哈尔滨工程大学物理与光电学院

高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一，而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础，如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关... 详细信息

高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一，而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础，如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关键。本文基于相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）基本原理，开发了面向非平衡流场的振转温度反演算法，并在宽温度范围静态环境开展验证。搭建了非平衡等离子体流场CARS测温实验平台并开展实验验证，结果表明微波等离子体处于热力学非平衡状态，并且振动温度和转动温度与微波功率成正比，而热力学非平衡度与微波功率成反比，当微波功率从80W增加至180W时，等离子体电子数密度增加，中性粒子通过与电子碰撞获得能量使振动温度从2201±43K增加至2452±56K、转动温度从382±20K增加至535±49K；而处于振动激发态的分子通过V-T弛豫过程(对于N2分子弛豫速率与温度成正比)将部分振动能转化为平动能，导致振动温度与转动温度的差异降低，等离子体热力学非平衡度从0.83降低至0.78。

关键词：热力学非平衡振动温度转动温度相干反斯托克斯拉曼散射

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空间桁架在轨装配机器人的运动规划方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 715-721页

作者：刘聪李海锋王明明罗建军中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所陕西西安710076 空军装备部驻西安地区第五军事代表室陕西西安710065 西北工业大学航天学院陕西西安710072

提出一种利用机器人完成空间桁架在轨装配的设计方案,并针对其中机器人的无碰运动规划问题,提出一种引入启发信息的运动规划方法。首先,设计了装配机器人和空间桁架系统;随后,引入基于距离场的碰撞检测算法进行空间中的障碍检测,并利用... 详细信息

提出一种利用机器人完成空间桁架在轨装配的设计方案,并针对其中机器人的无碰运动规划问题,提出一种引入启发信息的运动规划方法。首先,设计了装配机器人和空间桁架系统;随后,引入基于距离场的碰撞检测算法进行空间中的障碍检测,并利用随机轨迹优化框架下的运动规划(stochastic trajectory optimization for motion planning,STOMP)算法进行机器人无碰运动规划;针对其中随机叠加轨迹方向不确定导致的规划效率低的问题提出了启发式STOMP(heuristically STOMP,hSTOMP)运动规划算法。仿真结果表明该算法能够快速得到机器人的无碰平滑关节轨迹,其中启发信息的引入大大提高了原算法的规划效率,具有一定的理论意义和应用价值。

关键词：在轨装配机器人随机优化运动规划

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一种平面天线阵列方向图图形化仿真方法

系统仿真学报 2015年第9期27卷 1983-1988页

作者：张树春仇永斌姜巍魏鑫空军哈尔滨飞行学院飞行仿真技术研究所黑龙江哈尔滨150001

平面阵列方向图计算在飞行仿真过程中因耗费计算资源而拖慢毫秒级的仿真同步进程。针对这一问题提出了一种图形化的方向图仿真计算方法。解析理想方向图在三维立体空间上的典型图形特征以及空间剖面特征,在平面坐标系下利用Sinc函数构... 详细信息

平面阵列方向图计算在飞行仿真过程中因耗费计算资源而拖慢毫秒级的仿真同步进程。针对这一问题提出了一种图形化的方向图仿真计算方法。解析理想方向图在三维立体空间上的典型图形特征以及空间剖面特征,在平面坐标系下利用Sinc函数构造能够再现该图形特征的核函数模型,将该核函数图形作为剖面在空间坐标系下进行旋转,得到仿真方向图。仿真结果表明:这种图形化计算方法能够快速逼真再现平面阵列的理想方向图并满足系统的实时同步要求。

关键词：火控雷达有源相控阵平面阵列方向图图形仿真