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基于消息传递的机载雷达组网航迹融合

控制理论与应用 2024年第7期41卷 1235-1245页

作者：白向龙潘泉马恩淳郝宇航云涛西北工业大学自动化学院信息融合技术教育部重点实验室陕西西安710129

机载雷达组网航迹融合需要解决目标跟踪、数据关联与航迹管理3个子问题,然而这3个子问题相互耦合,采用开环序贯估计算法会导致性能下降.本文提出了一种基于消息传递的机载雷达组网航迹融合方法,该方法在联合优化框架下解决目标跟踪、数... 详细信息

机载雷达组网航迹融合需要解决目标跟踪、数据关联与航迹管理3个子问题,然而这3个子问题相互耦合,采用开环序贯估计算法会导致性能下降.本文提出了一种基于消息传递的机载雷达组网航迹融合方法,该方法在联合优化框架下解决目标跟踪、数据关联与航迹管理3个子问题.首先,建立机载雷达组网航迹融合的联合概率密度函数,并将其转换为因子图.其次,将因子图分解为置信传播区域与平均场近似区域.目标运动状态的统计模型服从共轭指数模型,因此采用平均场近似以获得简单的消息传递更新公式.数据关联包含一对一约束,因此采用置信传播.目标存在状态同样采用置信传播,以获得更好的近似结果.最后,可以通过闭环迭代框架近似估计后验分布,从而有效处理目标跟踪、数据关联与航迹管理之间的耦合问题.仿真结果表明,所提算法的性能优于多假设跟踪算法和联合概率密度关联算法.

关键词：航迹融合消息传递概率图模型平均场近似置信传播

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基于自适应增强随机搜索的航天器追逃博弈策略研究

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西北工业大学学报 2024年第1期42卷 117-128页

作者：焦杰苟永杰吴文博泮斌峰西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室陕西西安710072 上海宇航系统工程研究所上海201108

针对航天器与非合作目标追逃博弈的生存型微分对策拦截问题,基于强化学习研究了追逃博弈策略,提出了自适应增强随机搜索(adaptive-augmented random search,A-ARS)算法。针对序贯决策的稀疏奖励难题,设计了基于策略参数空间扰动的探索方... 详细信息

针对航天器与非合作目标追逃博弈的生存型微分对策拦截问题,基于强化学习研究了追逃博弈策略,提出了自适应增强随机搜索(adaptive-augmented random search,A-ARS)算法。针对序贯决策的稀疏奖励难题,设计了基于策略参数空间扰动的探索方法,加快策略收敛速度;针对可能过早陷入局部最优问题设计了新颖度函数并引导策略更新,可提升数据利用效率;通过数值仿真验证并与增强随机搜索(augmented random search,ARS)、近端策略优化算法(proximal policy optimization,PPO)以及深度确定性策略梯度下降算法(deep deterministic policy gradient,DDPG)进行对比,验证了此方法的有效性和先进性。

关键词：非合作目标追逃博弈微分对策强化学习稀疏奖励

基于增强内积矩阵的PMI泡沫夹层结构损伤检测

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工程力学 2024年第2期41卷 244-256页

作者：田鑫海王乐西北工业大学航空学院西安710072

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层复合材料结构因其独特的力学性能而广泛应用于航空航天领域,如何快速、准确、低成本地检测面板与芯材的脱粘损伤对结构安全使用具有重大意义,然而传统的基于超声波的无损检测技术由于... 详细信息

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层复合材料结构因其独特的力学性能而广泛应用于航空航天领域,如何快速、准确、低成本地检测面板与芯材的脱粘损伤对结构安全使用具有重大意义,然而传统的基于超声波的无损检测技术由于PMI泡沫的吸声特性难以有效地检测到此类结构的脱粘损伤,该文探索基于振动响应测试的方法在PMI泡沫夹层结构损伤检测中的可行性及有效性。以振动时域响应相关性分析建立的结构损伤特征——内积矩阵(inner product matrix,IPM)为基础,通过将不同激励点下计算得到的IPM进行堆叠,提出了增强内积矩阵(enhanced inner product matrix,EIPM)的概念,并以EIPM为卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的输入、PMI泡沫夹层结构的损伤状态为输出,建立了基于EIPM及CNN的结构损伤检测方法。PMI泡沫夹层悬臂梁结构的脱粘损伤检测仿真算例及实验验证结果表明,所提方法在3个及以上测点时的平均识别准确率均在99%以上,且与基于IPM的方法相比,EIPM方法具有更好的收敛速度和稳定性。

关键词：结构损伤检测 PMI泡沫夹层结构内积矩阵增强内积矩阵卷积神经网络

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旋转环境下的磁耦合双稳态能量俘获机理研究

振动工程学报 2024年第6期37卷 964-975页

作者：伍芷娴王锁李支援梅旭涛周生喜西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518057 东京大学工学院日本东京153-8505

环境中存在大量的旋转运动能量,可以使用能量俘获技术将其转换为可用的电能,进而为嵌入式设备和无线传感器提供持续稳定的电能,以解决传统化学电池供电带来的环境污染和维护成本高等问题。为了提高能量俘获系统在超低频(低于3 Hz)旋转... 详细信息

环境中存在大量的旋转运动能量,可以使用能量俘获技术将其转换为可用的电能,进而为嵌入式设备和无线传感器提供持续稳定的电能,以解决传统化学电池供电带来的环境污染和维护成本高等问题。为了提高能量俘获系统在超低频(低于3 Hz)旋转环境中的能量俘获性能,本文提出一种具有低势垒特性的时变势阱磁耦合双稳态能量俘获系统。在充分考虑了离心效应影响的前提下,基于能量法和拉格朗日方程在旋转坐标系下推导了该系统的分布式参数机电耦合方程。通过建立该系统的磁力计算模型以分析磁间距和离心效应对系统势能阱及能量俘获特性的影响。数值仿真结果和实验结果均验证了与传统线性能量俘获系统相比,本文提出的时变势阱磁耦合双稳态能量俘获系统具有更宽的工作频率范围(0~2.67 Hz)和更高的输出电压(大于2 V)。

关键词：旋转能量俘获超低频双稳态时变势阱低势垒

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三维波纹型可延展结构振动特性的辛分析

计算力学学报 2024年第2期41卷 275-282页

作者：姜宇王博张博涵陈飙松邓子辰西北工业大学工程力学系西安710072 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

基于三维组装技术的可延展结构具备优异的延展性和可调控性,使其成功应用于各类可延展电子器件的制备中。为了评估该类电子器件的稳定性,本文研究三维波纹型可延展结构的振动行为。首先,基于非线性的Euler-Bernoulli梁理论、Kelvin-Voig... 详细信息

基于三维组装技术的可延展结构具备优异的延展性和可调控性,使其成功应用于各类可延展电子器件的制备中。为了评估该类电子器件的稳定性,本文研究三维波纹型可延展结构的振动行为。首先,基于非线性的Euler-Bernoulli梁理论、Kelvin-Voigt粘弹性理论和考虑压电材料的表面压电效应,建立三维波纹结构的理论分析模型;其次,基于能量原理和扩展拉格朗日运动原理,推导出该结构的动力学控制方程;然后采用二级四阶辛Runge-Kutta求解该动力学方程。通过数值仿真实验验证了辛算法的优越性,同时,还发现随着三维波纹型可延展结构外界激励及其结构参数的变化,该结构的振动特性会从倍周期向分岔和混沌转化;本文结果为三维波纹型可延展结构的优化设计及应用提供理论基础。

关键词：可延展结构屈曲辛Runge-Kutta 压电薄膜

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尺度不变范数比正则的稀疏DOA估计

电子学报 2024年第1期52卷 298-310页

作者：王圣杰张晗杜朝辉长安大学工程机械学院陕西西安710064 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064 西北工业大学航海学院陕西西安710072

波达方向估计(Direction Of Arrival,DOA)通过使用传感器阵列来识别声源方位,而传统的DOA估计方法忽略了声源在空间分布的稀疏性,目前的凸稀疏DOA估计方法和非凸稀疏DOA估计方法所使用的惩罚函数未考虑稀疏度量l0范数的重要特性——尺... 详细信息

波达方向估计(Direction Of Arrival,DOA)通过使用传感器阵列来识别声源方位,而传统的DOA估计方法忽略了声源在空间分布的稀疏性,目前的凸稀疏DOA估计方法和非凸稀疏DOA估计方法所使用的惩罚函数未考虑稀疏度量l0范数的重要特性——尺度不变性,因此无法精确描述声源的空域稀疏结构,难以获得较高的DOA估计精度.为此,本文首先使用具有尺度不变性的范数比函数来逼近l0范数,刻画声源空域稀疏结构;接着,针对范数比函数的非凸特性,采用光滑化的思想,构建了平滑的近似函数;然后,构建了基于光滑lp比lq范数的稀疏DOA估计模型,开发了基于光滑lp比lq范数的稀疏DOA估计算法(Smoothed lp-Over-lqregularized Sparse DOA Estimation algorithm,SPOQ-SDOA).大量仿真分析表明,与流行的多快拍DOA估计算法相比,本文提出的算法在不同信噪比和快拍数下有更高的DOA估计精度和更好的性能表现.SWell Ex-96海试实验中的S5事件分析结果验证了所提算法的有效性.

关键词：波达方向稀疏优化尺度不变性

面向运载火箭栅格舵的最优操纵效率特征与宽速域气动优化设计方法

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航空学报 2024年

作者：刘明奇韩忠华杜涛许晨舟曾涵张科施宋文萍西北工业大学航空学院飞行器基础布局全国重点实验室北京宇航系统工程研究所

宽速域栅格舵是目前运载火箭子级重复使用的关键技术之一。栅格舵在一子级返回飞行过程中经历亚、跨、超和高超声速多个速域，在不同速域下表现出截然不同的操纵效率和气动特性，甚至相互矛盾，使得高效率的宽速域栅格舵气动设计面临极... 详细信息

宽速域栅格舵是目前运载火箭子级重复使用的关键技术之一。栅格舵在一子级返回飞行过程中经历亚、跨、超和高超声速多个速域，在不同速域下表现出截然不同的操纵效率和气动特性，甚至相互矛盾，使得高效率的宽速域栅格舵气动设计面临极大挑战。本文针对上述问题，应用基于机器学习代理模型的气动优化设计方法，分别开展了栅格舵在亚声速、跨声速和超声速典型状态的气动优化设计，获得了不同速域下的最优气动外形。并分析揭示了不同速域下栅格舵最优操纵效率的流动机制，可为后续设计提供指导。由于不同速域优化机制的不同，造成了不同速域优化设计之间存在矛盾。针对上述矛盾，开展了宽速域栅格舵多目标气动优化设计，兼顾考虑亚、跨和超声速三个速域的影响，优化结果显著改善了栅格舵宽速域气动性能，提高了栅格舵操纵效率。

关键词：栅格舵宽速域气动优化设计代理模型计算流体力学

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空间作业智能操控技术研究与展望

中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 289-303页

作者：张哲刘传凯王明明罗建军武黎明陈诺探月与航天工程中心北京100190 北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 西北工业大学航天学院西安710072 北京理工大学宇航学院北京100081

空间环境错综复杂,由航天员出舱完成各类空间任务难度较大.利用空间机器人操控技术,能够扩展航天员的操作能力,有效提高空间作业的自主化和智能化水平.本文介绍了空间作业操控的概念与内涵、国内外空间机器人操控技术应用与发展现状,分... 详细信息

空间环境错综复杂,由航天员出舱完成各类空间任务难度较大.利用空间机器人操控技术,能够扩展航天员的操作能力,有效提高空间作业的自主化和智能化水平.本文介绍了空间作业操控的概念与内涵、国内外空间机器人操控技术应用与发展现状,分析了在轨服务、星表巡视和星表采样等三类场景下空间机器人操控技术的特点.在此基础上,对其中涉及的智能感知与信息融合、任务规划、预测仿真等前沿关键技术进行了总结,并结合未来空间探索的需求,研究提出了空间作业操控技术的智能化发展趋势.

关键词：空间操控在轨服务星表探测人工智能机器人

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基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法

航空学报 2024年

作者：王健周立辉陈家福李欣琦郭霖佯何自豪周浩西北工业大学第365研究所西北工业大学电子信息学院

针对平滑变结构滤波算法存在抖振以及无法有效估计未量测目标状态的问题,提出了基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法。该算法首先通过平滑变结构滤波算法对目标状态进行初步估计；其次通过计算时变平滑有界层，并采用tanh函数取代... 详细信息

针对平滑变结构滤波算法存在抖振以及无法有效估计未量测目标状态的问题,提出了基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法。该算法首先通过平滑变结构滤波算法对目标状态进行初步估计；其次通过计算时变平滑有界层，并采用tanh函数取代饱和函数计算初步状态增益，共同解决抖振问题；然后采用贝叶斯思想重新计算协方差矩阵与状态增益用于目标状态更新，解决平滑变结构滤波无法有效估计未量测状态的问题；最后与交互多模型算法结合，实现对机动目标的有效跟踪。仿真结果表明，本文提出的算法在模型失配以及量测噪声改变或非高斯量测噪声的情况下，仍可有效的对机动目标进行跟踪，仿真结果与典型的目标跟踪方法相比，跟踪精度明显提高且鲁棒性更强。

关键词：平滑变结构滤波时变平滑有界层交互多模型状态估计机动目标跟踪