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基于统计分析与物理模型的批量小样本条件下作动器退化建模

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 1-9页

作者：潘晋新景博焦晓璇王生龙王可心空军工程大学航空工程学院西安710038 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710076

作动器是飞行控制系统的重要组成,其性能直接影响飞行安全。然而,大部分部件全寿命周期仅能获取2~3次的返所测试数据,性能退化样本极小,给作动器的性能预测带来困难。针对这一问题,提出了一种统计分析与物理模型结合的性能预测方法,首... 详细信息

作动器是飞行控制系统的重要组成,其性能直接影响飞行安全。然而,大部分部件全寿命周期仅能获取2~3次的返所测试数据,性能退化样本极小,给作动器的性能预测带来困难。针对这一问题,提出了一种统计分析与物理模型结合的性能预测方法,首先对批次型部件数据进行统计分析,建立作动器不同阶段的统计分布规律;然后,结合作动器退化的物理模型与统计规律,建立带有概率分布的作动器退化函数,并基于AMESim仿真对参数进行标定,得到不同时间与健康参数下的概率密度函数;最后,针对任一部件获取的健康参数,给出基于后验概率的概率密度函数更新方式。为验证方法的有效性,本文采用多个含有3个数据点的样本进行验证,统计预测值精度。结果表明,实测值在预测密度函数的3sigma范围的概率高达92.27%,证明预测密度函数能够在高置信度下表征作动器退化规律。

关键词：小样本退化建模统计分析作动器 AMESim仿真

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基于模糊动态权重的近距空战态势评估方法

控制与决策 2024年第9期39卷 2995-3005页

作者：马钧文毕文豪张安兰轶冰唐长红西北工业大学航空学院航空工业西安飞行自动控制研究所

针对现有态势评估方法在高动态、强对抗的近距空战环境下存在空战对抗特性指标考虑不充分、常值权重应用不合理的问题,提出一种基于模糊动态权重的近距空战态势评估方法.首先,根据近距空战对抗特性研究导弹攻击、机动特征和能量状态对... 详细信息

针对现有态势评估方法在高动态、强对抗的近距空战环境下存在空战对抗特性指标考虑不充分、常值权重应用不合理的问题,提出一种基于模糊动态权重的近距空战态势评估方法.首先,根据近距空战对抗特性研究导弹攻击、机动特征和能量状态对空战态势的影响机理,从打击、占位、机动、能量态势和固有能力多角度构建态势评估指标体系并建立相应的指标评估模型;然后,设计基于态势分类的模糊权重动态适配方法,利用区间二型模糊表征权重求解过程中的不确定性,同时结合最优最劣法确定态势指标模糊权重,根据态势典型样式进行权重适配与指标聚合;最后,基于空战对抗飞行数据进行仿真验证与对比分析,仿真结果表明所提出方法能够更加合理、准确地呈现近距空战过程中的态势变化情况.

关键词：近距空战态势评估区间二型模糊最优最劣法动态权重观察-判断-决策-行动

宽谱光源驱动谐振式光纤陀螺相对强度噪声原理

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光学学报 2024年第5期44卷 42-48页

作者：程峻曹康渊吴凡蓝士祺叶长江刘元艺李俊齐新元西北大学物理学院陕西西安710127 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室陕西西安710076

宽谱光源驱动谐振光纤陀螺(RFOG)利用宽带光源抑制寄生噪声。然而,宽带光源引入的过量相对强度噪声(RIN)成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此,考虑到不同光纤环形谐振腔(FRR)参数的影响,研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基... 详细信息

宽谱光源驱动谐振光纤陀螺(RFOG)利用宽带光源抑制寄生噪声。然而,宽带光源引入的过量相对强度噪声(RIN)成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此,考虑到不同光纤环形谐振腔(FRR)参数的影响,研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性,构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源(ASE)谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响,并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。

关键词：光纤光学谐振式光纤陀螺相对强度噪声光纤环形谐振腔光谱宽谱光源

一种近地空间航天器相对论自主天文导航新方法

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现代防御技术 2024年

作者：詹先军王新龙孙秀聪胡晓东西安飞行自动控制研究所北京航空航天大学宇航学院

相对论导航是近年来提出的一种新型高精度自主天文导航方法，该方法通过建立星光引力偏折和恒星光行差这两类相对论效应与航天器位置、速度之间的关系模型，获得航天器的位置、速度信息。可见，关系模型的精确性直接影响相对论导航的精... 详细信息

相对论导航是近年来提出的一种新型高精度自主天文导航方法，该方法通过建立星光引力偏折和恒星光行差这两类相对论效应与航天器位置、速度之间的关系模型，获得航天器的位置、速度信息。可见，关系模型的精确性直接影响相对论导航的精度。然而，目前在建立星光引力偏折与航天器位置的关系模型时，仅考虑离航天器最近天体引力的影响，而星光引力偏折不仅与航天器到天体的距离有关，还与天体引力系数、恒星-天体间的夹角等因素有关。为此，本文以近地空间航天器为对象，综合考虑多个天体引起的星光引力偏折，建立了星光引力偏折与航天器位置的关系模型，以及恒星光行差与航天器速度的关系模型，并利用光学干涉仪测得高精度恒星角距信息，结合轨道动力学模型和最优估计算法，得到航天器高精度位置和速度信息。最后，仿真验证表明，对于地球同步轨道卫星，恒星角距测量精度为1mas时，所提方法的位置和速度误差小于100m和0.01m/s。

关键词：天文导航相对论效应星光引力偏折恒星光行差

基于近红外单元单光子雪崩二极管的相干测速实验分析

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光子学报 2024年第1期53卷 202-211页

作者：李彬王晓芳康岩岳亚洲李薇薇张艺馨雷宏杰张同意中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计... 详细信息

为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1μs探测器死时间、1 ms采集时间下,分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换,从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明,随着光子计数率的增加,相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳,当接近饱和计数率时,在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量,谐波频率间距与光子计数率数值基本相等,受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。

关键词：相干探测光子计数外差探测多普勒测速

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一种光学陀螺随机误差在线补偿方法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1614-1619页

作者：卢克文王新龙王彬丁小昆胡晓东北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京控制与电子技术研究所北京100038 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有... 详细信息

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有时变性,不满足Kalman滤波必须已知噪声先验统计的要求,这2个因素均会降低随机误差的在线估计精度。提出一种基于自适应滤波的随机误差在线补偿方法。通过引入虚拟噪声,将随机误差模型偏差的影响归结为时变虚拟系统噪声;进而利用渐消记忆时变噪声估值器,对虚拟系统噪声和量测噪声的统计特性进行估计与修正,消除随机误差模型偏差及量测噪声时变的影响。试验结果表明,所提方法可以实现对随机误差的高精度在线补偿,具有一定工程应用价值。

关键词：随机误差在线补偿模型偏差时变噪声自适应滤波

旋转弯曲和超声波循环加载高周疲劳性能对比分析

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航空材料学报 2024年第3期44卷 142-150页

作者：刘璐王生楠马一凡西北工业大学航空学院西安710072 西安航空学院飞行器学院西安710077

通过旋转弯曲(频率52.5 Hz,10^(3)~10^(8)周次)和超声波(频率20 kHz,5×10^(4)~10^(9)周次)轴向循环载荷疲劳实验,研究不同应力比(R)、加载方式和夹杂物对CL60钢高周、超高周疲劳性能的影响。结果表明:所有S-N曲线均呈现水平渐进趋势,... 详细信息

通过旋转弯曲(频率52.5 Hz,10^(3)~10^(8)周次)和超声波(频率20 kHz,5×10^(4)~10^(9)周次)轴向循环载荷疲劳实验,研究不同应力比(R)、加载方式和夹杂物对CL60钢高周、超高周疲劳性能的影响。结果表明:所有S-N曲线均呈现水平渐进趋势,并具有明确的疲劳极限;应力比R=-1情况下,通过超声波实验获得的疲劳强度(260~270MPa)比旋转弯曲获得的疲劳强度(400~410 MPa)低140~150 MPa,并且应力比R=0.3的超声波疲劳极限值在195~205 MPa的范围内;旋转弯曲疲劳实验的疲劳裂纹起源于试件的表面,超声波疲劳实验的表面和内部均有裂纹萌生,且裂纹均在MnS夹杂物附近产生,与应力比大小无关。采用有限元方法研究了MnS夹杂物对裂纹萌生和扩展的影响,椭圆MnS夹杂物的侧面相较于尖端位置应力集中水平更高,导致裂纹从夹杂物侧面萌生。

关键词： CL60钢高周疲劳应力比夹杂超声波循环

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航空火控系统试飞综合评估技术与方法探讨

航空学报 2024年第5期45卷 171-184页

作者：宋海浪张建东史国庆杨啟明张耀中中国飞行试验研究院西安710089 西北工业大学电子信息学院西安710072

就航空电子综合化火控系统试飞结果综合评估中的火控建模、数据融合、信息管理、效能评估和精度分析等技术问题进行了探讨,对这些技术的理论依据、关键技术和试飞应用进行了讨论,为进一步深入研究和应用提供了信息、思路和方法。所述技... 详细信息

就航空电子综合化火控系统试飞结果综合评估中的火控建模、数据融合、信息管理、效能评估和精度分析等技术问题进行了探讨,对这些技术的理论依据、关键技术和试飞应用进行了讨论,为进一步深入研究和应用提供了信息、思路和方法。所述技术是型号航电综合化火控系统试飞准备的重要内容,可为试飞结果综合分析提供实用的技术手段。

关键词：航电火控系统火控建模数据融合信息管理效能评估精度分析

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基于机器学习的航天器规避目标威胁博弈决策

航空学报 2024年第8期45卷 244-259页

作者：张鸿林罗建军马卫华西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力学技术重点实验室西安710072

针对航天器规避空间目标抵近威胁的决策问题,提出了一种智能决策框架和基于深度强化学习的自主决策方法。考虑到空间目标的机动特性和威胁规避的博弈性,基于感知-判断-决策-执行(OODA)环决策思想和机器学习方法,提出了一种航天器威胁规... 详细信息

针对航天器规避空间目标抵近威胁的决策问题,提出了一种智能决策框架和基于深度强化学习的自主决策方法。考虑到空间目标的机动特性和威胁规避的博弈性,基于感知-判断-决策-执行(OODA)环决策思想和机器学习方法,提出了一种航天器威胁规避智能博弈决策框架。基于该框架和对空间目标运动意图的推理,为了使航天器决策控制具备博弈应对能力,设计了基于深度强化学习的航天器机动决策算法和训练环境,实现了对空间目标典型运动意图的规避应对;进一步地,采用自我博弈学习训练提升航天器自主机动决策算法的泛化性和应对目标不确定机动的适应能力。最后,通过算例仿真及分析,验证了所提方法的有效性。

关键词：航天器机动智能决策威胁规避 OODA环深度强化学习