摘要:为获得多智能体系统任意耦合型无向网络导航克拉美-罗下界的显示表达式,简化高阶费歇耳信息矩阵求逆过程,提出了一种分布式求逆方法,即矩阵分块对角化求逆方法。首先,针对任意耦合型无向网络导航定位模型,构造了高阶费歇耳信息矩阵,并结合其对称特点及矩阵元素与网络拓扑间的对应关系,将其分解为两个分块对角矩阵的线性组合,它们分别包含所有节点和边的费歇耳信息量。其次,通过两次运用矩阵求逆引理,推导了费歇耳信息矩阵的逆即克拉美-罗下界以及网络节点等价费歇耳信息矩阵的显式表达式；同时引入了迭代过程,将整个求逆过程完全分解为若干个低阶矩阵间的运算,以减小单步运算量。最后,通过数值试验对该算法进行了验证,并与矩阵分块迭代求逆法进行了对比分析。结果表明,两者均具有较高的计算效率和精度,但本算法运算量更小,计算速度更快,从而验证了算法的准确性和有效性。该算法可用于分析任意耦合型无向网络导航定位模型中各节点或边费歇耳信息的融合过程。

摘要:为实现软体机械臂精确的三维形状实时估计,奠定变形控制与应用的基础性工作,针对三段式软体机械臂,提出了一种基于自组织映射（Self-organizing map,SOM）算法的三维空间形状实时感知方法。首先,对ZED双目相机捕捉到的左、右图像帧进行图像预处理,得到左、右二值图像,并实时提取软体机械臂的二维轮廓数据。然后,采用SOM算法对轮廓数据进行聚类,有序得到软体机械臂二维中心线的多个骨干点,并与K均值,高斯混合模型以及细化3种中心线提取算法进行了对比研究,进一步表明SOM算法更适用于解决软体机械臂复杂形状的中心线辨识。最后,通过基于双目视差的三角测距模型完成软体机械臂的三维形状重构。该算法还采用数据降采样、SOM参数优化等方法,提高算法框架的实时性能。针对软体机械臂连续形变过程,进行了实时形状传感实验和对比验证实验。实验结果表明,该算法具有较高的形状感知精度和较好的实时跟踪效果。不仅如此,与其他文献中提出的形状检测算法相比,该算法也具有较好的性能。

摘要:为实现多无人机standoff目标跟踪与同时到达,提出了一种新的比例Lyapunov矢量场和基于τ耦合理论的协同速度控制器。首先,与其他的Lyapunov矢量场相比,比例Lyapunov矢量场中增加了一个可设置的参数,使得在跟踪过程中无人机能够在收敛速度和航向角速率限制之间取得平衡,最大限度的发挥无人机的性能；然后,通过进一步的理论分析得出参数越小,收敛速度越快,但是航向角速率越大。同时给出了在最大航向角速率限制下参数的选取方法,以保证获得较快的收敛速度。最后,为保证无人机能够从不同初始位置同时到达目标点,设计了基于τ耦合理论的协同速度控制律,该控制律不需要考虑实际的不规则飞行路径,只需要计算当前点到目标点的直线距离,避免了现有四维路径规划方法中路径积分复杂的问题,算法更加简单,更有利于工程实现。结果表明,通过数字仿真实例和硬件在环实验,验证了所提方法能够导引无人机同时到达目标点,并快速收敛到standoff半径,说明了该方法的有效性和优越性,且能够应用于工程实际。

摘要:随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明:上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。

摘要:倾转旋翼机垂直下降或斜下降过程中包含极为危险的涡环状态,为掌握涡环状态下其气动载荷、流场变化规律,建立涡环边界数学模型,为相应飞行仿真和飞行试验提供数学模型。采用基于滑移网格技术的CFD方法模拟了倾转旋翼机的涡环状态,研究了倾转旋翼机垂直下降飞行时涡环状态流场、力和力矩的演变规律,提出了倾转旋翼机涡环边界计算方法,并得出了涡环边界解析表达式。结果表明:与直升机涡环状态的主要区别为,倾转旋翼机的机翼降低了单个旋翼涡环状态的影响,但倾转旋翼机旋翼分布的对称性,提高了飞行器滚转力矩失衡的风险；倾转旋翼机垂直下降速率vH/v_h为0.9左右时,会进入成熟的涡环状态,旋翼拉力损失最大,为18%；倾转旋翼机垂直下降时的涡环状态对应的下降速率为0.583≤vH/v_h≤1.516,风险一方面来源于倾转旋翼机左、右两部分旋翼拉力不对称导致倾覆,一方面来源于倾转旋翼机旋翼拉力损失过大导致坠毁；根据涡环状态危险程度,建立了垂直下降和斜下降状态的涡环边界数学模型。结果可为倾转旋翼机的设计和安全飞行提供下降速度规避依据。

摘要:为提高高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化问题求解速度和精度,提出了一种将改进的麻雀智能优化同参数化设计相结合的再入轨迹方法。首先,通过Tent混沌映射和精英反向种群方法初始化种群,利用黄金正弦策略进行种群的位置更新,并通过余弦策略减少侦察者数量,采用贪婪策略对种群的最优解进行选择和更新,在增强算法全局搜索能力的同时,不影响收敛速度。然后,将高超声速再入轨迹优化问题转化为攻角剖面和倾侧角剖面的参数化设计问题,将路径约束转化为阻力加速度再入飞行走廊,保证再入过程中始终满足路径约束,利用罚函数法处理终端约束,从而使得飞行器精确命中目标。最后,采用改进的麻雀智能优化算法对设计参数进行寻优,使得目标函数最优。仿真实验表明:本研究所提出的改进麻雀算法相较于原始麻雀算法、鲸鱼算法和粒子群算法收敛速度快,得到的高超声速滑翔飞行器再入轨迹精度有了进一步的提高；蒙特卡洛仿真实验说明,本研究所提出的高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化算法具有一定的鲁棒性。

摘要:为实现燃油箱内的催化惰化过程平稳可控,在耗氧型催化惰化系统流程基础上,以燃油箱气相空间气体组分为基准,基于质量守恒和能量守恒方程,建立系统流程数学模型,通过推导出稳定氧浓度与流量比的关系式,以此建立稳定氧浓度特性模型,并揭示稳定氧浓度与补气流量、放热功率、产水速率等不同性能参数的内在联系。结果表明:存在着稳定氧浓度为0%的流量比区间,在这个区间内稳定氧浓度不随流量比的变化而变化,且该区间随着催化反应器效率的提高而增大；提高稳定氧浓度可以有效的降低催化反应器的发热功率和产水速率,在本研究计算条件下稳定氧浓度从1%提高到9%,发热功率和产水速率下降了36.1%；稳定氧浓度与流量比的对应关系受燃油类型的影响,蒸汽压越高的燃油在相同工况下需要更大的流量比才能维持同一稳定氧浓度；海拔高度和飞机爬升速率会对稳定氧浓度产生影响,在流量比不变的情况下,稳定氧浓度随着海拔高度的增加而降低,且爬升率越大稳定氧浓度的下降速率越快。

摘要:为解决传统波束形成器在干扰位置发生扰动和导向矢量失配时,造成自适应权重的不匹配,从而导致算法性能急剧下降,甚至期望信号相消的问题,提出一种联合协方差矩阵重构和交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)的鲁棒波束形成方法。对此,首先基于波束形成器最大输出功率准则,设计了求解最优导向矢量的优化模型。接着,根据Capon算法空间功率谱函数,利用定义的干扰范围对协方差矩阵进行重构,以展宽零陷并增强系统抗运动干扰能力。最后,关于导向矢量的二次不等式约束问题,本质为估计导向矢量和期望导向矢量间的差异,该方法利用ADMM对该二次规划问题进行迭代求解,并在每次迭代中获得导向矢量的具体解。另外,也分析了算法的复杂度。实验结果表明:对比现有的波束形成算法,在干扰处加宽了零陷,提高了波束的抗干扰性；结合复杂度也证明了其计算速度优于现有的算法,并且能够很好地校正失配导向矢量。本方法也为求解二次不等式约束问题和提高波束形成算法性能提供了一种思路和途径。

摘要:在低频模拟信号采集及处理电路中,常常存在着噪声与直流漂移的问题影响信号的测量。为了从原始信号中准确去除直流漂移分量及存在的噪声从而获得有用信号,提出了一种基于分段经验模态分解直流漂移消除的方法,并通过合适且有效的去噪方法处理使得采样信号更加真实准确。首先,对信号进行经验模态分解,求取本征模态函数分量的局部极值点进行区间分段,之后分别对每一段信号再次进行经验模态分解,选取每一段信号的低频分量重构出该段信号的直流漂移分量。最后,利用自相关函数筛选出噪声占主要成分的本征模态函数分量进行能量分析,将所有分段整合,得到去除直流漂移且降噪之后的信号。本研究通过仿真对此方法进行了说明,比较了该方法与多项式拟合、小波分析、高通滤波等方法的效果。并对微创外科手术机器人力传感器的应变信号进行了处理。实验结果表明:按照已有数据计算可将信噪比提升到6.39 dB以上,均方根误差有明显减少；该方法能够有效消除应变信号中的直流漂移,并且也能达到降噪的目的。

摘要:为提高地表裂缝检测在低算力运算平台上的稳定性和检测速率,提出了一种PeleeNet与YOLOv3相结合的目标检测算法。使用PeleeNet框架代替YOLOv3的Darknet-53主体框架,以融合不同的局部特征及提高运算效率；在框架中融合特征注意力模块以提高图像中裂缝区域的显著度,并通过对感受野模块RFB卷积核的复用,增大网络的有效视野,提高小目标检测精度；在特征金字塔网络中,通过使用深度可分离卷积代替标准卷积,减少参数计算量；引入CIoU损失函数提高模型的分类与回归精度。在测试平台上应用裂缝数据进行算法验证,结果表明:AP₅₀达到了97.68%,AP₇₅达到了77.87%,较原始的YOLOv3分别提高8.4%和12.4%,检测速度达到了30帧/s,且模型参数大小仅为原始YOLOv3的30%；可以看出,本研究提出的PeleeNet_yolov3轻量化模型对于裂缝目标的检测效果较为明显,并且具有较小的运算量和参数量,适合应用于移动端系统,对于小体积低功耗低算力运算平台具有较大应用价值。

摘要:为应对因复杂网络攻击、物理限制等因素导致异构多智能体系统的系统模态与控制器模态异步问题,保证多智能体系统的一致性,提高系统运行安全性,提出了一种基于耗散性能的输出反馈控制器设计方法。针对实际工程中状态不可测得的情况,采用了更具实际意义的输出反馈控制,并设计了一个分布式动态补偿器,结合输出调节技术将异构多智能体系统构建为一个闭环误差系统。采用隐马尔可夫模型,对多智能体系统与控制器的异步现象进行刻画,形成一个双链马尔可夫跳变模型。利用Lyapunov稳定性分析方法给出闭环误差系统的随机稳定与严格(D,E,F)-α耗散性条件,实现了异构多智能体系统的输出一致性。进一步,通过将具有耗散性能的异步控制器增益设计转化为一组线性矩阵不等式的可行解问题,得到了增益设计方法。最后通过一个仿真实例验证了本研究所提出控制算法的有效性。结果表明:与现有结果相比,本研究所设计的基于输出反馈的耗散性异步控制器对各类多智能体系统具有良好的兼容性；同时,还有许多技术难题亟需解决,而随着科技的发展,更加通畅的网络通信方式与灵敏的传感器网络可以作为以后多智能体协同控制领域关键问题突破的参考。

摘要:为改善载人密闭舱室整体舒适度,提升作业人员的生理、心理舒适性与工作效率。对载人密闭舱室舒适度评估方法展开深入探究,在完成舱室整体舒适度评估的基础上,能够进一步明确影响舱室综合舒适度的基本事件并进行重要度排序,从而更有针对性的改进和指导载人密闭舱室设计。构建了载人密闭舱室舒适度故障树分析（Fault tree analysis,FTA）模型,将载人密闭舱室舒适度影响因素划分生理环境、物理因素、主观感受3个中间等级,下行提取17个基本事件,综合模糊贝叶斯(Fuzzy bayesian networks,FBN)方法进行正向诊断,评估载人密闭舱室的整体舒适性；展开逆向因果推理,寻找造成舱室不舒适的主要原因。结果表明:实例探究中选取西北工业大学载人密闭实验室进行整体舒适度评估,并通过16位被试人员的主观评价验证了载人密闭舱室FTA-FBN舒适度评估方法的有效性与可靠性；逆向推理计算各基本事件对舱室整体舒适度的影响概率并进行排序,指出载人密闭舱室设计改进方向。

摘要:为缓解基于半监督学习的水面目标检测对有限标注样本过拟合的问题,提高无标注样本中目标提取的有效性,提出了基于多视图交叉一致性学习的半监督水面目标检测算法。首先,该算法通过数据增强的方式为训练样本生成不同的视图以丰富数据集的多样性；然后,利用所提出的多视图目标判别器为无标注样本在线生成伪标签,有助于提取无标注样本的有效信息；最后,利用所提出的多视图交叉一致性学习使同一目标实例的不同视图的输出实现交叉一致性正则化,以促进检测模型学习判别性的特征从而降低过拟合的风险。在海上和内河数据集上的实验结果表明:文中所提算法能够提高特征提取的判别性,对多类别的水面目标检测精度达到91.0%,比全监督检测算法提高了18.7%,比其他半监督检测算法提高了3.8%以上；在检测速度上,该算法达到13.1帧/s,基本满足实时性要求。所提算法通过多视图交叉一致性学习提高特征的判别性和缓解检测模型的过拟合风险,有助于提高半监督水面目标检测的性能。

摘要:为了对空间可重复锁紧装置在轨执行多次锁紧分离动作的任务可靠性进行评估,针对装置在轨受到航天器交会对接冲击和空间环境下性能退化综合作用的特点,建立了考虑冲击与退化相依竞争失效的可靠性评估模型。首先,以空间可重复锁紧装置的功能、结构及工作原理为出发点,结合在轨主要故障模式确定可靠性特征量。其次,同时考虑在轨承受极端冲击和累积冲击两种情况,构建冲击作用下的性能退化模型,并针对装置小子样、高可靠、长寿命特点,采用加速退化试验和贝叶斯方法进行模型参数估计。然后,基于冲击与退化过程的相依竞争失效理论,建立装置可靠性评估模型。最后,以某型号空间可重复锁紧装置为例,开展装置在轨冲击承载模拟试验及加速性能退化试验,同时融合相似产品历史试验数据,采用贝叶斯公式进行模型参数估计,得到装置可靠度函数曲线。研究结果表明,装置在轨运行25 a后仍能以0.973的高可靠度运行,评估结果符合工程实际;运用所提出的方法及模型,能够紧扣装置在轨任务工况,结合试验和研制数据综合进行可靠性评估,为在轨任务可靠性分析提供了有效的技术途径,为设计改进和使用策略制定提供了理论依据。

摘要:为改善导弹受到干扰或加装被动捷联导引头仅能够完成视线角度或纯方位量测情况下的导弹制导信息估计性能,提出了一种适用于纯方位量测的微分对策制导律。首先,通过对范数型微分对策制导律对策空间的分析,明确了捕获区的制导特性可以用于改进纯方位测量情况下的可观测性的设计思路。其次,在完成纯方位估计器设计的基础上,利用估计均方误差反映估计器可观测性的特性,建立了导弹控制量和可观测性之间的关系。然后在微分对策空间的捕获区域内,进行制导控制指令的选取,保证脱靶量的同时,提升估计器的可观测性能。最后给出了所提出的增强可观测性的制导律的执行流程,并考虑控制系统延迟和外部其他不确定性因素的影响,以及脱靶量控制优先的原则,对零控脱靶量参数和剩余飞行时间参数进行了设计。制导律的设计方法超出了确定性等价原理的框架,实现了滤波和制导律的集成设计。非线性仿真对比表明,采用所提出的制导律,可以获得较好的目标信息估计性能,且具有较高的单发命中概率。

摘要:为改善TC4钛合金表面摩擦学性能,采用皮秒紫外激光技术在TC4钛合金表面加工了3种形状的微织构。使用多功能摩擦磨损试验机研究了织构化TC4钛合金在多接触条件下的摩擦学特性,并采用显微硬度仪、扫描电镜、激光共聚焦显微镜对织构化TC4钛合金的表面硬度、表面粗糙度、磨痕三维轮廓和磨痕形貌等进行分析。结果表明,织构化TC4表面硬度提升约60%,其中三角形凹坑织构表面综合硬度最高；微织构能有效降低TC4表面接触过程的摩擦系数,其中圆形与矩形织构摩擦系数最低,较无织构表面减少约10%；微织构能捕获磨屑,减少磨粒磨损,提高耐磨性能,相同接触条件下,织构化试样磨损量减少了50%；当载荷一定时,速度增加可使织构化TC4表面摩擦系数降低；当摩擦速度一定时,载荷降低可导致织构化TC4表面摩擦系数降低。本研究可为提升钛合金表面摩擦学性能提供研究思路,减少钛合金因摩擦磨损造成的损失与事故。

摘要:长距离输水管道水力瞬变过程中水体压强达到汽化压强时,将会发生水柱分离现象,水柱弥合将产生异常高压,导致管路振动、变形甚至爆管事故。已有的水柱分离弥合水锤数学模型主要采用特征线法（Method of characteristics,MOC）计算,并且很少考虑动态摩阻引起的能量衰减。为提高水柱分离弥合水锤现象的计算精确度和稳定性,基于有限体积法二阶Godunov格式,建立了考虑动态摩阻的离散气体空穴模型（Discrete gas cavity model,DGCM）。为实现管道边界和内部单元的统一计算,提出虚拟边界的处理方法。将该模型模拟结果与实验数据以及已有的稳态摩阻模型的计算结果进行比较,并对网格数、压力修正系数等参数敏感性进行分析。结果表明,本模型能够准确模拟出纯水锤、水柱分离弥合水锤两种情况下瞬变压力,与实验数据基本一致；考虑动态摩阻的瞬态压力计算值与实验数据更吻合；与MOC相比,当库朗数小于1.0时,有限体积法二阶Godunov模型计算结果更准确、更稳定；尤其是,压力修正系数取值0.9及较密网格时数学模型能更为准确地再现实验结果。

摘要:光传输效率（LTE）是衡量导光管采光性能的最重要参数。在导光管LTE计算中,常常忽略了光线在管中若干次镜面反射引起的光偏振的累积效应。因此,为厘清连续镜面反射引起光偏振的累积效应,通过光学理论分析与公式推导,在确定光偏振对镜面反射材质反射率的影响之后,首次揭示了导光管内壁反射率随反射次数的变化规律,以及反射率的变化对导光管LTE的影响。结果表明:单束自然光线每投射到管内壁一次,就会产生一次光偏振,并在两个正交分量上产生不同的反射率,即ρ⊥和ρ‖,且ρ⊥≥ρ‖；历次反射中ρ⊥和ρ‖数值保持不变,但整体反射率会随反射次数增多而逐渐变大,故导光管内光损速率会不断减缓；由此提出了导光管中单束光线的LTE表达式,为建立复杂光源下LTE数学计算模型,奠定了理论基础。