三维AoA目标跟踪的二次约束卡尔曼滤波算法

在基于到达角(angle of arrival, AoA)的三维目标跟踪中, 伪线性卡尔曼滤波具有稳定性高和计算复杂度低的优点, 但是严重的偏差问题使其跟踪精度迅速下降。针对该问题, 提出一种二次约束卡尔曼滤波(quadratic constraint Kalman filter, QCKF)算法。首先引入涉及所有观测噪声项的增广矩阵, 然后建立与线性卡尔曼滤波等价的目标函数并且附加含有二次项的约束条件, 以此降低偏差影响, 实现更准确的状态更新。QCKF算法采用广义特征值分解求解约束优化问题, 无法直接通过状态更新表达式推导其协方差矩阵, 因此利用约束条件以及矩阵扰动方法完成协方差矩阵更新。仿真分析表明, QCKF算法相较于其他非线性滤波算法具有更优的跟踪性能, 不仅在低噪声条件下可达到后验克拉美罗下界, 而且当噪声严重时能够显著降低跟踪误差, 并且计算开销不高。     

大入射余角CFAR检测器

雷达在大入射余角高分辨率海杂波背景下检测时,等效后向散射面积增大,大部分海杂波能量投射到少数距离单元,能量分布不均,出现功率突然增大的杂波“异常单元”,导致检测器参考窗口所处的背景环境复杂多变,传统检测器检测概率降低,虚警率及误检率增加。为解决此问题,通过参考滑窗单元的协方差矩阵构造正定矩阵,求解其矩阵范数用以估计杂波功率水平,并采用支持向量机改进传统恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测器,得到基于正定矩阵杂波功率估计训练支持向量机的改进CFAR检测器。实验结果表明,新检测器在均匀杂波、多目标环境下检测性能稳定,在杂波边缘的虚警控制能力良好。     

基于极化单脉冲雷达扩展目标角度估计方法

当单脉冲雷达受到箔条质心干扰时, 将视为波束内存在两个不可分辨的目标, 由于目标和箔条干扰回波混叠耦合, 导致单脉冲测角偏差, 最终致使目标跟踪丢失。对此, 利用宽带单脉冲雷达测角精度高的优点和极化信息, 提出一种基于极化单脉冲雷达的扩展目标角度估计方法。首先，分析宽带单脉冲雷达体制下箔条质心干扰的特点, 给出扩展目标双极化和差信号模型。然后, 根据和、差通道极化回波信号, 通过联立方程组, 估计出目标和箔条干扰的到达角(angle of arrival, AOA), 为后续利用目标角度信息跟踪目标提供条件。最后，通过蒙特卡罗仿真实验分析关键参数对目标角度估计性能的影响, 并与传统单脉冲雷达体制的测角方法进行比较。理论分析和仿真实验表明, 在质心干扰条件下, 宽带单脉冲雷达估计目标AOA的性能要优于传统单脉冲雷达。     

基于液滴局部轮廓的接触角测量方法

为了实现超疏表面上液滴的接触角测量,提出了基于液滴局部轮廓的接触角测量方法,通过超疏水表面的接触角测量实验对所提出的测量方法进行了验证。结果表明:基于液滴局部轮廓的接触角测量方法能有效稳定地测量出超疏水表面上的液滴接触角值;实施提出的接触角测量方法时需要测量点均布在液滴高度的2/5范围内的液滴轮廓上;基于液滴局部轮廓的接触角测量方法中接触点的选择误差对接触角测量结果的影响是可控的。可见基于液滴局部轮廓的接触角测量方法可用于表征表面的润湿性能。     

空间同位素热源故障再入极端环境条件分析

空间核动力源是支撑人类探索宇宙空间的关键技术,但安全问题始终是空间核动力源设计和应用的重要部分。文章以我国未来月球探测任务为背景,针对可能发生的典型的事故场景,建立三自由度动力学模型,并引入基于化学非平衡方程、完全气体方程的计算流体力学方法,开展空间同位素热源故障再入情况下的极端环境条件分析,分析空间同位素热源故障再入情况下气动力/热环境、海平面高度飞行速度和弹道倾角等极端环境条件。研究结果表明：同位素热源阻力系数为1.6左右,无量纲纵向压心系数约为0.5,再入过程0攻角驻点热流密度峰值约为8.1 MW/m²,总加热量约为101.55 MJ/m²；从80 km开始经178.3 s到达海平面高度,此时同位素热源的飞行速度为86.5 m/s,弹道倾角为-89.9°。     

单筒式磁流变减振器多目标优化与试验研究

为了研究结构参数对磁流变减震器性能的影响。基于Pareto集多目标方法和NSGA-Ⅱ遗传算法,以阻尼力和动力可调系数为优化目标,设定7个优化变量,建立了车用磁流变减振器多目标优化模型与实现算法,分析了7个设计变量对阻尼力和动力可调系数的设计敏感性。通过试验得到不同条件下自制减振器输出阻尼力与减振器运动位移和速度的关系曲线。结果表明：参数优化后的减震器,在0A、速度最大时,复原力提高了15.7%,压缩力提高了36.8%；在3A、速度最大时,复原力提高了3.5%,压缩力提高了21.5%。验证了优化解的可靠性,为今后磁流变减振器的设计提供参考。     

等宽明渠交汇口壅水特性数值模拟

为研究不同交汇角度θ和流量比q对明渠交汇口壅水特性的影响规律，利用体积函数法(VOF)追踪自由表面，采用雷诺应力模型(RSM)封闭控制方程，建立明渠交汇水流三维数值仿真模型，对3种流量比和7种交汇角的21种组合工况进行模拟研究，对交汇口附近的三维壅水形态进行分析。结果表明:由于支流汇入的顶托作用，上游区域内水位壅高，交汇区域内出现水面跌落现象；同一流量比工况下，随着交汇角的增大，上游水位逐渐增大，下游水面跌落现象越来越剧烈；对所有工况的上下游最小水深比h^*_d和最大水深比h^*_m进行计算，发现在本文研究的流量比及交汇角变化范围内，上下游最小和最大水深比均随着交汇角的增大而增大，随着流量比的增加而减小。最后，对上下游水深比的变化范围进行分析，得出结论:同一流量比工况下，交汇角增大，交汇口附近水面变幅增大；同一交汇角度工况下，流量比增大，交汇口附近水面变幅减小。     

分布式驱动电动方程式赛车扭矩分配策略

本文旨在提高分布式驱动电动方程式赛车在高速转弯时的操纵稳定性，提出一种基于模糊神经网络算法的驱动扭矩分配策略。首先，基于车辆二自由度模型设计质心侧偏角观测器获取实际质心侧偏角；其次，以横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量，基于模糊神经网络算法设计扭矩分配控制器来控制车辆行驶状态。运用Matlab/Simulink和Carsim仿真软件建立车身稳定性控制系统的联合仿真模型，并对蛇行绕桩与双移线工况进行仿真分析和实车测试。试验结果验证了所提扭矩控制策略的可行性和有效性。     

Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers

Silk fiber was processed from highly concentrated spinning dope to solid fibers along with water removal. To understand the mechanism of water removal during silk fiber spinning process, a microfluidic chip was designed and applied to investigate the structures and mechanical properties of two kinds of regenerated silk fibroin fibers dry-spun at different relative humidity. The experimental results showed that the diameters of the fibers spun at 40% RH are always larger than the fibers spun at 50% RH due to different removal rates of water. The fibers spun at low humidity contain more β-sheet structure and lower degree of chain orientation and crystalline orientation. These results indicate that the fast phase transition of silk fibroin from sol–gel to silk fiber undergoes with rapid water removal and higher fiber orientation relates to more residue water and drawing force.     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能，设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器，以能量回收效率和体积混合率为性能指标，利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算，并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明，处理量相等的情况下，能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低；同一转速下，转子倾斜角度改变，能量回收效率变化不超过0.04%，而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。