带前置光放大的星间微波光子链路建模及性能优化

摘要考虑到星间微波光子链路中信号经远距离传输损耗大,利用前置光放大来提高链路的信噪比．建立了带前置光放大的星间微波光子链路模型,利用Bessel函数展开和Graf加法定理推导出了信噪比（SNR）的解析表达式．确定了对链路影响最大的主要噪声成分,在不同前置放大器增益的条件下,对调制器直流偏置相移进行了优化,使得在给定SNR要求下所需激光器输出光功率最小,并进一步分析了前置放大器增益对最小激光器输出功率和最优直流偏置相移的影响．数值仿真结果表明：随着前置放大器增益的增加,达到指定SNR所需的激光器输出功率变小,相应的最优直流偏置相移先减小后增大．对于QPSK调制信号,未加前置放大器时,SNR要达到15．56dB（BER=10-9）,激光器输出光功率至少为45dBm,而前置放大器增益为15dB时,只需要22．57dBm．     

基于Boosting梯度下降理论的时间序列建模方法

在预测问题中有很多实际问题具有时间序列特性,如何分析并建立合理的时间序列预测模型具有重要的理论价值与广泛的应用前景.随着对时间序列研究的逐步深入,时间序列预测模型变得越来越复杂,建模过程对设计技巧依赖性越来越强.如何设计一种不依赖于操作者的能力和经验,并且具有良好效果的建模方法呢？本文在集成学习理论的基础上,提出了基于Boosting梯度下降理论的自回归模型集成（AREnsembleLearning,AREL）建模法,从理论上分析并论证了该建模法的有效性.为了避免AREL精确拟合每一个训练样本点,在建模过程中引入了？-不敏感损失函,从而降低随机噪声对时间序列预测模型的影响.进而为了提高AREL对非平稳时间序列的处理能力,提高算法的鲁棒性,防止发生过拟合,降低算法对模型阶次设置的敏感性,提出了基于AREL的加权k近邻（weightedkNN）预报法.通过实例测试,并对结果进行了讨论,验证了所提出的建模法与预报方法的有效性.     

面向空间态势感知的天基可见光空间目标自主跟踪方法

天基可见光(space-based optical, SBO)监视是空间态势感知的重要手段之一.传统的天基观测平台都需要在自身精密星历已知的情况下,通过对目标的测量,确定其状态.而本文提出了自主天基空间目标监视的概念,天基可见光观测平台在自身精密星历未知时,也可以完成空间态势感知任务.与传统的目标跟踪不同,此方法只需依靠平台获取的在惯性系下描述的仅测角测量信息,便可实现自主定轨.结合长弧段的观测数据,本文给出了基于历史数据的事后自主轨道改进算法.通过分析发现,观测卫星对其他目标观测的历史数据也可用于改进原有的被观测目标的轨道.基于此,本文提出了通过额外测量量辅助下的实时自主跟踪策略,可通过单星搭载多SBO相机,对多目标同时跟踪的方式实现.最后,本文通过仿真算例验证了所提出方法的可行性.与传统的空间目标跟踪相比,虽然自主跟踪的精度较低,但在同时跟踪两目标时,尤其是在同时跟踪低轨和高轨两目标的情况下,估计精度能接近传统方法的水平.本文为发展自主天基空间态势感知平台提供了可行的方法.     

基于概率方法的化学反应驱动热机有限时间热力学分析

基于Arrhenius动力学理论的化学反应驱动热机的功率优化,通过综合考虑将化学反应速率系数作为有限时间限制的条件以及化学反应过程与热机热力耦合过程的最优构型问题,分别对一级反应动力学模型和二级反应动力学模型进行了有限时间热力学分析,得出了化学反应与热机热力耦合关系的有限时间热力学特性对功率优化的影响.结合本文的计算结果与前人的工作分析可知,化学反应驱动3种热机模型时均存在一个最佳流率使装置的输出功率达到最大值,但在实际情况下,化学反应驱动一个按广义卡诺循环运行的热机时才能输出最大功率,且此时的最佳流率也能使装置的燃料效率接近最优.基于概率分析的有限时间热力学方法能够更加精确地描述热力系统的各项性能参数,本文通过概率分析的方法建立了一级反应动力学理论的概率模型,得到了化学反应驱动热机的功率和燃料效率的波动界限.所得结果不仅包含了传统分析方法的平均解,还将微尺度情况下的随机起伏考虑进去,能为微型尺寸系统的实际性能的预测提供更加丰富的信息.     

基于传递熵和有效信息存储的隐鹮信息传递过程研究

作为以线性编队进行迁徙的鸟类,隐鹮编队飞行时个体间领航-跟随关系频繁的互换可延长群体飞行时间.为分析隐鹮群体内部隐含的协调合作机理,本文基于信息论理论检测和量化集体迁徙的隐鹮群体中个体层面的信息传递动态.首先采用局部传递熵来量化隐鹮迁徙过程中在空间和时间上的局部动态信息传递过程,分析隐鹮个体间信息传递的规则,理解隐鹮个体如何通过信息传递影响群体决策,实现一致的群体运动状态.然后采用局部有效信息存储来表征隐鹮的群体记忆,通过计算隐鹮过去状态序列与下一时刻状态之间的互信息,得到群体行为一致性与群体记忆的关系.最后根据隐鹮的动态信息传递以及群体记忆与群体行为一致性之间的关系,得到隐鹮转向过程中群体行为的激发以及汇聚模式与熵值的变化间的关系.     

基于△DOR信号的高精度VLBI技术

在嫦娥二号（CE-2）工程中,我国首次开展了X波段ADOR测量实验,获取了ADOR信号的VLBI时延数据,并用于精密定轨．本文给出了CE-2中ADOR信号的VLBI测量与数据处理方法,结合我国VLBI测量系统对时延数据进行了误差分析及精密定轨分析．结果表明：ADOR信号的VLBI时延精度优于0．5ns,比利用S波段信标的测量精度提高约一个数量级．本研究成果为后续的月球及深空探测高精度测定轨提供了重要的技术手段．     

基于自适应有限时间干扰观测器的无人机集群编队控制方法

近年来,随着无人机技术的发展,其任务能力逐渐增强,成本优势逐步凸显,加之多无人机协同技术的不断进步,无人机集群受到科学界、工程界越来越多研究人员的关注,其应用领域也在不断拓展.本文对无人机集群受未知干扰影响下的编队问题进行了研究.首先,设计了基于自适应增益的有限时间干扰观测器,可在有限时间内对未知干扰进行精确估计.然后,将集群中的无人机分为可获知期望编队的绝对位置和不可获知期望编队的绝对位置两种类型,并基于此,设计了一种具有统一形式的包含绝对位置误差、相对位置误差、绝对速度误差、相对速度误差、干扰估计值等的编队控制器,并给出了控制器收敛的充分条件.最后,通过设计的4个数值仿真实验,对所提出方法的有效性进行了验证.     

基于PLS及时间序列法的卷烟销量组合预测方法

以A省及17个地市约七年间的销售面板数据为研究对象,首先建立三个单项预测模型,即Hoher—Winter季节乘积模型、时间序列分解法模型和偏最小二乘回归模型。在得到三个单项模型预测值之后,再运用组合模型方法,对三种模型的预测结果进行优化。实证结果显示,本组合预测方法更进一步的提高了预测精度,同时对卷烟销量预测实际工作具有借鉴意义。     

基于变形时间效应的高速铁路地基压缩层厚度计算方法

路堤荷载作用下地基变形是高速铁路路基沉降的主要来源,地基有时间效应的变形是引起高速铁路长期服役性能劣化的核心因素,掌握具有变形时间效应的地基土层区域是合理计算地基工后沉降、优化地基加固方案的技术关键.基于分形的无标度特性,确立塑性变形速率随时间的分形关系,揭示了地基土变形随荷载水平呈现快速稳定、长期稳定、长期破坏和快速破坏的四种演化状态类别,提出了表征变形速率变化快慢的土体变形状态"分维数判别法";开展了单元结构填土模型和三轴流变试验,获得了中低压缩性粉质黏土的变形状态荷载阈值及其与抗剪强度或极限承载力的比值;基于摩尔-库伦准则,采用强度折减方法,获得了地基土变形状态强度参数,结合地基土中应力,得到了由库伦强度理论表达的变形状态控制方程,明确了地基沿深度具有时间效应变形区域的深度即为基于变形时间效应的地基压缩层厚度.提出的"时间效应法"确定压缩层厚度为进一步完善高速铁路的地基沉降计算提供了理论依据和实验支撑.     

基于质量-刚度解耦的微半球谐振陀螺频差高精度修调方法

微半球谐振陀螺是最具发展潜力的高性能微机电系统(MEMS)陀螺之一,其工作时驱动、检测模态频率需要高度匹配,因此两个工作模态间的频差(频率裂解)是影响陀螺性能的关键因素.机械修调是调节频差的重要手段,其精度决定了模态匹配程度.通过飞秒激光去除质量调节模态频率是一种高效率、高精度的修调方法,但当谐振结构频差处于较小值(约100 mHz)时,观测到线性微质量去除难以进一步降低频差.本文重点针对该过程中的质量-刚度耦合现象开展研究,首先建立了微质量扰动下的质量-刚度耦合变化模型,然后通过有限元模型仿真分析了质量-刚度耦合对修调精度的影响,得到了不同直径与深度修调孔下的微量频差变化,结果揭示了修调孔直径对结构局部刚度的影响规律,以及修调孔深度对局部质量的影响规律.进一步的分析表明,当修调深度超过阈值时能够实现对质量-刚度影响的解耦,因此文中提出了基于质量-刚度解耦的高精度修调方法.最后,对该方法进行了实验验证,将微半球谐振陀螺的频差降低至7 m Hz,有效提升了微半球谐振陀螺的机械修调精度.     

基于DDS技术的多路高精度信号源设计

本系统以DSP2812和CPLD相结合,采用DDS（DDFS,直接频率数字频率合成）技术设计的多路高精度信号源,它可以根据用户设定的电流、电压参数,实现12路模拟量的输出.其模拟量的基本波形为：正弦波、三角波、方波和用户自定义的波形,同时可根据需要实现20次以内任意次谐波的迭加.     

基于DDS技术的多路高精度信号源设计

本系统将DSP2812与CPLD相结合;采用DDS（即DDFS,直接数字频率合成）技术设计的多路高精度信号源;可以根据用户设定的电流、电压参数,实现12路模拟量的输出;其模拟量的基本波形为：正弦波、三角波、方波和用户自定义的波形;同时可根据需要实现20次以内任意次谐波的迭加。     

基于立体图像的月球车导航定位试验研究

为获得月球车在轨移动过程中的位置信息,提出了基于立体图像的月球车导航定位算法.首先阐述了月球车导航定位算法原理,包括坐标系转换体系、月球车立体图像相对定向、月球车立体模型绝对定向和连接点坐标观测量权值,然后给出了月球车导航定位流程.最后,通过我国月球车的专项试验,验证了基于立体图像的月球车导航定位算法,具有较高的定位精度和应用稳定性.     

基于双域名双链路校园网的DNS加速分析及实施

基于VIEW和策略路由的方案在双链路或多链路校园网中的广泛应用,使公众网访问校园网时DNS解析超时的问题凸显出来.本文结合实际,针对拥有www.xxx.edu.cn和www.xxx.cn双域名的双链路校园网,提出DNS加速方案并进行原理分析及实施,对复杂结构下DNS的配置有一定的参考价值.     

一种环月交会对接航天器的自主导航方法

我国正在进行月球采样返回工程,月球轨道交会对接是采样返回任务中关键环节之一.本文提出了一种新交会过程中目标航天器和追踪航天器自主航方法.该方法综合利用成像敏感器、交会雷达和激光高度计测量信息,结合绝对轨道动力学模型,利用UKF滤波算法设计航滤波器,能够同时估算交会对接过程中追踪航天器和目标航天器绝对轨道参数.在月球阳照区,采用成像敏感器和交会雷达测量信息进行自主航;在月球阴区,则采用交会雷达和激光高度计测量信息进行自主航.通过理论分析和数学仿真,验证了所提出自主航方法有效性.本文所提出方法为月球轨道交会对接工程实现提供了理论参考.     

基于具有时间隧道思想的多智能体强化学习的智能发电控制方法

解决雾霾问题的重要途径之一是大规模引入新能源,以减少碳排放.而新能源大规模接入会给互联电网带来强随机扰动.本文提出一种基于时间隧道的多智能体新算法——PDWoLF-PHC(λ)算法.该算法基于变学习率,有效获取最优控制,可解决传统集中式AGC难以解决的新能源及分布式能源大规模接入互联电网所带来的随机扰动问题,促进新能源与电力系统兼容.对改进的IEEE标准两区域负荷频率控制电力系统模型、智能配电网模型以及华中电网模型进行仿真,结果显示该算法可减少碳排放,提高新能源利用率,与已有智能算法相比具有更快的收敛速度及更强的鲁棒性.     

模糊随机可靠性分析中不确定性传递的鞍点线抽样方法

对于同时存在随机基本变量和模糊基本变量的结构系统,研究了模糊和随机两种基本变量的不确定性向结构响应性能的传递问题,提出了一种结构安全度量的模糊可靠度隶属函数求解的鞍点线抽样方法.所提方法首先按照模糊基本变量的隶属函数求得给定隶属水平下模糊基本变量的取值域.然后在与给定的隶属水平对应的模糊基本变量取值区域内,利用鞍点线抽样方法求得随机基本变量空间内结构响应量满足安全要求的可靠度值的上、下界,进而将基本变量的模糊和随机不确定性传递到结构的安全度量,得到模糊可靠度的隶属函数.与模糊随机不确定性传递的直接MonteCarlo法相比,所提方法可以在保证计算精度的同时大幅度提高计算效率.与已有的模糊随机不确定性传递的转化法相比,所提方法具有更广的适用范围,它对随机基本变量的分布型式及结构响应量的解析表达式均没有限制,并且所提方法未对响应量的表达式作任何近似,因而比转化法具有更高的精度.另外所提方法可以容易地处理结构响应中模糊基本变量与随机基本变量具有交叉项的情况.所提方法的优点将由文中算例进行验证.     

基于仅测角的自主交会相对导航策略研究

本文以基于仅测角的自主交会相对导航研究为背景,构建了仅测角相对导航的可观测度定量分析模型,并研究了利用追踪器轨道机动时潜在的相对距离信息来提高仅测角相对导航可观测度的策略。以航天器相对动力学方程为基础,建立了以光学相机为唯一相对测量设备的仅测角相对导航模型。根据牛顿迭代方法,推导了相对导航的可观测度计算模型,为相对导航系统可观测性能的定量分析提供了依据。研究了追踪器在轨道机动时潜在的相对距离信息及其误差模型,并给出了基于该潜在相对距离信息的可观测度计算和扩展卡尔曼滤波模型。最后,通过数值仿真对可观测度计算模型的正确性以及潜在相对距离信息应用的有效性进行了验证。     

基于模糊时间序列的国内旅游需求预测

在分析了大量经典模糊时问序列模型的基础上,将其引入国内旅游需求预测,指出了其在区间划分上存在的问题。结合聚类算法的优点对区间划分进行处理,提出了基于改进聚类算法的模糊时间序列模型对国内旅游需求人数加以预测。研究结果表明,该模型在保证较高预测精度的前提下,简化了计算,且易于理解,具有较好的应用价值。     

基于传递像机摄像测量的不稳定平台的静态基准转换方法

针对摄影/摄像测量或其他测量领域中测量平台不稳定会给测量结果带来较大误差,甚至不可用的问题,本文提出了基于传递像机的不稳定测量平台向静态基准转换的概念和方法.在不稳定平台上安装传递像机,实时拍摄静态基准上的参考标志物;或者在静态基准上安装传递像机,实时拍摄不稳定平台上的参考标志物,进而解算出不稳定平台相对于静态基准的三维运动,并据此对观测结果进行误差修正,消除平台运动的影响.该方法使摄像测量在不稳定平台上也能高精度进行动态测量,有效拓展了摄像测量的一类重要应用范围.实验验证和数值仿真分析证实了本方法的有效性和实用性.