高超声速飞行器激波层产生的光折射效应数值模拟

用结构网格Godunov有限体积计算格式,模拟了高马赫数钝头体的全流场和激波层的特性,根据气压和密度的分布对流场进行了均匀层、激波层和非均匀层的划分,数值模拟了高超声速飞行器头部产生的高压、高密度的激波层对光束产生的折射效应.结果表明,高马赫数下飞行器产生的激波,在很大程度上影响了光束的传输,通过模拟三维空间大气的流场压力和密度,进行光学计算校正光束通过激波层产生的折射误差是可行的.     

星光导航成像的气动光学效应影响研究

给出了针对吸气式高超声速飞行器（ABHV）的飞推一体化参考轨迹,分析了其对星光导航成像影响。基于吸气式高超声速飞行器强耦合特性,结合星光成像导航技术特点,以飞推耦合度最小为优化指标,考虑ABHV的攻角、燃油当量比、攻角变化率和隔离段激波串位置等多约束特性,采用一种多约束最优化方法,得到了适合星光导航应用的参考轨迹,并分析了该轨迹下星光成像性能退化情况,进一步挖掘了发动机稳定工作和飞行器高精度打击等具有核心竞争力的总体性能指标的潜力。以某型ABHV为例,在精确的仿真模型基础上,进行了仿真分析,仿真结果表明,该方法有效、可靠。     

基于航路点的高超声速飞行器预测校正制导律设计

针对高超声速飞行器再入制导多约束、不确定性问题,结合预测-校正制导和标准航迹制导的优点,提出基于航路点规划的预测-校正制导方式,推导出精确的制导模型和制导原理。针对制导模型参数的动态性能,改进了数值预测算法,并基于二次型最优性能指标设计了预测-校正制导律,给出了制导指令数值方法的解析解,符合高超声速制导的实时性要求。将姿态控制回路近似描述成二阶系统,基于已规划航路进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法对初始误差不敏感,具有较高的精度和较强的鲁棒性。     

利用红外热图开展通用航空飞行器气动热特性试验

为了对通用航空飞行器（CAV）从近连续流到稀薄过渡流气动热特性进行研究,用红外热图技术在地面试验中测量了在典型轨道参数状态下CAV表面的热流分布。首先介绍了气动热试验研究所用的高超声速低密度风洞、红外热像仪等主要仪器设备的性能参数以及高超声速通用航空飞行器模型。其次介绍了高超声速低密度风洞气动热试验采用的3种模拟准则即粘性干扰参数、总焓与壁面焓差参数和克努曾数。最后,在马赫数M=7、12,攻角=0、12、24试验条件下,获得了CAV模型迎风面、背风面、侧面典型的流场结构图、红外热图和热流分布,并对CAV模型在不同状态下迎风中心线与翼前缘热流的试验结果、迎风中心线试验结果与工程计算结果进行了比较。研究表明:翼边缘热流大小呈现马鞍形分布,攻角变化对气动加热影响比较明显。     

双椭球和Edney-type Ⅳ激波干扰的高速流动数值模拟

气动热和激波干扰是高超声速流动研究的关键技术之一,为了实现对此类问题的准确数值模拟,采用基于有限体积法的多块结构网格自研软件,运用NS方程对典型算例双椭球和Edney-type Ⅳ激波干扰进行研究。结果表明:双椭球的主椭球前和两椭球相贯处形成两道激波,在小椭球上方相交产生干扰;双椭球上表面由于存在激波干扰,压强和热流变化较剧烈,下表面则变化较平缓。Edney-type Ⅳ激波干扰的入射激波和弓形激波相交形成超声速喷流区,在壁面附近终止于一道弓形滞止激波;物面压强和热流在超声速喷流冲击壁面处达到了峰值。文章获得了清晰的高超声速流场结构,验证了自研软件的模拟能力,为高超声速飞行器的数值预测评估提供了一定参考。     

一种可行的高超声速飞行器跟踪算法

通过分析临近空间高超声速飞行器的运动特性,建立了高超声速飞行器运动模型,并运用交互式多模型(IMM)算法对其进行跟踪,通过100次蒙特卡罗实验,获得了误差较小的理想跟踪效果,说明了IMM算法用于高超声速目标跟踪中的可行性.     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器的本体光辐射特性分析

第二代"猎鹰"高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2,HTV-2)长时间在大气层中飞行时,气动热是导致本体光辐射特性的主要原因。气动热预测和复杂结构传热温度求解是本体光辐射特性研究的关键。基于类HTV-2高超声速滑翔飞行器的结构以及飞行弹道特点,建立了适用于高超声速滑翔飞行器的气动热、三维有限元传热和本体光辐射耦合计算方法。在算法验证的基础上,通过计算获得了类HTV-2高超声速滑翔飞行器沿假定弹道飞行的本体光辐射特性。结果表明,红外探测器从地面70°方向观测的辐射强度大于从天上-70°方向观测的辐射强度;中波3~5μm光辐射强度明显大于长波8~12μm和短波0.4~0.7μm,因此选择3~5μm波段更有利于对类HTV-2高超声速滑翔飞行器进行探测。     

高超声速飞行器控制研究综述

和以往的航空航天器相比较,高超声速飞行器存在诸多控制难点,譬如:建模困难、耦合严重、参数发生剧烈时变等。高超声速飞行器的控制,具体是探究吸气式高超声速飞行器巡航控制状况与无动力高超声速飞行器返还再入控制状况。文章是针对高超声速飞行器控制展开的具体探究,为相关人员提供参考意见。     

基于过量观测数据实时在线处理的天文字位计算理论和实践

本文报告了一种基于过程观测数据实时在线处理的天文定位计算方法,通过对单一天体的大量观测数据的卡尔曼滤波计算,可以实现持续的,较高精度的天文导航定位,本文从天文定位的状态方程,量测方程的确定及线性,误差的确定,模型的防发散措施等几个方面进行了阐述。最后,本文给出两个算例说明实际的使用效果。     

盲目反卷积算法在高超流场星图复原中的应用

近年来高超声速飞行器的研究受到世界各国的重视,具有重大的军事意义,其中导航、制导和控制是高超声速研究的关键技术。鉴于星光导航有着抗干扰能力强、导航精度高、自助式导航等特点,文中主要研究了高超声速飞行器使用星光导航方法的星图复原算法。考虑到高超带来的气动光学效应,在分析高速层流以及湍流流场的基础上,应用增量Wiener滤波器和有限支持域上的盲解卷积复原算法进行退化星图的复原。针对高速飞行器星光导航对复原星图的要求,仿真分析了复原星图的质心偏差及识别特征量变化。仿真结果显示,有限支持域上的盲解卷积复原算法精度较高,且经复原后的星图,能快速被高速飞行器星光导航系统正确识别。     

区域导航对流层延迟误差修正模型研究

本文研究了电波大气折射理论，分析了传播误差因素，阐述了区域导航信号的传播路径与 GNSS 卫星导航的不同，论述了对流层延迟对区域导航信号测量精度的影响，设计了满足区域导航系统应用需求的对流层延迟误差修正模型，并通过仿真研究，验证了所设计区域导航对流层延迟误差修正模型的可行性，并给出了该模型在远距离低仰角和近距离高仰角下的误差修正能力。     

激光导引头四象限探测器测角精度的建模研究

四象限探测器对目标的测角精度直接影响激光制导武器的制导精度,因此研究四象限探测器测角精度十分重要。采用计算和仿真分析的方法,基于导引头入瞳处脉冲峰值功率密度服从均匀分布,噪声干扰电流服从高斯分布,建立了激光导引头光束偏转角误差模型;但由于噪声干扰使光束偏转角误差具有随机概率性,所以将光束偏转角误差的均值和标准差作为四象限探测器测角精度的衡量标准,分别建立了光束偏转角误差的均值和标准差与导引头光学系统参数、光斑半径、漫反射激光入射角、噪声干扰电流以及导引头入瞳处脉冲峰值功率密度之间的关系,并以导引头光束偏转角误差标准差为例,结合应用背景进行了仿真分析。     

一种高效的高精度相控阵雷达工程测角方法

相控阵雷达波束宽度随着扫描角的增加而展宽,导致和差波束法测角精度降低,同时,为了解决雷达数据处理芯片存储空间小的限制,本文提出了一种高效的高精度相控阵雷达工程测角方法。该方法以频率值、S曲线系数等信息为输入,进行相应修正处理,查询参数表,求出波束内偏角量,结合波束中心指向,输出天线坐标系下的角度信息;再根据天线罩修正参数表,通过二维线性插值,计算由于天线罩折射引起的角度误差,输出最终修正后天线坐标系下的角度信息。通过仿真分析及暗室测试数据处理验证了工程测角方法的有效性。     

用于探测激光等离子体冲击波的光纤传感器

利用探测光束通过轴对称流场时的偏折效应,设计了一种光纤传感器,并用于探测激光对材料破坏过程中在空气中激发的等离子体冲击波,获得了探测位置处激光等离子体冲击波流场折射率随时间的变化率.该方法适用于轴对称流场的瞬态测试,具有宽带和非接触的特点.     

提高SINS/GNSS组合导航系统定位精度的方法研究

单纯依赖单一的导航手段难满足高精度的导航需求,因此,将捷联惯性导航系统(SINS)、全球卫星导航系统(GNSS)有效组合,实现优势互补。SINS/GNSS组合导航系统的数据处理一般采用卡尔曼滤波实现,当组合导航系统模型足够准确时,滤波性能较好,当导航系统模型存在误差或发生变化时,新的量测值对滤波估计值的修正作用下降,而旧的量测值的修正作用相对上升,从而导致滤波精度下降。针对上述问题,基于集中式卡尔曼滤波结构的SINS/GNSS组合导航系统,本文提出一种新方法,新方法在梯度方向上进行估计迭代,从而修正模型误差对滤波精度的影响,提高导航定位精度。实验结果表明,当导航系统模型和量测方程存在误差或发生变化时,新方法仍可以为导航系统提供有效的定位精度,满足高空长航时系统需求。     

棱镜型光热偏转光谱法的研究

采用棱镜的光色散特性建立了棱镜型光热偏转光谱法的理论框架,研究了激励光源对待测样品表面周期性照射情况下的探测光偏转角与光热信号之间的解析关系。得到了棱镜型样品表面周期性变化的偏转角表达式,探讨了调制频率,样品表面和探测光之间的距离对输出信号强度的影响。结果表明,该方法比传统型光谱法具有理论模型简单、试验容易实现、分辨率高、灵敏度高、测量方便快捷等优点。     

机车多普勒测速雷达波束方向校正方法

安装在机车上的多普勒测量雷达,其天线波束方向与地面的实际夹角和理想值之间存在一定的偏差,并且随着机车长时间的振动,夹角也会改变。这给机车速度的测量和行驶距离的推算造成了不可忽视的误差。本文利用双天线多普勒雷达来校正波束偏向引起的误差,提出了平均值方法和角度自适应校正方法。铁路实测数据实验表明这两种方法均不同程度地提高了测量精度,并已在青藏线上的新型机车上验证了性能更好的角度自适应校正方法。     

Research into Influence of Gaussian Beam on Terahertz Radar Cross Section of a Semicircular Boss

In radar cross section (RCS) calculation of a rough surface, the model can be simplified into the scattering of geometrically idealized bosses on a surface. Thus the problem of the RCS calculation of a rough surface is changed to the RCS calculation of the semicircular boss. The RCS measurement of scale model can help save time and money. The utilization of terahertz in RCS is attractive because of its special properties: the wavelength of the terahertz wave can help limit the size of the model in a suitable range in the measurement of the scale model and get more detailed data in the measurement of the real object. However, usually the incident beam of a terahertz source is a Gaussian beam; in the theoretical RCS estimation, usually a plane wave is assumed as the incident beam for sake of simplicity which may lead to an error between the measurement and calculation results. In this paper, the method of images is used to calculate the RCS of a semicircular boss at 2.52 THz and the results are compared to the one calculated when the incident beam is a plane wave.     

激光陀螺捷联惯性导航系统零速修正研究

针对激光陀螺捷联惯性导航系统不依赖外部信息修正,长时间工作累积放大的问题,分析常用的零速修正算法二次曲线拟合法、最小二乘法、卡尔曼滤波法等,结合车载激光陀螺捷联惯性导航系统实际应用,提出一种自适应零速修正方法,利用零速修正技术的约束条件,构建15个基本误差参数,根据系统自身误差特性,设计出系统的状态量测矩阵和量测方程,并采用基于普条件数可观测理论对系统各状态进行了可观测性分析,确定卡尔曼滤波器参数,从而实现对位置坐标、姿态角、速度误差进行了有效估计,可以有效提高惯性测量单元（IMU）导航精度。实验表明,采用该方法能有效提高了捷联惯性导航系统导航精度,既克服了频繁停车,又增强了载体的机动性能。     

Scattering by right angle dielectric wedge

An asymptotic solution of electromagnetic waves scattered by a right-angled dielectric wedge for plane wave incidence is obtained. Scattered far fields are constructed by waves reflected and refracted from dielectric interfaces (geometric-optical fields) and a cylindrical wave diffracted from the edge. The asymptotic edge diffracted field is obtained by adding a correction to the edge diffraction of physical optics approximation, where the correction field in the far-field zone is calculated by solving a dual series equation amenable to simple numerical calculation. The validity of this result is assured by two limits of relative dielectric constantvarepsilonof the wedge. The total asymptotic field calculated agrees with Rawlins' Neumann series solution for smallvarepsilon, and the edge diffraction pattern is shown to approach that of a perfectly conducting wedge for largevarepsilon. Calculated far-field patterns are presented and the accuracy of physical optics approximation is discussed.