摘要：针对低空无人机避障路径跟随问题,设计了一种未知时变风扰下的无人机路径跟随方法。给出二维平面内的无人机运动学模型,完成避障路径跟随的数学建模;在未知时变风扰条件下采用矢量场方法设计了贝塞尔曲线期望路径的跟踪控制律,针对未知时变风扰下无人机地速无法测量的难点设计了地速估计器,分析了路径跟随的李雅普诺夫稳定性;在未知时变风扰条件下对贝塞尔曲线期望路径的跟踪进行了仿真验证。仿真实验证明:所设计的无人机路径跟随方法能够实现未知时变风扰条件下的路径稳定跟踪问题。

摘要：组合动力飞机爬升段油耗占比高,亟需关注动力模态切换的安全性以及切换时机的选择,因此开展爬升轨迹优化研究具有重要意义。然而,因为模型非线性、非凸约束和强飞发耦合等因素的制约使得求解困难。首先,建立了体现飞发耦合特性的组合动力飞机模型。其次,为高效求解该问题,改进了经典鸡群优化算法的更新规则,进而与Gauss伪谱法融合形成混合优化算法。最后,对爬升段油耗与飞机关键参数进行了关联性分析。仿真结果表明,与单独使用鸡群算法或Gauss伪谱法相比,使用改进鸡群-Gauss伪谱法的油耗更低。此外,所提模型的爬升段油耗与飞机升阻比呈负相关;模态切换点的选取也对油耗有显著影响,但不呈现单调性。

摘要：为提高雷达通信共享信号的模糊函数性能和多普勒稳健性,设计一种基于正交频率调制的单载波、恒包络雷达通信共享信号。对信号相位进行调制,分为频率调制项与通信调制项;利用正交调制的思想,设计频率调制项的时频函数为正交频率调制项的线性组合;通过调制各正交频率调制项的系数实现通信调制;最后,利用三角函数的正交性确定了解调步骤。性能分析表明,所设计信号具有图钉状模糊函数、互模糊函数低、抗多普勒衰落等优势。仿真结果表明所设计的雷达通信共享信号,在高数据率通信时也具有较好的雷达探测性能,证明了所设计信号的有效性和可行性。

摘要：针对传统联合波束成形方法在智能超表面(RIS)辅助无人机(UAV)通信系统优化中存在的局限性,包括针对RIS仅考虑相移矩阵优化、优化方法缺乏应用普适性等问题,该文面向RIS辅助无人机通信服务多用户场景,创新性提出一种基于合作协同进化(CCEA)的联合波束优化方法。该方法利用两个子种群的独立进化将联合波束成形问题分解成RIS反射波波束设计和发射端波束设计两个子问题进行求解,通过进化过程中的信息交互与协作来实现联合波束成形设计。数值仿真结果表明,相较于仅考虑RIS相移矩阵设计的联合波束优化,CCEA通过设计RIS反射波波束形状改变了反射波在3维空间中的能量分布,进而提升了接收端信干噪比(SINR)和频谱效率;此外,基于种群的CCEA算法能够产生更加多样的解,因此在UAV和用户的不同位置设置下均能实现反射波对用户方向的有效覆盖,相对于传统方法能够避免局部最优、具有更强的应用普适性。

摘要：压电材料具有良好的机电耦合特性,常被用于振动系统中的能量俘获和振动抑制。在已有开关型压电分流支路的基础上,利用反激变压器的原、副边能量转换功能,提出一种力(机械)‐电能量可切换并操控的分流支路,基于正、逆压电效应分别设计支路的吸能抑振和注能控振两种功能,实现高能效且稳定的结构振动控制系统。介绍了所述压电分流支路的工作原理,推导了不同能量操控条件下结构振幅的衰减率模型,通过试验讨论了不同能量操控方法对结构振幅的影响。研究结果表明,所述能量操控型分流支路能够根据实际场景的减振需求实现高能效的结构振动抑制。

摘要：目的癌症作为一个全球性公共卫生问题受到众多关注,早发现、早治疗是提高癌症患者生存率的关键,但由于设备成本高、检测速度慢、检测准确度差等因素影响,早期癌症筛查推广受限。因此,本文基于多频同步生物阻抗谱技术,提出了一种面向肿瘤识别的高精度高速生物阻抗谱检测方法。方法首先,基于多频同步技术搭建一套多频同步生物阻抗谱检测系统,实现生物阻抗谱的高速检测,设计同心圆传感器减小生物组织各向异性对阻抗检测带来的影响,提高不同组织之间生物阻抗谱的区分度。其次,建立胃壁组织模型,通过仿真研究传统四电极传感器与同心圆传感器受到各向异性影响的程度。最后,通过猪肉组织检测实验和临床胃癌组织检测实验,验证使用同心圆传感器的多频同步生物阻抗谱检测系统具有更高的检测精度。结果使用同心圆传感器时,检测结果平均重叠率(rat)为13.4%,对比传统电极的检测结果减小了41.7%,平均离散系数(C_(v))为7.6%,对比传统电极减小了54.0%,并且多频同步生物阻抗谱检测系统进行一次检测的时间约为20 ms,本文提出的检测方法具有较高的检测精度和检测速度。最后选取同心圆传感器对人体胃癌组织进行了临床实验,成功区分正常组织和肿瘤组织。结论本文提出的面向肿瘤识别的高精度高速生物阻抗谱检测方法能有效减小生物组织各向异性的影响,以较高速度获得更高精度的检测结果。

摘要：海上风机是低碳可持续能源的重要战略选择之一,其地震安全性问题是急需解决的重要课题。将近海单桩式风机三维地震响应问题看作波动散射问题,结合人工边界条件实现海域场地的波动输入,并基于广义饱和多孔介质统一计算框架,发展了一套海水-饱和海床-风机耦合作用高效分区分析方法,实现了综合考虑土-结构相互作用效应和流固耦合效应的近海单桩式风机三维地震响应分析,并分析了海水深度、海床波速和地震波入射角度对近海单桩式风机地震响应的影响。分析结果表明,海水深度和海床剪切波速的变化,一方面会改变自由场,另一方面会改变海域场地-风机体系的自振特性,从而影响风机结构的地震反应。当海水增加到某深度时,体系自振频率与地震波输入频率接近时,风机的地震响应会急剧增大;海床剪切波速对塔底弯矩的影响要比对位移的影响大;当入射角度增大时,塔顶水平向位移和加速度以及塔底弯矩均有不同程度的减小,塔顶竖向位移和加速度均有不同程度的增大。本文没有考虑海床和风机的非线性,考虑非线性时的影响规律需进一步研究。

摘要：优化涡扇发动机控制系统对提高其性能和可靠性至关重要。本文中提出了一种新颖的涡扇发动机控制系统架构,利用转子动力学、气体质量和能量在容腔中的储存效应以及热力学原理,构建高精度涡扇发动机的部件级模型,借鉴C-MAPSS控制器架构并结合发动机实际运行情况,基于Min-Max架构对稳态控制器和过渡态控制器架构进行优化设计,开发了一种在加速调节计划时无需考虑N_(2)和P_(s3)的最大值限制,减速调节计划时仅考虑燃油比例单元(RU)最小限制的发动机控制系统架构,并将其集成到构建的发动机模型中验证其有效性。仿真结果表明:所构建的涡扇发动机模型仿真结果与试车数据相比,在非设计点误差小于1.1%;在推力发生变化时,设计的稳态控制器响应速度快(调节时间小于2 s),无稳定误差;在瞬态大推力变化时过渡态控制器能快速准确地跟踪加减速指令,并能有效防止高压压气机和低压压气机发生喘振;在减速过程中成功实现最低燃油比例单元(RU)为0.0042的要求。本研究可为涡扇发动机的高精度建模及控制系统优化设计提供重要的技术支撑。

摘要：完美矢量涡旋光束除具有螺旋相位、环状强度分布及非均匀偏振分布外,其亮环半径及环宽度恒定,不受拓扑荷数变化的影响,且同时携带自旋角动量和轨道角动量,因此在很多光学领域具有重要应用.超构表面作为一种亚波长结构排列而成的平面光学器件,能够精准调控电磁波的相位、偏振和振幅,为集成化矢量光场调控器件的实现提供变革性解决方案.然而,现有超构表面在生成产生多通大容量、偏振和轨道角动量独立操控的完美矢量涡旋光束方面仍面临严峻挑战.为此,本文基于超构表面平台,利用纯几何相位调制的自旋多路复用方案,通过叠加两正交偏振完美涡旋光束,实现了多通大容量完美矢量涡旋光束.通过调控两正交偏振完美涡旋光束的初始相位差、振幅比及拓扑荷数,实现了具备任意偏振阶次和偏振分布特性的完美矢量涡旋光束;通过精心设计超构表面相位分布及光束传播路径,生成了多重完美矢量涡旋光束阵列.此外,基于完美矢量涡旋光束偏振阶次和偏振态两个并行维度,本文成功演示了一种兼具安全性高和强鲁棒性的光学信息加密方案.该工作旨在建立一个超紧凑、稳健的平台,以在中红外波段生成多通大容量完美矢量涡旋光束,推动其在光学加密、粒子操控和量子光学等领域的应用.

摘要：行星齿轮系统因其体积小、质量轻、承载能力大等优点被广泛应用于航空器传动设备中,但由于各种误差造成的偏载问题无法避免,严重的偏载状态将会导致行星系统的优点无法充分发挥。以某型号航空行星齿轮系统为研究对象,探究了内齿圈柔性变化对系统偏载行为的影响机制。通过试验测量了不同的行星数以及不同轮缘厚度下内齿圈挠度、应力及应变,分析了偏载的影响机制并评估了行星数及轮缘厚度对系统偏载行为的影响程度;利用层级有限元模型完成了大型航空行星系统的高级仿真计算和分析任务,量化了内齿圈柔性变化对系统载荷分布以及齿圈偏移的影响机制。将试验与仿真计算结果在相同的参数范围内进行拟合对比,评估了仿真计算结果的准确性。研究结果为大型航空行星齿轮系统内齿圈的开发和设计提供了有针对性的结构优化指导,能够极大降低该类大型航空设备在设计和迭代过程中的成本。