χ2统计检验的风险分析及改进算法

为了更好地满足航空领域对故障检测漏检风险的特殊要求,研究了检验法的误检和漏检风险问题,通过具体算例和仿真分析得出χ2两类风险与故障幅度之间的关系,并指出单历元χ2检验法在小故障幅度条件下的误检和漏检风险不能很好地满足航空需求.因此,利用统计理论和序贯检验思想,提出了一种基于χ2-CUSUM统计检验的改进算法,能够兼顾数据窗前端和终端的检测可靠性,有效降低χ2检验的漏检风险,最后的联邦滤波仿真曲线和相关数据表明新算法的有效性和可行性.     

基于遥外差数据估算初始定位误差的新方法

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差估算的新方法.该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系:建立了初始定位误差与遥外测数据之间的关系,推导出利用遥外差数据估算初始定位误差的数学模型,结合飞行试验数据分析了该方法的计算精度.在研究遥外差信息选取原则的基础上,重点分析了外测数据随机误差对于估算精度的影响,并提出了时间域上的最小二乘改进算法来提高估计结果的精度.利用飞行试验测量数据来验证该算法,计算结果证实了该估算方法的有效性和可行性.     

长输管道泄漏故障诊断方法的研究

将序贯概率比检测法（SPRT）应用到管道泄漏的在线故障诊断中，基于SPRT检测法提出了泄漏识别因子，该因子的提出大大提高了泄漏监测系统的识别精度。同时对于非稳定流体，引入了相对稳定过程的概念，通过对均衡流量的检验可以进行泄漏监测。最后，利用参数识别等方法对泄漏进行定位，实验结果证明了方法的有效性。     

基于新型滤波器-HABF的SINS传递对准仿真

传统动基座传递对准主要采用扩展卡尔曼滤波技术。但在动基座传递对准的非线性、非高斯条件下,这种基于模型线性化和高斯假设的滤波方法在估计系统状态及其方差时误差较大且可能发散。混合退火粒子滤波针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题,提出一种新的基于序贯重要性抽样的粒子滤波算法。在滤波算法中,用状态参数分解和退火系数来产生重要性概率密度函数,此概率密度函数综合考虑了转移先验、似然、噪声的统计特性以及最新的观察数据,因此更接近于系统状态的后验概率。实验仿真结果表明,这种基于混合退火粒子滤波器不仅比扩展卡尔曼滤波提高了传递对准的精度,而且又比传统的粒子算法减少了时间。     

潜地导弹初始定位误差估算方法

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差分离方法.该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系.推导出了初始定位误差与遥外测位置差之间的关系,分析了定位误差对导航计算初始速度装订的影响,建立了利用地面测试数据估算初始段制导工具速度误差的数学模型.结合飞行试验数据对该误差分离方法的精度进行了分析,同时还讨论了遥外差信息的选取原则,计算结果证实了该估算方法的可行性.     

随机响应面法最优概率配点数目分析

系统地研究随机响应面法采用线性无关原则选取概率配点的优越性,给出了基于线性无关原则选取概率配点的流程图,比较了基于回归方法和基于线性无关原则选取概率配点的优缺点。算例结果表明,基于回归方法选取概率配点时,配点数目应保证Hermite系数矩阵达到满秩,此时随机响应面法的计算精度才能得到保证,计算效率也远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法。基于线性无关原则选取概率配点的随机响应面法在保证计算精度的同时,其计算效率远远高于基于回归方法选取概率配点的随机响应面法,它是结构可靠度分析一种有效的方法,尤其适用于极限状态方程不能用显式函数表达的复杂结构可靠度问题。研究成果为随机响应面法最优概率配点数目的确定奠定了一定的基础。     

基于非机动窗口捕捉的陀螺漂移在线补偿方法

针对中低精度自主导航要求,基于MEMS惯组中的加速度计与磁力计,提出一种基于非机动窗口捕捉的陀螺漂移在线补偿方法。通过加速度计输出值判定飞行状态,捕捉非机动窗口。利用地磁矢量以及重力矢量估计陀螺漂移并修正姿态误差。在陀螺漂移6°/h,磁力计精度100 nT的仿真条件下,能有效估计出陀螺漂移,姿态精度优于3′。在80 mg加速度计噪声干扰下定姿精度优于8′,同等条件下比现有互补滤波算法精度提高50%。基于转台开展了MEMS惯组ADIS16488的物理试验,结果表明,所提出算法能有效修正姿态误差,比现有的互补滤波算法更具有抗机动性。所提出方法完全自主,精度较高,可显著提升中低精度惯组中陀螺的性能,具有工程应用价值。     

载波相位时间差分辅助的SINS/GNSS紧组合导航方法

为提升无基准站辅助条件下的单站微惯性/卫星组合实时导航性能,提出了一种基于载波相位时间差分的改进微惯性/卫星紧组合导航方法。所提方法直接利用高精度的载波相位时间差分观测信息改善微惯性导航误差的在线补偿精度。分析比较了两种载波相位时间差分观测模型对组合导航精度的影响,通过抗差序贯卡尔曼滤波建立抵御GNSS观测粗差的紧组合滤波模型。城市内车载试验结果表明,相对于传统紧组合导航方法,所提算法能够有效提升定位、定速和定姿精度达29%、21%和42%。另外,相对较长GNSS中断(60 s)条件下,所提算法能够显著提升滑行位置、速度和姿态精度达46%、40%和51%。     

开关控制最优层间位移限值确定原则

本文从单自由度体系出发提出了一种基于开关控制律的层间相对位移界限最优选取原则。经计算机仿真证实了所选择的二次型最优指标J的合理性，也证实了其存在最优解。然后将此原则推广到多自由度体系，并进行了仿真计算。为了检验此原则实际效果，本文对试验所获得的数据进行了分析，结果表明了此原则的合理性和科学性。     

强噪声下全驱空中作业平台自抗扰反演控制

针对新型空中作业机器人飞行平台存在的强噪声、扰动、参数不确定性以及全驱控制问题，提出了一种基于动态补偿的自抗扰反演控制方法。首先描述了新型空中作业机器人机构设计。其次，建立了基于Carig与递归Newton-Euler方程的空中作业系统运动学与动力学模型。然后，考虑机械臂对飞行平台的扰动影响，建立了飞行平台全驱控制补偿项，并结合自抗扰控制与反演控制技术分别设计了平台位置与姿态控制器。最后，考虑了随机强噪声与扰动、参数不确定性等实际问题，进行了仿真试验。仿真结果表明，在强噪声与扰动条件下对飞行平台的位置与姿态跟踪控制中，采用所提出的算法后比动态补偿（DC）PID算法的跟踪误差降低了37.9%以上，验证了所提出的控制方法具有噪、扰抑制能力，提高了系统控制精度。     

AN IMPROVED RESPONSE SURFACE METHOD BASED ON THE RESONABLE SUBDOMAIN

基于结构可靠性分析理论,给出了合理子域概念.合理子域能够明确在设计点附近对失效概率起主要贡献区域尺寸,且能够保证失效点以一定概率落在其内,解决了对失效概率起主要贡献区域尺寸难以量化问题.基于合理子域概念,给出了一种改进响应面方法.该方法能够保证响应函数在设计点处是无误差的、且在合理子域内对极限状态函数具有较好近似.采取蒙特卡罗重要抽样方法求解失效概率,结合抽样点位置采取分区域评估方法以提高失效概率求解精度.算例表明,所提方法在处理具有显式和隐式极限状态函数的可靠性分析时,均具有较好的计算精度和较高的计算效率.     

基于样本点选择策略的一种改进响应面法

为提高响应面函数在验算点附近的拟合精度,提出了一种基于样本点选择策略的改进响应面法,选取不考虑随机变量耦合项的多项式进行拟合,通过对第二次迭代产生的设计点构造参考点,令样本点或参考点进行线性插值,从而得到下一次迭代所需样本点。该方法不仅能有效利用已有的抽样信息从而减少评估结构系统可靠性所需的计算工作量,还可以使得拟合得到的响应面更好地呈现验算点附近极限状态面的非线性趋势,从而提高失效概率的评估精度。算例表明:该方法在进行隐式或显示极限状态函数下的可靠度计算中,相对传统响应面法均提高了一定的效率和精度,具有一定的工程实际意义。     

一种基于凸集-概率混合模型的结构可靠性分析法

本文建立一种凸集-概率混合模型下的结构可靠性分析方法。考虑椭球模型和区间模型两种不同类型的凸集模型，在标准空间内通过拉丁超立方抽样生成样本点，通过矩阵变换将其转换到凸集空间内，得到凸集变量的样本点；将凸集变量样本点代入极限状态方程，从而混合可靠性模型转变为纯概率可靠性模型；利用Laplace渐进积分法对每个极限状态方程进行失效概率求解，统计结果的最大值和最小值，得到失效概率的上、下界，研究了凸集变量的个数对结果的影响，通过失效概率的变异系数描述计算结果的稳定性；通过三个算例验证了计算结果的精度，并采用混合模型的蒙特卡洛法进行对比计算。研究表明：本文所提方法计算精度和效率均较高；凸集模型的类型会对结果产生较大影响；为使结果趋于稳定，椭球模型所需的凸集样本点个数多于区间模型；若凸集样本点数目相同，椭球模型的失效概率计算结果变异系数较小，稳定性高于区间模型。     

常德-张家界高速公路某大桥桥基砂土液化评价

结合常德—张家界高速公路某大桥桥基工程,在DSD—160型电磁式振动三轴试验仪上,通过往返加荷三轴试验,对饱和砂土进行了液化试验研究,探讨了基于动三轴液化试验结果判断饱和砂土液化的方法。并尝试了这种室内研究—反应分析的液化可能性估计方法与地震剪应力时程相结合的综合判断方法。在该高速公路大桥桥基的饱和砂土液化评价中,采用这种综合判断方法,对大桥桥基砂土液化进行了判断。在判断场地是否液化后,对其液化危害程度进行了等级划分,给出了该工程场地在未来遭受到不同超越概率下的地震作用时发生液化的危害程度,得到了一些有工程实用意义的结果。     

一种基于凸集-概率混合模型的结构可靠性分析法

本文建立一种凸集-概率混合模型下的结构可靠性分析方法。考虑椭球模型和区间模型两种不同类型的凸集模型，在标准空间内通过拉丁超立方抽样生成样本点，通过矩阵变换将其转换到凸集空间内，得到凸集变量的样本点；将凸集变量样本点代入极限状态方程，从而混合可靠性模型转变为纯概率可靠性模型；利用Laplace渐进积分法对每个极限状态方程进行失效概率求解，统计结果的最大值和最小值，得到失效概率的上、下界，研究了凸集变量的个数对结果的影响，通过失效概率的变异系数描述计算结果的稳定性；通过三个算例验证了计算结果的精度，并采用混合模型的蒙特卡洛法进行对比计算。研究表明：本文所提方法计算精度和效率均较高；凸集模型的类型会对结果产生较大影响；为使结果趋于稳定，椭球模型所需的凸集样本点个数多于区间模型；若凸集样本点数目相同，椭球模型的失效概率计算结果变异系数较小，稳定性高于区间模型。     

结构可靠性分析的自适应子集模拟方法

结构可靠性分析需要精确高效的失效概率计算方法。为解决高维非线性可靠性分析问题中的失效概率计算问题,本文提出了两种以失效概率估计精度为停机控制参数的自适应子集模拟方法。理论分析和数值算例表明:(1) 两种自适应子集模拟方法能根据失效概率的估计精度要求自适应调整样本量;(2) 考虑样本量优化的自适应子集模拟方法能进一步减少总样本量,提高计算效率。本文所提方法为研究者对结构进行精确高效的可靠性分析提供了一条可行途径。     

结构可靠性优化的三阶段解耦方法

为提高基于可靠性的结构优化效率，提出一种三阶段解耦分析方法。第一阶段利用可靠性安全因子进行确定性优化，并将确定性优化结果作为初始样本点；第二阶段利用可靠性灵敏度和重量因子对样本点进行调整，获取目标函数与失效概率的数据集合；第三阶段利用目标函数与失效概率的关系，曲线获取可接受失效概率对应的目标函数，并求解最终优化设计变量。本文方法只需一次确定性优化，且现有结构可靠性求解算法均可使用，适应性强。算例分析结果表明，本文方法可以明显减少失效概率评估次数，且计算结果对可靠性安全因子与重量因子不敏感。     

基于可靠性映射函数的结构优化Structural optimization based on reliability mapping functions

基于可靠性分析理论，构建可靠性映射函数，将基于可靠性的结构优化由双层优化转化为单层优化，提高优化效率，解决基于可靠性结构优化的计算量大、不利用于工程应用的问题。可靠性映射函数具有明确理论依据，能够确保将其应用到基于可靠性的结构优化是可行的。为提高失效概率求解精度，以设计点为基础，提出一种改进响应面方法，并将其用于可靠性映射函数的求解。算例表明，该方法具有较好计算精度，功能函数评估次数明显少于其他方法，计算效率高，能够获得满意的优化结果。     

基于BP神经网络和Laplace渐进积分法的结构可靠性计算

传统基于代理模型的可靠性研究大多将抽样方法与代理模型相结合,并假定随机变量相互独立,且没有考虑到代理模型的不确定性对失效概率的影响。本文将反向传播(BP)神经网络和Laplace渐进积分法相结合,提出一种结合代理模型和高次阶矩的可靠性计算方法,称之为BP-Lap法。采用Latin超立方抽样技术,结合学习函数选取样本点,基于函数逼近原理,利用BP网络代理极限状态方程及其梯度向量和Hessian矩阵。利用训练好的BP网络通过Laplace渐进积分法求解失效概率,基于十折交叉验证思想,得到失效概率取值区间。通过四个算例,分别在随机变量相关和不相关的条件下,验证了BP-Lap法的有效性。研究表明：BP-Lap法可以衡量代理模型的不确定性对失效概率的影响,得到失效概率的上、下界;BP-Lap法同时适用于显示和隐式的极限状态方程,对相关随机变量的可靠性问题具有较高精度。     

基于自适应和投影Wiener混沌的圆筒实验不确定度量化

由于炸药爆轰现象的复杂性和人们对它的认知缺陷，其表征爆轰流体力学过程的物理数学模型具有较强的不确定性，要降低基于爆轰建模与模拟的数值结果做出决策的风险，量化和评估不确定输入对爆轰系统输出结果的影响尤为重要。本文中针对具有高维随机变量的爆轰问题的不确定度量化，使用自适应基函数的Wiener混沌方法、耦合旋转变换和投影方法，减少截断空间的长度。针对输入变量相关性，使用Rosenblatt变换使其相互独立。针对不符合标准正态分布的变量使用等概率原则，将它化为标准正态分布。最后，使用自主研发的具有完全知识产权的爆轰数值模拟软件LAD2D, 研究了具有高维不确定参数的圆筒实验的不确定度量化，给出期望、标准差、置信区间等统计信息，所得问题与实验数据比对，从而确认了模型的有效性。