ARINC659总线在航空发动机控制系统中的应用

传统航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统普遍采用集中式架构,系统余度降级快,模块重用性差,软件升级困难,随着控制变量增多,控制功能日益复杂,集中式架构缺点凸显;文章提出一种基于ARINC659总线的模块化、开放式FADEC系统架构技术,给出该技术的实现方案、总线时间规划、表决机制和重构策略;试验与应用结果表明,相对于集中式架构技术,该技术利于系统重构,可延缓余度降级,提高系统可靠性,同时利于软/硬件模块升级和重用;研究成果已成功应用于某型FADEC系统中。     

MEMS动态测试系统及其数据处理

介绍了基于频闪显微干涉技术的MEMS动态测试系统的测量原理,设计了数据分析处理算法。采用基于立方插值的亚像素模板匹配技术实现了1/50像素的面内位移测量精度。利用分割线去包裹算法实现了从干涉图到三维形貌图的重构。     

低速气流三参数动态测量软件初探

本文采用虚拟仪器概念和技术,构建了三孔探针动态测量系统。该系统集成了高速数据采集、储存及现代数据处理模块,通过该系统可动态显示低马赫数下压气机内部流场的总压、静压、速度矢量等物理参数的变化趋势,并可对动态信号进行时域显示和频域分析。系统还具备自动标定、零漂消除及线性度拟合的功能,实现了流场动态测试技术在线处理与测试同步进行的目的。     

万焦耳级激光装置的焦斑诊断

为了评估万焦耳级激光装置不同打靶透镜构型的远场光束质量,采用弱光取样、分束放大成像的探测方法,在横向放大系数相同而光强衰减系数不同的条件下,通过两台16位科学CCD在主瓣光路和旁瓣光路对3ω激光束的焦斑进行采集;基于纹影测量激光焦斑数学模型,获得了动态范围为1 151.7:1的远场焦斑重构图像;并对CCD动态范围、分束光路相对放大系数、系统噪声等因素对焦斑诊断的影响进行了分析.实验表明,该方法能够实现高动态范围远场焦斑的精确测量,对于重构图像的拼接边缘误差小于1 pixel,满足打靶要求.     

基于手机的多通路环绕声动态双耳重放*

随着VR眼镜技术的发展,普通的智能手机已可以作为虚拟现实和动态声、视频重放的平台。该文提出了一种基于手机的多通路环绕声动态双耳重放技术及其信号处理的高效实现方法。利用手机内的加速度传感器、电子罗盘、陀螺仪组成头踪迹跟踪器,实时检测倾听者头部的方向,并利用手机的信号处理芯片实现动态双耳合成。采用头相关脉冲响应的最小相位近似和主成分分解的方法简化双耳合成处理,提高了信号处理的效率。文中给出了系统的结构和软、硬件设计方法,并给出了实现22.2通路空间环绕声动态双耳重放的例子。客观测量和心理声学实验验证了所提出的方法。     

亚像元动态成像技术中系统调制传递函数的数值分析

亚像元动态成像技术是目前实现遥感器小型化非常有效的新方法,因而研究亚像元动态成像系统的调制传递函数MTF显得非常必要和重要.介绍了亚像元动态成像的基本原理及成像过程,指出了光程差对亚像元动态成像系统MTF的影响.对亚像元动态成像系统的MTF进行了数值分析,并指出了亚像元动态成像系统的成像质量及空间分辨率与一般成像系统相比较的优点.     

基于指数加权-核在线序列极限学习机的混沌系统动态重构研究

利用指数加权在线核序列极限学习机(exponential weighted online sequential extreme learning machine with kernel, EW-KOSELM)辨识算法,开展了针对混沌动力学系统的动态重构研究. EW-KOSELM算法将核递归最小二乘(kernel recursive least squares, KRLS)算法直接延伸至在线ELM (extreme learning machine)框架中,通过引入遗忘因子削弱了旧数据的影响,并基于"固定预算(fixed-budget, FB)"内存技术,应对在线核学习算法所固有的规模不断增长的计算困难.将所提辨识算法应用于Duffing-Ueda振子的混沌动力学系统数值仿真实例中,对基于FB-EW-KOSELM的辨识模型与原系统的动态性能进行了定性与定量的分析校验,定性校验准则是基于对比辨识模型与原系统吸引子(轨迹嵌入)、庞加莱映射、分岔图、极限环完成的,定量校验准则包括对比辨识模型与原系统的李雅普诺夫指数与关联维.进一步将其分别应用于来自测量蔡氏电路产生双涡卷吸引子与螺旋吸引子的实测数据实验及某一实际混沌电路所产生的时间序列中,对于具有低信噪比的实测电压或电流数据还需进行了小波降噪预处理.通过分析辨识模型重构吸引子,实验结果表明,FB-EW-KOSELM算法具有良好的动态重构性能,能精确地再生出展示混沌动态行为的过程非线性模型,且具有与原混沌系统非常接近的动态不变性指标.     

高动态范围激光焦斑测量数学模型研究

提出了一种高动态范围的激光焦斑测量方法.首先,构建纹影测量远场焦斑数学模型,确定重构需要的参数,并使用准直光路对参数进行标定;其次,运用综合诊断快速自动准直系统使纹影小球遮挡住旁瓣光斑中心,获得准确的旁瓣光斑;最后,改进计算纹影小球中心及图像融合等方面的纹影重构算法,克服了传统纹影重构方法中主瓣旁瓣中心误差大、合并图像拼接边缘台阶明显的缺点.对大型激光装置参数测量综合诊断系统的远场焦斑测量应用表明:通过对纹影测量远场焦斑数学模型中参数的精确标定以及对纹影重构算法的优化,能够实现高动态范围激光焦斑的准确测量.     

高温超导磁浮动态性能的实验研究

在世界各国高重复使用单级入轨运载系统的概念研究中,磁悬浮助推发射技术具有低成本、高性能等优点而成为下一代发射系统可供选择的先进技术,提高动态特性可以有效的保证系统工作的稳定性和可靠性,对于磁浮系统及其磁浮技术的应用研究具有一定的指导意义.本文针对高温超导永磁磁浮机构,建立相应的动态性能测试平台,通过激振和响应回馈信号分析获得系统的刚度和固有频率等动态参数,研究和分析一定振幅、频率条件下悬浮气隙的变化对系统动态性能的影响,并探讨了磁浮系统在动态环境中的自稳定行为和可能的控制策略,为缩比磁悬浮发射试验平台的建立提供可靠的技术依据.     

均匀背景中的动态小目标光谱数据获取方法研究

光谱是一种可以表征物质特性的光学信息,利用光谱成像仪可以获取处于视场范围内的物质的光谱图像,成熟的光谱成像技术均需要通过多次采集才能够获取完整的光谱图像数据立方体,相应系统的时间分辨率比较低,不适用于动态目标的光谱获取。快照式光谱成像在动态目标光谱成像方面具有较大的优势,其中编码孔径快照光谱成像技术是一种将压缩感知计算方法融入到光谱成像过程和图谱重构过程中的光谱成像技术,在采样过程中完成数据压缩,具有高通量优势,可以利用单次曝光的混叠数据,重构出目标光谱数据立方体,实现快照式成像,使得对动态的目标进行监测成为可能。实现监测需要目标的信息满足稀疏性的假设,实际目标很难满足这样的条件,重构误差比较大,不利于对动态的小目标进行监测和识别。针对均匀背景中动态小目标的光谱数据获取,提出一种双色散通道的编码孔径光谱成像方法,系统由两个通道组成,每个通道均包含一个光谱仪,其色散方向互相垂直,并共用一个前置望远镜系统和编码孔径。该系统可以实时观测均匀背景区域中的动态小目标。由于两个通道的色散方向互相垂直,可以从背景中分离出小目标的位置和相对应的编码。假设目标出现在视场中前后,背景的辐射特性变化很小,利用目标出现前的数据计算出背景光谱;目标出现后,通过帧间差分运算,消除背景辐射的影响,提取出目标位置对应色散区域中数据,利用约束最小二乘算法,重构运动小目标的光谱数据立方体。进行光谱数据重构,进行背景光谱补偿后,获得完整的动态小目标光谱数据。文章对成像过程建立了数学模型,并对重构方法进行了仿真验证,结合编码孔径的统计特征,使目标随机出现在不同的位置,统计重构光谱的峰值信噪比概率分布,并调整目标尺寸,分析目标尺寸对重构精度的影响,最后与编码孔径成像系统的两步软阈值迭代算法重构结果进行了对比。结果表明,这种方法在均匀背景中,采用随机编码矩阵进行编码,目标尺寸小于5×5个像元时,相对于编码孔径成像系统,提高了目标的信息重构精度和概率,并且极大的减小了运算量,可以实现对运动目标的实时监测。     

Dynamic reconfiguration of software defined radios using standard architectures

The software defined radio (SDR) has opened the doors for levels of radio reconfiguration not possible through the use of more traditional radio design approaches. While most radios allow variation of parameters such as carrier frequency, an SDR enables large-scale reconfiguration (e.g., changing to a different protocol type or MAC). In this research, we explore automated, dynamic large-scale radio reconfiguration through the implementation and characterization of three alternative reconfigurable radio designs. These implementations seek to quantify the impacts of implementing large-scale radio reconfiguration through SDR application management enabled by the Software Communications Architecture (SCA) and similar SDR architectures. The SCA, a widely used SDR standard developed by the US Department of Defense, primarily supports static configurations with infrequent reconfiguration. However, we present a novel approach that uses features of the SCA and its enabling technologies to achieve rapid dynamic reconfiguration of SDRs. The act of radio reconfiguration through SCA application management is found to momentarily decrease the radio throughput. Although some overhead is experienced in the demonstration systems, the methods discussed achieve a high degree of flexibility through the use of standard SDR architectures.     

Nanofluidic tuning of photonic crystal circuits

By integrating soft-lithography-based nanofluidics with silicon nanophotonics, we demonstrate dynamic, liquid-based addressing and high deltan/n (approximately 0.1) refractive index modulation of individual features within photonic structures at subwavelength length scales. We show ultracompact tunable spectral filtering through nanofluidic targeting of a single row of holes within a planar photonic crystal. We accomplished this with an optofluidic integration architecture comprising a nanophotonic layer, a nanofluidic delivery structure, and a microfluidic control engine. Variants of this technique could enable dynamic reconfiguration of photonic circuits, selective introduction of optical nonlinearities, or delivery of single molecules into resonant cavities for biodetection.     

基于SOPC的微小型无人机容错飞行控制平台设计

针对微小型无人机的高可靠性和微型化要求,将可编程片上系统(SOPC)技术和容错技术相结合,设计出一套双余度容错飞行控制平台。从容错方案的选取到硬件和软件的实现给出了具体实施方案,并对同步技术、故障诊断与定位、动态重构与隔离等关键技术进行了研究。经过仿真验证和试验表明,该方案设计合理,系统平台不仅可以实现无人机飞行控制的基本功能,而且具有很高的集成度和灵活性,并且满足一次故障安全。     

Architectural issues related to the optical implementation of an EGS network based on embedded control

Free-space optical implementations of switching networks have been proposed to circumvent many of the system-level problems that may be encountered in systems that require many high-density, high-bandwidth connections. The details of a new class of switching network (the EGS network), that is well-suited to free-space implementations, is described. The common control injection problem that plagues most free-space photonic networks, i.e. how can control information from an electronic source be injected into the network for applications that require relatively high network reconfiguration rates, is examined. A new technique for control injection, called embedded control, which permits network operation even with relatively high network reconfiguration rates is also proposed.     

飞机翼面损伤的L1自适应重构控制方法研究

进行飞机翼面损伤下的重构控制对提高飞机的安全可靠性具有重要的意义,根据飞机翼面损伤的特点,提出一种基于L1自适应控制的重构控制方法,首先根据翼面故障对飞机气动特性的影响,建立故障参数模型,然后根据L1自适应控制快速自适应和鲁棒性的特点,选择合适的自适应律和滤波器进行重构控制器的设计,最后根据飞机升降舵翼面损伤情况进行仿真分析,结果表明了本文所用方法可以进行部分翼面损伤的快速重构控制。     

Constrained Active Fault Tolerant Control Based on Active Fault Diagnosis and Interpolation Optimization

A new active fault tolerant control scheme based on active fault diagnosis is proposed to address the component/actuator faults for systems with state and input constraints. Firstly, the active fault diagnosis is composed of diagnostic observers, constant auxiliary signals, and separation hyperplanes, all of which are designed offline. In online applications, only a single diagnostic observer is activated to achieve fault detection and isolation. Compared with the traditional multi-observer parallel diagnosis methods, such a design is beneficial to improve the diagnostic efficiency. Secondly, the active fault tolerant control is composed of outer fault tolerant control, inner fault tolerant control and a linear-programming-based interpolation control algorithm. The inner fault tolerant control is determined offline and satisfies the prescribed optimal control performance requirement. The outer fault tolerant control is used to enlarge the feasible region, and it needs to be determined online together with the interpolation optimization. In online applications, the updated state estimates trigger the adjustment of the interpolation algorithm, which in turn enables control reconfiguration by implicitly optimizing the dynamic convex combination of outer fault tolerant control and inner fault tolerant control. This control scheme contributes to further reducing the computational effort of traditional constrained predictive fault tolerant control methods. In addition, each pair of inner fault tolerant control and diagnostic observer is designed integratedly to suppress the robust interaction influences between estimation error and control error. The soft constraint method is further integrated to handle some cases that lead to constraint violations. The effectiveness of these designs is finally validated by a case study of a wastewater treatment plant model.     

虚拟机在舰艇编队一体化防御系统中的应用

面对信息化、远程精确打击的空袭作战,必须构建网络化、一体化的防空作战体系;主要针对舰艇编队一体化防御系统中无线网络的不可靠性,设计了基于嵌入式虚拟机的架构,提出了任务的动态分配和移植算法;首先根据作战环境中网络的拓扑条件,虚拟机动态的将控制任务分配到可靠的无线节点中,并实时监测网络状态,当网络结构发生变化时,将底层不可靠无线节点中的控制任务移植到可靠的无线节点中;通过这种方法可以解决作战环境恶劣和无线网络本身的不可靠引起的控制的不稳定性问题,确保防御任务的顺利进行;仿真结果表明,当编队一体化防御系统的链路发生故障时,此方法能够在不改变原有控制算法的基础上,迅速重建控制构架,不仅适用于舰艇编队一体化防御系统这种对时间要求和安全性要求高的系统,而且对基于无线网络的控制系统也有一定的借鉴意义。     

等离子体天线输入阻抗测量及分析

通过矢量网络分析仪测量了不同激励功率条件下柱形等离子体天线系统的输入阻抗随频率的变化关系,实验结果表明柱形等离子体天线输入阻抗具有明显的谐振特性.结合放电管的等效电路模型与柱形等离子体天线输入电流特性,定性分析了等离子体天线输入阻抗变化与等离子体参数之间的关系.此种测量方法有助于等离子体天线动态重构特性的研究和实现快速阻抗匹配. 关键词： 等离子体天线 输入阻抗 表面波     

Improvement of switching properties and cascadability of an ultra-fast reconfigurable optical crosspoint switch matrix using DPSK payloads

In this paper, we demonstrate mitigation of pattern-induced degradation in an optical crosspoint switch (OXS) matrix by utilizing differential phase shift keying (DPSK) modulation format. We experimentally demonstrate 4 × 4 unicast optical packet switching and dynamic reconfiguration for 4-channel, 200 GHz spacing of RZ-DPSK payloads. Reconfigurable time as fast as 2 ns is achieved owing to the optimized control circuit and device fabrication. The power and wavelength dependence are obtained for the RZ-DPSK payload. We also investigate the cascadability of the OXS based on re-circulating loops. Due to the great suppression of the pattern effect in OXS, DPSK has shown dramatical improvement of switching properties compared to conventional ON-OFF keying (OOK) signal. The DPSK payload can outperform OOK for 3.2 dB after 9 hops optical switching.     

超构表面高效调控电磁波

实现自由调控电磁波不仅具有重要的科学研究意义,而且是通讯、能源、国防等领域的迫切需求。为了解决自然材料调控电磁波能力受限的问题,人们提出了人工超构材料这一新概念,实现了负折射、光学隐身等奇异的电磁效应。然而,经过多年的发展,超构材料仍存在结构复杂、损耗偏高、难以集成调谐等挑战。最近,本团队与国际同行一起提出了超构表面的新概念。超构表面基于电磁波在平面微结构上散射时获得的界面相位突变,充分利用人工微结构的"排列序构"这一自由度,实现了对电磁波振幅、相位、偏振及波前分布的有效调控,克服了超构材料遇到的瓶颈问题。本文主要回顾了本团队在偏振调控、波前调控及动态调控等方面开展的创新性研究。