高速铁路列控车载设备故障诊断的研究及应用

列控系统中车载设备故障具有复杂性和不确定性,且数据记录非文本化,传统的基于专家知识的诊断方法效率低下且精确度不佳。贝叶斯网络(BN)在处理不确定性和相关复杂性问题方面具有显著优势,本文以CTCS3-300T型车载设备为研究对象,建立贝叶斯网络模型进行故障诊断。通过分析典型车载设备故障处理现状,提出一种结合专家知识、故障数据集和K2算法的贝叶斯网络模型研究方法;利用K2算法和最大似然估计法分别进行结构学习、参数学习,从局部到整体优化贝叶斯网络诊断模型,实现故障的快速定位;建立最优贝叶斯网络模型,并进行推理计算,其故障诊断准确率为87.1%。与传统的专家知识模型相比,最优贝叶斯网络模型的故障诊断准确率提高了37.4%。经实例分析和模型验证,该模型能够保证故障诊断结果的准确性且提高故障诊断的效率。

基于AUTBUS总线的机载无线柔性分布式测试系统数据同步采集技术

本研究致力于机载无线柔性分布式测试系统的研制,以解决在飞行试验中测试系统占地空间大、线缆使用量大、走线复杂、测试通道数量多等问题。分布式系统的节点分布在不同的位置,其内部时钟可能因多种因素而出现不同步的情况,从而影响数据采集的精度。通过灵活的时隙资源分配机制实现AUTBUS总线的动态调整,确保系统通信的高效稳定。采用1PPS、TOD及AUTBUS总线对表算法,系统能够有效地实现全网节点设备的时间同步,确保各个节点在相同的时间基准上进行协同操作。测试数据同步采集基于外部触发的模数转换模块,在全网协同事件的时刻实现各节点数据的同步采集。测试结果表明系统的同步数据采集精度最低为822.5 ns,满足飞行试验中机载测试的数据采集需求。

基于岭回归的地铁车载设备故障预测

针对现场实际记录中屡次发生故障的车载设备,为预测其下一次故障发生时间,提出基于岭回归算法的故障时间预测方法,整个研究过程通过随机森林算法结合人为经验的方式提取出6个有效故障特征,建立岭回归故障预测模型,并通过网格搜索结合交叉验证(Gridsearch CV)的方法优化模型超参数,在深圳某地铁线路实际数据中得到有效的验证,提出的方法可以较为准确的预测下一次故障,可以作为指导预防性维修的依据,实现故障的提前预测、提前感知、提前处理。

近地卫星星历的高精度星载算法研究

随着星载计算机系统结构和性能的改善,利用星载计算机实现高精度的星历计算成为可能。本文针对近地轨道卫星提出了一种适合星上轨道预报的数值算法。通过采用简化的动力学模型和一种嵌套插值算法的积分器,有效提高了计算效率,降低了对星载计算系统的性能要求,从而实现高精度的卫星星历星载计算。该算法在星载计算机系统平台上进行仿真验证的结果表明,对于某飞行器可实现轨道预报1天优于1km的星历计算。

基于机器学习的列车设备故障预测模型研究

决策树作为机器学习和数据挖掘领域中广泛应用的预测模型,其输出结果易于理解和解释。针对高速铁路车载智能设备数量庞大的流数据且设备故障复杂和诊断效率低等问题,采用CVFDT决策树算法,通过对规范化的列控设备流数据进行机器学习,构建车载设备智能故障预测模型(低概率发生、高概率发生和已发生故障),实现对设备潜在故障“事前排除”,提高故障分类精度、定位和诊断准确性,保障高速铁路运营安全和运输效率。

列控车载设备的控车核心算法

针对高速列车运行超速安全防护,提出列控车载设备的控车核心算法,总体架构包括动车组制动参数导入、线路数据输入、安全距离预留、模式曲线生成和速度监控处理。算法功能模块划分为制动参数处理、线路数据处理、模式曲线处理和速度监控处理4个模块,其中控车曲线计算公式为列控车载设备控车核心算法关键,分别给出紧急制动曲线、常用制动曲线、紧急制动触发曲线和常用制动触发曲线的计算公式。在真实设备实验室内进行不同线路坡度和线路速度条件下的动车组制动实验,测得列控车载设备模式曲线制动距离,并将其与仿真算法软件计算的距离进行对比验证。结果表明:列控车载设备控车核心算法仿真结果与真实列控车载设备实时监测结果误差率不大于0.08%。将控车核心算法应用于新建铁路客运专线闭塞分区的符合性验证可知,该算法简化了仿真数据配置,减少了测试工作量,有利于缩短检算周期,并能及时反馈闭塞分区符合性检算结果,具有理论和实用价值。

基于蚂蚁算法的星上ATM交换结构

对于卫星ATM交换系统,星上ATM交换结构的设计是一个非常重要的部分。由于卫星通信具有带宽有限、时延受限、信道误码率高等特点,因而设计星上交换结构时必须尽可能降低交换时延,减少内部阻塞。为此,提出一种基于蚂蚁算法的星上ATM交换结构,并对此方案进行了分析和仿真。结果表明,该结构由于采用了蚂蚁算法和阻塞规避方案,有效改善了信元时延和信元丢失率等性能。

卫星过顶与成像区域时间的快速预报算法研究

在引入平均轨道概念的基础上,提出了一种针对低轨道卫星的过顶与成像区域时间的快速预报算法.以双行元初值求取的平均轨道参数为初始条件,通过目标与星下点在地球表面相对于地心的弧段是否小于可观测弧段进行预报的粗搜索,进而初步计算过顶与成像区域时间.通过分析不同纬度地面站过顶时间预报表明,在低纬度地区,快速预报算法预报精度可以达到秒级,随着纬度的增加预报精度逐渐变差.该方法为下一步基于SGP4的精确搜索预报奠定了基础,可大幅度降低星载计算机的计算量.

车载中心化的列车进路控制方法研究

车载中心化的列控系统是面向我国西部地区低密度线路的新型列控系统。为满足该列控系统由车载设备自主实现进路控制的需求,基于车载设备控制轨旁对象控制器实现进路资源占用和释放的思想,提出一种车载中心化的列车进路控制方法。首先按照列车进路控制流程,利用有色Petri网建立进路资源征用模型,通过模型仿真分析发现多车进路过程中存在潜在的“赛跑问题”。然后根据列车进路作业原则,提出进路冲突资源分配目标函数,并基于分布式死锁预防方法和可用性检查技术,针对集中式轨旁控制器提出一种进路资源分配算法。最后利用进路资源分配算法修正进路资源征用模型。通过对修正前后模型仿真结果的分析,验证了该算法可以有效避免多车进路控制过程中的“赛跑问题”,并能提升列车进路资源征用效率。

适合星载交换机的调度算法

针对卫星有效载荷处理速度和存储容量受限的情况,提出适合星载交换机的修正DRR调度算法。采用OPNET网络仿真软件,建立低轨卫星星座系统交换机模型,应用修正DRR算法,验证该算法性能。结果表明在星载交换机资源受限情况下,即使业务流量较大,修正DRR算法也可以保证无掉包现象发生,且交换时延低于10ms,复杂度为O(1)。

单点定位与实时定轨的星载算法的比较研究

卫星单点定位方法和卫星定轨方法均采用GPS接收机测量得到的伪距和伪距率作为原始观测量。前者依据几何学原理，采用最小二乘法对单个历元的原始观测量进行处理，解算出卫星的位置和速度；而后者依据轨道动力学理论，采用卡尔曼滤波方法通过连续的原始观测量对滤波器状态量的修正使定轨结果收敛。通过比较，星载定轨方法能够明显改善定位测速的精度和数据的稳定性，其外推功能可以有效避免观测量短时间中断对定轨结果连续性的影响。我们已经将实时定轨算法应用到星载型号任务的工程中，并取得了较好的结果。

基于蚁群算法的星上ATM单组播并行交换结构

由于卫星通信具有带宽有限、时延受限、信道误码率高等特点,因而设计星上交换结构时必须尽可能降低交换时延,减少内部阻塞。同时,组播业务的广泛应用使得星上交换需要具备单组播并行处理能力。为此,提出一种基于蚁群算法的星上异步传输方式(ATM)单组播并行交换结构,并对此方案进行了分析和仿真。结果表明,该结构由于采用了蚁群算法和阻塞规避方案,实现了单组播并行处理,并有效改善了信元时延和信元丢失率等性能。

SGKW轨道在线生成技术研究

天基对地打击动能武器(SGKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击。针对作战实时性要求,探讨了SGKW的轨道在线生成技术。首先,利用庞特里亚金极大值原理将时间最短打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题。由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解伴随变量初值和再入点参数。为了提高轨道生成的速度,在大量离线优化数据的基础上建立了BP神经网络预测模型,其预测值通过序列二次规划算法稍加修正,即可满足相应任务的落点精度要求。仿真结果验证了上述方案的有效性。

共位监测卫星智能协同控制关键技术研究进展

随着深空探测及航天器智能化发展与应用,未来在轨智能协同控制将是关键性技术。本文首先讨论了卫星星载系统硬件设计的技术发展现状以及在监测卫星平台上应用的可行性;其次,面向未来卫星系统智能化发展要求,着重讨论了星载系统智能化现状与未来星载协同所具备的基本特性;再次,针对智能共位协同编队卫星群协同控制问题开展讨论,总结了在轨监测所需的关键技术实现路线;最后,针对卫星编队智能协同算法进行深入系统性分析,指出未来人工智能技术共位编队任务的应用可行性与良好前景。

突发火灾情形下客船人员疏散路径动态规划

在客船发生火灾时,疏散路径的选择受到着火点及周围环境的影响,文中对产生影响的火灾周围的温度、能见度等因素进行了研究。根据问题的描述建立相应的FDS(Fire Dynamic Simulation)模型,并使用仿真软件进行模拟得到影响因素与时间变化的关系曲线,通过分析影响因素对路径选择的干扰程度,最终确定影响因素对路径规划的干扰随时间变化的关系函数。结合火灾影响因素,采用改进的蚁群算法来实现路径动态规划。

星载IP交换机中负载平衡CIOQ交换结构的设计

卫星所处的空间环境要求星载设备具有高可靠性,同时在硬件资源消耗方面也需要严格控制。针对星载设备的特殊要求,设计了一种应用于CIOQ交换结构、带有负载平衡和互连故障规避能力的级间调度技术,可提高系统的吞吐率和可靠性。改进的FIRM迭代匹配调度算法能在较短时间内完成一次迭代匹配调度过程,实现了高效的端口交换匹配。使用Xilinx xc7vx690t FPGA实现了完整的16×16的交换结构,其峰值吞吐率可达160 Gb/s,可满足星载交换机的系统设计需求。

基于国密算法的IPSec VPN技术在LKJ无线换装系统中的实现

由于新线修建、既有线改造和机车长交路跨局运行等多种因素影响,导致LKJ车载数据需要频繁换装,而目前以人工换装为主的LKJ车载数据换装方式,费时费力,因此,迫切需要研究LKJ车载数据无线换装系统来解决这一问题。LKJ车载数据无线换装系统中以公网传输的方式来实现车载与地面的双向通信,针对公网通信安全性的问题,基于国密加密算法,研究IPSec VPN技术在车地数据无线传输中建立安全加密隧道。通过分析通信双方IKE协商流程,基于IPSec VPN主模式建立车地安全传输通道,并在实验室搭建仿真测试环境。研究结果表明,车地通信以密文的方式传输,验证了车载无线换装模块与地面服务器之间安全传输通道的实现。