基于神经网络的复杂前缘飞行器FADS系统冗余设计

嵌入式大气数据传感(FADS)系统基于飞行器表面压力测量解算迎角、侧滑角、马赫数、来流动压与静压等飞行参数,能够有效解决探出机体的空速管前缘无法适应高超声速飞行器在巡航阶段所面临的严酷气动加热问题,同时满足飞行器对隐身性能的需求。目前,关于神经网络方法及FADS系统用于复杂型面前缘飞行器的分析和研究工作较少。针对自主返回的高超声速飞行器在着陆阶段的亚/跨声速条件,考虑薄前缘和进气道部件等影响开展复杂前缘飞行器的头部FADS系统冗余设计和验证。在复杂前缘飞行器头部开设15个测压孔,通过大量精细化数值仿真建立飞行器在不同来流条件下的压力数据库,并利用风洞试验对典型工况进行验证。针对复杂型面前缘飞行器,基于压力数据建立4套神经网络算法并开展冗余设计研究,包括1套9孔算法与3套冗余算法。其中,9孔算法的精度较高,对迎角的解算误差在0.07°以内,对侧滑角的解算误差在0.3°以内,对马赫数的解算误差在0.0012以内,对来流动压与静压的解算相对误差均在1.5%以内。此外,建立具有一定容错性的系统解算流程,在任意单个测压孔失效的情况下能够继续保持来流参数的有效输出。

嵌入式大气数据传感系统风洞标定试验研究

首先分析了嵌入式大气数据传感(Flush Airdata Sensing,FADS)系统的空气动力学模型,对于钝头布局的FADS系统,风洞试验需对迎角误差、侧滑角误差以及形压系数进行标定;对于锥形或非规则布局的FADS系统,空气动力学模型还需要通过风洞试验或飞行试验确定。选取锥形头部模型为试验对象在FD-06风洞中进行超声速试验,模型表面压力分布趋势合理可靠,试验表明:可使用纵平面的对称测压点压力差值解算迎角,使用水平面的对称测压点压力差值解算侧滑角。

BP网络在嵌入式大气数据传感系统中的应用

研究了BP人工神经网络在嵌入式大气数据传感系统中的应用。提出了以BP网络为基础的动、静压和修正参数的改进算法,并对其应用Matlab软件进行了验证。改进算法首先应用广义逆矩阵简化方程组,然后应用BP网络求解非线性方程。计算结果表明,改进算法在精度、可靠性等方面可以满足系统的设计要求。在实时性上由于改进算法避免了迭代运算,达到同样的精度所需要的计算时间只相当于原有算法的5%,比迭代方法具有更大实时性优势。

嵌入式大气数据系统Kriging算法模型

基于Kriging算法提出了一种嵌入式大气数据系统的计算模型。该模型以测压点压强为输入,攻角、偏航角和Ma等大气参数为输出。采用Kriging插值方法,建立了输入与输出间的映射关系,从而避免了迭代类方法反复迭代的过程,实现了高实时性。分别比较了取三、四和五个测压点时,以及取不同位置处测压点时,计算大气数据的精度。通过与神经网络模型比较,Kriging模型的精度明显优于神经网络模型。

FADS压力传感器延迟补偿

嵌入式大气数据传感器系统通过在飞行器各部位的压力传感器阵进行工作,当大气密度较低时,压力传感器延迟时间过长,致使FADS测量精度减低,甚至无法正常工作。通过对压力传感器延迟产生的机理进行分析,提出相位超前校正网络延迟补偿的方法,合理选取超前校正网络参数,并适当减小连接压力传感器与机体表面的细管长度,可以有效减小传感器延迟,使FADS的可使用空域由35km增大到60km。相位超前校正网络延迟补偿方法具有效果明显且易于工程实现的优点。

FADS压力传感器冗余配置研究

嵌入式大气数据传感器系统通过在飞行器各部位的压力传感器阵进行工作,压力传感器的数量,布局形式将对系统的工作性能产生影响。为衡量冗余配置的性能,提出两项性能指标:可靠性,噪声抑制性能,并分别给出性能指标的具体计算方法。根据现有典型的压力传感器布局类型,分别计算出不同压力传感器数量、不同布局形式的性能指标。通过对性能指标的分析得出结论:可靠性,噪声抑制性能随压力传感器数量增加而增加;放射型布局的噪声抑制性能最优。

广义逆在嵌入式大气数据传感系统中的应用

应用广义逆矩阵对嵌入式大气数据传感系统中的算法进行简化,提出了以Moore-Penrose广义逆矩阵为基础的动压、静压和修正参数的改进算法,并对其进行了收敛性分析,最后,应用M atlab软件进行了数字计算验证。计算结果表明:改进算法具有确定的收敛性,由于避免了迭代过程中求解逆矩阵,达到同样的精度所需要的计算时间只相当于原有算法的70%,改进算法可以满足系统的精度、可靠性和实时性要求。

嵌入式大气数据传感系统的求解算法研究

嵌入式大气数据传感系统是一种依靠嵌入在飞行器前端的压力传感器阵列来测量飞行器表面的压力分布,并由此压力分布通过求解非线性方程组间接获得飞行参数的先进飞行数据传感系统;介绍了嵌入式大气数据传感系统及其主要的求解算法,主要包括加权最小二乘法、三点法和神经网络方法,针对每种算法分别给出了其迎角、侧滑角和动压、静压的求解公式,最后对3种算法进行了比较,结果表明神经网络方法相对与其他两种方法来说是比较理想的FADS系统的求解算法。

一种安装在飞行器机翼前缘的FADS系统方案研究

大多数大气数据传感(FADS)系统都是采用安装在飞行器头部表面的压力传感器阵列来感受大气压力分布,为了避免FADS系统对航电系统和火控雷达系统的影响,给出了一种安装在飞行器机翼前缘的FADS系统方案,推导了其空气动力学模型,给出了上洗角的修正公式,通过风洞测试曲线和理论曲线的比较可以看出:W-FADS系统在小迎角范围内精度较好,对测量大气数据是可行的。

FADS系统迭代算法的收敛性分析

嵌入式大气数据传感系统采用分布在飞行器前端周线上的压力传感器阵列测量的压力推导大气参数的。介绍了采用迭代法推导大气参数的方法,针对迭代过程中出现的发散问题,提出采用小扰动线性化分析法解决多变量叠代算法的收敛性分析。最后应用M atlab仿真验证,仿真结果表明,在一般的超声速状态下(马赫数小于4.5),该算法是收敛的。

嵌入式大气数据传感系统测压孔布局研究

嵌人式大气数据传感系统是一种依靠嵌入在飞行器前端的压力传感器阵列来测量飞行器表面的压力分布,并由此压力分布通过求解非线性方程组间接获得飞行参数的先进飞行数据传感系统。针对嵌入式大气数据传感系统测压孔布局进行研究,通过三点法对各种布局的数据解算收敛性进行了分析,并在白噪声干扰下对各种布局下的解算精度进行了验证。

飞翼飞行器嵌入式大气数据传感系统算法研究

介绍了嵌入式大气数据传感(FADS)系统的测压孔布局和压力模型;分析了超定线性方程组的解法,并用广义逆矩阵A+计算其最小二乘解;建立了形压系数ε与马赫数M∞、迎角α和侧滑角β的确切的函数模型;提出了故障点的处理方法;并用神经网络实现对动压、静压的求解。计算结果表明:飞翼飞行器的FADS系统的算法能够满足设计要求。

分布嵌入式大气数据系统算法的初步研究

针对某型飞机给出了DFADS系统的构型描述，进行了DFADS的算法设计，算法采用了一种非物理映射的方法来建立各测压点压力和基本大气参数之间的关系。先是利用制定的多传感器数据表决规则表决出2～3对相关的测压点，然后通过建立相关测压点压力和其压力系数值之间的关系，利用这几对测压点的压力对事先建立的Cpi（α，β，Ma）映射关系表格数据库进行查表计算，从而得到当前的飞行状态。本文利用计算流体动力学（CFD）计算手段获得了332个飞行状态下飞机前机身14个测压点的表面压力系数数据，并以此为基础对DFADS的算法进行了仿真验证。结果表明，该DFADS的算法可以根据14个点的压力输入，正确地解算当前的大气参数。

小扰动线性化分析法在嵌入式大气传感系统中的应用

介绍了嵌入式大气数据传感系统三点法计算大气数据的方法,提出采用小扰动线性化分析法解决多变量叠代算法的收敛性分析,最后应用Matlab软件进行了计算验证。研究结果表明,在一般的超声速状态下(马赫数小于4.5),该算法是收敛的。

嵌入式大气数据传感系统压力传感器设计研究

嵌入式大气数据传感(FADS)系统较之传统的大气数据系统有很大的优势,它依靠飞行器前端的压力传感器间接得到飞行大气数据。在本文中,首先简要介绍了FADS系统的压力模型;然后通过分析压力传感器几何外形设计对系统性能的影响,建立了压力传感器的动力学模型,并提出了FADS系统中的压力传感器的设计准则;最后给出了仿真结果。

FADS系统在飞翼布局飞行器上的应用研究

针对飞翼布局飞行平台对高精度迎角、侧滑角的依赖性,设计了一种采用安装于机头表面的测压孔和机翼前缘的测压孔相结合的FADS系统应用方案,给出了其空气动力学模型,并将该FADS系统与惯性系统相结合来提高机动情况下大气数据的测量精度。由于该系统以FADS测量结果为基础,所以可以保证最后输出结果的精度要求,而且还克服了FADS系统延时的影响,其计算复杂性基本没有增加,满足实时性要求,易于工程实现。

高机动性能导弹大迎角测量方法研究

简要介绍了嵌入式大气数据传感系统的概念及技术。针对高速高机动性能导弹大迎角高马赫飞行的特点,提出应用嵌入式大气数据传感技术解决导弹大迎角测量问题,并结合导弹自身特点,给出了迎角测量原理和方法,这对于新型导弹的设计具有一定的借鉴意义。

一种飞翼布局飞行平台FADS系统应用方案研究

对于一些高性能飞行器(如飞翼布局飞行器),仅采用安装在机头表面的测压孔的FADS系统方案.某些情况下不一定能够给出较为准确的飞行姿态数据;针对飞翼布局飞行平台对高精度迎角、侧滑角的依赖性.给出了一种采用安装于机头表面的测压孔和机翼前缘的测压孔相结合的FADS系统方案,推导了其空气动力学模型,并用BP神经网络拟合出了迎角和侧滑角的修正曲线,结果表明该方案能够满足系统精度的要求。

空间飞行器FADS系统算法及奇异值分析

嵌入式大气数据传感(FADS)系统依靠飞行器前端的压力传感器间接得到飞行大气数据。简要介绍了FADS系统的压力模型,针对最小二乘法迭代稳定性差的缺点,给出了求解大气数据迎角和侧滑角的三点法。对三点法求解过程中出现的奇异值问题采用分类分析法进行分析,并给出各组合间优势互补的解决方案。仿真结果表明奇异值分析结果和解决方案正确可行。

嵌入式大气数据传感系统及其BP网络校正算法

介绍了嵌入式大气数据传感系统及其数学模型和校正过程,研究了该系统的BP网络校正算法;提出了以BP网络为基础的迎角、侧滑角和形压系数的校正算法,并对该算法应用MATLAB软件进行了验证;该校正算法采用BP网络,分别以当地迎角、当地侧滑角和马赫数作为BP网络的输入,以真实迎角、真实侧滑角和形压系数作为输出,通过对BP网络进行训练,从而得到系统的校正算法; 计算结果表明,该算法在精度、可靠性和实时性等方面可以满足系统的设计要求;在精度上,由于BP网络对非线性函数的无限逼近特性,可以用更少的参数实现同样的数据精度,易于实现。