未来技术学院人才培养方案的构建——基于北京航空航天大学的实践与探索

培养方案是高校落实人才培养总要求、开展教学教育活动的纲领性文件,也是高校育人能力和改革方向的载体。北京航空航天大学未来空天技术学院以培养未来10~15年空天技术领域创新型科技领军人才为目标,构建了以本博贯通、突破学科、项目牵引为核心特征,以课程体系和项目体系为核心内容,面向领域、产教融合、个性化育人的培养方案,从突破学科思维、立足产教融合、推进本博贯通三方面为未来技术学院创新人才培养模式、深化对新时代工程教育的认识提供思考。

基于深度强化学习的办公流程任务分配优化

在办公平台中存在异构流程任务大量并行的情况,不仅需要任务执行者具有较强的能力,也对协同调度系统的性能提出了要求。采用强化学习(RL)算法,结合协作配合度、松弛度等定量分析,并基于马尔可夫博弈理论提出多智能体博弈模型,实现以总体流程配合度和最大完工时间为优化目标的优化调度系统,提高了总体执行效率。以真实的业务系统流程作为实验场景,在相同的优化目标下,对比D3QN等3种深度强化学习(DRL)算法和基于蚁群的元启发式算法,验证了所提方法的有效性。

机载共形阵通道幅相误差实时预测算法

针对飞行器高速机动时机体剧烈震颤引起的阵列失配等问题,提出一种快速通道预测算法,以提高阵列波束形成的鲁棒性。首先分析飞行器在高速震颤产生误差扰动的情况下,机载共形弧阵波束图的畸变程度,并假设通道幅度和相位误差随机,给出两类误差的预测算法。由于预测校准算法需结合共形阵背景下的接收阵列信号模型,因此给出具体的阵列稳健性判定依据,以阵元标定误差和幅相误差进行性能分析。然后提出一种基于标准校准元技术的共形阵误差预测算法,该算法不仅可以在阵列设计之初用于阵列校准,也可以在实际使用中进行通道修正。最后根据3个校准元对空间分布阵列进行误差预测。该误差预测算法在阵元间距为10cm的阵列中,对5 mm的随机抖动有较好预测,其中单次预测最多偏离实际误差1 mm,并且使用误差预测值可以直接部署于基带部分进行实时校准,校准精度在准确值的2 mm内,具有较高的实时误差校正能力。

研究生教育投入机制改革背景下的奖助体系改革研究

研究生奖助体系改革势在必行。在明晰改革后新的奖助体系结构的基础上,从管理者和研究生两个视角审视研究生奖助体系地改革重点,并结合工作实践提出高校研究生奖助体系改革的建议和做法。

无人机软管式自主空中加油精准对接控制

对项目组在自主空中加油对接控制方面的研究成果进行了回顾。首先介绍了使用深度学习这一具有强非线性表征能力的回归技术结合CFD和高阶复杂模型的仿真数据,所建立的受油机前扰波和面向控制的锥套预测模型。在此基础上,介绍了借鉴空中加油人工驾驶对接的优点,创新提出的反步高阶滑模抗扰动对接控制器、平动/转动综合的抗扰动对接控制器以及直瞄/变长度预瞄复合引导对接控制器。仿真结果表明,所提方法显著提高了自主空中加油对接精度。

基于扰动流体动态系统的无人机三维航路规划:方法与应用

本文阐述了基于扰动流体动态系统的复杂地形条件下无人机三维航路规划方法。扰动流体动态系统源于流水避石航路规划方法,但其流体物理学性质被相对简化,因此能够采用解析法进行研究。利用该方法,可以得到光滑、可飞性高的航路,实现无人机在复杂地形条件下的避障飞行。首先介绍了扰动流体动态系统的基本原理,然后针对经典扰动流体动态系统面临的几个关键性问题,例如局部极小、参数优化、航路可飞性等,分析并列举了相应的改进与解决方案。除三维避障航路规划以外,该方法还广泛应用于目标跟踪、能量最优飞行、区域搜索、电力巡线等特定无人机任务中,体现出较高的应用价值。

一类二维非线性Schrdinger方程大时间问题的Fourier谱方法(Ⅱ)

用Ｆｏｕｒｉｅｒ谱方法讨论如下的非线性Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程及其周期初值问题 ｕｔ－（λ十ｉａ）Δｕ＋（ｋ＋ｉβ）ｕ~2ｕ+γｕ＝ｆ（ｘ，ｔ），ｕ（ｘ＋２π，ｔ），ｕ（ｘ，０）＝ｕ_０（ｘ） 构造了全离散的Ｆｏｕｒｉｅｒ谱逼近格式，并证明了格式的大时间收敛性。

对工科研究生精英教育的探讨

近年来我国的研究生教育规模迅速发展,研究生教育培养精英人才的定位受到冲击。本文分析了研究生教育的培养现状和工科研究生教育在精英培养上面临的困境,简要论述了扩招造成的影响,并探讨了工科研究生在教学层面上的几个改进方向。

基于阴影法的超声驻波成像和声速测量

本文提出了利用阴影法观察声光晶体中的超声驻波图像并利用该图像测量超声波在晶体中传播速度的方法,并将其与传统的声光衍射方法进行对比,分析了两者各自的优缺点。本方法可以直接观察到晶体内部由超声驻波造成的介质密度周期性分布图像。利用该方法测得的超声波波速与利用衍射方法测得的波速精确度相当,但这种方法使用的仪器更简单,并有利于更直观地理解超声驻波在声光晶体中的传播,同时也有助于加强实验者对阴影法的认识。

多知识点知识追踪模型与可视化研究

知识追踪模型(简称KT模型)是从学生的答题表现序列来推断其内在掌握知识情况的隐马尔科夫模型,它在智能辅导系统广泛使用。传统的KT模型通常只适用于对单个知识点能力的建模,且不能对题目难度和分辨度进行推断。但在现今智慧教育环境中,题目序列往往包含多个知识点,需要利用这些知识点对学生能力变化进行综合的评估和分析。为此,文章使用Logistic回归方法扩展KT模型的参数,提出三个面向多知识点的KT模型的改进模型:KTLR-GS模型、KTLR-LFID模型和KTLR-FP模型,分别把猜对概率、犯错概率、题目难度、观测参数和状态转移参数等作为特征引入,从而实现了在多知识点背景下对学生学习能力和综合能力的准确评价,超过了传统KT模型的分析性能。同时,文章还开发了基于xAPI的学习行为分析与可视化系统,集学习行为采集、存储、分析和可视化为一体,利用面向多知识点的KT模型分析学生答题序列中的知识掌握动态变化,并利用可视化的技术帮助教师对每个学生的学习情况进行及时判断。

一种求解瞬态热传导方程的无条件稳定方法

瞬态热传导问题普遍存在于航空航天、土木和冶金等领域中,对这类问题精确、高效的数值求解方法一直备受关注.为此,本文提出了一种无条件稳定的单步时间积分方法.在所提出的方法中,拉格朗日插值函数被用来近似真实的温度场及其一次导数场,之后,加权残量法被用来建立二者之间的关系.通过对算法参数的巧妙设计,本文提出的方法具有二阶精度和L型数值耗散,其中,L型耗散使得本文方法能够快速过滤掉虚假的高频振荡.多数现有时间积分方法仅对线性系统具有无条件稳定性,对非线性系统则是条件稳定的.为此,本文改进了Hughes针对一阶非线性热传导问题提出的时间积分方法稳定性评估理论,并将改进的理论用于方法的参数设计中.理论分析的结果表明本文方法对线性和非线性热传导系统均是无条件稳定的.即使对于著名的Crank-Nicolson方法失稳的非线性热传导问题,本文方法仍能给出稳定且精确的预测.数值测试结果显示,所提出的方法相较于当前流行的方法具有明显的精度、耗散和稳定性优势.

弹体结构高置信度内载荷不确定传播分析

弹体结构内载荷的准确预示是导弹飞行器载荷设计的重要一环。本文针对弹体结构构建了一种高置信度的载荷不确定传播分析方法。首先基于非概率贝叶斯更新策略,构建了结构内载荷不确定输入参数区间模型后验概率的迭代过程,以获得不同区间模型的置信度。利用所筛选的最优置信度的不确定输入参数模型,基于勒让德正交多项式建立结构内载荷响应函数的近似函数,根据近似函数的零点特性求得载荷响应的区间上下界。结果表明本文方法能够为导弹飞行器结构载荷设计提供技术支撑。

纹影法在超声波可视化及声速测量中的应用

本文探讨了一种利用纹影法观察声光介质内部超声波及测量其声速的方法,利用该方法可以直接观察到声光介质内部的超声波图像.在一定条件下,可以观察到晶体内部的折射率周期性分布图像,进而计算得到超声波在晶体内的传播速度.该方法为声光介质内部的声速测量提供了一个新的思路,并且有助于对超声波的传播有一个更形象的了解.

温度缓冲梯度的过渡空间被动式设计方法

目的对已有建筑的室内外过渡空间设计改造,形成建筑空间布局上的温度梯度变化,缩小冷热温度差,降低人体对温度突变带来的不适.方法以公共建筑中商业建筑的过渡空间为研究对象,分析严寒地区商业建筑在出入口处温度突变的过程,通过使用airpak软件对过渡空间温度以及风速进行模拟,对其空间不同温度进行划分,形成建筑空间布局上的温度梯度.对室内外过渡空间进行被动式设计包括:增设过渡空间,设置过渡空间阻隔形式门斗、设计过渡空间形式.结果增设外延式过渡空间时,平面长宽比为1:2,门斗高度低,正对主入口的侧面开门热环境效果较好;增设内切式过渡空间时,增设双层隔墙热环境和经济效果较好;S型双层阻隔式门斗对中庭热环境的提升作用较明显.结论过渡空间被动式设计方法,可以节约能源,有效地提高公共建筑使用人群的舒适度.

基于虚拟仪器测量动态弹性模量

建立了基于计算机声卡硬件以及LabVIEW和Python软件环境的动态法弹性模量测量装置.使用LabVIEW平台上的虚拟信号发生器和操作系统的Recorder音频采集程序替代传统动态法中使用的信号发生器和示波器,并使用Python程序进行音频分析得到试样材料的共振频率,进而计算得到其弹性模量.

PEC-V:基于RISC-V协处理器的内存溢出防御机制

内存溢出攻击是计算机系统中历史悠久且依旧广泛存在的攻击手段,而指针加密技术可以有效阻止此攻击.通过软件手段实现这一技术的方式将导致程序运行效率的显著降低并且产生额外的内存开销.所以本文基于RocketChip的RoCC (Rocket Custom Coprocessor)接口实现一个加解密指针的协处理器PEC-V.其通过RISC-V的自定义指令控制协处理器加解密返回地址和函数指针等值达到阻止溢出攻击的目的. PEC-V主要使用PUF(Physical Unclonable Function)来避免在内存中储存加密指针的键值,所以此机制在保证了加密键值的随机性的同时也减少了访问内存的次数.实验结果显示, PEC-V能够有效防御各类缓冲区溢出攻击,且程序平均运行效率仅下降3%,相对既往方案显著提高了性能.

自旋太赫兹源发展及其在生物医学的应用前景分析

太赫兹(terahertz,THz)辐射的光子能量极低,不会对分子、晶格造成有害的电离,且生物大分子的振动和转动频率均在THz波段,因而THz在生物医学上的应用引起了广泛的关注。然而,目前的商用THz源无法兼顾室温工作、低成本、小型化等生物医学应用方面的需求。自旋THz源辐射效率高,可实现THz偏振调谐,有望打破生物医学领域的应用瓶颈。为系统全面地对自旋THz源的发射机理和调控方式进行研究,并对THz源在生物医学方面的应用展开分析,从光电流的来源入手梳理了THz产生机制并总结了其发射机理。根据生物医学的应用需求,分别从材料、生长条件等角度分析了多种自旋材料中的THz发射优化方式,揭示了THz发射与材料性质、外界环境等因素的依赖关系,探究了自旋THz源的优势和调控手段。结合生物医学检测的需求与特点,以铁磁/非铁磁金属异质结和铁磁/拓扑绝缘体异质结两种发射源为例介绍了自旋THz源在生物医学领域的初步探索,并对其未来的应用前景和发展方向做出展望。

无人机避障航路规划方法研究综述

随着无人机作业空域从中高空不断向低空甚至超低空拓展,复杂的低空障碍环境对无人机造成了严重的威胁。研究无人机避障航路规划理论与方法,对于保障无人机的飞行安全和提升其任务效率具有重要作用。对无人机避障航路规划方法的研究现状进行了梳理,首先,根据航路规划问题所建立的优化模型,将规划方法划分为基于数学规划的方法、基于路标图的方法、基于空间分解的方法、基于势场的方法、基于随机规划的方法和基于机器学习的方法六个大类。然后,分别介绍了各类型方法的基本原理、代表性研究以及优缺点。最后,对避障航路规划方法未来可能的研究方向进行了展望。综述表明,复杂环境下无人机三维航路规划方法的研究仍有提升空间;未来应考虑将传统规划方法与新一代人工智能技术相结合;航路规划方法研究应充分考虑机载传感器的实际性能和工作特性;规划航路的可跟踪性问题也亟待解决。

基于聚合签名与加密交易的全匿名区块链

通过揭示从区块奖励交易到未花费交易输出的所有交易细节,比特币区块链的公开账本为分布式用户提供交易权属证明.但是,正由于公开账本暴露所有交易细节,导致攻击者可通过去匿名化攻击连接交易实体,并通过显式的交易金额获取用户隐私.因此,针对比特币区块链系统所面临的隐私保护问题,该方案结合混币思想及加密交易技术,实现保护收付款者身份和交易金额隐私的全匿名区块链系统.其中,Boneh、Gentry和Lynn(EUROCRYPT 2003)单向聚合签名技术系统性嵌入混币思想到全区块中;Boneh、Goh和Nissim(TCC 2005)同态加密方案赋予矿工验证加密交易合法性的能力.矿工将在方案中作为验证交易、混淆交易和打包交易的实体.最后,通过比较各种隐私保护区块链方案,该方案既可实现全匿名,又可保证交易存储开销是合理的.