关键词： 发动机工况试验台   多系统对象   数采系统   数据处理   Visual C++  

摘要： 航空发动机工况试验台是模拟发动机零部件实际工作状况的试验设备,试验台往往要做多组迭代对比试验并产生大量的试验数据,对数据处理软件设计是发动机工况试验台研制中的关键一环。本文以航空发动机工况试验台为研究对象,针对目前工况试验台测控系统及数据处理要求,开展了面向多系统对象的发动机工况试验台的数采系统设计研究,在重点对试验台数采软件进行分析研究的基础上,基于Visual C++开发了一款试验台数据采集系统操作软件(数采软件)。(1)首先,综合考虑发动机工况试验台的数采系统总体框架以及对数采软件功能需求进行分析,确定分系统对象及其控制器,分别由DOLI控制器对力加载、位移变形进行控制,由可编程逻辑控制器(PLC)对气压、温度进行调节,则数采软件与PLC、DOLI系统进行对接。(2)采用多线程技术和单例模式相结合的方式,即每个系统作为一个单例模式对象存在于数采软件中,确保资源独享且运行独立,实现了发动机工况试验台数采软件系统高效可靠地协同温度控制系统、空气控制系统、压板控制系统、防护罩控制系统等多类型对象完成操作控制、数据采集及处理的工作,解决多设备耦合控制的问题,避免单线程工作中某一设备引发总系统故障问题。(3)根据DOLI系统在多线程场景下具有心跳检测机制特点,采取在工作线程中创建消息队列、发起心跳应答机制保活、为DOLI回调接口建立事件消息转移机制、添加数据流转日志无需中断运行即可问题定位等措施。(4)提出一种类开放式系统互联(OSI)模型的通信分层架构用于数采软件和PLC的通信,使PLC与目标应用层呈现一种松耦合的关系,实现目标应用的可移植,简化现场调试流程;并通过配置文件解耦各系统的封装数据块与数采软件界面,实现所需参数灵活显示。(5)最后,开发了试验方案自动加载功能,实现一键式自动试验和数据自动归类处理效果,并通过消息队列的方式简化试验过程自动控制功能的逻辑设计,避免总控逻辑臃肿。根据试验数据处理需求,在数采系统中增加自动报表功能,采用可扩展标记语言(XML)技术实现了报表的灵活设计,实现对试验数据的自动分析和处理,提高试验台数字化能力。本文设计的数采软件系统在多个发动机工况试验台的研制中得到了应用,对提高发动机工况试验台的数字化程度、简化试验操作流程、便利试验人员操作、大幅提升试验效率具有重要意义,对相关数据采集处理技术的应用具有一定推广价值。

关键词： 通用航空   电子飞行包   数据处理   可视化  

摘要： 在智慧民航快速发展之际,通用航空产业取得了显著进步。近年来,国家一直致力于推进通用航空领域的开放,并加速该产业的改革。作为民航信息化的关键组成部分,电子飞行包已在运输航空领域取得初步成功,但在通用航空领域尚未普及。国内通用航空所使用的电子飞行包大多由第三方公司开发维护,缺少具有自主知识产权的电子飞行包。当前国内通用航空使用的电子飞行包存在数据传输不及时,数据安全难以保障,可视化效果不佳等问题。这不仅未能减轻飞行员的负担,还增加了飞行安全风险。因此,本文使用i OS平台的Xcode作为开发工具,结合i OS最新开发技术,对电子飞行包各关键技术进行深入研究,并设计出了适用于通用航空的电子飞行包系统。主要工作如下:(1)结合国内外电子飞行包的设计经验,首先对通用航空电子飞行包系统进行需求分析,然后从总体架构和业务流程两方面进行设计,最后实现了各系统主要功能模块。(2)设计出适用于通用航空对数据处理与数据传输方法。提出以XML为中间数据格式的数据交换模型,利用Alamofire实现数据传输。(3)分析了可视化在通航EFB中的设计原则,提出可视化在通航EFB中的设计思路,并根据设计思路得到可视化设计方法。(4)基于Swift UI对系统各模块进行详细设计,实现了各模块的具体功能,完成了各关键技术与核心技术的集成。测试结果显示,本文通过对关键技术研究设计,实现通用航空电子飞行包系统,有效解决了飞行员面临的多项问题,优化了使用流程,为我国通航电子飞行包的发展提供了新思路。

关键词： 水下滑翔机   卷积神经网络   自噪声分类   海洋环境噪声特性   海面风速  

摘要： 声波作为海洋中唯一可进行远距离传输的能量形式,是水下目标探测、水下通讯和导航等方面的唯一有效辐射能。海洋环境噪声是海洋中的固有声场,包含了海面风速、降水等丰富的环境信息;同时也是水声信道中的一种干扰背景场,影响水声设备的声通信能力。所以对海洋环境噪声进行长时间、大范围的连续观测具有重要科学意义及工程实用价值。水下滑翔机是一种新型水下无人潜航器,在海洋环境噪声观测上具有活动范围大、功耗低和机动性强等优势,但是水下滑翔机各类自噪声作为干扰源会对海洋环境噪声的观测带来影响。因此本文以“海燕-L”水下滑翔机在印度洋东南海域实测的声学数据为研究对象,主要做了以下研究:改进传统Le Net-5神经网络实现水下滑翔机自噪声的分类研究。先分析了自噪声的组成及其时频域特性;针对自噪声信号通过梅尔滤波器组不同频带所表现出不同能量特征信息的特点,共截取了5580段各类自噪声数据,提取对数梅尔谱图特征,再转化为灰度图作为模型的输入。通过多次实验,不断改进神经网络结构,调整模型的参数设置,搭建了一个新的神经网络模型:卷积层的层数为3层,各层的深度分别为16、32、64个5×5的卷积核;并且在每个卷积层和全连接层后使用Re LU激活函数;采用Adam梯度下降算法来更新神经网络的权重参数,初始学习率为0.001,下降因子设置为0.3,此时的模型经过50轮迭代后最高准确率可达到96.36%,但存在过拟合。针对模型的过拟合现象,在全连接层中加入Dropout操作,这明显的消除了分类准确率曲线振荡的现象。在经过100轮的迭代,和改进前的82.47%的分类准确率相比,改进后的模型最终取得了98.06%的分类准确率。对水下滑翔机自噪声分类后,在观测到的原始声学数据中截取出没有自噪声影响的海洋环境噪声数据,同时根据NCEP海面风速再分析数据。先分析了整个观测期间海洋环境噪声的时频域特性;由于每个环境噪声数据段所处深度都是变化的,然后分析了环境噪声谱级与深度的变化关系;最后定量计算了环境噪声谱级与风速的相关系数,并对二者做线性拟合分析,得到如下结论:环境噪声谱级与海面风速的变化趋势具有较强的一致性,即海面风速大小对环境噪声谱级起主导作用;海洋环境噪声谱级受深度变化的影响较小,在分析水下滑翔机观测的海洋环境噪声风关特性时可以忽略深度变化带来的影响;在小于4 k Hz的频段内受水下滑翔机所搭载温盐深仪(CTD)泵噪声影响,相关系数在0.2以下,在6-10 k Hz频段内相关系数达到0.8左右的高度相关;在5-20 k Hz频段内,环境噪声谱级与海面风速拟合曲线呈线性函数关系。海洋环境噪声谱级随着风速增大而增大,随着中心频率增高而逐渐降低,并且频率衰减平均5 d B左右。

关键词： 挂载式轨检仪   轨道几何形位   同步采集   数据处理   组合导航   里程定位  

摘要： 及时准确地掌握轨道几何形位对保证列车行车安全至关重要。现有的检测方式存在检测成本高、检测设备利用率低、检测周期长、占用天窗等问题。挂载式动态轨道检查仪(挂载式轨检仪),能方便装卸于运营列车上实现多频次动态检测。论文设计其数据采集系统并研究多传感器数据采集方法和测量数据处理方法,研究基于GNSS/INS信息融合的列车里程定位方法,验证系统可靠性和检测结果准确性。论文主要工作:(1)分析挂载式轨检仪检测原理,设计其系统总体结构和数据采集系统,提出轨道几何形位解算和列车里程定位的测量数据的要求。(2)分析检测项目和检测精度的需求,调研现有测量方法的优劣和传感器特点等,研究数据采集硬件系统的设备选型。结合硬件电气特性和安装要求,集成检测设备于方便装卸和操作的车下车上设备箱内。考虑铁路环境影响与铁路限界要求,设计安全稳固且灵活的设备箱安装方案,建立设备箱体有限元模型,研究安装可靠性检算。(3)针对挂载式轨检仪传感器多、同步采集难度大、数据时空一致性要求高的问题,设计同步控制器实现多线程多通道同步采集;基于多传感器数据时间同步对齐算法实现检测数据在同一采样时刻点对齐。通过多传感器数据采集测试,验证了采集方法、时间对齐方法的有效性和检测数据在时间上的一致性。研究测量数据处理方法,为轨道几何形位解算和列车里程定位提供数据基础。(4)提出基于GNSS/INS信息融合的坐标定位方法,并通过车载试验,验证了该方法可以实现GNSS信号失锁状态下的坐标定位。研究里程匹配方法,实现列车里程准确定位和多源检测数据在时空多维度上的高一致性。(5)在准池铁路上应用挂载式轨检仪,在线采集数据和离线处理数据,现场验证结果表明:挂载式轨检仪数据采集系统运行稳定、数据准确、算法可靠。

ISBN: (纸本)9787040613810

关键词： 软仪表   数据处理   机理建模   在线校正   先进控制  

摘要： 为了增加高价值产品产量，在确保产品质量合格的条件下，最大限度地减少质量过剩，实现产品质量卡边优化控制，实时获得在线产品质量分析数据是关键。开发的软仪表系统，主要由数据采集及预处理、辅助变量选择、模型开发及应用和模型校正四个模块组成；建立准确的软仪表模型并通过化验分析校正实现在线实时监测和闭环控制。以某炼化企业常减压、催化裂化、延迟焦化等装置为例，对比应用软仪表和化验分析获得的数据，对指导炼化生产操作、减少化验频次和提高装置经济效益具有重要意义。

关键词： 海空协同   多波束   机载激光LiDAR   数据融合  

摘要： 随着我国建设海洋强国战略的提出,海洋测绘工作的重要性愈发凸显。海空协同测量系统利用多波束声呐和机载激光雷达可获得陆海交界处高密度三维点云数据,实现陆海地形数据的无缝拼接。然而海陆协同测量系统发展时间较短,存在系统集成困难,多传感器坐标系统不匹配,测量方式复杂等不足,据此,本文通过探讨海空协同系统的组成及工作原理,研究多传感条件下的数据处理方法,开展多源数据融合试验,最终将机载激光系统和多波束系统的坐标统一,并将二者点云融合成一体化点云成果,为后续研究海空协同一体化测量做了铺垫。 本文主要研究内容及成果如下: (1)阐述了多波束测深和机载激光雷达探测的原理及系统组成,分析了两种测量方法的适用性,对本文的实验数据来源和设备做了相关的介绍,提出了一套海空协同测量的可行性方案。 (2)研究结合优化统计的布料模拟点云滤波方法。分析了机载Li DAR的点云数据结构将点云数据与POS数据联合处理获得三维点云数据,针对机载激光点云提出一种结合优化统计的布料模拟滤波方法,最后开展试验验证了该滤波算法可有效提高激光点云滤波的精度。 (3)研究综合改正偏差对多波束数据精度的影响。介绍了多波束测深系统的数据格式及通用的多波束点云滤波算法,对多波束数据水深改正算法、换能器偏差补偿方法和声速剖面改正方法进行分析,总结获取完整的多波束数据偏差改正流程,最后通过试验验证了总结偏差改正方法对提高多波束数据精度的有效性。 (4)研究基于TrICP改进算法和3D-NDT算法的多源点云数据融合方法。将多波束点云与激光点云数据归算至同一坐标系下,构建多源点云数据统一空间基准,然后分析ICP、Tr ICP和3D-NDT等多种点云融合算法的适用性,最后开展点云融合试验优选点云融合方法,验证了Tr ICP算法和3D-NDT算法在多波束点云和激光点云数据融合工作中的有效性。

关键词： 航磁矢量测量   数据处理   噪声评价   磁化强度矢量反演  

摘要： 地磁场是一种矢量场,是地球的基本物理场之一。获取高精度的地磁场矢量信息既是航磁测量领域的前沿科技问题,也是航磁测量的主要目标之一。随着飞机载体姿态定向测量精度的提高,以及针对航磁矢量数据的补偿算法、校准算法、系统集成技术的改进,航磁矢量测量(亦称为航磁三分量测量)技术取得了重要进展。本研究以最新研制的AGS-863航磁矢量测量系统及其实测数据为基础,研究了航磁矢量数据噪声水平评价、数据处理、应用及反演方法,解决了航磁矢量测量技术实用化的主要关键问题。完成的研究工作和主要创新成果如下: (1)完成了航磁矢量数据噪声水平综合评价方法研究。主要研究内容包括航磁矢量测量系统的仪器噪声评价,测量准确性、稳定性及重复性评价。采用四阶差分及数据抖动度评价矢量磁力仪的仪器噪声水平;采用实测航磁矢量数据转换的磁总场与光泵磁力仪实测磁总场的均方误差来评价航磁矢量测量数据的准确性;采用重复飞行数据计算的内符合精度评价航磁矢量测量的稳定性及重复性。 (2)完成了基于航磁矢量数据的投影磁异常计算方法研究。主要研究内容包括总场磁异常的近似误差分析、投影磁异常计算方法及关键技术、投影磁异常实际数据计算及应用。根据地磁场各分量之间的矢量关系,研究了采用航磁矢量数据计算投影磁异常的方法及关键技术,避免了强磁性地质体的总场磁异常的近似误差。为了实现投影磁异常计算,解决了投影磁异常计算过程中三分量数据内部一致性问题,以及解决了参与计算的各变量之间的外部一致性问题。 (3)完成了基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算方法研究。基于三分量磁异常一阶矩与磁源磁矩的积分关系,研究了采用实测航磁矢量数据估算磁源总磁化方向的方法及关键技术。针对磁源中心位置的确定以及相邻磁异常对估算结果的影响等问题,通过分析估算的总磁化倾角、总磁化偏角与实际磁源中心位置的关系,采用限定估算区域的方法,实现了相邻磁异常干扰情况下的总磁化方向估算。 (4)完成了基于航磁矢量数据的2.5D磁化强度矢量反演方法研究。研究了基于数据空间反演方法、共轭梯度算法、聚焦约束技术的航磁矢量数据2.5D磁化强度矢量反演方法。本方法不需要地磁场方向的参与以及特定的先验约束信息。通过模型数据及实测数据验证了反演方法的有效性及适用性。