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考虑不确定参数的含间隙柔性机械臂非概率可靠性分析
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作者 白争锋 牛余新 +1 位作者 崔乐文 赵继俊 《力学学报》 北大核心 2025年第1期224-236,共13页
由于加工制造精度以及空间环境等的影响,空间机械臂的几何参数、材料参数等特征参数的不确定性会降低机械臂系统的运动精度及可靠性.为了研究不确定参数和关节间隙对机械臂动态响应的影响,解决由于空间机械臂实验样本数据不足难以获得... 由于加工制造精度以及空间环境等的影响,空间机械臂的几何参数、材料参数等特征参数的不确定性会降低机械臂系统的运动精度及可靠性.为了研究不确定参数和关节间隙对机械臂动态响应的影响,解决由于空间机械臂实验样本数据不足难以获得精准的概率可靠性的问题.本文建立了含关节间隙和不确定参数的柔性机械臂的动力学模型和非概率可靠性计算方法,首先通过碰撞力模型和状态函数建立关节间隙数学模型,采用假设模态法描述柔性机械臂的变形,并利用Lagrange法建立含关节间隙柔性机械臂确定性动力学模型.在此基础上,考虑系统参数不确定性,将系统的不确定参数描述为区间变量,建立机械臂的不确定性动力学方程,并利用基于Chebyshev多项式的区间算法求解含区间变量的机械臂的动力学方程.针对空间机械臂的运动可靠性问题,构建了极限状态函数,并分别建立了4种非概率可靠性指标.最后,基于提出的不确定性动力学模型和4种非概率可靠性计算方法进行仿真分析,数值仿真结果验证了所提出的动力学模型和非概率可靠性计算方法的有效性,且可能性法相比Monte Carlo方法的计算效率更高,实现了柔性机械臂的动力学响应预示与非概率可靠性分析. 展开更多
关键词 机械臂 关节间隙 不确定性 CHEBYSHEV 多项式 非概率可靠性
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考虑多间隙耦合关系的齿轮系统非线性动力学分析 被引量:10
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作者 张慧博 王然 +3 位作者 陈子坤 魏承 赵阳 游斌弟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期144-150,192,共8页
建立了一种新的考虑径向间隙与动态齿侧间隙耦合的齿轮转子系统动力学模型,分析了径向间隙与齿侧间隙的耦合关系及其对系统动力学特性的影响。在系统动力学模型中,建立了考虑径向间隙的接触碰撞模型;通过推导齿轮中心距与齿侧间隙之间... 建立了一种新的考虑径向间隙与动态齿侧间隙耦合的齿轮转子系统动力学模型,分析了径向间隙与齿侧间隙的耦合关系及其对系统动力学特性的影响。在系统动力学模型中,建立了考虑径向间隙的接触碰撞模型;通过推导齿轮中心距与齿侧间隙之间的函数关系,建立了考虑动态齿侧间隙的齿轮扭转振动模型。进而利用该模型对多间隙齿轮系统的动力学特性进行分析。给出了一对直齿轮副的数值仿真结果,分别分析了径向间隙大小和齿侧间隙大小对齿轮系统动力学特性的影响规律,分析结果对含间隙齿轮转子系统的研究具有重要的理论与工程价值。 展开更多
关键词 动态齿侧间隙 径向间隙 多间隙耦合 齿轮转子系统 动力学特性
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柔性太阳帆航天器动力学建模与姿态控制 被引量:10
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作者 崔乃刚 刘家夫 荣思远 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1-5,共5页
对基于控制叶片的太阳帆航天器,推导考虑弹性振动的太阳帆姿态动力学方程和振动方程,利用非约束模态的概念给出了太阳帆航天器动力学方程的求解方法.结合超地球同步转移轨道太阳帆航天器偏航轴对地定向问题,设计了太阳帆俯仰轴的考虑Ban... 对基于控制叶片的太阳帆航天器,推导考虑弹性振动的太阳帆姿态动力学方程和振动方程,利用非约束模态的概念给出了太阳帆航天器动力学方程的求解方法.结合超地球同步转移轨道太阳帆航天器偏航轴对地定向问题,设计了太阳帆俯仰轴的考虑Bang-Bang控制策略的PD控制器,数值仿真结果表明,所设计的基于控制叶片的控制器可以较快、较精确地实现偏航轴对地定向任务. 展开更多
关键词 太阳帆航天器 姿态动力学方程 振动方程 控制叶片 姿态控制
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两种坐标系下惯导传递对准效果比较 被引量:14
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作者 韩鹏鑫 穆荣军 崔乃刚 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期272-278,共7页
分别建立了发射点惯性坐标系和当地地理坐标系下的惯导误差传播模型,以及典型匹配模式下的传递对准基本方程。基于运载火箭主动段飞行,分析了姿态机动运动对两种坐标系下传递对准的不同影响。数学模型和仿真分析表明,两种坐标系下的传... 分别建立了发射点惯性坐标系和当地地理坐标系下的惯导误差传播模型,以及典型匹配模式下的传递对准基本方程。基于运载火箭主动段飞行,分析了姿态机动运动对两种坐标系下传递对准的不同影响。数学模型和仿真分析表明,两种坐标系下的传递对准在原理和系统特性上均有较大差异。典型匹配方案的对准效果对比表明,发射点惯性坐标系内的"角速度+加速度"匹配是一种能够实现子惯导快速、准确初始化的有效方法。 展开更多
关键词 传递对准 机动 发射点惯性坐标系 当地地理坐标系
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一种挠性航天器的对偶四元数姿轨耦合控制方法 被引量:14
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作者 杨一岱 荆武兴 张召 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期946-956,共11页
为解决复杂的挠性航天器的姿轨控制问题,对于挠性航天器的姿轨耦合动力学建模与控制展开研究。基于对偶四元数原理,推导给出一套挠性航天器的姿轨一体化动力学模型。此种模型能够紧凑描述航天器的轨道和姿态,且能够自动引入航天器平动... 为解决复杂的挠性航天器的姿轨控制问题,对于挠性航天器的姿轨耦合动力学建模与控制展开研究。基于对偶四元数原理,推导给出一套挠性航天器的姿轨一体化动力学模型。此种模型能够紧凑描述航天器的轨道和姿态,且能够自动引入航天器平动、转动与挠性附件振动三者之间的关联耦合作用。基于此模型设计了一种自适应位置姿态跟踪控制器,该控制器能够在航天器质量特性参数未知的情况下,对其位置和姿态进行轨迹跟踪控制,并使位置和姿态误差收敛。该自适应控制器还可对航天器上挠性附件对系统的耦合作用进行估计,进而在控制输出中对其进行补偿,提高卫星控制系统的稳定性。通过仿真对控制律进行校验,结果表明该控制律对挠性航天器控制效果良好,具有一定的工程应用参考价值。 展开更多
关键词 挠性航天器 对偶四元数 姿态动力学 自适应控制 姿轨耦合控制
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基于强跟踪UKF的导航系统故障检测方法 被引量:8
6
作者 崔乃刚 韩鹏鑫 穆荣军 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1295-1299,共5页
结合重复使用助推器再入飞行的导航需求,为保证在高动态环境下能够实现高精度、高可靠的再入导航,采用改进的强跟踪UKF进行导航误差的估计与跟踪.针对基于卡尔曼滤波残差检验的传统故障检测方法的不足,提出了改进的故障检测方法进行导... 结合重复使用助推器再入飞行的导航需求,为保证在高动态环境下能够实现高精度、高可靠的再入导航,采用改进的强跟踪UKF进行导航误差的估计与跟踪.针对基于卡尔曼滤波残差检验的传统故障检测方法的不足,提出了改进的故障检测方法进行导航设备故障检测,并采用平滑窗口实现故障信息的有效隔离.典型故障条件下的仿真分析表明,所提出的强跟踪滤波方法能够有效地估计和跟踪导航误差的变化,改进的故障检测方法能够准确地检测出导航设备的故障信息,并能够有效地对故障进行隔离,保证导航系统具有较高的精度和可靠性. 展开更多
关键词 强跟踪UKF 故障检测 故障隔离 残差检验
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天基红外预警卫星系统及其探测能力分析 被引量:29
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作者 浦甲伦 崔乃刚 郭继峰 《现代防御技术》 北大核心 2008年第4期68-72,共5页
天基预警卫星系统是防御系统的重要部分,对其发展现状和探测能力的研究具有重要意义。主要针对美国NMD系统中的天基红外预警卫星系统,介绍了天基红外预警卫星系统的发展现状、系统组成及其工作过程。根据已知的卫星本身及星载探测器的... 天基预警卫星系统是防御系统的重要部分,对其发展现状和探测能力的研究具有重要意义。主要针对美国NMD系统中的天基红外预警卫星系统,介绍了天基红外预警卫星系统的发展现状、系统组成及其工作过程。根据已知的卫星本身及星载探测器的性能参数,利用STK软件建立了天基红外预警卫星系统的仿真模型,并根据仿真结果分析了天基红外预警卫星系统对目标的探测能力。 展开更多
关键词 预警卫星 天基红外系统 探测能力分析
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INS/Vision相对导航系统在无人机上的应用 被引量:5
8
作者 王小刚 郭继峰 崔乃刚 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1029-1032,共4页
提出了一种考虑视觉导航设备输出时间延迟问题的INS/Vision相对导航方法,推导了长机与僚机之间的相对惯导方程.给出了长机与僚机之间相对视线矢量测量原理,僚机上设置若干特征光点,长机上的视觉导航设备通过对特征光点观测,得到相对视... 提出了一种考虑视觉导航设备输出时间延迟问题的INS/Vision相对导航方法,推导了长机与僚机之间的相对惯导方程.给出了长机与僚机之间相对视线矢量测量原理,僚机上设置若干特征光点,长机上的视觉导航设备通过对特征光点观测,得到相对视线矢量.应用扩展卡尔曼滤波融合相对惯导信息和相对视线矢量信息,估计出长机与僚机之间的相对姿态、相对速度和相对位置.针对视觉导航设备量测量存在时间延迟的问题,给出了延迟后量测量与惯导信息融合的方法,最后通过仿真研究证明了该相对导航方法的有效性. 展开更多
关键词 相对导航 相对惯导方程 视觉导航 扩展卡尔曼滤波 时间延迟
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一种动基座传递对准算法性能评估的工程方法 被引量:5
9
作者 韩鹏鑫 穆荣军 +1 位作者 崔乃刚 张军 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期272-277,共6页
在东北天地理坐标系下,推导了捷联惯导动基座传递对准模型。在此基础上,提出了一种在不具备精确标定设备的试验条件下,进行动基座传递对准算法性能评估的工程方法。该方法基于安装误差角滤波估计结果,对子惯导的初始姿态进行修正,并重... 在东北天地理坐标系下,推导了捷联惯导动基座传递对准模型。在此基础上,提出了一种在不具备精确标定设备的试验条件下,进行动基座传递对准算法性能评估的工程方法。该方法基于安装误差角滤波估计结果,对子惯导的初始姿态进行修正,并重新进行子惯导的导航解算;通过比较初始姿态修正前后子惯导的导航误差,对传递对准算法的性能进行定性分析。基于试验数据的处理结果表明,所建立的对准模型和采用的对准算法性能评估方法具有重要的工程应用价值。 展开更多
关键词 传递对准 性能评估 重导航 误差传播
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中继卫星单址天线驱动控制系统设计 被引量:7
10
作者 原劲鹏 杨涤 孙小松 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期327-332,343,共7页
针对中继卫星单址天线与星体之间存在耦合效应以及单址天线需要高精度指向用户卫星的特点,将天线驱动控制系统作为星上一个相对独立的系统进行了设计。首先推导出了由两相永磁步进电动机驱动单址天线转动的动态方程,描述了系统存在的模... 针对中继卫星单址天线与星体之间存在耦合效应以及单址天线需要高精度指向用户卫星的特点,将天线驱动控制系统作为星上一个相对独立的系统进行了设计。首先推导出了由两相永磁步进电动机驱动单址天线转动的动态方程,描述了系统存在的模型不确定性。考虑到步进电机的非线性特征,用DQ变换进行了反馈线性化处理,在此基础上设计了天线驱动控制系统的H∞回路成形控制器,并对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析。数学仿真表明:提出的控制策略能使单址天线获得较高的指向精度,同时减小天线对星体平台的耦合影响。 展开更多
关键词 单址天线 步进电动机 DQ变换 H∝回路成形 鲁棒性
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改善航天器反作用轮扰动实验模型参数的辨识方法 被引量:8
11
作者 孙杰 赵阳 田浩 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第1期70-74,共5页
反作用轮系统是影响航天器姿控系统精度的主要扰动源之一.建立反作用轮扰动模型的目的是预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统.基于反作用轮的扰动实验模型,通过对反作用轮扰动实验数据的分析,确定出反作用轮... 反作用轮系统是影响航天器姿控系统精度的主要扰动源之一.建立反作用轮扰动模型的目的是预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统.基于反作用轮的扰动实验模型,通过对反作用轮扰动实验数据的分析,确定出反作用轮扰动实验模型中的参数:谐波数和幅值系数,并在此基础上提出了能量补偿法,最后进行了数值仿真.结果表明,谐波数的辨识精度不超过0.04%,当采用振幅谱法计算幅值系数时,误差高达15.5%;而用能量补偿法,其幅值系数的精度不超过1.1%.可见能量补偿法提高了幅值系数的辨识精度.本文研究为改善航天器姿态控制精度和稳定度奠定了一定的基础. 展开更多
关键词 反作用轮 扰动模型 振幅谱法 能量补偿法
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再入弹头质量矩复合控制系统设计 被引量:6
12
作者 李瑞康 荆武兴 +1 位作者 高长生 杜华军 《航天控制》 CSCD 北大核心 2009年第4期43-48,52,共7页
针对提出的再入弹头质量矩复合控制模式,利用变结构控制方法设计了三通道的姿态控制律。为了抑制滑块跟踪运动和再入过程中非对称气动烧蚀带来的影响以及满足快速、鲁棒性的要求,设计了基于时间最优的滚动通道的稳定控制律;用双积分系... 针对提出的再入弹头质量矩复合控制模式,利用变结构控制方法设计了三通道的姿态控制律。为了抑制滑块跟踪运动和再入过程中非对称气动烧蚀带来的影响以及满足快速、鲁棒性的要求,设计了基于时间最优的滚动通道的稳定控制律;用双积分系统的时间性能指标来确定切换线,同时构造双切换函数以及在原点领域切换为连续控制律来解决开关颤振问题;为了抑制滑块运动带来的影响,在滑块结构布局优化的基础上,利用变结构设计了俯仰和偏航通道姿态控制律。最后,通过非线性系统仿真验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 质量矩控制 滚动稳定 再入弹头 变结构控制
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月球基地工程研究进展及展望 被引量:29
13
作者 邓连印 郭继峰 崔乃刚 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2009年第2期25-30,共6页
月球基地的建设是未来深空探测的关键步骤,在过去几十年里一直是航天大国研究的重点。在对月球基地外部环境分析的基础上,结合已有研究成果,对其设计、建造理念和关键技术方案进行了总结,并对其未来发展方向进行了展望。最后,提出了适... 月球基地的建设是未来深空探测的关键步骤,在过去几十年里一直是航天大国研究的重点。在对月球基地外部环境分析的基础上,结合已有研究成果,对其设计、建造理念和关键技术方案进行了总结,并对其未来发展方向进行了展望。最后,提出了适合未来月球基地建设的战略目标和建设思想。 展开更多
关键词 月球探测 月面环境 月球基地
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攻防对抗机动过载关系分析 被引量:5
14
作者 魏鹏鑫 荆武兴 高长生 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期179-185,共7页
针对攻防对抗中具有高机动性的突防弹进行机动躲闪,基于线性二次型微分对策理论,建立了攻防对抗线性化运动模型,分析了拦截弹在完全理想情况下实施有效拦截所需具备的最小过载能力与被拦截目标机动过载能力之间的关系,定量地给出了实现... 针对攻防对抗中具有高机动性的突防弹进行机动躲闪,基于线性二次型微分对策理论,建立了攻防对抗线性化运动模型,分析了拦截弹在完全理想情况下实施有效拦截所需具备的最小过载能力与被拦截目标机动过载能力之间的关系,定量地给出了实现零脱靶拦截的对抗过载比应满足条件的解析形式。在考虑拦截弹在初始时刻零控脱靶量为零的条件下,给出了拦截区域和突防区域与对抗过载比、动力学响应时间常数比等参数的关系。通过建立双方过载对抗关系的理论,得到理论分析结果,通过减小双方初始距离或增大相对运动速度可以降低实现有效拦截对过载比的要求。 展开更多
关键词 攻防对抗 线性二次型 微分对策 机动过载比 解析形式
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航天器反作用轮扰动精细模型 被引量:7
15
作者 孙杰 赵阳 王本利 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期520-522,共3页
为预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统,提出了基于反作用轮扰动实验模型的扰动精细模型,克服了解析建模高次谐波不准的缺点,精确地反映了反作用轮的扰动特点.利用这种方法可以有效地得到适用于仿真的系统方程.
关键词 反作用轮 解析模型 虚功原理
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集成压电元件的挠性太阳帆板振动抑制控制系统 被引量:4
16
作者 袁秋帆 刘延芳 +1 位作者 马明阳 齐乃明 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期86-93,共8页
针对基频低于1Hz的大挠性太阳帆板,提出了整板主动振动抑制方法。该方法通过在太阳帆板上集成压电元件作为传感器和执行器;针对帆板挠性增大时,同位控制易出现虚假抑制的现象,综合考虑压电传感器的测量数据和板上一点的振动情况,基于正... 针对基频低于1Hz的大挠性太阳帆板,提出了整板主动振动抑制方法。该方法通过在太阳帆板上集成压电元件作为传感器和执行器;针对帆板挠性增大时,同位控制易出现虚假抑制的现象,综合考虑压电传感器的测量数据和板上一点的振动情况,基于正向位置反馈控制律(Positive Position Feedback,PPF),设计了整板振动抑制控制系统。通过Adams和Simulink联合仿真,对控制系统的振动抑制能力进行了考核,结果表明所设计的PPF控制系统避免了虚假抑制,具有良好的整板振动抑制效果。 展开更多
关键词 大挠性结构 振动抑制 正向位置反馈 整板抑制
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伴飞航天器燃料最优交会 被引量:6
17
作者 张立佳 郭继峰 崔乃刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期870-874,共5页
应用遗传算法针对伴飞航天器由共面椭圆伴飞轨道不同位置出发,与中心航天器进行直接碰撞交会和软交会的燃料最优问题,进行了历遍求解。根据计算结果,应用多元线性回归分析得到了直接碰撞最优交会问题的解析解表达式。直接碰撞最优交会... 应用遗传算法针对伴飞航天器由共面椭圆伴飞轨道不同位置出发,与中心航天器进行直接碰撞交会和软交会的燃料最优问题,进行了历遍求解。根据计算结果,应用多元线性回归分析得到了直接碰撞最优交会问题的解析解表达式。直接碰撞最优交会问题的解析解可作为软交会问题的次优解。 展开更多
关键词 交会 优化 遗传算法
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奇异摄动法在复合控制系统设计中的应用 被引量:2
18
作者 齐乃明 李运迁 +1 位作者 阳勇 高九州 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期20-24,30,共6页
根据大气层内拦截弹气动力与直接力(RCS)复合执行机构在时间尺度上的差异,本文利用奇异摄动法将控制系统分为快、慢两个环节,设计RCS的线性切换面和气动舵的反馈控制律.采用Raytheon(雷神)的四环控制结构和线性二次型调节器保证系统的... 根据大气层内拦截弹气动力与直接力(RCS)复合执行机构在时间尺度上的差异,本文利用奇异摄动法将控制系统分为快、慢两个环节,设计RCS的线性切换面和气动舵的反馈控制律.采用Raytheon(雷神)的四环控制结构和线性二次型调节器保证系统的鲁棒性和时域特性.利用本文设计的自动驾驶仪跟踪一稳态加速指令,仿真结果表明,它不但能够更加快速、稳定地跟踪控制指令,而且能够实现控制指令在执行机构之间的最优配置,有效发挥它们各自的特性.RCS的初始值较大,用于提高系统的响应速度,而当系统稳定时其值则趋向于零,以减少燃料消耗.与此同时,气动尾舵主要起到稳定弹体的作用. 展开更多
关键词 拦截弹 直接力 复合控制 奇异摄动
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基于功能单元的分层诊断技术研究及在航天器中的应用 被引量:3
19
作者 安若铭 姜兴渭 宋政吉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期519-523,共5页
复杂系统多故障诊断的计算复杂性一直是一个难题。现给出了一种定性诊断模型:将功能单元引入到系统建模中并与结构抽象技术相结合构建分层诊断模型(SPS树)。推理时运用分层诊断策略及相关诊断定理,减少了多故障诊断的计算量,提高了效率... 复杂系统多故障诊断的计算复杂性一直是一个难题。现给出了一种定性诊断模型:将功能单元引入到系统建模中并与结构抽象技术相结合构建分层诊断模型(SPS树)。推理时运用分层诊断策略及相关诊断定理,减少了多故障诊断的计算量,提高了效率。此方法在某卫星电源系统中得到了应用。证明该方法诊断速度快,诊断结果完备,可以实现对未知故障的诊断,适用于卫星这类复杂系统的多故障诊断。 展开更多
关键词 功能单元 结构抽象 分层诊断 电源系统
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美国地基中段防御系统部署及作战分析 被引量:6
20
作者 夏喜旺 荆武兴 +1 位作者 李超勇 郑立伟 《现代防御技术》 北大核心 2008年第6期11-18,共8页
简述了美国地基中段防御(GMD)系统的部署情况,对其早期预警能力、目标弹道的预报及确定能力,以及大气层外杀伤器(EKV)的寻的能力、作战管理指挥控制及通讯(BMC3)的协调、通讯能力等作了简要分析,并结合已进行的几次拦截试验的试验情况... 简述了美国地基中段防御(GMD)系统的部署情况,对其早期预警能力、目标弹道的预报及确定能力,以及大气层外杀伤器(EKV)的寻的能力、作战管理指挥控制及通讯(BMC3)的协调、通讯能力等作了简要分析,并结合已进行的几次拦截试验的试验情况对目前GMD系统的作战能力进行了评估。 展开更多
关键词 地基中段防御系统 拦截杀伤 作战性能
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