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ISSN 1000-0054
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第十五届“清华大学-横山亮次优秀论文奖”暨2018年度“清华之友—日立化成学术交流奖”颁发
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  2019年, 第59卷, 第9期 上一期   
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航空航天与工程力学
行星车动力学建模及解算方法综述  收藏
冷舒, 居鹤华
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 689-698.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.010
摘要 ( 8 )   HTML    PDF(0KB)
深空探测中行星车的动力学建模及实时解算是控制行星车安全行驶的基础。因行星车运动速度很慢,且通过摇臂结构组装而成,故其可以看作多刚体系统。该文介绍了多刚体动力学建模领域的主流方法,分析了上述方法的基本原理,并浅析它们的优缺点。同时因轮土力学的计算结果是行星车的外部作用力,故针对模型解算时存在的轮土力学问题进行调研,得到了钢轮软土模型的解决方案。通过总结上述方法,为行星车动力学建模与实时求解提供了解决思路。
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遥感卫星对区域目标可见性的快速计算方法  收藏
鄂智博, 李俊峰
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 699-704.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.020
摘要 ( 7 )   HTML    PDF(2010KB)
遥感卫星对区域目标可见时间窗口的快速计算,对卫星观测规划任务具有重要意义。该文提出了一种快速算法,首先根据卫星视场类型以及与地面点的几何关系,给出判断卫星对地面点可见性的方法;然后通过离散时间步长结合二分搜索的方法,精确计算卫星对单个离散点的可见时间窗口;最后根据所有离散边界点的可见窗口最终得到对区域目标的可见时间窗口。仿真结果表明:该算法具有很高的效率和精度,与STK(satellite tool kit)计算得到的结果偏差在0.01 s量级。
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近距离航天器间碰撞概率线性模型的解析修正  收藏
姜薇, 蒋方华, 李俊峰
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 705-711.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.026
摘要 ( 4 )   HTML    PDF(1360KB)
该文提出一种针对近距离航天器间碰撞概率线性模型的解析修正法。原有碰撞概率线性模型较简单,使用条件严格,适用范围有限,不适用于轨道差别较小的相对运动情况。通过分析碰撞概率线性模型计算结果与Monte Carlo仿真计算结果之间的误差,寻找其与航天器间最大和最小相对运动距离之间的近似解析关系,对原有线性模型进行修正,使其更接近真实碰撞概率。仿真结果表明:该方法拓展了原有线性模型的适用范围,并提高了精度。
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基于在线模型辨识的飞行器多约束复合制导技术  收藏
程林, 张庆振, 蒋方华
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 712-719.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.018
摘要 ( 4 )   HTML    PDF(2142KB)
针对飞行器再入制导问题,该文引入控制变量参数化、积分问题转换和在线模型辨识等技术,提出一种跨周期迭代的可行轨迹预测校正算法,并结合标称轨迹跟踪算法形成一套多约束复合制导方案。利用一种复合高度-速度(height velocity,HV)飞行走廊,将再入轨迹规划问题简化为单调函数寻根问题。为提高射程预测计算效率,引入Gauss-Legendre求积公式,将积分问题转化为函数计算问题。采用递推最小二乘估计方法,收集历史预测信息,实现模型在线辨识功能,并采用跨周期Newton-Raphson方法完成高度权重系数的在线修正。在标称轨迹跟踪器设计的基础上,开展飞行器数值仿真试验,结果表明:基于在线模型辨识的复合制导方法具有显著的速度优势,且具有优异的自主性和自适应能力。
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航天器姿态机动的敏捷性评估  收藏
印明威, 王贤宇, 李京阳, 宝音贺西
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 720-728.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.012
摘要 ( 2 )   HTML    PDF(0KB)
利用最优控制提高传统卫星的敏捷性收益巨大,但风险并存,为了量化敏捷性的改善程度,评估不同航天器的敏捷性,该文提出了一种评估方法。首先,对航天器传统机动和时间最优机动进行了分析。其次,以姿态机动的时间为中间量,构建了近似角加速度包络和等效敏捷包络。然后,引入了敏捷因子和敏捷性曲线的概念,对姿态机动的敏捷性进行定量评估。最后,给出了仿真算例验证方法的可靠性。仿真结果与前人的研究相印证,准确地预估了航天器的平均机动时间。结果表明:该方法可以定量地评估航天器的敏捷性,广泛适合于有角速度、角加速度等各种约束的情况。
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电子工程
单载波超宽带系统的时域分数级分集方法  收藏
李博华, 裴玉奎
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 729-736.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.028
摘要 ( 4 )   HTML    PDF(2586KB)
单载波超宽带(SC-UWB)系统存在长时延密集多径,严重影响系统性能。传统信道均衡方法的均衡效果不够理想,而传统分集方法的硬件复杂度高且数据冗余量大。该文提出一种单载波频域均衡(SC-FDE)与时域分数级分集联合设计方法,以对抗超宽带(UWB)系统的复杂密集多径。该方法在发端为两个或多个信息支路配备一个分集支路;收端先进行SC-FDE,然后将信息支路和分集支路得到的均衡结果进行基于后验概率的分集合并或低复杂度的等增益分集合并,最终恢复出原始数据。该方法具有单天线、低冗余的特点,仅需1.5倍或更低倍数的分集,即可取得良好的分集增益。仿真结果表明:在误码率为10-3下,该方法与SC-FDE相比有3 dB的分集增益。
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用于量子安全直接通信的空间耦合LDPC-BCH码  收藏
王平, 孙臻, 殷柳国, 陆建华
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 737-743.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.025
摘要 ( 2 )   HTML    PDF(4068KB)
受光源、光器件和光纤损耗影响,量子安全直接通信系统的信息传输面临删除概率极大、接收概率极低的难题。为保证量子安全直接通信系统信息传输的可靠性,该文提出了基于空间耦合LDPC-BCH码的信道补偿方案,解决了极低码率码字构造和逼近Shannon限实用码字设计2方面的问题。将多个相同的分组LDPC-BCH码通过边连接的方式耦合起来构造得到了空间耦合LDPC-BCH码。建立了空间耦合LDPC-BCH码集的外信息转移函数,并基于外信息转移函数分析了码集的译码门限值。仿真结果表明:与分组LDPC-BCH码相比,空间耦合LDPC-BCH码的译码门限更接近Shannon限,误比特率更低。在信道接收概率为0.4%时,采用传输效率为0.001的空间耦合LDPC-BCH码信道补偿方案,系统误比特率低于10-6
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基于硅PN结发光的量子密钥分发发射单元器件  收藏
黄卫绍, 张巍, 黄翊东
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 744-749.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.017
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(2365KB)
该文面向便携设备与主机间实现短距离量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)的应用场景,基于BB84协议提出一种小型化QKD发射单元器件。该器件采用硅PN结反向击穿作为光源发光机制,配合金属线栅偏振器实现4种不同线偏振态光子的发射。利用光阑和凸透镜实现发射光子的准直输出,并消除不同偏振光子在发射位置上的差别。数值计算结果表明:经过参数优化该器件可以实现大于20 dB的偏振消光比,原始密钥生成率可以达到3 kb/s。该器件结构高度可以控制在5 mm之内,便于在便携设备中应用。
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基于依存树的藏语语义分析  收藏
夏吾吉, 华却才让
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 750-756.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.003
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(1044KB)
藏语语义依存分析是以藏语依存句法分析为基础的深层语义研究。该文从词法分析和句法分析等浅层研究出发,结合藏语自身语法结构和语义单位之间的关系特点,实现了藏语语义依存分析。在制定了藏语语义依存关系标注规范并设计了藏语语义依存关系特征模板的前提下,采用感知机进行了藏语语义依存分析模型的训练,经实验该模型在人工标注测试语料上的根准确率、依存弧准确率、依存弧类型准确率及完全准确率等4个指标分别达到了89.56%、78.63%、71.67%及32.32%,证实了该模型在藏语语义依存分析任务中具有良好的性能。
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机械工程
双足负重行走中扁担参数对腰部力矩影响的仿真研究  收藏
许宇宁, 黄京, 陈恳, 付成龙
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 757-764.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.014
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(1194KB)
扁担通过将重物分配在躯干前后来改变负重的传递路径,从而降低维持躯干竖直所需的腰部力矩。传统针对负重行走的建模研究主要集中在竖直方向而忽略了行走过程中腰部力矩维持躯干竖直所产生的能量消耗。该文建立了具有躯干的扁担负重模型。通过仿真计算获得了行走速度、扁担长度与扁担悬绳长度对负重行走时腰部力矩的影响。研究结果表明:腰部力矩的影响不可忽略,延长扁担、减少重物摆动、恰当的重物合质心位置均有利于降低腰部力矩。实际扁担挑运过程中挑运者对扁担长度、悬绳长度的选择,及扁担挑运过程中挑担者用手控制重物摆动都是为了降低行走中最大腰部力矩及腰部力矩能耗。
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组织细化对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响  收藏
刘瞿, 陈高强, 曾申波, 张帅, 潘际銮, 史清宇
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 765-771.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.25.003
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(8027KB)
镁合金在含电解质水溶液中较差的耐腐蚀性能极大地限制了其工程应用。该文以开发一种有效改进镁合金耐蚀性能的加工工艺为目的,采用搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)对铸态AZ91镁合金的耐蚀性进行改性处理,并分析了微观组织细化对镁合金耐蚀性的影响规律。通过电化学实验分析发现,加工处理后镁合金在质量分数3.5%的NaCl水溶液中的极化阻抗Rp提高了约1倍。微观组织分析结果表明是因为镁合金中的第二相β-Mg17Al12的形态和分布的改变影响了镁合金的腐蚀过程。一方面,细化的阴极相β-Mg17Al12增大了阳极与阴极的面积比,弱化了镁合金中严重的电偶腐蚀倾向。另一方面,大量细小的第二相β-Mg17Al12在腐蚀过程中再沉积在镁合金的表面形成保护层,显著抑制了α-Mg基体的腐蚀扩展。
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预紧力与非线性作用的螺栓结合部动力学特性  收藏
赵彤, 郭俊杰, 吕玉红
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 772-779.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.014
摘要 ( 3 )   HTML    PDF(5492KB)
为研究预紧力对螺栓结合部动力学特性的影响,该文选择一种双螺栓结合部试件作为研究对象,通过理论推导利用集中参数法在试件一阶模态处建立了单自由度简化模型;通过模态实验获得了不同螺栓预紧力下结构一阶动力学特性的变化情况;在激振实验的基础上,利用力状态映射法对结合部在不同预紧力下非线性等效动力学参数进行了辨识。结果表明:结合部非线性会随预紧力降低而增强。在预紧力较低时,对结合部进行准确动力学建模需要考虑非线性因素的影响。
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基于弹性接触下的微幅滚动隔振机构  收藏
管高峰, 徐登峰, 朱煜, 喻强, 李强
清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (9): 780-784.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.063
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(1893KB)
以往将滚动机构用于微幅隔振领域时,其建模通常是基于刚性接触和纯滚动运动的假设,理论与实测固有频率存在较大偏差。为了解决上述问题,该文在弹性接触前提下,考虑接触面弹性变形和微观滑动的影响,根据Lagrange方程建立新的保守系统运动微分方程,进而得到固有频率表达式。以往结果仅包含结构参数,该文表达式还包含了相关材料参数。理论结果表明:接触面之间弹性变形储存的弹性势能是以往研究中固有频率偏差的主要来源;实验结果表明:该文所提出的理论比以往模型更接近实测结果,相较于以往模型70%的偏差,该文所提模型的偏差下降到25%。
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