基于电磁环境监测平台的飞行控制系统性能稳定性研究

As the fly-by-wire technology in civilian aviation was introduced, electromagnetic upsets from harsh environments is a major source for on-board computers in current civil digital flight control systems which degrades the stability and reliability of digital flight control systems performance, thereby brings the challenges for the flight safety. This project will design a computing platform monitoring the influence for the control computers from the correlated external electromagnetic upsets. The platform will be implemented in the flight control system models, and the influence for the flight systems output performance stability is going to be analyzed. The project will use stochastic processes to describe the external electromagnetic upsets model, design the corresponding platforms which monitor its influence for control computers and analyze the important parameters through Boolean algebra and stochastic processes theorems, etc. Next, the project will design the stability analysis model of flight control systems based on this platform, develop the theoretically analytical method by using mean square stable theorems and perform the corresponding simulation verification. Finally, obtain an integrate simulation method and the theoretical methodology combining external electromagnetic upsets monitoring platforms, dynamics of flight systems and others. This project integrates the simulation models into theory analysis and will provide a new methodology of design and validation about systems stability and reliability for airworthiness requirements and aircraft system engineers.

随着民用飞机电传操纵技术的引入，恶劣的电磁干扰成为现役民用数字飞行控制系统中计算机干扰的主要来源，干扰降低了数字飞行控制系统性能的稳定性、可靠性，进而给飞行安全带来了挑战。本项目拟设计一种可以监测外界电磁干扰对控制计算机产生相关联干扰情况的计算平台，并将其应用于飞行控制系统模型中，分析干扰对飞行系统输出性能稳定性的影响。本项目拟用随机过程描述外界电磁干扰模型，设计相应的平台，使其监测干扰对控制计算机的影响，通过布尔代数、随机过程理论等分析监测平台的重要参数。其次，设计基于此平台的飞行控制系统稳定性的分析模型，利用均方稳定性理论等研究该稳定性的理论解析方法，并进行相应的仿真验证。最终得到一套结合外界电磁干扰监测平台与飞行系统动力学等方面完整的仿真实验方法和理论算法。本项目将仿真模型的开发与理论依据的研究相结合，为适航审定工作及飞机系统工程师在设计、验证系统稳定性、可靠性方面提供一种新的方法。

随着民用飞机电传操纵技术的引入，恶劣的电磁干扰成为现役民用数字飞行控制系统中计算机干扰的主要来源，干扰降低了数字飞行控制系统性能的稳定性、可靠性，进而给飞行安全带来了挑战。. 本项目设计一种可以监测外界电磁干扰对分布式控制计算机产生相关联干扰情况的计算平台，并将其应用于飞行控制系统模型中，分析干扰对飞行系统输出性能稳定性的影响。其中，采用隐马尔科夫模型（HMM）和多维隐马尔科夫模型（MDHMM）分别对外界电磁干扰产生的单通道数字随机干扰以及共模随机干扰进行建模分析。此外，建立了较完整的HMM和MDHMM模型参数训练算法，针对经典Baum-Welch算法存在对参数初值选择敏感的问题，提出了一种快速的参数初值选择策略，可以使算法收敛到指定精度并且加快模型训练进程并通过仿真实验证明了该模型的准确性。进而，建立了基于MDHMM模型的随机相关干扰影响下的飞行控制系统的性能分析模型，并对飞行控制系统模型进行了优化，针对不同的分布式网络结构进行了性能的理论与仿真的分析。该稳定性的理论解析方法利用了布尔代数、随机过程理论、均方稳定性理论等研究。. 在本项目的支持下，项目组成员还开展了一些相关的研究，诸如，分布式无线传感网络的状态估计、信道分配、非线性动态特性研究等，这些为后续的研究提供了理论基础。并发表及录用的论文总计16篇。已经发表了11篇期刊论文和1篇会议论文，其中，4篇SCI、EI双检；3篇SCI检索；1篇EI检索；1篇EI源刊论文已收录并发表1篇会议论文EI待检；另有4篇论文已经被录用且将被EI检索。申请了2项国家发明专利，培养了多名硕士研究生。. 本项目将仿真模型的开发与理论依据的研究相结合，为适航审定以及飞行系统工程师、测试工程师的前期认证提供一种可靠的理论方法。同时，此思路是从系统层面对飞机安全性能的监控和测试，从而降低测试经费并提高系统设计、改进的灵活性。