基于组合模型预测火炮初速的研究与应用

火炮初速决定着在复杂战场环境中能否准确打击敌人,而准确预测出火炮初速关系到在不经试射的情况下能否成功命中目标。预测火炮初速往往采用某种单一模型,虽然建模简单但是只能提取出火炮初速中的某一特征,从而导致预测精度并不理想。针对这种情况,选取了某型火炮3组不同的初速数据进行分析,提出利用ARIMA时间序列模型、GM(1,1)灰色模型及BP神经网络模型进行预测,既能提取出火炮初速中的线性成分又能提取出非线性成分,同时为了最大限度发挥出单一模型的预测优势,利用3个单一模型建立了组合模型,并利用实测数据对各个模型预测精度进行了检验。结果表明,组合模型能更好地发挥出所有模型的预测优势,预测精度更高,更适合作为火炮初速预测的有效模型。     

基于聚类关联规则神经网络组合算法的弹丸初速预测

针对靶场试验中利用初速雷达测试弹丸初速需要重构的情况,选择同时参试的两台雷达的数据进行融合建立神经网络模型,用一台雷达的数据预测出另一台雷达需要重构的数据。由于预测模型预测精度的高低取决于所建模型的好坏,而模型的好坏取决于样本数据的质量,先利用聚类分析和关联规则从大量历史试验数据中挖掘出优质的样本,再建立神经网络进行预测。实验结果表明,与支持向量回归机相比,由聚类分析关联规则神经网络构建的组合算法的预测精度更高,预测历史相似数据误差远小于1‰,预测与历史出入较大的数据的精度也较为理想。两种情况下的预测结果表明,组合算法既保证了预测精度又具有一定的鲁棒性,可以作为弹丸初速的预测模型。     

基于新息灰预测的导弹遥测参数预测算法研究

为了在导弹飞行中判决导弹故障,建立基于新息的灰预测算法。利用GM(1,1)模型的每一个预测值替换掉最老的一个信息,以实现新陈代谢,然后再以补充了新信息但序列长度不变的预测序列对反映导弹工作状态的遥测关键参数进行实时预测。通过Matlab仿真软件对原有GM(1,1)模型和改进的GM(1,1)模型进行分析比较,验证了改进后GM(1,1)模型预测精度比较高,易于实现,适合导弹故障的实时预测。     

基于改进GM(1,1)模型的捷联惯组误差系数建模预测

针对捷联惯性测量组合测试数据小样本预测建模问题,研究一种改进的GM(1,1)模型。该模型是对服从非齐次指数增长规律的数据建模,克服传统GM(1,1)模型指数规律的不足。首先给出推广GM(1,1)模型的微分方程形式,考虑初值对模型的影响,建立优化灰色模型,并将其精确离散化,通过精确的离散化模型求取模型参数,提高了模型精度。该模型为捷联惯组测试数据预报提供了一种新的方法。实例验证本文所研究模型预测效果好于原推广GM(1,1)模型。     

舰空导弹武器装备寿命周期费用分析

针对传统费用分析方法在舰空导弹武器装备寿命周期费用预测中存在的不足,引入灰色理论的 GM(1,1)模型对寿命周期费用进行拟合和预测。同时为了进一步提高预测的精度,对 GM(1,1)模型加以改进,重构了背景值公式,通过与原有GM(1,1)模型预测结果进行比较,表明背景值优化后GM(1,1)模型的预测精度显著提高,可为舰空导弹武器装备的使用保障、退役和更新提供更为有效的决策依据。     

基于灰色可变加权系数的组合预测模型

为了提高预测精度,提出了灰色可变加权系数的组合预测模型。以组合预测模型的误差平方和最小为优化为准则,建立最优的非负可变加权系数的组合预测模型,计算不同时刻单项预测模型的最优加权系数。利用灰色GM（1,1）模型对可变加权系数进行预测,进而得到组合预测结果。算例表明,灰色可变加权系数组合预测模型综合利用了各个单项预测模型的重要预测信息,预测误差远小于各单个模型的预测误差,精度更高,模型实用性更强。     

基于灰色马尔可夫模型的装备故障间隔期预测研究

针对武器装备故障间隔期预测的难点,提出了在灰色GM(1,1) 模型的基础上建立灰色马尔可夫组合模型进行故障间隔期的预测。在分析典型电子装备故障率曲线的基础上,根据电子装备的故障特点,形成合理的建模背景,建立组合模型对装备故障间隔期进行预测。通过实例对预测值和真实值进行比较,表明在“少数据冶、“贫信息冶、“ 不确定冶的情况下利用该组合模型预测故障间隔期的有效性,有效降低预测误差,提高预测精度。     

改进灰色残差模型在航迹预测中的应用

为了提高航迹预测的准确度,加强对来袭目标的打击效果,提出一种改进灰色残差模型对目标航迹进行预测.该方法将灰色GM(1,1)模型与支持向量回归机相结合,通过对原始航迹数据建立灰色模型得到预测值以及残差序列,提出的改进残差模型运用支持向量回归机非线性拟合的能力对预测值进行修正,在一定程度上克服了GM(1,1)模型的缺陷,使模型预测结果的精度得以提升.分别使用灰色GM(1,1)模型、灰色残差GM(1,1)模型、改进灰色残差GM(1,1)模型3种方法对同一航迹进行预测并对预测的结果进行对比.计算结果表明:该改进模型在航迹数据变化较大的情况下能够较为精确地对航迹进行预测,有较高的理论和实用参考价值.     

影响弹丸起始扰动的火炮结构参数灵敏度分析与优化研究

弹丸起始扰动对火炮射击精度有重要影响,为了减小弹丸起始扰动,建立了某大口径轻型牵引炮弹炮耦合全炮动力学参数化有限元模型,由弹丸出炮口时刻弹丸的角位移、角速度表征弹丸起始扰动,构建优化目标函数,对火炮结构参数的影响程度进行灵敏度分析;同时利用径向基神经网络近似模型方法对弹丸起始扰动进行优化研究。结果表明,摇架臂板厚对弹丸起始扰动影响显著,优化后弹丸出炮口时刻弹丸角位移和角速度均明显减小。该结果可为火炮结构设计提供理论依据。     

灰色模型GM(1,1)模型在电力市场分析预测中的应用

电力市场分析预测,采用灰色模型GM(1,1),通过语言、网络、量化、动态及优化等五个模型,对具体负荷进行预测.其负荷预测灰色模型的建立,需不断的将下一阶段中所得的结果回馈,经过多次循环往复,才能使整个模型逐步趋于完善实现函数逼近,建立精准模型.并以某地历年三月的负荷为例,预测并验证了负载的精度.     

弹丸三维速度实时处理方法研究

为了解决常规靶场测控系统中弹丸三维速度实时高精度处理的难题,提出了基于多元异类实时数据融合处理弹丸三维速度的方法。该方法通过联立弹丸位置和径向速度这两类测元的误差方程,建立了基于径向速度测元的测控系统实时数据融合模型,实现了弹丸三维速度的实时解算。将该方法应用于常规靶场典型试验的实例仿真中,与纯粹的三维速度IMM卡尔曼滤波和增加径向速度观测量后的IMM卡尔曼滤波进行对比分析,验证了模型的正确性和方法的有效性。研究结果表明,该文提出的方法能够高精度处理弹丸的三维速度,并且实时性强,易于工程实践。     

烧蚀磨损对某大口径自行加榴炮动态响应的影响

为提高大口径自行加榴炮身管寿命和射击精度等总体关键性能指标,以反后坐装置全对称布置且混合膛线的某大口径自行加榴炮为例,研究了火炮身管烧蚀磨损对火炮动态响应的影响。在对内膛测径数据分析的基础上提出了烧蚀身管建模方法。建立了不同烧蚀状态身管有限元模型,在此基础上进行了数值仿真,得到了膛内时期火炮的动态响应,以及膛内时期弹丸导转侧力矩、定心部力、炮口振动随烧蚀磨损的变化关系。分析了烧蚀磨损状态对火炮动力学响应的影响,结果表明,随着烧蚀磨损增大,弹丸的定心部力逐渐增大,炮口振动位移增加不明显,炮口振动速度有所增大。研究结果对该类火炮的总体结构设计具有一定的参考价值。     

一种改进的灰色BP 神经网络预测模型

为提高灰色GM(1,1)模型的预测精度和BP 神经网络的映射能力,提出一种改进的灰色BP 神经网络预测 模型。通过分别对灰色系统理论和BP 神经网络2 种模型进行改进,再串联组合成新的预测模型,并结合实测数据 进行仿真试验。结果表明：改进后的模型能兼具二者优点,预测精度有较大提高,相对误差减小,运算速率更快。     

弹丸阻力系数辨识模型

采用阻力系数多段样条描述法和非常规炮弹弹道数学模型,建立弹丸阻力系数辨识模型.阻力系数辨识程序通过其数学模型,用雷达测速、气象和其它初始参数,多段样条提取阻力曲线,以及从亚音速到超音速拟合阻力曲线来辨识弹丸的阻力系数.     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

大口径平顶弹体击水动力学方程研究

针对大口径平顶弹体高速入水时,弹体击水运动过程中弹体与水之间的能量转化以及运动状态变化的问题,基于动量定理与动量矩定理,通过简化弹体击水模型,进行坐标变换及数学推导,得出了平顶弹体击水三自由度方程组。计算了大口径平顶弹体击水瞬间的动力学响应。基于Matlab/Simulink模块编写软件进行了算例分析,得到了弹体击水过程中速度、轴向载荷、径向载荷以及力矩变化。结果表明,该方法可以为水中兵器强度设计,以及入水载荷问题的研究提供一种物理模型,并为后续研究此类问题提供参考。     

基于Johnson-Cook本构模型的弹带挤进过程数值模拟

采用非线性有限元数值模拟的方法对某大口径火炮弹带挤进过程的力学机理进行了研究。基于Johnson-Cook动态本构模型并结合实验测试数据,在有限元软件ABAQUS中建立了挤进过程的非线性动力学模型,利用显式数值积分算法对弹带挤进过程的非线性动力学进行了数值模拟。通过数值计算,分析了弹带刻槽形成过程,得到了弹丸挤进运动规律、动态挤进阻力及挤进压力值,获得了摩擦性质对弹带挤进过程的影响规律。结果表明:摩擦系数越大,挤进时间越长,挤进阻力越大,对应的挤进压力也就越高。研究结果可为大口径火炮、弹丸和装药设计研究提供一定的参考。     

高阶残差修正GM(1,1)区间预测模型及其应用

提出了一种Markov高阶残差修正GM(1,1)区间模型,在GM(1,1)模型的基础上对拟合数据残差项的绝对值运用Markov模型进行数据拟合,通过将残差项叠加的方式逼近数据真实值.根据残差项的正负状态构建了预测区间,并通过数值模拟论证了预测区间的适用范围与合理性,运用Markov模型对预测区间进行了修正和改进,给出了Markov高阶残差预测区间的表达式.分析结果表明,模型弱化了灰色发展系数的取值条件,并且计算修正残差的阶数越高,预测区间结果可靠性越高,避免了根据概率大小选择预测结果所产生的预测风险,提高了预测结果的可靠性.