主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
主办单位:西北工业大学  中国航空学会
地       址:西北工业大学友谊校区航空楼
  • 2024年第15卷第1期文章目次
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    • >综述
    • 基于健康监测的飞机结构寿命预测技术

      2024, 15(1):1-14. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.01

      摘要 (364) HTML (890) PDF 1.75 M (1052) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞机结构健康监测技术在飞机的结构设计、飞行及维护过程中发挥着重要作用,该技术可用于结构健康状况预判、辅助维修与维护决策。本文首先介绍了当前结构健康监测的概念及其适用范围,讨论了结构健康监测相关规范要求,以F-35 和A400M 为例分析了国外飞机结构健康监测技术的典型工程案例,并给出了典型飞机单机跟踪和寿命控制、某老龄飞机载荷谱实测及寿命预测,讨论了基于裂纹的监测方法研究及限制其应用的主要因素。在此基础上,提出了飞机结构健康监测系统设计的主要思路,给出了寿命预计的基本流程,阐述了其中控制点选择、飞参筛选、载荷/应变方程构建、损伤计算及寿命评估、结果输出及方程验证等主要环节。最后,对航空领域未来开展结构健康监测智能化研究进行了展望。

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    • 螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术综述

      2024, 15(1):15-22. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.02

      摘要 (299) HTML (410) PDF 1.01 M (723) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着螺旋桨发动机安装系统国产化研制进程的加快,相关的技术研究必须开展,动力学设计是其中的重要组成部分。本文对比分析了不同结构形式安装系统的动态性能特点,进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计的技术要求,梳理了安装系统动力学设计技术的发展历程和国内外现状,指出国内外差距主要体现在设计理念、关键技术和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了螺旋桨类发动机安装系统动力学设计技术的发展趋势,为当前及未来螺旋桨类发动机安装系统设计技术研究提供了参考。

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    • >理论研究
    • 增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法

      2024, 15(1):23-29. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.03

      摘要 (269) HTML (66) PDF 2.56 M (411) 评论 (0) 收藏

      摘要:应急保障和战时抢修是增材制造技术发展的重要方向之一,也给面向增材制造的结构优化设计提出了新的挑战。为了实现异种材料原位替换件的构型设计,提出增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法,并以机用散热风扇为例开展应用研究。通过分析散热风扇服役环境和战时抢修需求,在变密度方法框架下建立结构总重量和转动惯量控制在原件数据附近小范围以内、以结构整体柔顺度最小化为目标的拓扑优化问题列式,并完成灵敏度分析公式推导。从拓扑优化结果及其重构模型的仿真数据可知:散热风扇替换件拓扑优化结果收敛性好、满足所有设计要求,重构方案满足增材制造工艺性要求,验证了本文设计方法的有效性。

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    • 飞翼无人机外形与进排气几何一体化参数化建模

      2024, 15(1):30-37. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.04

      摘要 (285) HTML (73) PDF 2.77 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞翼布局是无人作战飞机的优先布局方案,其特点是机体与发动机进排气系统高度融合。针对飞翼式无人作战飞机概念方案快速几何建模需求,提出一种飞翼机体外形和进排气几何外形的一体化参数化建模方法。基于类函数/形函数方法,建立飞翼机体和进排气几何外形的参数化数学模型;确定关联的外形参数和关联控制规则,实现飞翼外形参数与进排气几何外形的匹配;将所建立的模型与CATIA 二次开发方法相结合,实现飞翼式无人机概念方案三维几何模型的自动生成。结果表明:针对不同的进排气方案,本文方法能自动调节飞翼外形,匹配进排气系统的几何外形,有效地提高了飞翼式无人作战飞机概念设计的效率。

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    • 考虑配平特性的超声速客机低声爆气动布局优化研究

      2024, 15(1):38-50. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.05

      摘要 (332) HTML (34) PDF 3.11 M (269) 评论 (0) 收藏

      摘要:降低声爆水平是下一代超声速运输机研制需要解决的关键问题之一。低声爆优化通常使飞行器布局向着机翼后掠角增大、机翼沿机身方向分布范围增大的趋势发展,给飞行器的配平和低速特性带来不利影响。以某超声速客机基本构型为研究对象,建立基于类别/形状函数的翼身组合体参数化建模方法;基于超声速线化理论分析外形几何参数对声爆水平的影响。在此基础上,分别针对机身轮廓、机翼平面形状以及扭转角分布对该构型进行低声爆优化和俯仰力矩特性优化,并采用CFD 方法对优化结果进行校核。结果表明:与基准构型相比,在不显著增加俯仰力矩的基础上,优化构型的阻力降低了19 cts,近场过压显著降低,地面声爆响度降低5.1 PLdB。

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    • 时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法

      2024, 15(1):51-60. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.06

      摘要 (290) HTML (147) PDF 1.00 M (354) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的时变可靠性分析方法在处理飞行器复杂时变可靠性分析问题时,存在求解效率过低的问题。在基于近似最大可能轨迹的时变可靠性分析方法的基础上,根据时间离散所得串联系统瞬时可靠度最小的组件决定整个系统可靠度的特点,在最大可能轨迹自适应建模过程中同时考虑轨迹模型的预测误差和预估值增加样本,提出时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法;采用解析算例验证最大可能轨迹自适应采样方法的有效性,并将该可靠性分析方法应用于水动力涡轮叶片和某空天飞行器机翼的时变可靠性分析。结果表明:在精度相近的情况下,所提方法对极限状态函数调用次数不高于基于时间离散的可靠性分析方法的3%。

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    • 冲偏出跑道事件风险影响指标分析

      2024, 15(1):61-68. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.07

      摘要 (373) HTML (37) PDF 531.24 K (523) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前对冲偏出跑道风险的研究多基于事故统计数据,较少从飞行数据及飞行操作特征的角度进行分析。基于飞行数据,对冲偏出跑道事件开展风险分析。将飞行数据分为飞行状态、操作指令、信息3 类,以此研究飞机在起飞滑跑、着陆、着陆滑跑3 个阶段的状况及风险影响指标;通过数据所反映的操作特征,结合标准操作程序,推导出飞机偏离正常数据、与标准操作不相符的操作,得到影响正常飞行的风险因素;基于行为安全2-4 模型,建立冲偏出跑道风险评价指标体系,对实际案例的事故致因机理进行研究,着重分析操作特征及人为因素,并提出冲偏出跑道风险防控措施。结果表明:通过对飞行操作特征及飞行参数的分析,从操作类、数据类以及环境类3 个维度建立风险影响指标体系,可以降低指标因素对冲偏出跑道事件的影响;从人、机、环、管方面提出改进措施,可有效降低冲偏出跑道事件发生的概率。

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    • >工程应用
    • 超声速变马赫数风洞流场参数线性变化验证

      2024, 15(1):69-78. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.08

      摘要 (227) HTML (33) PDF 2.38 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:旋转喷管型面使超声速变马赫数风洞在单次运行过程中可连续调节实验区的马赫数,便于研究飞行器的机动过程、进气道起动过程中的气动问题。在控制喷管型面旋转过程中,流场参数能否线性变化是衡量超声速变马赫数风洞性能的一个重要指标。分析变马赫数风洞实验区流场参数的线性变化规律,利用弹簧光顺的动网格技术建立数值仿真模型,验证喷管位于马赫数3.041~3.215 范围所对应的位置时,实验区流场参数是否满足线性变化规律。结果表明:通过对喷管型面旋转的控制实现了风洞实验区流场参数的线性变化,动态计算结果与预期实验区流场参数线性变化规律吻合良好;在不同加速度的流场参数线性变化过程中,各时刻实验区的平均参数与预期参数之间的偏差均小于0.13%。

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    • 基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

      2024, 15(1):79-88. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.09

      摘要 (206) HTML (128) PDF 1.93 M (258) 评论 (0) 收藏

      摘要:涡轮后机匣是航空发动机安全的关键部件,但是其具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式:强度失效以及刚度失效建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging 代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明:涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。

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    • 高度修正实现刚度等效的梁结构有限元建模方法

      2024, 15(1):89-96. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.10

      摘要 (87) HTML (42) PDF 1.22 M (258) 评论 (0) 收藏

      摘要:民用飞机中对于梁结构的有限元建模,一般采用刚度等效方法将梁建成杆单元与剪切板单元的组合形式,这种有限元简化方法仅能保证截面刚度与真实截面刚度近似等效,但有限元中的截面面积与实际面积却相差较大,致使有限元分析的结果不能准确反映结构严重部位的应力情况。针对传统刚度等效有限元建模方法的不足,提出一种采用高度修正的刚度等效有限元建模方法;将该方法的计算结果与传统建模方法的计算结果、理论计算结果、试验测量结果进行对比。结果表明:本文提出的高度修正的有限元建模方法比传统杆板系建模方法更准确,与试验结果更接近。将该方法用于民用飞机结构有限元建模,能够对真实结构进行更准确地模拟,分析结果也更精确,对民用飞机结构的强度分析和安全保障具有重要的意义。

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    • 飞机结构X射线裂纹图像智能评定

      2024, 15(1):97-104. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.11

      摘要 (281) HTML (110) PDF 6.55 M (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞机结构X 射线图像评定过程存在复杂背景下裂纹分割不准、检出难等问题。基于高效层聚合网络提出一种飞机结构X 射线裂纹图像智能评定模型(ELAN-Seg),将ELAN-Seg 模型和DeepLabv3+模型的射线图像裂纹分割能力进行对比,结合图像处理技术对模型分割的裂纹长度进行评估,利用飞机强度试验及外场维护过程采集的X 射线图像对模型进行验证。结果表明:分割的最小裂纹长度约为3 mm,ELAN-Seg 模型对复杂背景射线图像裂纹分割更加准确,裂纹漏检率小于3.8%,该模型具有工程适用性。

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    • 四火箭助推无人机起飞与降落控制算法

      2024, 15(1):105-117. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.12

      摘要 (242) HTML (95) PDF 3.58 M (297) 评论 (0) 收藏

      摘要:固定翼无人机起降过程对场地要求高,这限制了其应用。为此,提出四火箭助推无人机实现短距离起降的方案,并对火箭助推无人机起降控制算法进行研究。设计火箭助推无人机起降过程的控制策略;建立无人机气动力、助推火箭作用力、发动机推力及控制律数学模型,构建无人机起降过程的动力学方程;设计一种基于PID 控制的控制算法,控制目标无人机在各种干扰环境下安全稳定地完成起降过程;利用MATLAB 软件编程进行仿真计算,并通过对比仿真结果与试飞结果,来验证该控制算法的有效性。结果表明:所设计的控制算法及控制律满足目标无人机起降过程的控制要求。

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    • 某型无人机起落架放下阶段缓冲器气液流动特性研究

      2024, 15(1):118-126. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.13

      摘要 (339) HTML (73) PDF 2.29 M (299) 评论 (0) 收藏

      摘要:在设计飞机油气混和型式的可收放起落架时,应充分考虑其内腔之间的介质流动特性。以某型无人机起落架缓冲器阻尼孔径、充油量为研究对象,采用单因素实验法对各因素引起的缓冲器内部气液流动变化进行分析,通过Fluent 软件对放下阶段不同阻尼孔径、充油量下的缓冲器气液特性进行仿真计算。结果表明:起落架放下过程缓冲器阻尼孔油液流量只与孔径大小有关,不受缓冲器充油量影响;在该型号无人机要求的637 mL 充油量下,缓冲器阻尼孔孔径应大于6 mm;对于其他型号起落架缓冲器,当确定了充油量后,应将满足放下阶段缓冲器气液充填作为缓冲器阻尼孔设计标准之一。

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    • POD算法在飞机RAT舱温度预测中的应用研究

      2024, 15(1):127-134. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.14

      摘要 (200) HTML (26) PDF 827.55 K (268) 评论 (0) 收藏

      摘要:冲压空气涡轮(RAT)系统是飞机的应急发电系统,在飞机失去主交流电源后为飞机供电,RAT 平时回收在非气密区的RAT 舱内,在应急工况下释放到气流中。RAT 舱温度很大程度上决定了RAT 的释放时间,进而影响飞机在应急工况下的安全性,RAT 舱的温度预测对于应急供电下的安全性具有显著的意义。通过本征正交分解(POD)将RAT 舱温度与高度、大气静温、飞行速度、RAT 舱周围舱温度作为模型整体进行统一分析,并通过RAT 舱温度简化模型及简化模型与完整模型的映射关系,选取试验数据作为样本数据,利用POD算法进行RAT 舱温度预测。结果表明:1 阶模态占据所有模态的比重超过99%,归一化处理后预测结果的平均绝对误差最小可达到0.063,均方根误差最小达到0.07;POD 算法可以在样本数据基础上,通过模态重构有效预测RAT 舱温度信息。

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    • 系统安全性评估中飞行机组人为因素的分析方法

      2024, 15(1):135-140. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.15

      摘要 (279) HTML (21) PDF 1.07 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着飞机系统日益高度综合复杂和自动化水平逐渐提高,飞行员在应对失效或应急情况时往往准备不足,纠正动作可能是不正确、不及时或不完整的,因此系统安全性评估中迫切需要考虑飞行机组人为因素问题。通过分析CCAR25.1309(b)和(c)条款的要求和飞行机组对失效的处理过程,基于功能危险性评估中的失效状态,提出人为因素需求的捕获方法和人为因素分析方法;通过在型号中应用这些方法,从失效状态向告警和程序的角度实现安全性正向设计,建立安全性评估中飞行机组人为因素的完整适航符合性证据链。结果表明:本文提出的方法可有效表明对CCAR25.1309(b)和(c)条款中人为因素相关的适航符合性。

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    • >“第六届中国航空科学技术大会”专栏
    • 飞机智慧座舱发展技术研究

      2024, 15(1):141-148. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.16

      摘要 (305) HTML (90) PDF 5.79 M (582) 评论 (0) 收藏

      摘要:未来飞机座舱智慧化转型是必然趋势,研究飞机智慧座舱发展技术能够为未来飞机智慧座舱的设计提供参考支撑。本文探讨了智能与智慧的区别,提出了飞机智慧座舱的概念与设计内涵,总结出深度感知与沉浸式交互、类人的认知及开放性与个性化定制服务的智慧座舱功能设计要素;梳理了发展飞机智慧座舱急需解决的五项关键技术:多维度深度信息感知与融合技术、先进信息显示技术、沉浸式自然交互技术、智能态势认知技术及多智能体自主适应技术。通过关键技术的分析对未来飞机智慧座舱的发展提出了新的思考。

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    • 机场协同决策的应用历史与研究趋势综述

      2024, 15(1):149-156. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.17

      摘要 (306) HTML (19) PDF 1.55 M (350) 评论 (0) 收藏

      摘要:机场协同决策可以有效提升机场的运行效率,进而提升整个民航运输网络的运行效率。本文查阅整理了机场协同决策的相关标准、政策文件与研究论文,梳理了机场协同决策的发展历程以及国内外学界业界有关协同决策的研究及应用现状;分析讨论了机场协同决策未来的发展趋势与当前时期协同决策所面临的挑战;同时基于我国的实际情况,给出了一些机场协同决策的发展建议;总结了机场协同决策的理论与应用价值以及协同决策在我国面临的问题与挑战。本文研究可以为提升机场与整个航空交通网络的运行效率与经济效益提供理论支撑和依据。

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    • 除冰气囊以及简化模型对气动特性影响研究

      2024, 15(1):157-163. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.18

      摘要 (172) HTML (80) PDF 2.35 M (298) 评论 (0) 收藏

      摘要:除冰气囊作为涡桨类飞机常用的除冰系统,评估其对全机气动特性的影响对飞行性能与安全有重要意义。基于某飞机上安装的气囊除冰系统,采用CFD 方法模拟其工作时的全机气动特性,研究气囊简化模型对计算结果的影响。结果表明:随气囊膨胀高度增加,对全机气动特性影响显著,失速迎角提前约10°,最大升力系数损失近60%,最大升阻比降低约2.9;受膨胀气囊外形影响,机翼前缘呈展向流动特征,后缘流动分离区域长度与除冰气囊的安装长度相当;机翼前缘压力分布受膨胀气囊外形的影响出现震荡,从而影响整个翼面的压力分布;随简化气囊膨胀高度增加,失速迎角最大提前约1°,最大升力系数损失约21%,最大升阻比降低约2.2。

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    • 开式风洞超声速压气机流场起动的数值研究

      2024, 15(1):164-168. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.19

      摘要 (230) HTML (47) PDF 1.87 M (217) 评论 (0) 收藏

      摘要:在开式风洞超声速平面叶栅试验中,从试验启动到叶栅建立超声速流动状态的过程,即超声速流场起动问题,已成为公认的难题。为建立可行的开式风洞超声速流场起动方法,奠定开式超声速风洞的使用基础,基于某超声速风洞,以超声速压气机平面叶栅为研究对象,开展三维数值仿真研究;分析试验条件下超声速流场起动失败的原因,制定三种流场起动方案。结果表明:起动失败的原因为叶栅前缘形成了一道强正激波;仅提高风洞进口总压无法建立叶栅超声速流动状态;仅增大下壁溢流缝宽度可起动超声速叶栅流场,但有效叶栅流道数量减少,壁面附面层增厚;保持上、下壁溢流缝宽度在1 倍栅距以上,在栅前上、下壁设置超声速墙并进行抽吸,可有效起动超声速流场,相邻流道出口马赫数最大波动0.01,出口气流角最大波动0.09°,周期性可满足试验需求。

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    • 飞机操纵面数字化互换性设计

      2024, 15(1):169-175. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.20

      摘要 (235) HTML (116) PDF 772.59 K (221) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着数字化装配技术的逐渐成熟和推广应用,适应数字量传递的互换性设计对于提升飞机操纵面设计效率、稳定装配质量和降低维护成本具有显著的现实意义。以飞机操纵面的互换性设计为研究对象,针对互换性的要求分析设计要点,建立与数字化装配相协调的互换性设计流程;从操纵面的构型特征角度分析互换性设计的结构元素;提出实现操纵面互换性的技术途径,给出相应的参考指标;以某型飞机的副翼为例,对其进行互换性分析和设计,并通过实际装配进行检验。结果表明:操纵面互换性设计流程合理可行,能够满足互换性要求。

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    • 电路参数对石墨加热元件发热特性的影响规律研究

      2024, 15(1):176-181. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.21

      摘要 (74) HTML (66) PDF 2.64 M (303) 评论 (0) 收藏

      摘要:电路参数是石墨加热元件发热性能的决定性因素,对电路参数的影响规律的研究是高性能高可靠性石墨加热器设计的基础。对石墨加热装置的失效过程进行研究,确定发热元件可靠性量化指标:温度均匀度;在此基础上,确定对加热元件热输出性能进行量化的四个电路参数:加热元件厚度、发热条宽度、发热条缝隙、缝隙处的倒圆半径;对发热电路进行参数化建模,并采用有限元电热耦合仿真对加热元件电路参数对加热能力和可靠性的影响机理进行研究。结果表明:加热元件的厚度决定了加热元件的热输出能力,而其余三个电路参数决定了加热元件的可靠性。本文的研究成果对高性能石墨加热装置的研制具有重要的支撑作用。

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    • 基于IMMKF算法的ADS-B监视应用目标跟踪

      2024, 15(1):182-190. DOI: 10.16615/j.cnki.1674-8190.2024.01.22

      摘要 (146) HTML (32) PDF 1.75 M (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:目标跟踪是机载广播式自动相关监视(ADS-B)应用的基础功能,对提升航空器周边的弱机动民航飞机目标跟踪性能具有重要意义。提出一种基于交互式多模型卡尔曼滤波(IMMKF)算法的ADS-B 监视应用目标跟踪方法。首先,针对弱机动背景下的民航飞机的飞行特点,建立包含匀速模型和标准协同转弯模型的运动模型集,并对模型进行线性化近似;然后,将模型预测和ADS-B 状态矢量量测数据作为IMMKF 算法中多个并行卡尔曼滤波器的输入,进行并行滤波;最后,计算得到目标状态矢量的估计和模型近似概率,并作为下一次迭代的输入。结果表明:相比于基于匀速模型的卡尔曼滤波目标跟踪方法,IMMKF 方法的位置跟踪误差降低了59%,速度跟踪误差降低了77%,显著提升了状态估计性能,具备较高的跟踪精度、稳健性与计算效率,在ADS-B 监视应用中具有实际应用价值与借鉴意义。

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