基于特征提取的飞机结冰严重程度识别分析

1、基于特征提取的飞机结冰严重程度识别分析1引言飞机在结冰气象条件下飞行时，飞机的机翼、尾翼、玻璃、发动机进气道、空速管等部件的外表容易结冰，结冰会造成飞机的飞行重量增加，破坏飞机的气动外形，影响飞机的气动特性，严重时甚至会酿成飞行事故。西方国家很早便开始对飞机结冰进展了深化研究，中国近年来也逐步意识到此项研究的重要性并开展了一系列的研究，但到目前为比，大多数传感器只能给出关于结冰厚度的单一信息，少数可以得到结冰速率，无法获得对评定飞机结冰严重状态所需要的其他更细微和更全而的信息。本文开展了一种简单实用的新思路，通过研究多个结冰传感器和温度传感器所集成的形式识别型飞机结冰探测新技术，研究对探测器输

2、出测量空间进展特征选择和提取的根本方法，建立结冰严重状态特征空间，利用支持向量机，解决飞机结冰严重状态分类问题。2结冰严重状态特征空间2. 1飞机的结冰参数飞机结冰是指飞机外表某些部位聚集了冰层的现象。当飞机在具有结冰条件的环境中飞行时，机体外表、前缘等部位都可能产生不同程度的结冰。通过总结分析发现，结冰量大小、结冰范围和结冰形状结冰主要与大气中液态水含量、环境温度、水滴直径、云层范围等气象参数有关。除气象因素外，飞机的结冰机理还主要受过冷却水、机体外表温度、飞行时间、速度以及迎角的影响。可见飞机结冰是一个相当复杂的过程。通常可以用结冰强度和结冰程度来衡量结冰的危险性。同时，飞机的结冰冰型也是

3、影响飞机飞行性能的重要结冰参数。2. 2结冰对飞机性能的影响飞机结冰会严重破坏机翼和尾翼的流谱平滑度。机翼流谱平滑度的破坏会致使升力系数Cl减小，阻力系数CD增大，升阻比急剧下降;尾部结冰会使临界迎角减小，操纵效率下降，俯仰力矩系数CM减小。所以飞机结冰后，速度范围、爬升率和升限都会减小。飞机结冰还会不同程度地影响飞机的稳定性、发动机性能以及续航性能等。2. 3多维信号的测量空间的特征选择和提取在飞机上的关键位置选择假设干个测量点(图中为13个测量点)，选择不同类型的传感器获测量点处的信息，传感器输出信息为电压信号V1 ,V2 ,Vs , . Vn。利用这一组电压信号构成原始的测量空间为巨V1

4、,V2,V3T.由所得到的原始的测量空间经过运算，可以得到飞机结冰测量的特征空间:矩阵八的值由详细的传感器决定，可以通过实验数据得出。华中科技大学自主研发的平头光纤式结冰传感器对冰厚的响应曲线图，冰厚信息可以通过传感器测量曲线标定拟合后测出。结冰冰型可由华中科技大学自主研发的楔形光纤式传感器分辨困。结冰位置信息由传感器的安装位置决定，n个传感器共有(2N-1)种可能的结冰位置。温度信息可由现今已非常成熟的测温技术获取。可知，转换矩阵八完全由传感器的种类、特性、安装位置决定且可以计算得出。2. 4建立结冰严重状态特征空间现有结冰强度的定义是指，冰在飞机部件外表上形成的速度。为了在实际应用中可行，

5、可采用新的思路:结冰严重程度可以决定飞机飞行的平安状况，因此我们将飞机飞行的参数作为结冰严重状态特征空间。飞机飞行平安由许多因素决定，这里选取几个主要的参数，包括升力系数Cl、阻力系数CD、俯仰力矩系数CM，建立结冰严重状态特征空间巨.该结冰严重状态特征空间，可以由飞机结冰测量的特征空间求解:由于不同机型的流体外形不同，结冰对不同机型的影响也不尽一样，因此转换矩阵B的求解需要有针对某一机型进展的大量飞行实验数据的支持，得出完备的经历公式，就能用计算机快速计算得出。3支持向量机3. 1支持向量机原理支持向量机是Come和Vapnik于1995年首先提出的，它在解决小样本、非线性及高维形式识别中表

6、现出许多特有的优势。3. 2多类分类问题最初支撑向量机是针对两类分类问题提出的，而实际上人们经常遇到的是多类问题。本文采用的方法是:通过某种方式构造一系列的两类分类器并将它们组合在一起来实现多类分类，即每次将多类问题分解为一类对其余，每次仍然解一个两类分类问题，这样只需要训练。二值分类器就可以得到分类结果，分类速度相对较快。4利用结冰严重程度向量识别飞机结冰严重程度4. 1飞机结冰严重程度分类与识别美国等西方国家对结冰严重性分类有各自的标准，本文根据飞机结冰对飞机性能的影响将结冰严重程度划分为末结冰状态、轻度结冰状态、中度结冰状态、重度结冰状态共4个严重程度。4. 2构建飞行平安函数利用前文所得到的结冰严重状态特征空间构建飞行平安函数来判断飞机飞行的平安状况。 首先利用式(1)、式(2)将实验所得的测量数据转化为结冰严重状态特征空间。5结语本文通过提取飞机结冰严重状态特征空间信息，采用基于支持向量机的方法解决了飞机结冰严重程度的识别问题。可以看出飞机结冰严重状态特征向量的建立将传感器测量向量与实际飞行平安状况联络起来，并能方便地构造出飞行平安函数对结冰严重程度进展识别。本文理论在实际应用中还需要大量的飞行实验数据支持，假设本文思路