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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2025 Vol.26 No.1 P.1-86
Research Articles
Xinyue LU, Min LIAO, Xiaomei XIE, Hao QIU, Feng YUAN, Zhe LUO, Chunlin FAN
DOI: 10.1631/jzus.A2400271 Downloaded: 620 Clicked: 1027 Cited: 0 Commented: 0(p.1-20) <Full Text><PPT> 157
1东南大学移动信息通信与安全前沿科学中心，移动通信全国重点实验室，中国南京市，210096
2紫金山实验室，中国南京市，211111
摘要：无线通信由于固有的开放性和广播特性，容易遭受恶意窃听和攻击。时延对齐调制作为一种新型符号间干扰消除技术，能避免复杂的信道均衡或多载波传输。特别地，时延对齐调制不仅可以消除接收机的符号间干扰，还能在其他位置引入符号间干扰，因而在安全通信方面具有应用潜力。本文研究了基于时延对齐调制的近场安全通信。首先，当Alice天线数目远大于Bob和Eve的多径数目时，得益于近场非均匀球面波带来的渐近正交特性，简单的时延补偿和最大比发送逐径波束赋形能实现无符号间干扰和无信息泄露通信。随后，通过设计迫零逐径波束赋形以实现无符号间干扰通信，并表征相应的安全速率性能。对于存在残余符号间干扰的一般情形，进一步提出安全速率最大化的时延对齐调制逐径波束赋形设计方案。仿真结果表明，相较于基于人工噪声的正交频分复用基准测试方案，时延对齐调制能以更低的峰均比实现更高的安全速率。
关键词组：近场；非均匀球面波；时延对齐调制；无符号间干扰通信；物理层安全；安全速率
Dynamic performance of a high-speed train exiting a tunnel under crosswinds
Yanlin HU, Xin GE, Liang LING, Chao CHANG, Kaiyun WANG
DOI: 10.1631/jzus.A2300610 Downloaded: 775 Clicked: 1398 Cited: 0 Commented: 0(p.21-35) <Full Text><PPT> 149
机构：1西南交通大学，轨道交通运载系统全国重点实验室，中国成都，610031；2中车青岛四方机车车辆股份有限公司，中国青岛，266000
目的：高速列车在强风环境驶出隧道会受到突变气动载荷影响。本文旨在探讨风速和风向对车辆气动特性和动力学性能的影响，研究横风和隧道综合影响下车辆运行的安全性，以期为工程实践提供参考。
创新点：1.探究了风向对车辆驶出双线隧道时的气动特性和动力学响应的影响规律；2.通过列车-轨道耦合动力学模型确定了影响行车安全的风速限值。
方法：1.采用已验证的建模方法建立高速列车驶出隧道的气动特性分析模型，并计算列车驶出隧道过程中作用于车身的时变气动载荷；2.根据车辆实际动力学参数建立列车-轨道耦合动力学模型，并分析时变载荷影响下车辆的动力学响应特征；3.统计与分析不同风速和风向条件下车辆的轮轨安全性指标来确定影响行车安全的风速阈值。
结论：1.作用于头车的气动载荷冲击最大，且与风速呈较明显的正相关关系；2.双线隧道近墙侧来风可引起更大幅度的瞬态气动载荷变化，所以对行车安全影响更大；3.突变气动载荷可引起车身0.5~3.0 Hz的低频晃动，且风速超过20 m/s将使头车运行的安全性迅速恶化。
关键词组：高速列车；空气动力学特性；动力学性能；横风；数值仿真
Expansion mechanism of sulfate attack on cement-treated aggregates under freeze–thaw cycles
Qi WANG, Jiankun LIU, Xu LI, Pengcheng WANG, Jingyu LIU, Mingzhi SUN
DOI: 10.1631/jzus.A2300590 Downloaded: 655 Clicked: 1589 Cited: 0 Commented: 0(p.36-49) <Full Text><PPT> 134
机构：1交通运输部公路科学研究院，中国北京，100088；2中山大学土木工程学院，中国广州，510006；3北京交通大学土木建筑工程学院，中国北京，100044；4隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室，中国广州，510275；5中国铁道科学研究院集团有限公司，中国北京，100081
目的：近年来，我国季节冻土区多条无砟轨道线路的水泥处理集料在硫酸盐侵蚀下发生了膨胀变形问题，引起了轨道结构持续上拱病害，严重影响了线路的运营。本文考虑冻融循环次数、温度梯度、材料配比等因素，对冻融循环和硫酸盐复合作用下集料的硫酸盐侵蚀膨胀变形条件、规律和主控因素进行研究。本研究对硫酸盐侵蚀条件下水泥处理集料膨胀变形的治理提供了重要的理论依据。
创新点：1.通过对填料的可恢复、不可恢复变形行为进行划分，实现对冻融循环条件下硫酸盐侵蚀水泥处理集料膨胀变形主控因素的定量化研究。2.试验发现，冻融循环条件下硫酸盐侵蚀水泥处理集料所引起的膨胀变形主要由化学侵蚀和盐分迁移所导致。
方法：1.考虑冻融循环次数、温度梯度和材料配比等因素，通过室内膨胀试验，对仅掺水泥、仅掺硫酸钠、以及同时掺入水泥和硫酸钠共三种条件下集料的膨胀变形条件和规律进行研究；2.考虑芒硝晶体、冰晶体、膨胀性矿物的生成以及水盐迁移等作用，通过对填料的可恢复、不可恢复变形行为进行划分，对膨胀变形主控因素进行定量化研究；3.通过电镜扫描测试，对硫酸盐侵蚀水泥处理集料生成物的微观形貌特征进行研究。
结论：1.冻融循环条件下硫酸盐侵蚀不含水泥集料，膨胀变形主要由周期性的冻胀和盐胀，以及盐分迁移所导致；对于硫酸盐侵蚀水泥处理集料而言，膨胀主要由化学侵蚀和盐分迁移所导致。2.通过电镜扫描可以观察到，在硫酸盐侵蚀水泥处理集料过程中有大量针尖状矿物生成。
关键词组：硫酸盐侵蚀；冻融循环；膨胀；水泥处理集料；主控因素
Segmented predictor-corrector reentry guidance based on an analytical profile
Hui XU, Guangbin CAI, Chaoxu MU, Xin LI, Hao WEI
DOI: 10.1631/jzus.A2300102 Downloaded: 968 Clicked: 1355 Cited: 0 Commented: 457(p.50-65) <Full Text><PPT> 146
机构：1火箭军工程大学，导弹工程学院，中国西安，710025；2天津大学，电气自动化与信息工程学院，中国天津，300072
目的：近年来，高超声速滑翔飞行器由于其全球快速到达能力和超强的机动性，在世界范围内引起了极大的关注。制导问题是高超声速滑翔飞行器应用于航空航天领域要解决的首要问题。本文主要针对再入制导问题中常用的预测校正制导方法进行改进：1.克服传统积分式预测校正计算耗时长的问题；2.改善解析式方法由于简化较多导致制导精度不理想的问题。
创新点：1.设计新的高度能量剖面进行倾侧角解析推导，为预测校正迭代环节提供良好初值。2.解析推导剩余航程，极大提高了计算效率，缩短预测校正环节计算时间。3.提出分段制导和自适应制导周期策略，进一步提升了制导精度和计算效率。4.充分的仿真实验验证了本文的方法能够快速、准确和鲁棒地获得制导指令，具有在线应用的潜力。
方法：1.建立高超声速滑翔飞行器再入运动模型，定义能量变量，对再入运动模型进行降阶。2.解析推导剩余航程与能量和倾侧角之间的解析关系式。3.选择能量阈值，分段求解倾侧角指令；在第一阶段，距离终点较远时，采用解析预测校正方法求解倾侧角；第二阶段，距离终点较近时，等距试测法进行倾侧角求解。4.提出自适应制导周期策略，灵活调整制导周期，提高制导精度。5.设置航向角偏差走廊，得到倾侧角指令符号，给出完整倾侧角指令。6.分别设置三类实验验证该方法的有效性、精确性和鲁棒性。
结论：1.本文提出的方法能够解析推导出倾侧角和计算剩余航程。2.所提方法能够有效提高再入制导指令计算效率，计算时间缩短两倍以上。3.实验结果表明，本文算法能够高效地得到精确的制导指令；蒙特卡洛实验验证了本文方法具有较好的鲁棒性。
关键词组：高超声速滑翔飞行器；分段再入制导；解析剖面；自适应制导周期；再入轨迹
Yuming CUI, Songyong LIU, Zhengqiang SHU, Zhenli LV, Lie LI
DOI: 10.1631/jzus.A2300594 Downloaded: 785 Clicked: 1442 Cited: 0 Commented: 0(p.66-77) <Full Text><PPT> 111
机构：1江苏师范大学，机电工程学院，中国徐州，221116；2中国矿业大学，机电工程学院，中国徐州，221116
目的：钻臂定位精度是影响矿山巷道和工程隧道掘进效率和断面成型质量的重要因素。本文旨在探讨钻臂各关节误差的分布规律并通过算法对钻臂末端位置的误差进行预测和补偿，以提高三臂凿岩台车的钻孔定位精度。
创新点：1.针对直爆孔和斜爆孔，分别采用解析法和基于粒子群优化的全局搜索算法对钻臂逆运动学计算误差进行了估算；2.用改进的麻雀搜索算法优化反向传播（BP）神经网络来预测三臂凿岩台车钻臂的定位误差。
方法：1.采用改进的Denavit-Hartenberg法建立多自由度多臂系统的运动学模型，得到末端位置与各关节运动量之间的映射关系；2.基于粒子群优化的全局搜索算法对钻臂逆解误差进行估算；3.采用改进的麻雀搜索算法优化BP神经网络来预测三臂凿岩台车钻臂的定位误差；4.搭建钻臂自动控制试验平台，并进行钻臂定位误差补偿试验。
结论：1.直爆孔和斜爆孔可以通过不同的方法求出对应钻臂关节的逆解；2.采用改进的麻雀搜索算法优化BP神经网络来预测三臂凿岩台车钻臂的定位误差，可将平均钻孔定位误差从9.79 cm降至5.92 cm，使误差降低了39.5%。
关键词组：多臂凿岩台车；运动学模型；神经网络优化；定位误差预测
Design and experimental validation of an electromagnetic launching mechanism for a tethered net
Zongming ZHU, Weihao LUO, Zongjing LIN, Yuzhe KANG, Maoying ZHOU, Ban WANG, Huawei QIN
DOI: 10.1631/jzus.A2300398 Downloaded: 640 Clicked: 1025 Cited: 0 Commented: 0(p.78-86) <Full Text><PPT> 138
机构：杭州电子科技大学，机械工程学院，中国杭州，310018
目的：目前柔性绳网捕获技术的主要发射方式存在发射效率低、产生的噪音大和产生的冲击大等不足。针对传统绳网发射方式的缺陷，本文旨在提出并设计一种基于电磁弹射的绳网发射装置，以期通过实验分析及可行性验证，为绳网发射技术提供一种新途径。
创新点：1.建立了弹丸在磁阻式线圈发射器工作时的理论模型，得到了弹丸出口速度与电解电容初始充电电压之间的关系；2.建立了弹丸飞行的动力学模型，并通过实验分析和验证了该模型的有效性；3.设计并制作了基于电磁弹射的绳网发射样机，并通过目标捕获实验验证了该样机的有效性。
方法：1.通过实验分析，验证磁阻式线圈发射器工作时的电流变化情况（图4）；2.通过对弹丸的运动学建模与飞行轨迹观测实验，模拟弹丸在不同连接方式下的运动规律（图5和6）；3.通过绳网发射样机对目标的捕获实验，验证其捕获目标的可行性（图7）。
结论：1.提高电解电容的初始充电电压可提高弹丸的出口速度；2.无论连接方式如何，随着发射角度的增加，绳网达到最大展开所需的时间逐渐增加；3.绳网发射样机捕获目标的成功率受发射角度、受网尺寸、发射样机与目标之间的距离等因素影响。
关键词组：电磁弹射；绳网发射；高空救援