(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111592986.2 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 申请人 中国特种飞行器 研究所 (72)发明人 吕宏强　王明振　刘学军　曹楷　 王凡　胡奇　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 代理人 苏一帜 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 用于楔形体入水冲击加速度预测方法及系 统 (57)摘要 本发明实施例公开了一种用 于楔形体入水 冲击加速度预测方法及系统， 涉及水面飞行器水 载荷设计领域， 能够改善目前方案中的楔形体入 水冲击试验周期长、 试验成本高的问题。 本发明 包括： 服务器接收客户端发送的初始数据， 并建 立楔形体入 水冲击响应模型。 采集楔 形体入水冲 击的原始试验 数据， 利用所述原始试验数据获取 样本数据， 从所述样本数据中提取训练样本数据 和测试样 本数据。 将所述初始数据输入 所述楔形 体入水冲击响应模型， 并利用所述训练样本数据 训练所述楔 形体入水冲击 响应模型。 将所述测试 样本数据输入训练后的所述楔形体入水冲击响 应模型并得到输出结果， 之后根据所述输出结果 检测模型精度。 权利要求书3页 说明书10页 附图13页 CN 114398718 A 2022.04.26 CN 114398718 A 1.一种用于楔形体入水冲击加速度预测方法， 其特 征在于， 包括： S1、 服务器接收客户端发送的初始数据， 并建立楔形体入水冲击响应模型， 所述初始数 据至少包括： 所述客户端设定的楔形体的落水状态参数， 所述楔形体的落水状态参数至少 包括： 所述楔形体的半展宽、 底部斜升角、 结构弹性模量、 落水高度和结构重量； S2、 采集楔形体入水冲击的原始试验数据， 利用所述原始试验数据获取样本数据， 从所 述样本数据中提取训练样本数据和 测试样本数据； S3、 将所述初始数据输入所述楔形体入水冲击响应模型， 并利用所述训练样本数据训 练所述楔形体入水冲击响应模型； S4、 将所述测试样本数据输入训练后的所述楔形体入水冲击响应模型并得到输出结 果， 之后根据所述输出结果检测模型精度， 其中， 当所述模型精度未达到所述预设模型精度 时， 更新所述训练样本数据并重复执行步骤S3至步骤S4， 直至所述模型精度达到预设模型 精度。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在步骤S1中包括： 所建立的楔形体入水冲击响应模型表示 为： 其中， 输入参 数与所述楔 形体的落水状态参数一致， 包括： b表示楔形体 半展宽、 α 表 示底部斜升角、 E表 示 结构弹性模量、 H表示落水高度、 M表示结构重量， 输出参数包括： 触水时刻T1、 加速度峰值时 刻T2、 加速度不变时刻T3、 总时间T4、 在时刻j的加速度值aj， j表示时刻值。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 在步骤S2中， 所采集的楔形体入水冲击的 原始试验数据， 包括： 所述楔形体入水冲击过程的砰击加速度响应， 其中， 所述砰击加速度 响应表示 为一条实时记录的连续曲线， 所述连续曲线划分为T1、 T2和T3段。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤S2， 利用所述原始试验数据获取样 本数据的过程中， 包括： 对所述原始试验数据进行插值构造处理， 得到所述样本数据， 其中， 所述插值构造处理 包括： 其中， xi表示通过插值所得样本数据的输入， yi表示通过插值所 得样本数据的输出， x0表示原始输入中插值区间的最小值， y0表示原始输出中插值区间的最 小值， i表示插值 所得样本数据的下标， xn表示原始输入中插值区间的最 大值， yn表示原始输 出中插值区间的最大值， n表示原 始样本中插值区间最大值的下 标； 在对所述原始试验数据进行插值构造处理的过程中， 还包括： 添加随机噪声来模拟实 际误差， 其中， 添加随机噪声的方式包括： 其中， εi表示所述随机噪声， 表示 添加随机噪声后样本数据的输出， yi表示待添加随机噪声的样本数据的输出， i表示样本数 据的下标， N表示高斯分布。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114398718 A 25.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤S2中， 从所述样本数据中提取训练 样本数据和 测试样本数据的过程， 包括： 在获取样本数据后， 建立样本空间， 其中， 所述样本空间中包括： 楔形体的落水状态参 数与入水冲击加速度特性的对应关系； 对所述样本空间中的样本进行随机抽样， 得到所述训练样本数据和所述测试样本数 据。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 对所述样本空间中的样本进行随机抽样， 包括： 确定取样 规模n0后， 在所述样本空间中， 将每一维的变量xi的定义域区间[li， ui]分成n0 等份， 从而所述所述样本空间n0×n0个超立方体， 其中， 在每一维中将维度 上的坐标点作为 变量xi， li为维度的下限， ui为维度的上限， i 为维度下 标； 随机生成一个n0阶矩阵U， 其中， 在U中包括{1,2, ,…n}的随机数全排列； 之后， 在矩阵U中的每一行， 随机取一个样本点， 共得到n0个样本点。 7.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 在步骤S3， 利用所述训练样本数据训练所 述楔形体入水冲击响应模型的过程中， 包括： 通过高斯过程回归模型进行训练， 并在每一次训练迭代的过程中， 比较所述楔形体入 水冲击响应模型的误差， 直至误差最小， 其中， 所述误差为所述楔形体入水冲击响应模型预 测的砰击加速度值， 与实际加速度值之间的误差， 在每一次训练迭代开始前更新高斯过程 回归模型的核函数和核函数类型和超参数。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述楔形体入水冲击响应模型预测的方 式， 包括： 其中， X表示训练样本数据中的落水状 态数据， Y表示训练样本数据中 的入水砰击响应数据， X*表示测试样本数据中的落水状态数 据， Y*表示测试样本数据中的入水砰击响应数据， K表示落水状态数据的协方差矩阵， 表 示落水状态数据高斯分布的方差值， I表 示单元矩阵， N表 示高斯分布， 协方差矩阵K(X,X)＝ {k(xp,xq)}， k(xp,xq)为高斯过程回归 模型的核函数； 在所述核函数中， xp表示样本数据p， xq表 示样本数据q， σf表示超参数， λ表示超参数， 核函数的值θ ＝{σf, λ }。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 在步骤S4中， 根据所述输出结果检测模型 精度的过程， 包括： 分别采用绝对误差(absolute  error)、 相对误差(relative  error)和均 方根误差(root‑mean‑square error)， 对所述楔形体入水冲击响应模型进行精度评价； 在对所述楔形体入水冲击响应模型进行精度评价之后， 生成结果对比曲线图并向所述 客户端输出， 其中， 所述结果对比曲线图中记录了所述输出结果的加速度响应曲线和实际 结果的曲线。 10.一种用于楔形体入水冲击加速度预测系统， 其特征在于， 包括： 服务器、 客户端和实权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114398718 A 3