提出了基于盲分离的空时联合处理抗复合干扰方法,旨在抑制兼有自卫式干扰和多个近主瓣干扰这类复合干扰。这类复合干扰在形式上可以分为噪声压制式(考虑多个近主瓣压制干扰)和转发欺骗式(考虑密集假目标干扰:包括近主瓣密集假目标干扰和自卫式密集假目标干扰)。新方法通过联合空域四通道(和差四波束)和时域双通道(相邻的两个脉冲重复间隔)得到空时联合通道作为接收通道,然后利用盲分离技术对空时联合通道内的混合信号进行分离,最终通过脉冲压缩处理来提取目标回波信号,以此达到干扰抑制的目的。新方法不需要信源的先验知识,容易工程实现。

针对真实信号协方差矩阵估计难以直接获取及低快拍条件下传统采样协方差矩阵存在较大误差的问题,提出了基于凸约束下泰勒估计的抗主瓣干扰波束形成算法。该算法首先利用凸约束下的泰勒估计法在低快拍数条件下对信号协方差矩阵进行估计。其次利用多信号分类算法进行波达方向估计,筛选主瓣干扰对应特征矢量。而后利用特征投影矩阵法对主瓣干扰进行抑制。最后,通过添加线性约束获得权值矢量进行波束形成。仿真结果显示,在低快拍数条件下,所提算法对信号协方差矩阵具有更高的估计精度,波束形成性能稳健且具有更高的输出信干噪比。

传统时延估计方法面临精度与分辨率的基本矛盾,难以一次性获得高精度无模糊的估计值。针对该问题提出一种基于干涉相位的两步法高精度无模糊时延估计方法。在得到信号互相位谱以后,首先利用Kalman滤波器增强干涉相位的抗噪声性能,在大频率孔径下得到无模糊低精度预估值,第二步利用该值作为先验模型引导单一频率上相时延的模糊度解算,在该步骤中充分利用信号频段内丰富的频率信息得到多个估计值,再采用基于中位数信任域的方法对多个结果统计平均,提升了频带利用率,并且进一步提高了估计精度。仿真结果验证了所提方法正确性和有效性,对于10 MHz且信噪比高于18 dB的信号,精度优于1 ps。

针对目前无人机基于景象匹配对目标定位精度低与速度慢,以及依赖任务设备的问题,提出了一种基于景象匹配的航摄影像二维定位方法。首先进行任务规划,来获取某固定区域的航摄影像。然后基于特征匹配算法来完成景象匹配。最后提出坐标解算及底图生成方法,来实现航摄影像二维定位。实验结果表明该方法提高了定位精度与速度,减小了对任务设备的依赖。因此,所提方法是一种有效的基于景象匹配的目标定位方法。

随着电磁环境的日益复杂和雷达辐射源信号类型的逐渐增多,如何有效地识别雷达信号类型成为一个重要的问题。为解决这个问题,提出了一种基于深度学习和集成学习的辐射源信号识别框架。该框架由特征提取和分类器设计两部分组成。第一部分,将雷达信号变换到时频域,利用栈式降噪自编码模型学习时频图像的特征。深度模型的训练采用无监督预学习和有监督微调相结合。第二部分,构造一个集成不同支持向量机分类器的模型对雷达信号进行识别。利用8种不同的辐射源信号验证了提出模型的有效性,结果表明结合这两种机器学习的方法有助于提高辐射源信号的识别正确率。

机动目标检测和精细化运动状态估计始终是雷达信号处理的热点和难点问题,基于时频分布的动目标检测方法难以同时获得高时频分辨率,且参数估计精度受搜索步长的限制。稀疏时频分布技术结合了经典时频分析技术和高分辨稀疏域信号处理的优势,是传统变换域处理技术的扩展。构建了短时稀疏分数阶表示域信号处理框架,并在此基础上,提出了两种雷达机动目标检测和估计方法,即短时稀疏分数阶变换和短时稀疏分数阶模糊函数,实现了时变信号的时间稀疏变换域高分辨表示。对海雷达目标探测试验验证表明,所提方法适用于复杂背景下雷达机动目标的探测,并能获得目标运动状态的精细估计。

针对雷达高分辨距离像(high resolution range profile, HRRP)目标识别问题,提出基于卷积稀疏编码与多分类融合(convolutional sparse coding and multi-classifier fusion,CSCMF)的识别方法。首先,该方法利用CSC方法对目标HRRP进行特征提取,同时实现数据压缩;然后,将测试样本的特征分别输入随机森林分类器、朴素贝叶斯分类器和最小值分类器进行预分类,得到3个预测标签。采用多数投票法对3个预测标签进行分类器融合,得到最终的识别决策。实验中研究了分类器融合方法。基于5种飞机目标的HRRP仿真数据进行了实验验证,实验结果表明该方法的分类准确率较高,而且对噪声有较强的鲁棒性。

分布式孔径相参合成雷达一个显著的特点是能够对目标进行收发全相参合成探测,实现能量的最大化利用。要实现对目标的相参探测,单元雷达布站需遵循一定的基线选择准则,分别从回波相关、信号相参、目标分辨和阵面遮挡4个方面给出了雷达基线的选择准则;在此基础上,通过理伦分析和仿真验证得出基线标定误差不会对联合阵列波束指向产生影响,即基线标定误差不会引入角度指向误差;最后分析了阵面指向误差对联合阵列天线方向图和联合天线增益的影响,由于引入了相位差,使得联合阵列天线方向图副瓣电平随着阵面指向误差的增大而逐渐抬升,同时,造成联合天线增益出现损失。

推导了合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)非相干干扰、一维卷积干扰和二维相干干扰成像前后的功率表达式,建立了成像处理增益(imaging processing gain,IPG)关于SAR系统参数和干扰区面积的关系模型和干信比(interference-signal power rate, ISR)方程。分析结果表明,在一定范围内,相干干扰的IPG随干扰区面积增大而减小,当一维卷积干扰的干扰区宽度大于SAR成像前距离分辨率时,其IPG与非相干干扰相同,当二维相干干扰的干扰区宽度和长度分别大于SAR成像前距离分辨率和方位分辨率时,其IPG与非相干干扰之比等于方位过采样率,3种干扰的ISR与IPG具有相同特性。仿真验证分析了所得出的结论。

针对实际作战中的复杂电磁环境,研究了数据丢包环境下的多传感器协同跟踪问题。首先分析了数据丢包的几种不同情况,分别建立了数据丢包模型,并针对不同的丢包模型提出了相应的补偿策略;然后建立了数据丢包环境下目标观测模型,推导了数据丢包环境下序贯扩展卡尔曼滤波算法;最后基于信息熵理论建立了数据丢包环境下的多传感器多目标跟踪优化模型,给出了离散粒子群求解算法。仿真结果表明,所提的丢包补偿策略具有良好的补偿效果,可以有效抑制数据丢包造成的滤波数据发散,保证目标跟踪精度。

研究了战场平台资源的动态调度问题,首先分析了该问题在动态调度过程中的约束条件,构建了以最小化使命完成时间为目标函数的数学模型,然后针对问题模型的特点,基于自适应遗传算法提出求解算法,最后结合具体算例对平台资源动态调度模型及其求解算法进行了仿真验证,仿真结果表明,求解方法可以有效应对处理任务新增和平台失效等突发事件并且具有较高的时间效率。

海上编队防空作战中,针对来袭目标威胁评估过程中不确定性因素较多、观测数据易缺失以及已有评估方法难以考虑动态威胁态势的问题,提出了基于离散动态贝叶斯网络云模型(discrete dynamic Bayesian networks cloud, DDBN-Cloud)的威胁评估方法。通过分析来袭目标特征,构建了目标威胁评估体系;为避免节点威胁属性值在小范围内连续变化所引起的重复计算,采用模糊逻辑理论将体系中的连续型变量转化为离散型变量;针对评估过程中指标数据缺失问题,采用前向信息修补算法进行信息预测修补;采用证据可信度对不确定性节点的先验概率进行赋值,使得贝叶斯网络(Bayesian network,BN)参数更贴合实际;最后,利用云模型将得到的威胁评估概率转化为确定的威胁度,实现由定性概念到定量数值的转化,进行威胁排序;仿真实验表明,该方法适用于目标数据缺失时的动态威胁评估,与静态贝叶斯网络云模型(Bayesian networks cloud, BN-Cloud)法和相对熵排序法相比,其结果更合理,具有一定的实用价值。

针对基于低轨预警系统的多目标跟踪,提出了兼顾跟踪精度与系统效率的传感器资源调度算法。首先,建立了目标跟踪模型。然后,以调度周期内后验克拉美罗下界(posterior Cramer-Rao lower bound,PCRLB)变化率、卫星切换率为指标,建立了传感器调度的混合整数规划模型,在此基础上,采用遗传(genetic algorithm,GA)模拟退火(simulated annealing,SA)混合算法对调度模型进行优化求解,提高了对解空间的搜索能力与求解速度。最后,仿真试验表明本文调度模型的正确性与GA-SA混合优化算法的有效性。

针对自由飞行条件下现行多机冲突解脱方法难以实时解脱,提出了一种基于合作博弈的多机冲突解脱方法。首先,研究了评价冲突解脱效果的指标,基于此提出了博弈中的效用函数;其次,构建了合作博弈冲突解脱模型,提出以联盟福利最优解均衡各参与人效益,并进行了论证;最后,在求解中利用粒子群优化算法缩短运算时间。在三机和六机冲突的仿真中,算法能剔除不满足安全间隔的策略后解算出使联盟福利函数最大的均衡点,根据偏好获得多机冲突解脱的最优策略方案。

为进一步发挥反舰导弹(antiship missile, ASM)的搜捕优势,结合ASM应用特点,提出ASM的区域射击方法。为使射击方案满足预定捕获概率、预定毁伤概率,并降低所需ASM总数,分别提出满足预定捕获概率的可用瞄准点间隔范围计算方法、对应最优毁伤概率的瞄准点间隔计算方法和ASM数量计算方法。在不同初始条件下,通过数值计算,与统计模拟法的结果和现有方法进行对比。结果表明,该方法具有较高的准确性,能够求解得到满足预定捕获概率与毁伤概率的射击方案;与现有方法相比,优化程度更高,并且可以给出更为完备的射击指挥参数以及射击方案求解流程,能够为ASM的战术应用提供更好的理论与技术支撑。

针对目前航空保障装备通用化和系列化程度低等问题,提出了基于重要度评估和改进多种群遗传算法(improved multi-population genetic algorithm,IMPGA)的型谱规划方法。该方法将专家知识体系和群体智能体系相融合,首先建立航空保障装备型谱重要度评估指标体系,然后采用结合熵权和灰色群组聚类的组合赋权模型,并将综合评估值视为型谱优先级排序实现型谱规划初步筛选,最后基于IMPGA将型谱重要度综合评估值与优化费用之比作为适应度进行各项遗传操作,在多次迭代中实现重要度综合评估值高和费用可控的型谱优化方案求解。通过型谱规划实例验证了该方法的有效性。

直觉模糊集(intuitionistic fuzzy sets,IFSs)的隶属关系表征并不完全适用于区间直觉模糊集(interval-valued intuitionistic fuzzy sets, IVIFSs),故其相似性测度模型与特征条件难以实现完全匹配。首先,运用记分函数和精确函数来刻画IVIFSs的特征条件,分析了现有IVIFSs相似性测度模型与特征条件匹配的冲突性;其次,基于其几何距离和重心设计了一种新的IVIFSs相似性测度模型;最后,通过理论证明和实证研究分析了该模型的优越性和应用价值。

在全球定位系统(global positioning system, GPS)/地磁组合测量方法的基础上,对组合测量过程中存在地磁测量盲区问题进行了研究分析。针对磁阻传感器在测量弹丸滚转姿态时因有可能出现的磁探测盲区而造成解算结果不准确的情况,提出了利用弹丸的速度倾斜角代替滚转姿态输出的思路,建立了基于GPS弹丸速度倾斜角的解算模型,根据GPS的量测输出信息,对弹丸的速度倾斜角进行测量解算,并对采用弹丸的速度倾斜角代替滚转姿态输出的可行性进行了理论验证。通过数值仿真计算验证了该解算方法的正确性,有效弥补了磁探测盲区出现时组合测量解算误差较大或无法解算的不足,在一定程度上提高了GPS/地磁组合弹体滚转姿态解算的精度。

针对固定翼无人机栖落过程的纵向运动,研究栖落轨迹跟踪控制问题及其相应的吸引域计算方法。首先将飞行器栖落机动过程的动力学模型沿参考轨迹线性化,并建立分段线性切换系统模型。在此基础上,结合最优控制理论与切换系统全局稳定分析方法,设计了栖落轨迹跟踪切换控制律。然后,为确定局部稳定区域从而保证飞行器能在预期时间内准确地栖落在目标区域,设计相应的平方和优化算法,计算了切换控制下的栖落轨迹吸引域。最后,对固定翼飞行器的栖落过程进行了仿真,仿真结果验证了所设计的跟踪控制器的有效性与所计算的吸引域的正确性。

为有效克服导弹自动驾驶仪动态特性对编队制导性能的不利影响,结合参数优化方法,提出基于参数优化的导弹编队控制一致性算法。将导弹自动驾驶仪等效为一阶惯性环节,在所建立的编队控制算法基础上,得到闭环制导控制系统方程,应用代数图论证明系统的渐进稳定性,在实现既定队形收敛的同时速度趋于一致。为进一步提高导弹编队系统性能,以编队各成员位置和速度的累计误差建立指标泛函,基于最优控制理论,提出算法中待定系数的优化方法。仿真结果验证了算法的有效性,适用于领从结构导弹编队队形的生成与保持。

针对X射线探测器的卫星自主导航应用,提出基于X射线源/地心矢量观测的航天器自主天文导航方法。研究了X射线源/地心矢量自主导航原理并给出自主导航系统方案。通过X射线源和地心矢量提取,合成了X射线星光角距和星光仰角观测模型。对X射线源矢量方位观测误差和地心矢量方位观测误差引起的系统观测量残差进行了理论分析,并将其建模为缓变量。建立了卫星运动状态方程模型，并将无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法应用于自主导航过程中,针对观测量周期与导航周期异步的情况给出了导航解算方案。近地圆轨道卫星的自主导航仿真结果验证了该方法的有效性。

设计适用于外部干扰抑制的无人机鲁棒故障检测与跟踪控制系统。首先,将舰载四旋翼直升机(quad-roto unmanned aerial vehicle, QUAV)建模为线性变参数系统(linear variable parameter system, LPVs),作为目标来进行系统设计。同时,为了进行故障检测和隔离,设计了一个强大的LPVs观测器,利用一组可行线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMI)给出保证系统渐近稳定和抗干扰鲁棒性的充分条件。此外,基于LMI区域的极点配置考虑观测器的增益设计。然后,通过观测器库考虑故障检测和隔离方案,检测和隔离传感器故障。其次,通过考虑比较器集成控制方案对反馈控制器进行设计。目标是设计鲁棒控制器,使QUAV无偏差跟踪设定位置。最后,通过在模拟模型中,对算法的有效性进行实验验证。

针对车载多传感器组合导航系统中传感器有效性动态改变,以及传感器存在异步和时延的问题,提出了基于因子图的INS/GNSS/OD组合导航算法。采用因子图方法对惯性导航系统(inertial navigation system,INS)、全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)、里程计(odometer,OD)进行建模,构建了INS/GNSS/OD组合导航系统因子图模型。采用变量消除算法将因子图转化为贝叶斯网络,并通过贝叶斯树的形式实现增量推理,确保了因子图算法的实时性。仿真结果表明,当传感器有效性动态改变,以及传感器存在异步和时延时,基于因子图的组合导航算法能够连续稳定地输出高精度的导航结果,满足了车载INS/GNSS/OD系统的要求。因子图算法具有很强的鲁棒性和灵活性,在处理多传感器信息融合问题中具有较大优势。

2011年,瑞典和意大利的科研人员第一次实现了利用传统电磁波和涡旋电磁波在相同频点进行无线通信的实验并取得了成功,被《自然》杂志誉为具有革命性的创新技术。虽然携带轨道角动量的电磁涡旋通信技术目前仍有争议,但科研人员仍致力于涡旋电磁提高通信系统容量的研究。对涡旋电磁通信的基本原理进行了阐释,对该技术的发展历史及现状进行了详细的论述,并展望了电磁涡旋技术的未来发展。

针对多波束移动通信卫星业务不均衡导致功放工作点不一致、功率利用率低等问题,首次提出数模混合自适应功率分配(adaptive power allocation algorithm based on digital and analog hybrid system,APA-DAH)方法。该方法实现了在卫星载荷发射总功率不变情况下,根据通信业务量自适应分配各波束的发射功率,并且所有功放的工作点基本一致,保证通信波束性能的同时极大提高了卫星载荷的功率利用率。针对APA-DAH多波束移动通信卫星载荷要求每个通道的幅度和相位分布完全一致,否则系统性能急剧下降问题,提出了适用于APA-DAH多波束移动通信的幅相一致性校准方法,该方法利用零相关序列具有优异的自相关和互相关特性,实现多通道快速校准,并且校准不影响正常通信性能。性能仿真和远场测试结果表明:在校准信号功率比通信信号功率低15 dB时,校准后的幅相一致性误差分别优于0.1 dB和0.3°,实测主瓣内增益损失小于0.35 dB。

基于传统多用户差分混沌移位键控(multiuser differential chaos shift keying, MU-DCSK)存在码间干扰而导致误码性能较高问题,提出了一种多用户循环移位差分混沌移位键控(multiuser cyclic shift differential chaos shift keying, MU-CSDCSK)通信系统。该系统根据用户数量将参考信号均分为N段并进行循环移位来传输不同用户,并利用Walsh码确保各用户传输信号严格正交。为进一步提高误码率性能,又深入分析了多输入单输出多用户循环移〖JP2〗位差分混沌移位键控(multiple input single output-MU-CSDCSK, MISO-MU-CSDCSK)。推导了在Rayleigh衰落信道下的误码率公式并进行仿真。结果表明,该系统能够有效的改善误码性能,具有应用价值。

针对现有多跳频信号参数估计方法构造的基字典与信号不匹配的问题,提出了基于原子范数的时频参数估计方法。首先定义无限原子集合并建立原子范数最小化模型,再利用其对偶问题完成对信号的估计,最后根据对偶多项式在单位圆上的绝对值完成信号频率的估计,通过统计频率分量的个数完成了信号跳变时刻的估计。仿真结果表明该算法在多跳频信号条件下能够得到比现有算法更高的估计精度和性能。

针对当前type-Ⅱ的准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low-density parity check, QC-LDPC)码中仅含有权重为2的循环置换矩阵而引入短环,导致迭代译码性能下降的问题,基于完备循环差集给出了近似双对角结构的type-Ⅱ QC-LDPC码的设计方法,该方法构造的奇偶校验矩阵由零矩阵,权重为1的循环单位阵和权重为2的循环矩阵组成,不但围长至少为8,而且还保留了type-Ⅱ QC-LDPC码具有更高最小距离上界的优点,从而使译码时可快速收敛。仿真结果表明:构造的type-Ⅱ QC-LDPC码在加性高斯白噪声(additive white Gauss noise, AWGN)信道下,采用和积(sum-product algorithm, SPA)译码时,码字无明显的错误平层且具有良好的纠错性能。

潜艇是海战中军舰的主要安全威胁,反潜成为海上作战的首要任务。为了更精确地探测潜艇的状态信息,提出基于动态数据驱动的反潜战系统目标探测方式,在仿真模型中融入真实测量数据,把反潜战仿真系统和真实系统相结合,使应用仿真与测量系统之间构成相互协作的动态反馈控制系统。考虑测量不确定性和杂波等因素,采用随机有限集(random finite set,RFS)实现反潜战系统的仿真建模,设计基于RFS的数据同化算法和测量控制方法。实验表明基于动态数据驱动的反潜战系统能够使仿真系统、反潜战系统和测量系统形成可行有效的动态数据驱动应用系统(dynamic data driven application system,DDDAS),并且能够实现对潜艇目标进行精确可靠地探测。

对舰船摇摆作用下弹丸炮口运动状态的变化进行分析,并选取合适的弹丸空中飞行模型和指标体系,建立舰炮武器射击精度分析模型;结合实际需求对仿真模型的可信度评判方法进行分析,综合考虑仿真样本相容性和试验样本的可信度;在利用试验数据对仿真模型进行可信度分析的基础上,建立考虑仿真可信度的舰炮武器射击精度贝叶斯估计模型,实现在有限样本的条件下利用仿真手段对舰炮武器射击精度进行合理估计的目的。设计对比试验对所建立的评估方法以及估计模型进行了验证,结果表明:(1)可信度评估模型能利用试验数据对仿真模型可信度进行有效评估;(2)设计的射击精度评估模型能综合利用仿真信息和样本数据的优势,实现有效估计。

针对同类产品在步进应力加速退化试验中观测数据,采用非线性Wiener过程,建立了带测量误差的加速退化模型;采用两步极大似然估计法,求解出退化模型中固定系数估计值和随机系数先验值;基于首达时的概率分布,推导出剩余寿命的概率密度函数近似表达式;引入随机系数贝叶斯更新方法,利用目标产品当前观测数据来更新随机系数后验值,实现剩余寿命预测结果在线更新;结合某型激光器仿真实例分析,验证了所建模型的正确性和优势。

在序贯任务过程中,在有限任务间隔时间约束条件下,以提高装备的任务可靠度为目标,建立了复杂串并联系统任务可靠度模型,以最小维修、预防更换和事后更换为可选维修策略,建立了总维修时间约束条件下以任务可靠度最大化为目标的选择性维修决策模型。采用遗传算法建立了选择性维修决策优化求解算法,解决了求解空间爆炸问题。案例分析表明,装备选择性维修决策模型及基于遗传算法的优化求解方法是有效的。

工程应用中,恒定应力假设很难满足,现场采集的退化数据也反应了随机应力引起的波动性。针对考虑现场环境不确定性影响的设备可靠性预测问题,为了给予现场检测数据获取更加真实可靠的可靠性推断结果,提出联系加速老化试验默许与考虑应力可变性的方法,通过退化率布朗运动模型的泰勒级数近似表示法预测现场可靠性,实现了随机应力下退化可靠性分析问题。通过仿真研究表明,该拓展模型得到并验证了产品在随机应力下的加速效应,并证明该方法是一种联系加速老化试验与现场应用的有效工具。