针对传统圆极化微带天线轴比带宽较窄的问题,提出了一种新型的超宽带圆极化印刷天线。该天线结构简单,仅由C型辐射贴片和改进后的地板组成。采用微带馈电模式,整个天线尺寸仅为25 mm×25 mm×1 mm。通过优化C型贴片和在地板上增加三角形和小长方形微扰结构,可以有效增加天线的阻抗带宽和轴比带宽。给出了天线的设计流程,从表面电流分布分析了圆极化天线的工作机理。加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明天线具有超宽的阻抗带宽和轴比带宽。天线的工作频带为4.4~11.6 GHz(相对带宽为90%),3 dB轴比带宽为3.6~11.3 GHz(相对带宽为103.4%)。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和卫星通信系统中。

高速隐身目标严重压缩了防空导弹雷达导引头的探测威力,尤其限制了线性调频波形在末制导过程中的应用,时频二维高分辨的检测优势被部分削弱。针对此问题,提出一种基于旋转降维的脉冲多普勒雷达主动导引头长时间积累算法,用于导引头对高速隐身目标的检测。该算法通过旋转变换,将回波信号矩阵中距离与速度的耦合去除,使得变换后矩阵在行、列方向相互独立,同时矩阵维度得到降低。对变换后的矩阵作傅里叶变换,得到峰值所对应的弹目相对速度,并对回波信号矩阵进行补偿。仿真条件下,此算法可以将导引头的截获灵敏度大大提高。

为提升带限高斯噪声干扰效率,以接收机码跟踪误差和星历误码率作为干扰效果评估指标,结合全球定位系统P(Y)码和M码信号的功率谱特点,对其不同干信比以及副载波调制相位下的最佳干扰带宽分别进行了理论公式推导和定量仿真计算。对拟采取的分布式带限高斯噪声干扰源功率合成问题进行了分析,得出增加干扰源数量虽然能减小合成功率〖JP3〗的相对损失量,但同时会提升合成功率出现小值风险概率的结论。因此,可按照实际所需的合成功率期望值设置最佳干扰带宽,选择数量适中、功率随机取值的分布式干扰源,进而达到提升干扰效率的目的。

针对传统波束成形计算复杂度过大的问题,提出一种基于集员共轭梯度的约束自适应波束成形算法。运用共轭梯度算法原理,在期望信号功率保留的约束条件下使输出方差最小,得到权重向量,避免计算输入信号的协方差逆矩阵,有效达到收敛。集员方法运用时变边界约束条件,实行数据选择性更新,减少计算复杂度。该算法运用集员方法和共轭梯度,避免重复计算,得到有效的权重向量,保证良好的收敛性能。又对算法进行计算复杂度和收敛性能分析。仿真结果表明,与其他传统算法相比,该算法在保证良好的收敛性能的同时,大大减少了计算复杂度。

针对利用雷达信号调制通信信息提高雷达低占空比脉冲发射形式下的通信速率时,信号自相关旁瓣较高的问题,提出一种基于非线性调频(nonlinear frequency modulation, NLFM)信号的雷达通信一体化信号形式。首先,结合连续相位调制(continuous phase modulation, CPM)建立了NLFM-CPM一体化信号模型。然后,根据雷达自相关性能准则与分辨性能准则,在匹配滤波的处理方案下,分析了一体化信号的调制参数对雷达探测性能的影响。最后,分析了调制参数对通信性能的影响。仿真结果表明,该信号在不损失雷达主瓣能量、距离与速度分辨率以及兼顾通信可靠性的前提下,可实现低于-35 dB的自相关旁瓣。

实测回波的弱目标检测往往面临复杂杂波环境,如信杂比过低、难以获取信杂比与杂波分布等先验信息,此时基于杂波建模的弱目标检测前跟踪(track-before-detect,TBD)方法会遇到困难。针对上述问题,本文提出一种新的用于未知强杂波实测数据的弱目标检测算法。依据未知分布、边缘环境等特点通过改进的最大值恒虚警进行杂波预处理,通过压缩多普勒-距离二维数据避免多帧积累使杂波在同一分辨单元产生强度叠加,最后在时间-距离空间改进基于动态规划的TBD算法解决多帧联合后杂波在不同距离单元的范围扩展,消除虚警。实验结果表明,本文算法相比常规方法具有更高的检测概率及更低的估计误差。

随着雷达技术的快速发展,低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)条件下的雷达目标信号提取越来越重要。传统的脉冲压缩算法在低SNR条件下作用不明显。提出了一种新的在低SNR条件下的雷达目标回波信号提取算法。该算法在传统脉冲压缩算法的基础之上,采用小波变换对脉冲压缩后的信号进行分解,提取信号高频信息的小波系数。再用改进的小波变换模极大值算法对信号的高频信息进行去噪,然后重构信号的高频信息,最后再重构完整的雷达目标回波信号。仿真结果表明,该算法能够有效地去除噪声,提取出雷达目标的回波信号,相比于脉冲压缩算法及其他算法性能得到了很大的提升。

针对高超平台前斜视合成孔径雷达地面动目标检所面临的许多问题:巨大的距离走动量和多普勒中心偏移、严重的距离-方位二维耦合、回波信号的多普勒频谱折叠以及包络偏移等,本文提出了一种基于高超声速平台前斜视SAR双通道杂波抑制方法。首先进行距离走动校正和距离脉压,完成距离-方位二维解耦合,并补偿距离向通道相位偏差实现距离向包络对齐;然后进行三阶方位线调频傅里叶变换(chirp Fourier transform, CFT)充分压缩回波信号的多普勒带宽,并补偿方位向通道相位偏差实现方位向包络对齐;最后,在距离脉压-方位CFT域通过偏置相位中心天线方法抑制静止杂波并保留运动目标回波。该方法可以解决回波信号方位多普勒谱折叠的问题,还可以将运动目标的最小可检测速度减小一半。

宽带雷达回波能提供高距离分辨能力,有助于实现高精度目标跟踪。但高分辨导致的目标回波分裂效应和距离跨越效应给目标检测和关联提出严峻挑战。为此,提出一种基于层次聚类的宽带目标点迹凝聚方法,实现群目标场景下检测点迹的自适应凝聚。进一步地,提出了一种基于全局运动补偿的航迹起始方法,克服传统方法在宽带航迹起始过程中补偿效果差、航迹多分枝等缺陷。最后,采用群目标场景仿真验证了本文宽带点迹凝聚和航迹起始方法的有效性。

针对信息化条件下作战体系中装备种类繁多、关系复杂的问题,以敌方目标为牵引,提出了一种基于作战环和改进信息熵的体系效能评估方法。将装备和关联关系抽象为节点和边,根据节点的战技指标确定边的度量指标,构建了基于作战环的作战体系网络模型。提出了基于邻接矩阵的作战环数量确定方法和基于改进信息熵的作战环效能评估方法,根据各目标节点参与的作战环数量及其效能,建立了作战体系效能评估模型。以某打击大型水面舰艇作战体系为例进行分析,结果表明所提方法充分考虑了各装备和关联关系的异质性与不确定性,能够全面客观地评估体系效能,为作战体系效能评估和结构优化提供方法支撑。

为了解决传统可靠性建模方法无法刻画装备体系复杂性及对装备体系完成任务概率进行准确评估等问题,提出了一种面向任务流程的装备体系完成任务概率离散事件仿真评估方法。该评估方法中,采用过程流网方法对装备体系任务流程进行建模,并对过程流网扩展了时间和资源等元素,引入活动影响因子,梳理子任务及活动间逻辑关系。采用离散事件仿真方法建立装备体系完成任务概率仿真评估模型,生成实体执行仿真过程,将进入导致任务成功的端点的实体数量与生成的所有实体总量的比记为完成任务概率,设置仿真时钟记录实体执行每项活动的时间,求平均值记为任务平均时间。最后,以某典型陆军作战体系为例,说明所提出方法的可行性。

无人机集群协同态势觉察一致性是集群协同作战获取信息优势的重要条件,基于此提出了基于变权区间数Heronian算子的集群态势觉察一致性评估方法,用于多种(作战仿真)情况下集群协同态势觉察一致性分析。首先,结合集群协同作战需求,从完备性、准确性等方面对一致性评估指标进行建模;然后,考虑多时刻指标数据的不确定性,构建非线性处理的区间决策矩阵,利用变权理论求取权重;最后,考虑指标的关联性,使用区间数加权Heronian平均算子集结指标数据,利用集结的区间数表征集群态势觉察一致性。结果表明,所提指标及方法可以有效分析集群协同态势觉察一致性。

针对无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle, UCAV)战术机动动作数学表征困难,机动生成的计算实时性要求高的主要问题,分析了战术机动轨迹建模的基本原理;提出了战术机动轨迹建模的基本思路;设计了基于UCAV运动动力学模型的机动轨迹最优控制方案;建立了基于遗传算法的飞行操控量求解策略。针对操控量求解的实时性问题,基于径向基核函数神经网络,提出了以适应度函数为预测和评判标准的机动飞行操控量快速求解方法,从而建立了初始状态、性能指标与机动飞行操控量的非线性映射模型,实现了机动轨迹的快速生成和机动曲线的精度控制,并通过仿真验证了该方法的有效性。

无人机“精准农业”任务要求无人机能够响应环境信息进行自主决策,从而完成喷绘任务。首先,研究了面向作业要求的空间属性设计规则,根据精准作业条件属性因子的值域分布特点及其样本密度,提出了一种基于高斯分布密度的反正切属性精细离散方法。然后,利用粗糙集属性依赖度的算法求解属性约简,去掉冗余的属性,获取精准作业的粗糙决策规则表。最后,通过试验验证了粗糙决策方法的合理性和准确性。

近年来通用航空发展迅速,由此引发的安全问题日益引起重视。但是由于通用航空器种类繁多,样本之间的差异性较大,传统的统计分析技术在通用航空风险预测方面就显得无能为力。提出一种基于稀疏降噪自编码神经网络的通用航空风险预测方法,稀疏降噪自编码模型(sparse de-noising auto-encoder,SDAE)可以学习相对稀疏简明的数据特征,更好地表达输入数据。利用收集到从2012年1月至2015年12月共48个月各个不同事件发生原因的其他不安全事件总数量,建立民航事故征候万架次率的神经网络预测模型,将其他不安全事件的发生与事故征候联系起来。通过实例说明,构建的SDAE模型可以根据输入的其他不安全事件的数量对当月的事故征候万架次率做出较为准确的预测。

针对具有多种形式不确定偏好信息的双边匹配问题,考虑匹配主体后悔规避的心理行为,提出了一种基于后悔理论的双边匹配方法。首先,将双边主体给出的不确定偏好序和不确定语言偏好信息转化为效用值。然后,依据后悔理论,计算每个主体的后悔值,获得每个主体的感知效用。在此基础上,建立双边匹配模型。最后,通过云制造服务外包匹配问题的案例证明了双边匹配方法的合理性。

针对决策问题的灰色系统特征,引入三参数区间灰数对评价指标进行度量。从类型一致化和无量纲化这两个方面着手对评价矩阵进行标准化。考虑到三参数区间灰数的上下界与重心点的影响,给出了基于可能度的三参数区间灰数排序方法以及三参数区间灰数距离测度方法。在此基础上,提出了基于三参数区间灰数的逼近理想解排序(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)决策方法,并用实例验证了其科学性与有效性。

针对模型参数不确定性问题,提出了一种考虑质量损失和制造成本的多响应参数和容差并行设计策略。首先,根据模型参数不确定与设计变量容差,构建多响应的质量损失函数;其次,通过试验数据建立容差成本模型,进而构建参数和容差并行设计的优化目标函数;然后,根据多目标优化算法得到最优参数和容差的Pareto解集,并采用单因素多元方差分析进行容差配置;最后,通过实际案例分析表明,该方法不仅改善了模型的预测性和稳健性能,而且获得了质量损失与制造成本之间的最佳平衡点,与传统的方法相比,能够在显著降低总成本的同时提高产品质量。

The airbreathing hypersonic vehicle (ABHV) is a typical vehicle which has multidimensional nonlinear restrictions and intricate coupling. Due to the strong coupling interactions and multidimensional nonlinear restrictionists,the flight powered by scramjet is a critical phase of reference trajectory, guidance and control designing. Therefore, the development of a reasonable ABHV model is inevitable. The existing models of integrated aircraftscramjet are difficult for control design directly，and also can not be used with a numeric model together. To achieve the goal of exhuming the potential applications and expanding flight feasibility of ABHV,and improving the efficiency and robustness of ABHV from the overall level, based on the working mechanism and numerical model of scramjet, the performance and protected model of scramjet is researched, and the control oriented model of ABHV is developed. 

为提高低成本小视场星敏感器在全天自主星图识别模式下的识别成功率,提出一种基于最优路径特征的多视场星敏感器星图识别方法。通过多视场观测星图的星图间识别,得到融合后的星图,设置随机分布在星图中主星邻域内各星的蚁群,以迭代的方法得到遍历各星的最优路径,以路径的几何特征作为与导航星库进行匹配的依据。与现有方法相比,该方法表现出高识别率以及针对位置和亮度噪声良好的鲁棒性。

针对地磁场模型精度低而引起的低轨卫星导航精度不高问题,提出了一种利用地磁、太阳光、光谱红移多源信息融合的低轨卫星自主导航方法。设计了基于地磁/光谱红移/太阳光信息的联邦自适应无迹卡尔曼滤波器(federal adaptive unscented Kalman filter,FAUKF)滤波自主定轨方案,提出了利用FAUKF滤波,选取太阳光矢量与地磁矢量的夹角的余弦值、地磁场强度、光谱红移信息为观测量,来估计卫星的速度和位置。仿真结果为位置精度465.38 m,该算法的精度要高于单纯的地磁导航,滤波的收敛性和稳定性较好,导航误差不随时间累积,有工程应用价值。

针对长基线水声定位系统中信标位置漂移误差难以识别和估计的问题,分析了长基线水声定位系统中同步式测距系统时钟同步误差和应答式测距系统信标漂移误差的等效性,提出一种对有效声速系统误差进行修正的单信标测距定位算法。在此基础上提出一种在不掌握声场环境信息时可以有效识别信标漂移误差的长基线定位算法,利用有效声速分布范围对信标漂移误差进行识别,基于航迹融合后轨迹对固定信标位置漂移误差进行估计和修正。试验结果表明算法提高了长基线系统的定位精度和鲁棒性。

在行人导航系统中,零速修正(zero velocity update, ZUPT)方法能够准确计算出速度误差和水平姿态角误差,但是航向角误差却因其不可观难以估计而极易发散。为了解决航向角误差极易发散的问题,提出了零积分航向角速率(zero integrated heading rate, ZIHR)修正方法。推导发现在零速状态下相邻航向角差值和陀螺的漂移及航向角误差存在一定的关系,将此差值作为量测值,在ZUPT的基础上扩展一维量测,将卡尔曼滤波得到的估计值进行反馈校正。通过多组微机电系统(micro-electro mechanical system, MEMS)实物实验验证:提出的ZIHR修正方法能够很好地解决MEMS 惯性器件漂移导致的误差累积问题,多组实验的定位误差均小于总行程的2%。

在认知无线电网络中,高效且准确的频谱感知是必不可少的一个环节。针对传统机器学习算法在频谱感知训练慢的难题,提出一种基于卷积神经网络的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)频谱感知方法,将深度学习在图像处理上的优势应用到OFDM信号频谱感知中。该方法首先分析OFDM信号的循环自相关和频谱感知模型,对循环自相关进行归一化灰度处理,形成循环自相关灰度图;然后以LeNet-5网络为基础设计卷积神经网络分层地对训练数据进行学习,提取出更加抽象的特征;最后将测试数据输入到训练好的卷积神经网络模型,完成频谱感知。仿真实验表明,该方法能够完成OFDM信号的频谱感知,在低信噪比条件下具有较高的检测概率。

针对跳频电台指纹特征差异细微、对噪声影响敏感,同时非合作条件下跳频信号的识别训练标签数据不足问题,提出了一种基于合作表征分类器(collaborative representation classifier, CRC)的半监督条件下跳频电台指纹特征识别算法。以跳频电台开机瞬态信号的包络特性作为电台个体的指纹特征,利用对噪声“不敏感”的高阶累积量估计来抑制噪声;通过构造半监督条件下的CRC实现对未标定训练数据的有效利用。实验表明,与传统有监督训练相比,该方法在抑制噪声的同时,能够充分利用未标定训练数据特征,对目标特征具有更高的识别率。

针对低信噪比下二进制偏移载波信号的组合码序列以及信息序列盲估计问题,在未知时延下,利用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)算法估计出的组合码序列及信息序列,其最大奇异向量和次大奇异向量之间可能存在酉模糊现象。对于该问题的研究,提出一种改进的SVD方法对最大奇异向量及次大奇异向量进行线性组合,接着最优化筛选出其相应的系数矩阵,最后结合系数矩阵估计出组合码序列与信息序列。仿真结果表明,改进的SVD算法可同时应用于组合码和信息序列的估计且不受未知时延的影响,具有消模糊效果好、需要数据量少和抗噪性能强的特点。

为提高网络的有效覆盖率,提升对目标区域监测的质量,提出一种基于深度可调节节点的水声网络部署优化算法。算法中节点通过深度调节形成以sink节点为根节点的树形拓扑结构,实现网络的全连通。以最大化有效覆盖为目标,以保证节点间的有效连通为约束条件对节点覆盖的最优位置进行求解,优化节点部署。仿真结果表明,所提算法较基于voronoi图的深度调节算法和传感器节点深度调节进行自我部署，以实现最大化覆盖的部署算法。两种基于深度调节节点的算法实现了有效覆盖率的明显提升,在节点数量为60、感知半径为0.8 km时,有效覆盖率分别提高了11.87%和12.59%。同时网络中节点的平均连通度更高,拓扑结构更稳定,在动态的水声网络中性能更好。

针对退化型失效的复杂装备系统,提出基于隐图解评审技术(hidden graphic evaluation and review technique,HGERT)网络模型来进行系统可靠性预计和评估的方法。图解评审法(graphic evaluation and review technique,GERT)网络中的节点代表装备失效过程中正常状态到失效状态的转移,通过传感器将反映系统隐性状态的性能特征参数进行量化输入,从而将GERT网络中的各个劣化状态节点进行展开。应用Viterbi算法对模型参数进行解码和学习,确定退化型失效系统状态转移概率。将装备运行中所处的工作应力、环境载荷等影响性能衰退的因素作为输入,将关键性能指标退化量作为输出,建立装备性能退化的一般控制模型并将其作为GERT网络活动传递的随机变量。借助于信号流图理论对参数进行解析,监测系统处于不同状态时的性能退化水平,为故障预测和装备健康管理提供支持。案例通过对铣床性能退化量的分析,证明所构模型的可行性和合理性。

针对大规模多阶段任务系统(phased-mission system, PMS)的可靠性求解,引入并行计算思想,通过分析传统的一致化方法(uniformization method, UM),基于Nvidia提出的CUDA(compute unified device architecture)架构,实现了基于图形处理器(graphics processing unit, GPU)的UM并行算法(GPU-UM),并采用合并访问和共享内存技术,提高了GPU中数据负载的利用率;PMS中不同阶段参与任务的设备及其数量通常会发生变化,导致阶段间依赖性处理困难。通过对新设备加入、已有设备暂时退出任务或完全退出任务等3种基本情况的分析,提出了阶段间状态映射机制,实际中的阶段变化情况更加复杂,可综合上述3种基本情况进行处理。通过算例对比了GPU-UM、CUDA-UM、传统UM和Krylov子空间等4种算法的计算时间和可靠性结果,分析表明GPU-UM算法的计算耗时优于其他方法,且结果精度也能满足可靠性计算需求;同时,通过对比分析UM算法和Krylov子空间算法与仿真方法的结果误差,表明提出的阶段间映射机制能够正确处理PMS中阶段间的复杂依赖关系。

给出了综合考虑系统结构、库存备件量和故障件维修周转等因素影响下的系统可用度计算模型。将由并串混联系统和备件组成的广义系统按功能划分为工作系统与库存系统两个子系统,通过引入备件平均到达率反映库存系统对工作系统的影响,并据此分别建立备件充足与缺货时的工作系统状态转移关系。利用二项分布表征期望备件短缺数的概率分布函数以计算库存系统备件的缺货概率,进而根据全概率公式计算得到系统可用度。示例表明:所提模型针对单部件串联系统所得结果比已有模型更为精确;其次,在库存备件量及维修周转时间的影响下,多部件子系统串联时并不比单部件串联时的可用度高,且可用度曲线随着库存量的增加并不是严格单调递增的凸曲线。