开展角闪烁噪声下的目标跟踪问题研究对提高传感器的探测性能具有重要意义,其中角闪烁噪声具有的非高斯特性是一个长期困扰研究者的难点。针对该问题,首先通过理论分析指出了容积粒子滤波(cubature particle filter,CPF)在角闪烁噪声下的性能缺陷。其次,基于高斯和滤波(Gaussian sum filter,GSF)框架和容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)算法,提出了适用于角闪烁下的高斯和容积卡尔曼滤波(Gaussian sum cubature Kalman filter,GSCKF)算法,该算法将目标后验概率密度用高斯密度加权求和近似,通过多路并行的CKF实现状态预测与量测更新,同时利用模型降阶算法限制高斯分量数目的增长,能应用于非线性、非高斯条件的状态估计。最后,设计了仿真实验对GSCKF和CPF的跟踪精度、鲁棒性和计算复杂度进行了对比。

针对认知无线网络中感知用户(sensing user, SU)之间协作效用低的问题,将联盟博弈论应用到频谱感知中,提出了一种基于联盟博弈的分布式协作频谱感知方法。该方法首先通过SU进行本地频谱感知,然后利用联盟形成规则将SU分成若干联盟,在单用户优先准则下进行联盟间信息交换,经过迭代形成稳定的联盟分区结构,最后融合联盟内的感知信息完成频谱感知。仿真结果表明,采取的单用户优先准则较传统合并分裂准则,灵活性更高,形成的联盟效用值更大,在协作频谱感知中提高检测概率的同时降低了虚警概率,具有更好的频谱感知性能。

信源数估计的性能直接影响着高分辨测向的精度。为提高估计方法的性能,提出一种基于模糊C类均值(fuzzy Cmeans, FCM)聚类的信源数估计方法。在此方法中,信号的协方差阵的特征值及其差值,对协方差阵酉变换得到的盖氏圆半径及其差值作为FCM聚类过程中的样本指标。最终判断样本归属时,引入容错概率的概念。在接受一定程度容错的前提下,提高了算法的性能。在不同噪声类型下进行仿真的结果表明,所提出的信源数估计方法性能较好。

月球轨道超长波天文观测微卫星(path finder of discovering the sky at the longest wavelengths,DSL-P)是国际首次开展绕月轨道超长波干涉技术验证实验。DSL-P工作频率1~30 MHz,其关键技术之一为宽带有源天线。介绍了DSL-P宽带有源天线的方案,重点分析其噪声特性,通过仿真和测试获取有源天线的噪声性能,分析宽带有源天线对系统设计指标的满足度。研究表明,用于超长波观测的宽带有源天线并不是传统意义上的被动天线和前置放大器的组合,其主要作用是阻抗匹配,并可兼顾噪声要求。

针对无线通信到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位技术位置解算为复杂的非线性方程最优化问题,采用实数编码遗传算法,提出了改进的自适应遗传算法。该算法设计了自适应交叉率和变异率的计算公式,考虑了随着进化代数增加种群的整体变化,同时考虑了每代种群不同个体适应度的作用,并引入最优保存策略防止优良个体的破坏,能有效产生新的个体进而摆脱局部最优值的搜索达到全局最优解。仿真结果表明,改进的遗传算法性能稳定,进化收敛速度和TDOA定位估计精度都有较大的提高。

针对较低信噪比条件下二进制偏移载波信号的捕获问题,提出了一种基于批处理和TeagerKaiser(TK)算子的联合捕获算法。该方法首先对接收信号和组合扩频码进行批处理和平均处理,并将接收信号转换到频域进行多次循环移位;然后,将得到的最佳频偏补偿序列与组合扩频码进行圆周相关运算得到最大相关值;最后,引入相关峰能量最大值与次大值的比值作为门限判决变量,比较了所提 TK算子法、差分相干累积算法和批处理算法的检测概率。仿真结果表明,在同一条件下,TK算子法检测概率比差分相干算法提高了约2 dB,比批处理算法提高了约6 dB,并减少了捕获时间。

针对红外场景仿真效果评估困难的问题,提出了基于自学习框架的评价方法。首先,从仿真图像与实际图像视觉对比的角度提出了面向图像视觉相似的红外场景仿真效果评价指标体系,用于量化评价过程;其次,提出以极限学习机(extreme learning machine, ELM)为核心建立评估模型,建立包括蒙特卡罗样本仿真、ELM评估网络及自更新仿真样本评估模型等3部分在内的自学习框架来生成仿真样本、强化对ELM的训练;最后,针对实际样本数量较少的问题,在此框架基础上提出了包括样本评定、自学习、评估模型测试3个阶段在内的仿真图像相似性评估方法,实现了从样本生成到评估过程的自动化。实验结果表明提出的自学习框架能够显著提高评估模型的正确率,而且训练后的评估模型适用性强,可独立自主进行红外场景仿真效果评估。

当前弹载雷达普遍采用和差通道体制,在超低空目标检测应用中,由于超低空目标与地海面存在严重的电磁耦合场,形成的镜像虚假目标出现在训练样本中,会造成目标信号相消,严重恶化协方差矩阵估计和动目标检测性能。针对此问题,提出了在目标及其临近空时二维域进行幅相联合多点约束的稳健空时自适应处理(spacetime adaptive processing,STAP)方法,实现了STAP二维响应的主瓣保形,克服了目标污染造成的动目标检测性能损失,提高了多普勒估计的精度和稳健性。针对弹载雷达前视阵配置带来的杂波谱扩散问题,则通过最小二乘法进行补偿。仿真实验验证了所提方法的有效性。

针对经典可变区域拟合(regionscalable fitting,RSF)模型无法分割合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像的问题,提出了一种基于指数加权均值比(ratio of exponentially weighted averages, ROEWA)算子的改进RSF局部活动轮廓模型。算法首先以SAR图像目标边缘的ROEWA算子的负指数函数为边缘指示函数,对区域可伸缩能量项和弧长项进行加权,消除了原模型中梯度算子对于乘性相干斑满布的SAR图像边缘检测失效的弊端,还防止了目标弱边界的泄漏,避免了边界缺失;其次在零水平集演化的偏微分方程中加入权系数可变的面积项,提升了算法在目标边缘处的自适应捕获能力,同时也提高了算法对目标多层轮廓的检测能力,并且最大化地保留了目标的外轮廓;面积项的可变权系数可根据目标的ROEWA算子的模值来自动调整大小,很好地保持了目标的边缘细节。改进算法不受初始轮廓的影响,对相干斑噪声不敏感,且实验证明算法的计算复杂度仅与图像的尺寸有关。通过对合成与真实的SAR图像数据进行实验,验证了所提方法的直观性和有效性。

针对非正侧视阵训练样本非均匀导致自适应处理性能下降这一问题,提出了基于迭代自适应方法的角度多普勒补偿法及改进方法。通过迭代自适应方法找到各距离门的主杂波所处的空域和多普勒域的中心位置,之后对待检测单元的训练样本数据进行角度多普勒补偿。由于全空时域的功率谱估计搜索速度慢,搜索精度低,为此提出了局部搜索的快速迭代自适应功率估计算法和网格重构的迭代自适应功率估计算法。通过仿真实验及分析证明了所提方法的有效性,同时随着谱估计方法的改进,该方法的性能也会得到提升。

针对模板匹配(template matching, TM)应用于未知干扰规则库时干扰决策正确率低问题,提出基于迁移成分分析-支持向量机(transfer component analysissupport vector machine, TCASVM)的干扰决策方法。对空-空场景机载多功能火控雷达,提取雷达信号特征,构建雷达干扰规则库及未知威胁数据集,通过迁移成分分析把两个样本集的特征映射到同一低维隐藏空间,提取样本隐藏空间特征,经过支持向量机训练,实现对未知威胁数据集的干扰决策。实验结果表明:所提方法有效提高了干扰决策正确率,TCA-SVM出色的学习及泛化能力,较好地解决了干扰规则库未知条件下干扰决策问题。

提出了基于l1正则化的多通道滑动聚束合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)稀疏成像算法。该方法将偏置相位中心天线(displaced phase center antenna,DPCA)技术和l1正则化策略结合来解决非均匀采样带来的方位模糊问题,并利用方位距离解耦算法降低计算复杂度。当非均匀度较大时,所提方法相比于基于多普勒频谱重建的匹〖JP3〗配滤波器组方法能更有效抑制方位模糊,具有更大的距离向测绘带宽潜力。该方法能有效抑制噪声和旁瓣,提高目标背景比,从而提高成像性能。通过仿真和实际数据实验,验证了所提算法的有效性。

面向体系贡献率,总结了武器装备体系贡献率评估的研究现状并分析了研究的技术难点,对基于作战环、复杂网络、证据推理、灰靶理论、贝叶斯网络、结构方程模型、探索性分析等目前用于评估武器装备体系贡献率的方法进行了综述,对比分析了不同评估方法的优缺点。从装备体系构成及贡献率评估特点出发,采用基于作战环和复杂网络的武器装备体系评估方法,能够全面反映装备在体系作战中的各类关系,支持从体系的角度对武器装备的贡献率进行多维度评估,更能贴近评估装备对于体系贡献的衡量。

针对三维空间中的多智能体参与的追逃博弈问题展开研究,提出了一种基于追踪器、逃逸器以及防御器3个智能体参与的追逃博弈模型。在该模型下,通过引入零控脱靶量的方法降低了系统的维数和计算复杂度;采用模糊综合评估的方法对追踪器的目标函数进行设计,结合微分对策理论,得出追踪器的最优控制策略。仿真对比结果表明:在追踪器控制量占优势的情况下,提出的最优控制策略可以使追踪器绕开防御器并且捕获逃逸器;在追踪器控制量不占优势的情况下,提出的最优控制策略可以延长追踪器被防御器拦截的时间。

为了克服随机规划、模糊规划以及不确定规划期望值模型在实际应用中的局限性,基于乐观值和悲观值,提出了新的不确定机会约束规划模型。首先,根据目标函数的分类,分别定义了收益函数和成本函数的乐观值与悲观值,并在此基础上建立了不确定机会约束规划Maximax、Maximin、Minimin和Minimax模型;其次,给出了不确定机会约束规划模型的等价转化方法,将无法直接求解的不确定模型转化为可直接求解的等价确定模型,并分析了乐观值和悲观值随信度水平变化的规律;最后,以西安市某快递营业网点出行时间计划问题为例,对本文提出的模型、方法以及信度水平的影响进行了分析,指出信度水平实际上反映了决策者的风险偏好程度,实例结果表明本文提出的模型及方法具有可行性、有效性和实用性。

针对传统目标分配算法不能求解大规模资源目标分配的组合规划难题,提出了一种基于数学归纳法的资源目标分配算法。建立了资源相同条件下的目标分配数学模型。通过逐步增加资源和资源预分配的方法,不断从每次迭代的预分配方案中选择最优的分配方案,极大地降低了分配问题的搜索解空间和计算复杂度。以无人机协同区域搜索为典型应用案例,分别设计了对比实验和性能实验。仿真实验结果表明，该算法可以保证得到目标分配问题的全局最优解,并且在大规模资源分配中具有很好的实时性。

多机种战时的出动架次系统是一个复杂的离散事件系统,适合运用Petri网理论对其进行建模。本文运用Petri网理论构建多机种战时的出动架次模型,应用着色Petri网(coloured Petri nets,CPN) Tools软件仿真模拟基层级的维修保障过程,重点分析通用性维修保障设备的配置对多机种同场次出动架次率的影响,并以多机种的出动架次率为优化目标,获得通用性保障设备的最优配备比(保障设备数:飞机数),最后对影响多机种出动架次的因素进行敏感性分析。同时对优化配置模型进行了案例验证,可为作战部门进行保障设备数量的最优化配备提供有效的理论支持。

武器系统作战能力评估是数据结构复杂的多属性决策问题,具有重要的军事意义。针对武器系统作战能力评估时评估信息形式不统一、指标数据聚合困难以及不同性质指标无法对比分析等问题,提出了主客观相互嵌合的多属性效用评估方法,采用了基于心理活动规律的常数构造效用函数,建立了基于生产函数的指标效用聚合模型。首先,基于小组决策的方法,提出将距离优化模型与多专家评估权重有机结合,得到基于群体共识的有效指标权重。其次,考虑评估信息形式不统一、不同属性指标数据无法对比分析等问题,基于心理活动特点,构造了3类效用函数,将武器的各类数据信息统一转换为效用。最后,针对指标数据聚合困难的问题,基于生产函数的特点,建立了符合能力增长规律的效用聚合模型。案例分析表明:本方法能有效评估出主战坦克作战能力,且各指标数据均具有客观性和可对比性。最后分析了我国主战坦克能力增长途径,为装备改进以及新装备研制提供了参考。

随着军事信息通信技术的不断进步和联合作战军事信息系统的发展,由多种网络融合构成的多元态网络空间逐渐成为军事信息网络环境的主要呈现状态。在多元态军事信息网络空间中,不同元素节点对于安全风险的抵御能力、传播能力不同,单一的基于互联网模型的风险传播模型难以有效描述这种差异并真实反应风险传播规律。针对这一问题,构建多元态军事网络空间模型,通过改进经典的节点中心性计算方法,并设定节点传播因子和感染因子,实现对多元态军事网络空间节点的区分描述,并在此基础上仿真推演其传播规律,为军事网络空间风险的隔离与防控提供依据。

为满足导弹打击目标的落角、时间与过载约束,设计了一种双圆弧轨迹和相应制导律。在初始速度方向角和终端落角的约束下,利用双圆弧的相切关系推导了双圆弧轨迹的解析形式及其可行解集。根据双圆弧轨迹结果由切点决定的特征,推导得出使轨迹满足过载约束、终端约束或能量最优的切点选择方法。之后利用圆弧几何特性和弹目相对运动关系,设计了不依赖弹目距离信息的双圆弧制导律。数值仿真结果表明,双圆弧制导律能够满足复杂约束,且与最优制导律相比,可获得能量最优性相当的结果。

针对多约束条件下的中末制导交班问题,提出一种考虑自动驾驶仪动态特性的滑模中制导律。首先,建立了考虑自动驾驶仪一阶动态特性的弹目运动模型,根据该模型设计非奇异终端滑模面,并采用自适应滑模趋近律设计有限时间收敛的中制导律。其次,采用扩张状态观测器估计目标机动信息,并将估计值应用于非奇异滑模中制导律中。最后,基于有限时间理论分析了中制导律的有限时间收敛特性。数值仿真结果验证了所提中制导律的鲁棒性强,引起的交班误差小。

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末制导段,考虑自动驾驶仪二阶动态特性与攻击角约束,基于模糊自适应逼近与动态面控制提出一种末制导律。构建二维弹目相对运动模型,运用扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角的跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端动态面滑模,设计模糊自适应系统逼近变结构项,削弱自动驾驶仪的控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了闭环系统中视线角的跟踪误差与视线角速率均一致最终有界。仿真实验表明:该制导律使制导炮弹在打击具有不同加速度形式的目标时,均具备较好的末制导性能。

针对传统惯性导航系统/超短基线定位系统(inertial navigation system/ ultra short base line, INS/USBL)组合导航利用绝对位置做观测信息存在导航精度较低,且噪声异常引起抗干扰能力弱的问题,提出基于相对信息观测量的INS/USBL非线性组合导航方法。以INS解算的应答器相对于INS在基阵坐标系下的入射角、斜距信息与超短基线输出的入射角、斜距信息之差作为观测量建立量测方程。在改进SageHusa算法基础上采用容积规则,设计一种适用于非线性系统的自适应容积卡尔曼滤波估计器。仿真结果表明,该方法定位精度较传统方法提升2.4倍,在噪声异常情况下,滤波收敛,组合导航性能稳定。

针对船速与艏摇角速度均不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪问题,考虑在海洋环境扰动未知,提出一种带非线性观测器的动态面自适应输出反馈控制方法。该方法通过对系统模型进行坐标变换,设计非线性观测器估计船舶的速度向量;采用动态面技术可处理反演法对虚拟控制量求导导致的“微分膨胀”问题,减少计算量;同时采用自适应律估计海洋环境干扰的界值,从而防止参数漂移。利用Lyapunov函数证明该控制律可保证船舶轨迹跟踪误差的一致最终有界性,仿真结果证明了所提出控制方法的有效性。

针对网络控制系统(networked control system,NCS)诱导时延具有的时变、随机、非线性等特点,提出了一种相空间重构与鲁棒极限学习机(robust extreme learning machine,RELM)的时延预测算法。首先利用0-1测试对时延序列进行混沌特性检测,再通过改进关联积分法确定重构延迟参数和嵌入维数,进而对时延序列进行重构,新的样本更能真实反映时延变化特性。以重构后的时延序列为训练样本,同时,考虑异常值的稀疏特性,运用RELM进行时延序列预测。该方法具有学习速度快、泛化性能好、可有效降低异常值影响等优点。

针对无线总线替代有线总线所带来的网络实时性和吞吐量下降的问题,充分利用无线信道提供的众多信道,在媒体接入控制(media access control, MAC)层提出了一种多信道调度算法。该算法在星型拓扑下将每个通信周期分为载波侦听多路访问(carrier sense multiple access,CSMA)阶段和时分多址(time division multiple access,TDMA)阶段。在CSMA阶段,基于不同优先级的灵活接入使得节点间发生碰撞的可能性大大降低。在TDMA阶段,基于全局队列的最早截止时间优先(earliest deadline first, EDF)调度使得信道利用率明显提高。仿真结果表明:提出的多信道MAC调度算法可以有效提高网络的实时性和吞吐量。

线性扰码通常由线性反馈移位寄存器生成,非合作通信方需要对扰码参数进行盲估计才能恢复信息序列。为了有效解决扰码重建算法的适用性问题,通过对Walsh Hadamard变换的扰码重建算法性能进行理论研究,分析影响扰码重建算法性能的相关因素。首先,基于假设检验,分析了反馈关系检测的误判概率,将误判概率解析表示为接收数据量、信源有偏性和反馈多项式重量的函数;其次,在误判概率给定的情况下,进行了数据量需求分析;最后,讨论了算法复杂度,为工程应用和下一步进行线性扰码重建算法研究提供理论依据。

针对成对载波多址(paired carrier multiple access, PCMA)信号的幅度估计问题,提出了一种联合累积量代价函数与高次方法的估计算法。算法通过求解累积量代价函数的最小值,得到两路信号分量的幅度比,然后利用高次方法估计强信号的幅度值,最后利用强信号的幅度值与两路信号分量幅度比计算弱信号幅度值。重点研究了频差、过采样倍数对算法估计性能的影响。仿真实验表明,该算法复杂度低,抗噪性能强,相比现有算法,本文算法性能受两路信号分量幅度比影响不大,对于对称型、非对称型PCMA信号的幅度估计均可适用。

根据目前基于身份的跨域认证过程中域代理(domain agent,DA)数量有限的特点,针对该跨域认证过程中计算复杂的问题,采用信任和基于身份密码体制相结合的方式,提出了基于信任的用户跨域访问信息服务实体(information services entity,ISE)资源的算法。该算法首先完成用户在DA的身份认证,然后采用提出的信任度判断方法进行信任度的判断达到双向认证的目的,最终实现用户跨域访问ISE。仿真结果表明,信任度的判断方法有效地实现抵抗“恶意”DA的攻击,同时该基于信任的ISE跨域认证方案与基于身份的跨域认证方案相比,计算量减少,通信开销降低。

开展多态装备复杂系统可靠性建模、分析与评估研究,对于降低装备研制风险、优化保障系统建设、提升装备使用效能,具有重要作用。常规多态系统可靠性分析与评估体系,局限于马尔可夫指数分布状态跃迁历程假设,建模精度与解算可信度受限。突破指数分布技术瓶颈问题,构建半马尔可夫跃迁历程下多态系统可靠性建模、分析与评估体系,并针对船用机电耦合多态发电系统,实现新体系下可靠性建模、分析与评估的典型案例研究。研究表明,新体系可改善机、电类元器件强耦合复杂系统结构的多态可靠性刻画精度,有效规避系统的设计风险和使用风险;有助于实现装备配套保障系统建设的优化决策目标;对于装备系统设计人员与使用人员,具有重要的理论分析价值与工程应用价值。

皮纳卫星具有研制周期短、采用商用货架式器件的特点,无法完整沿用传统大卫星通过底层元器件或部组件搭建系统可靠性模型计算整星可靠性的方法。针对上述问题,提出了基于试验数据的皮纳卫星可靠性评估体系。通过对机理不同的硬件和软件故障分别建模的方法,实现了ZDPS-2卫星的可靠性评估。对卫星的硬件故障数,基于顺序约束模型和贝叶斯参数估计方法进行拟合,并考虑了不同试验环境对卫星工作环境的等效因子。ZDPS-2卫星硬件可靠性水平估计为3月末0.85。对卫星的软件故障采用加入变点的非齐次泊松过程模型拟合,并选择Logistic模型作为测试覆盖率模型。ZDPS-2卫星软件故障拟合结果,平均无故障时间为217 h。ZDPS2卫星试验结果证实,可靠性满足增长试验设计的要求和任务需求。

针对以往研究利用指数分布等典型分布导致系统可靠性建模约束条件过于严格的问题,以包含n个单元的温储备可修系统为研究对象,考虑系统具有单一维修台,采用可近似拟合任意分布的Phase-type(PH)分布构建了一种描述能力更强的系统可靠性模型,假设工作单元、备用单元寿命和维修时间分别服从不同的PH分布,得出了系统稳态可用度、系统平均连续工作时间、维修台故障单元到达率等一系列可靠性参数的解析表达式。最后,通过算例分析验证了该方法的正确性和适用性。