在分析微弱信号条件下残余多普勒对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)信号捕获影响的基础上,提出了基于迫零(zero forcing,ZF)频率误差修正的GNSS信号捕获算法,该算法将ZF的频率修正与快速改进的双块零扩展(fast modified double block zero padding, FMDBZP)算法有机结合,从而获得高精度的频率估计结果,并将修正项实时引入本地环路振荡器,减少了由多普勒频率误差引起的相关功率损失,理论分析和仿真实验表明,在给定仿真条件下,该算法能明显提高捕获性能,捕获灵敏度相对于FMDBZP算法有1.2 dB的性能提升,残余多普勒频率估计的标准差小于2 Hz。

前期发展的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)双频载波和差联合跟踪算法存在双频信号载噪比不一致情况下双频信号跟踪稳定度和跟踪精度较差问题,对此提出了优化改进的算法。针对实际应用中共星双频信号存在的信号载噪比不同情况,优化原有双频载波和差联合跟踪环路结构,基于载噪比模型计算GNSS双频信号在双频载波和差联合跟踪环路中的加权值,利用该加权值实现共星双频信号的载波和差联合跟踪。算法理论分析和仿真结果表明,优化后的基于载噪比模型加权的GNSS双频载波联合跟踪算法更加适用于实际应用条件,能够提高原有算法在双频信号载噪比不一致情况下共星双频信号跟踪稳定性和跟踪精度。

从雷达目标和环境特性的模拟需求出发,对无源散射单元进行了定义及分类,分析了电磁散射特性可控技术的本质特征,介绍了常用的可控方法,并从外形控制技术、材料控制技术、雷达吸波材料技术、频率选择表面技术以及等离子技术5个方面对电磁散射特性可控方法的国内外现状进行了剖析。结合工程需求,阐述了该领域所面临的问题与挑战,简要展望了发展趋势。

针对存在脉冲无意调制特征时的特定辐射源识别问题,在时域对个体辐射源建模,并分析了无意特征在特征空间形成的分量对个体识别的作用。首先在时频域提取了奇异值作为特征描述,接着建立了联合协作表示模型并引入Tikhonov矩阵约束增加类间区分度,提取了特有分量表示系数,最后依据最小分类残差实现有监督的特定辨识。仿真中利用具有脉内无意调制的3种辐射源进行分析,实验结果表明提出的方法能有效识别无意幅度和相位调制特征,且在信噪比为10 dB时能达到80%以上的正确识别率,具有泛化建模意义。

临近空间高超声速机动目标具有高速、高机动的运动特性,协同转弯模型是跟踪临近空间目标的常用模型之一。基于协同转弯模型的自适应网格交互多模型(adaptive grid interaction multiple model, AGIMM)算法能够较好地适应临近空间高超声速目标运动特性,但AGIMM算法存在着依赖中心网格模型,非机动时刻模型集收敛缓慢的问题,基于此提出了一种基于机动判别的变结构交互多模型算法。所提算法根据目标机动特性调整跟踪模型集的结构及模型概率转移矩阵,加快了非机动时刻模型集的收敛速度,克服了AGIMM算法存在的问题。通过蒙特卡罗仿真验证,改进的算法相对于AGIMM算法提高了对临近空间高超声速目标的跟踪性能。

压制式干扰是广播式自动相关监视(automatic dependent surveillancebroadcast, ADS-B)系统面临的最常见且最有威胁的干扰之一。提出基于稳健协方差矩阵估计的ADS-B压制式干扰抑制算法。首先,考虑了ADS-B信号的脉冲特性,将协方差矩阵的求解转化成凸优化问题。然后,利用求解凸优化问题得到的稳健协方差矩阵设计最优权矢量。最后,对观测信号进行空域滤波,完成ADS-B的压制式干扰抑制,并对抑制结果进行性能分析。提供的仿真实验结果也验证了算法的有效性,该方法不需要知道ADS-B信号来向,且在非高斯噪声情况下同样有效。

针对超短波通信中特定信号的识别问题,提出一种将时频谱图和卷积神经网络相结合的超短波特定信号识别方法。该方法首先对特定信号进行短时傅里叶变换得到时频谱图,然后使用时频谱图对改进的卷积神经网络模型进行训练,最后测试网络模型,实现超短波特定信号识别。实验结果表明,该方法对特定信号的识别率能达到98%,在信噪比为0 dB时仍能达到97%的识别率,并且在混叠50%时识别率达到了90%。相比传统算法,该方法具有更好的抗低信噪比和抗混叠干扰能力,验证了卷积神经网络在特定信号识别领域的有效性,为该领域的后续研究奠定了基础。

机弹双基前视合成孔径雷达(airplanemissile bistatic forwardlooking synthetic aperture radar, AMBFL-SAR)为协同作战中导弹俯冲末段全程二维高分辨成像的精确制导提供了解决方案。由于机弹平台相差甚远的动态特性,传统单一平台近似规划方法已不再适用。针对该问题,首先分析了AMBFL构型下的二维分辨特性,得出不同弹目距处的主要矛盾;然后在二维分辨率和分辨单元面积双重指标约束下,利用发射机参数对系统分辨能力的影响规律,提出飞机飞行轨迹设计方法。该方法设计出的轨迹可有效满足成像指标要求,且利于各平台的制导控制。最后,通过仿真结果验证了该算法的有效性。

对于近场散射测试中存在多次耦合目标,从近场数据外推远场雷达散射截面时,需要完备的双站散射信息。传统的双站散射测试方法中,远场观测点的数目等于扫描面上的天线数目,测量所需时间成倍增加,难以工程化。因此,根据截断角域的选取原则,结合采样间隔设计了一种“一发多收结合转台旋转”的近场散射测试方法,用以验证“多发多收”双站模式的近远场外推方法的有效性和误差大小。通过在微波暗室对二面角进行测试,验证了该外推算法的正确性以及实验系统的可行性。

为了在有源干扰条件下对目标到达角精确估计,提出一种二维多通道平面相控阵雷达自适应单脉冲波束合成方法。利用平面相控阵方向图的正交性,沿阵列一个方向分别合成和子阵及差子阵,对子阵输出进行自适应处理,可以在其正交方向上形成零点,同时抑制旁瓣及主瓣干扰,并保证该方向上和、差波束不发生畸变,确保该方向的测角精度。仿真结果验证了算法的有效性。

针对激光雷达低空风切变信号图像的类型识别问题,提出了一种基于深度卷积神经网络(deep convolutional neural network,DCNN)的多层特征提取及自适应融合算法。该方法可以有效解决网络逐层训练过程中信息丢失的问题。首先,采用DCNN提取低空风切变信号图像的各层网络特征,并将各特征进行L2范数标准化实现同趋化。其次,将其以多通道图像形式输入单层CNN进行自适应融合,将融合特征送入支持向量机进行分类识别。结果表明,采用所提算法进行低空风切变图像类型识别的平均识别率为98.1%,与其他4种算法相比均有提升。所提算法能更有效地实现低空风切变信号图像类型识别。

针对浮空式角反射体新型无源干扰器材的末制导雷达目标识别问题,对其雷达截面积统计特征及识别模型进行研究。采用理论推导方式依次构建浮空式角反射体及其阵列雷达截面积模型,利用SolidWorks建模仿真软件和三维电磁场仿真软件,对两型舰艇目标进行三维建模和电磁仿真;考虑到雷达截面积随观测角度变化起伏性较强的特点,通过统计手段提取浮空式角反射体和舰船目标位置特征、散布特征和分布特征中的9个统计特征参数,作为后续目标识别特征;基于深度神经网络构建浮空式角反射体类目标识别模型。结果表明:多个浮空式角反射 体成阵列使用能够在一定程度上改变单个角反射体固有的雷达截面积方向性,同时优化神经网络模型可作为判别浮空式角反射体类假目标的有效手段,在划分训练集和测试集上分类准确度分别为97.4%和94.3%。

针对传统弹道拟合方法需要事先设定拟合方程的函数结构形式且不能很好适应大范围投射条件的问题,提出了一种分组遗传规划的炸弹弹道拟合方法。首先,依据动力学仿真实验得到炸弹在不同投射条件下的弹道样本。然后,采用分组遗传规划对样本数据中弹道诸元和投射初值进行输入输出映射拟合训练,得到了多组弹道拟合方程,并进行了未分组和分组拟合方程式之间的精度和泛化性比较。大量检测验算说明,采用分组遗传规划得到的弹道拟合方程式组具有物理关系明确、拟合精度高、泛化好、实时解算快等特性。

针对指挥控制(command and control, C2)组织的平台资源动态调度问题,对战场上的突发事件进行了分析,针对平台损毁和任务增加两种突发事件,构建了以最大化任务完成质量和最小化计划调整代价为优化目标的数学模型,并基于非支配排序遗传算法设计了多目标优化模型的求解方法。仿真实验表明,所构建的C2组织平台资源动态调度模型及求解方法能够有效应对战场上的突发事件,能够为决策者提供多个有效的平台资源动态调度方案。

针对传统效能评估中指标权重相对固定的不足,基于变权理论和灰靶理论,提出了一种动态评估方法,解决了指标评价值为精确实数、区间数和三角模糊数的混合型多属性指挥控制系统效能评估问题。首先,引入指标作用度的概念,解决混合型指标评价值相对重要度度量问题,采用改进序关系法求解指标初始常权;其次,以指标评价值与正、负靶心距离的相对值作为变量,定义了一种新的优势度函数用于刻画指标的优劣性,并基于变权理论构造局部状态变权函数对初始常权进行动态修正;最后,以评估对象变权投影靶心距作为度量标准,采用投影灰靶方法确定了评估对象综合效能及排序。实例分析验证了所提方法的可行性。

多星对地观测应急任务具有突发性和高时效性,不同于常规任务的任务规划,应急任务规划需快速响应任务需求。考虑多星应急任务规划指令上注和数据下传这两个制约应急任务规划的关键因素,设计了基于固定周期的决策统筹规划和基于测控站的局部调整规划相结合的任务规划调度策略。在满足应急任务尽早下传的条件下,提出一种两阶段算法来解决不确定到达的应急任务的动态规划问题。最后通过实验验证了所提算法解决应急任务规划的有效性。

虚拟星座为充分利用卫星资源提供了一种高效的解决方案。首先研究设计了任务与资源管理、任务与资源匹配、协调与任务规划的三层协调运行机制,建立了基于多智能体的三层动态交互式体系结构模型;然后通过基于改进合同网协议算法模型,研究虚拟卫星协同任务的招标对象筛选策略、协商合同投标方法、协商合同评标方法;最后针对海上目标监视搜索场景构建仿真实验用例,仿真结果验证了虚拟星座的运行机制和体系结构的合理性、可行性与基于扩展合同网协议的虚拟星座任务规划算法的有效性和正确性。

针对当前高级持续性威胁(advanced persistent threat,APT)攻击防御技术以被动防御为主的问题,以主动防御为出发点,研究提出基于隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)的APT攻击路径预测方法,该方法分为建模和预测两部分。在建模方面,首先针对APT攻击的特点建立了APT攻击的隐马尔可夫通用模型,然后提出能够针对某一具体APT攻击,生成该APT攻击的HMM的算法。在预测方面,针对APT攻击样本数量少的问题,改进了HMM的参数计算方法,并引入报警信息确定预测起点,提出一种路径预测算法。实验通过模拟极光行动的攻击方式及流程搭建实验环境,结果表明,该建模及预测算法符合APT攻击场景,并能达到路径预测的目的。

针对支援突防作战中远距离支援干扰机最优空域的规划问题,确定了干扰机的配置范围、雷达探测范围,提出了航线安全间隔和有效干扰航段的概念,以有效干扰航段、干扰机数量和干扰机离雷达中心的距离三个参数构建评价函数，建立了远距离支援有源干扰空域规划的模型。该模型具有多约束、非线性的特点，因此采取灰狼优化算法对其求解，为降低在模型求解时算法陷入局部最优的概率，引入非线性调节参数和记忆功能对灰狼优化算法进行改进，继而规划出相应的空域。采用仿真的方式验证模型的合理性和求解算法的有效性，得到了不同决策偏好下的空域。

针对作战体系建设与运用中评估体系能力与装备对其作用的需要,研究体系能力模型与装备在体系中贡献率的测度方法。首先,阐述作战体系组成与能力因素,明确装备体系贡献率概念与形式化表征;其次,运用逻辑回归方法,建立符合体系能力特点的作战体系能力模型;然后,在给出体系各能力因素对体系能力贡献的基础上,提出装备对体系贡献率的测度方法;最后,给出应用示例,说明构建的模型和方法可用且有效。能够为评估装备在体系中的贡献率提供借鉴。

为了解决集结算子处理动态多属性决策问题时,现有的区间直觉模糊(interval valued intuitionistic fuzzy, IVIF)加权平均算子未考虑集结数据之间的相互关系、决策结果精度不高的不足,利用幂加权几何平均(power weighted geometric average,PWGA)算子的非线性特性将集结数据之间相互关系联系起来,提出了IVIF PWGA算子的动态多属性决策方法。首先,将实数形式的PWGA算子扩展到区间直觉模糊集(IVIF set,IVIFS),利用数学归纳法证明了数据融合后的综合集结值是区间直觉模糊数(interval valued intuitionistic fuzzy number, IVIFN)的结论。然后,定义了IVIF条件下,处理动态多属性决策问题的PWGA算子。通过动态PWGA算子集结多个时间点的单一集结值得到综合集结值,根据综合集结值的得分函数和精确函数,对各方案排序。最后,通过实例说明了该算法的有效性。

针对可重复使用运载器无动力自动着陆问题,提出一种非轨迹跟踪式的分段制导策略。首先根据能量管理段和自动着陆段交接班要求以及着陆末端约束条件,分别设计了纵向轨迹和侧向轨迹的分段方案,然后针对各阶段特点设计了分段制导律,最后为了保证全程动压满足约束条件,提出了阻力板控制策略。数学仿真表明,该制导策略能够有效地实现自动着陆,且各项指标均满足规定的约束条件,并且抗风干扰及抗拉偏能力强,便于工程实现。

针对空中交通管制中的冲突探测与解脱问题,提出了一种几何最优的冲突探测与解脱方法。首先定义了该问题的冲突解脱点,在该点处预判飞机之间可能存在的飞行冲突。其次,采取同向同角度的方式解决飞行冲突,即在原航迹上两机同时向同一侧改变相同角度,得到新的航迹交叉点,即航迹恢复点,使得两机之间始终保持最小安全距离。通过几何分析,理论推导了两机航迹距离之和与各自改变航向角度之间的关系,该模型能够有效地解决飞行和冲突,并且具体给出冲突解脱和航迹恢复的位置,以及所涉及到的参数求解过程。最后通过仿真分析,结果显示该方法简单高效。

尾流模型的构建对于尾流遭遇情形下的飞行动力学研究具有重要意义。针对远距尾流的振荡发散特点结合正弦扰动特性构建尾流的长波振荡模型,分析不同幅值参数下尾流场速度参数,提出网格吸附法以解决坐标变换后排列不规则问题。通过与其他插值算法对比,结果表明网格吸附法在标点密度达到拐点的情况下插值速度最快,精度符合要求,效率最高。最后,构建了前机的不规则尾流场。

使用机载武器攻击运动目标是一个实用性强的研究问题,预先标定巧妙地利用数学方法解决了在信息不完备情况下对运动目标的精确轰炸问题,具备较好的工程价值。但当前方法存在过程环节多、标定/瞄准难度大等不足。研究了一种改进的预先标定轰炸瞄准方法,使用可操控的标定符号代替基于连续计算命中点原理产生的标定符号,提高了标定符号变化的规律性,降低了标定难度和瞄准难度;给出了新方法下的目标综合速度计算模型,结合弹道解算和目标运动假设,建立瞄准符号的解算方程。最后针对典型的运动目标进行了仿真分析,讨论了该方法的误差变化规律。

针对多传感器观测信息较多、粒子采样效率较低的问题,提出了一种自适应迭代粒子滤波(adaptive iterated particle filter, AIPF)算法并应用于船舶全球定位系统/惯性导航系统组合导航系统。首先通过粒子滤波自身迭代进行其重要性密度函数的更新。其次,采用自适应退火参数的模拟退火算法,使当前量测量能够快速进入到采样过程,进而大大提高了采样效率。最后,进行了仿真对比计算以及实船试验,结果表明,AIPF算法不仅可以提供精度较高的导航精度,而且增强了滤波性能。

现有基于Nyquist采样定理的直扩(direct sequence spread spectrum, DSSS)通信窄带干扰(narrowband interference, NBI)检测和参数估计方法存在应用受限于采样率较高的问题。针对这一问题,将压缩感知(compressive sensing, CS)应用于DSSS通信NBI的检测和参数估计,根据DSSS信号与NBI的不同压缩域特性以及NBI在频域表现出的分块稀疏特性,利用块稀疏贝叶斯学习(block sparse Bayesian leaning, BSBL)框架获取干扰检测和参数估计的特征量,通过对特征量的检测和参数估计实现对NBI的检测和参数估计。理论分析和仿真结果表明:所提方法能够在压缩采样条件下实现对DSSS通信中NBI的有效检测和参数估计,与传统方法相比具有显著优势,干扰检测和参数估计性能受干扰强度、干扰带宽以及压缩率变化的影响,干扰强度越强、干扰带宽越小、压缩率越大,干扰检测和参数估计效果越好。

为提高多载波调制的频谱效率,提出了一种名为实部虚部索引广义频分复用(generalized frequency division multiplexing with real and imaginary indices modulation,GFDM-RIIM)的新型多载波调制方案。该方案将广义频分复用(generalized frequency division multiplexing,GFDM)的子载波索引分为实部索引和虚部索引两部分,从而使系统可以携带更多的比特信息。给出了GFDM-RIIM的系统模型,并进行了复杂度分析、频谱效率分析和多径瑞利信道下的误比特率(bit error rate,BER)性能仿真。结果表明,所提方案的频谱效率和BER性能均优于现有的GFDM、索引调制广义频分复用、正交频分复用和滤波器组多载波方案。

针对相关延迟键控(correlation delay shift keying, CDSK)系统误码性能差的缺点,提出无信号内干扰的多进制多用户CDSK(multiple ary multiple user CDSK with no intrasignal interference, NISI-MAMU-CDSK)混沌通信系统。该系统能够传输多个用户的数据信息,并将各个用户的数据信息由二进制码元经分组后映射为多进制码元,同时通过编码一组相互正交的Walsh码序列来代替CDSK系统的延迟结构,使得解调时能够消除信号内干扰。推导了在加性高斯白噪声信道和Rayleigh衰落信道中的误码率公式并进行了蒙特卡罗仿真实验。理论分析与仿真结果表明:NISI-MAMU-CDSK系统有效提高了误码性能和传输速率,在混沌通信领域有很好的实际应用价值。

为了合理有效地降低冗余系统全寿命周期费用,同时考虑部件的故障过程、维修周转以及备件的订购补给过程,结合混合准则提出了基于Markov过程的k/n冗余系统可用度模型,实现备件库存配置与冗余度联合优化。首先,通过热备份和冷备份模式下的系统故障率和修复率计算公式,建立了使用可用度模型。然后,基于稳态概率计算全寿命周期费用,并运用备件库存配置与冗余度联合优化算法实现模型的求解。最后,通过数值计算验证可用度模型的正确性以及联合优化的有效性。通过数值计算结果表明,所提出的可用度模型是传统模型的有益改进并且具有普适性。联合优化算例结果显示,冗余系统可用度随冗余度或备件库存的增加而得到提升,而当可用度接近1时若要进一步提高可用度将导致费用急剧增长;全寿命周期费用中备件存储费用的所占比例最高,而备件订购费用最低;算例表明,与仅考虑备件库存优化的方法相比,联合优化使全寿命周期费用降低了8.01%。

针对高可靠性长寿命产品的寿命估计问题,提出多应力水平的恒定应力加速退化试验差异化设计方案。采用考虑随机效应的非线性Wiener过程模型来描述产品的退化路径,给出了基于极大似然估计的未知参数估计方法。为了差异化地决策每个应力水平对应的加速退化试验所需的样本数量、测量时间间隔和测量次数的最优组合，建立了以试验总成本为约束，平均失效前时间的渐近方差最小化为目标的优化模型，并提出了相应的遗传算法以用于高效地求解模型的最优值。最后通过实例和仿真试验,验证了模型和方法的有效性和实用性。