针对现有的箱粒子概率假设密度(probability hypothesis density, PHD)群目标跟踪算法计算量大、在群数目较多时状态提取不稳定以及无法获得群的航迹等问题,提出标签箱粒子PHD群目标跟踪算法。该算法首先对量测进行预处理,剔除其中的杂波量测,以降低量测更新的计算量。然后,通过为箱粒子添加标签,区分不同的群目标,获得不同群的航迹。最后,依据不同标签提取群目标的状态,有效避免k-means聚类不稳定带来的影响。仿真实验表明,所提算法具有运算量小,在漏检环境下仍能很好地维持不同群的航迹,并在群数目较多时可准确提取群目标状态等优点。

大部分多目标跟踪滤波器都是假设目标及其量测符合隐式马尔可夫链(hidden Markov chain,HMC)模型,而HMC模型隐含的独立性假定在很多实际应用中是无效的,双马尔可夫链(pairwise Markov chain,PMC)模型相对于HMC模型更具有普适性。已有的基于PMC模型的势均衡多目标多伯努利(cardinality balanced multi-target multi-Bernoulli,CBMeMBer)滤波的高斯混合实现仅适用于线性高斯系统,针对基于PMC模型的非线性多目标跟踪系统,将每一条假设航迹的伯努利随机有限集用一组加权粒子来近似,提出了基于PMC模型的势均衡多目标多伯努利滤波的序贯蒙特卡罗(sequential Monte-Carlo,SMC)方法实现(SMC-PMC-CBMeMBer)滤波。仿真实验结果验证了SMC-PMC-CBMeMBer算法的有效性,在基于PMC模型的非线性多目标跟踪系统中,SMC-PMC-CBMeMBer算法性能优于基于HMC模型的SMC-CBMeMBer滤波器和基于PMC模型的SMC-PHD滤波器。

当舰载或机载光电传感器晃动、掉帧或者目标做复杂战术机动时,跟踪目标在相邻帧间会突然改变原来的运动轨迹,此时如何有效跟踪突然机动目标是一个难点问题。首先利用基于组合基于(speeded up robust features,SURF)特征描述子的二帧差分法进行背景差分,然后再利用卡尔曼滤波给出目标的预测位置,在以此为中心的搜索区域内用Mean shift跟踪方法寻找目标的最佳匹配,同时逐帧根据卡尔曼滤波的先验预测误差协方差判断目标是否出现机动。在检测到目标机动后,利用基于显著密度的高效子窗口搜索方法快速检测视场内的所有可疑目标,最后利用SURF算法进行特征匹配筛选出原始跟踪目标并返回目标位置,实现突然机动目标的自动可靠跟踪。仿真实验表明,新系统无论针对常规运动目标还是突然机动目标都能保证又快又准的跟踪效果。

在对多音干扰信号建模及优势分析的基础上,以干扰等效载噪比(carrier-to-noise ratio,CNR)作为干扰效果评估指标,根据全球定位系统C/A码、P(Y)码和M码信号频谱特点,推导分析得到对3种伪码信号的多音干扰音调位置设置方法。考虑频域滤波影响,仿真分析得出对3种伪码信号的多音干扰音调数量统一确定原则。仿真结果表明,同等干信比下,参数优化设置后的多音干扰效能要优于匹配谱和带限高斯噪声,其造成3种伪码信号载波锁相环失锁所需最小干扰功率分别为-120 dBW、-108 dBW和-104 dBW,低于匹配谱的-115 dBW、-106 dBW和-102 dBW以及带限高斯噪声的-113 dBW、-105 dBW和-101 dBW。

目前,国内对于北斗卫星信号质量的评估多集中在空间段和地面段,然而对于干扰条件下,用户端的性能研究却不多见。为了对干扰有效划分,结合接收机基带信号处理过程,根据相关器积分时间与北斗B1I信号的频谱特性,将干扰分为4类,并导出相应的解析表达式,最后分析了连续波干扰下载波跟踪测量误差和码跟踪测量误差。北斗B1I信号的仿真结果与国外文献提供的GPS L1的仿真结果具有良好的一致性,验证了此方法的有效性。同时,对于不同干扰类型的研究有助于北斗接收机的抗干扰设计。

由于存储成本低,查询速度快,哈希检索算法已被广泛应用于大规模影像检索。针对大规模遥感影像数据集训练低效问题,提出了面向查询点进行特征学习的遥感影像检索方法。首先,利用深度卷积网络对具有多语义标签的遥感影像数据训练集提取遥感影像特征;然后,面向查询点学习得到哈希函数并生成查询点的二进制哈希码;最后,通过迭代学习得到整个数据库的二进制哈希码来实现影像检索,有利于提高检索精度;同时,该方法避免了对整个数据库进行特征提取,从而可以更有效地利用大规模数据库中的监督信息。在3个不同数据集上的实验结果表明,该方法检索性能优于其他多种先进方法。

针对低质量深度图像中存在的空洞和噪声问题,提出了融合纹理信息的深度图像修复算法。首先利用形态学操作对空洞进行优化,基于区域的分割算法完成空洞区域分割;然后将提取出的空洞区域进行纹理信息填补,分析空洞区域与同场景彩色图像的局部结构相似性,完成空洞初修复;最后利用灰度级图像重建算法,对边缘空洞区域进行填充和平滑处理。基于标准数据集Middlebury,所提算法与快速行进算法、自适应中值滤波算法和形态学重建算法相比,对大面积空洞信息完成了良好的修复。在获得较好修复效果的同时,该算法保持了图像的结构完整性和整体平滑性。

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像相干斑点噪声强,缺乏背景与目标先验知识,导致分割困难。针对以上问题,提出了基于改进模糊C均值聚类(fuzzy C-means clustering,FCM)与马尔可夫随机场(Markov random field,MRF)的分割算法。首先,利用自适应非局部均值滤波和基于直方图峰值点的初始聚类中心选定规则,提升快速FCM算法效率;然后分别用改进FCM算法与MRF对SAR图像进行分割,并通过构建联合隶属度矩阵自适应选择最优分割区域;最后利用形态学操作对结果进行优化。实验表明,所提算法具有较好的抗噪性能,能够快速有效地分割多类SAR图像。

为提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)景象匹配区(matchingsuitable areas,MSA)的匹配概率和匹配精度,提出基于支持向量机(support vector machine, SVM)的SAR景象MSA选取方法。首先结合SAR图像特性,选取基于数字高程模型、基于灰度和基于特征的3级特征参数;然后基于综合特征量,利用SVM训练样本数据,得到MSA决策函数。该方法充分考虑了SAR图像信息对MSA选取结果的影响及特征参数间的相关性,能够有效规划出高性能的匹配区。

针对现代化战场多传感器网络部署优化问题,对传感器网络部署进行了优化,以总区域覆盖率、重点区域的共视参数、传感器资源利用率三方面作为评价指标,设计了多传感器网络优化模型,并将烟花算法应用于该模型,提出了烟花算法最优解求解方法。通过仿真验证算法的有效性,结果表明:经过烟花算法计算后,总区域覆盖率和重点区域的共视参数均超过了90%,传感器的资源利用率高;同时烟花算法的求解速度快,可赋予重点区域共视参数更高的权重,有利于战场重点区域覆盖率的提高。

传感器协同是作战飞机实现任务性能与射频(radio frequency,RF)隐身性能平衡的重要技术手段。针对传统引导搜索方法难以解决数据链的多拍信息引导搜索问题,采用概率方法,建立多拍连续引导信息与累积发现概率、累积被截获概率之间的关系。针对基于协方差的线性规划协同跟踪方法的单步决策问题,开展基于跟踪精度与被跟踪定位精度的多步联合优化。引入马尔可夫决策过程对机载传感器协同搜索、协同跟踪的典型空战动态过程进行建模,实现任务性能约束下的雷达RF隐身性能优化。通过典型空战场景的仿真验证,表明所提出的优化控制策略相比于经验控制策略能够减少雷达辐射时间43%以上。

随着软件系统在大型相控阵雷达中的大量应用,软件系统带来的安全性问题也引起广泛关注。针对大型相控阵雷达软件系统的安全性问题,首先利用软件失效模式和影响分析方法进行安全性分析,找出软件系统的薄弱环节;然后进行针对性安全性设计,提出有效的改进措施;最后利用改进模糊层次分析法进行安全性评价,得到安全性评价结果。实例证明,这种方法可以有效分析大型相控阵雷达软件的安全性问题、找出影响安全性的故障原因、对安全性薄弱环节加以改进设计、对整个大型相控阵雷达系统进行安全性评价。

在国防预算有限的前提下,武器装备体系贡献率评估应该考虑成本因素的影响。基于作战环理论提出了考虑成本因素的面向多任务的体系贡献率评估方法。首先,构建了武器装备的能力指标体系,给出了考虑成本的武器装备贡献率评估框架;其次,基于作战环建立武器装备体系作战能力评估模型,结合成本因素,引入区间数的概念,提出了面向多任务的体系贡献率评估方法;然后,利用区间数比较的方法,根据装备面向多任务的贡献率,对装备进行优先发展排序;最后,以海上作战装备体系为示例,应用本文提出的评估方法,为武器装备的优先发展规划提供决策支持。

装备体系可靠性、维修性、保障性(reliability-maintainability-supportability,RMS)是装备体系作战效能发挥的基础。体系工程中需求开发过程从能力要求分析开始,然后进行体系结构建模并基于体系结构给出需求方案。装备体系RMS论证即是对装备体系RMS能力要求进行分析并提出RMS指标,也遵循这一过程。首先,基于SoSE需求开发过程和装备体系特点给出装备体系RMS论证框架。接着,基于质量功能展开方法给出装备体系RMS能力要求分析过程,从装备体系使命任务出发,建立装备体系RMS能力要求映射模型,并提出相应的RMS能力指标求解方法。然后,基于面向RMS的装备体系结构框架,将RMS能力分析得出的初步RMS能力指标作为输入,基于多智能体仿真技术提出美国国防部体系架构驱动的装备体系RMS仿真框架,从而通过仿真权衡论证出最终的装备体系RMS指标。最后,对典型使命任务下的航母装备体系舰载机保障过程进行了案例分析。

体系贡献率评估是装备体系发展规划中一项重要内容。针对装备体系贡献率评估中存在的体系结构复杂、评估信息不确定性强等特点,提出了基于证据网络的装备体系贡献率评估方法。该方法依据专家经验构建网络模型与置信规则库,在此基础上通过证据推理算法对不同装备体系的作战效能进行分析,进而实现装备体系贡献率的评估。最后,以外军典型联合登岛作战装备体系为例验证了所提出方法的可行性。该方法能够为装备体系需求论证、体系发展规划等国防军事领域重大决策提供支撑。

针对支撑新型武器装备系统需求论证的装备体系贡献度评估涉及学科领域广、不确定性因素众多、关联关系复杂、研究难度大的问题,提出了有无型与替代型、相对与绝对等多类型装备体系贡献度概念模型,构建了以支撑需求方案优化为目标,以问题背景分析、装备体系建模、评估指标构建、评估方法创新、综合分析评估为主线,迭代递进的装备体系贡献度评估过程模型,明确了装备体系贡献度评估的基本流程、规范原则、指标体系及技术方法,阐明了其实用性和有效性,为装备体系贡献度评估提供了总体框架和顶层指导。

武器装备体系贡献率是指单件装备在武器装备体系或作战体系构成中,按照体系的总目标和运行规律,对体系的整体性能(如体系作战能力或作战效能)贡献的大小。首先建立能力效能综合的贡献率评估框架,在此框架下提出层次化的体系贡献率评估思路。然后借助面向关系的质量功能展开量化矩阵方法,将仿真实验中能力/效能度量指标数据映射到需求度量矩阵,再以度量集对需求集的敏感度和拟合优度作为依据,构建度量指标的组合权重。最后,利用逼近理想解排序法对体系方案贡献度进行排序,并以无人集群执行火力打击任务作为算例,验证了该方法的可行性。

针对现有的武器装备体系结构描述与能力评估方法难以体现装备关联关系对体系能力的影响,借鉴复杂网络理论应用于武器装备体系网络化建模方面的优越性,基于作战环的武器装备体系结构描述与建模方法,将武器装备体系构成实体抽象为网络中的节点,节点之间的信息流抽象为网络中的边。通过对节点和边进行建模,构建了整个作战环的能力指标体系。基于信息熵理论分析了作战环执行作战任务的不确定性,给出了武器装备体系作战能力评估方法的具体流程。最后,对天基信息支援反导作战进行网络化建模及作战能力评估,验证了方法的可行性和合理性。

针对机动目标拦截问题,设计了基于固定时间收敛扰动观测器(fixedtime disturbance observer, FxTDO)的终端角度约束非奇异快速终端滑模制导律(nonsingular fast terminal sliding mode guidance law, NFTSMGL)。通过具有固体时间收敛特性的扰动观测器对导弹拦截过程的外部扰动进行快速、精确估计。同时为了抑制抖振影响以及保证制导信号在有限的时间范围内收敛,设计了NFTSMGL,并进行了稳定性分析。仿真结果表明，FxTDO-NFTSMGL可以使制导信号在有限的时间范围内收敛至期望状态,并满足对机动目标拦截的要求,相较于无观测器的NFTSMGL收敛速度更快,且避免了抖振现象。

针对无人战机(unmanned combat air vehicles,UCAV)(目标)发射防御弹对来袭攻击弹以一定拦截角度进行拦截的问题,假设目标和防御弹协同飞行且其之间只能进行单向信息传输,在来袭弹采用增强比例导引律的前提下,建立了防御弹信息单向传输和目标信息单向传输两种模式下的防御弹攻击弹视线角非线性模型。考虑防御弹脱靶量要求、拦截角度约束和防御弹(或目标)的控制能量因素,建立了性能指标函数,采用最优控制理论,分别设计了能够使防御弹以指定拦截角度拦截攻击弹的目标单向协同制导律和防御弹单向协同制导律。仿真结果表明,在两种信息单向传输模式下,通过目标与防御弹的协同,防御弹均可以指定拦截角拦截攻击弹;与具有拦截角度约束的非协同制导律相比,单向协同制导律的控制能量更小。

为满足无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)打击目标的时间、角度约束,提出了基于双圆弧轨迹的路径规划方法。对UAV初始、末端速度方向情况进行了分类,分别推导了对应的双圆弧参数解析形式及其单调性。同时,根据双圆弧参数解析式,得到生成路径的唯一自由度,减少了路径规划参数输入。分析了双圆弧路径长度与路径参数之间的关系,设计了多UAV协同攻击路径规划方案。数值仿真结果证明了双圆弧路径规划的有效性和实用性。

研究了考虑航天器交会逼近轨迹安全的超快速逼近策略和轨道控制方法。在超快速逼近方面,为了解决超快速逼近和轨迹被动安全的矛盾,提出瞄准偏置点概念。交会逼近时追踪航天器先以被动安全速度向瞄准偏置点快速逼近,再由瞄准偏置点向终端瞄准点逼近。在轨道控制方面,将超快速逼近过程中分别设计解耦后三通道的模糊控制器,对轨道各方向进行独立控制。仿真结果表明,在保证交会逼近过程安全性和逼近终端精度的前提下,文中方法不仅可以适应初始速度较大约束,而且可将交会逼近时间减少为传统逼近方法的20%。

针对微小卫星姿态确定与控制系统的需求,西北工业大学与荷兰代尔夫特理工大学共同研发了低成本小型无线自动太阳敏感器(Micro Wireless Automatic Sun Sensor, μWASS)。该敏感器采用四象限探测器作为感光部件,使用集成ZigBee通信协议的低功耗51单片机内核作为处理器,利用三结砷化镓太阳能电池片产生电能为系统供电。在能量储存方面,创造性地使用了超级电容作为储能部件。同时,在系统设计中考虑了空间环境辐射与高低温变化,增加了额外保护电路。μWASS视场角为120°×120°,在整个视场范围内精度小于0.5°(1σ), 平均功耗为30 mW。与目前现有的模拟式太阳敏感器相比,μWASS的测量数据通过无线通信方式传输,不需要专门接插件以及外部模拟/数字转换电路,可以实现即插即用,降低了太阳敏感器在卫星上的安装难度,提高了系统可靠性。μWASS实现了太阳敏感器的低成本、微型化和无线化,未来可以广泛用于各种微小卫星。

对一类离散时间马尔可夫跳跃系统(Markov jump systems,MJSs)的稳定性问题进行研究,考虑MJSs转移概率矩阵中的元素部分未知,且系统的控制输入通道和测量输出通道都存在信号量化的情况,其中控制器输入通道和系统输入通道的信号分别被两个不同的对数量化器量化。利用切换李雅普诺夫函数的方法,通过构造系统模态依赖且双通道量化误差依赖的李雅普诺夫函数,完成对闭环系统的稳定性分析和控制器设计。得到一组模态依赖的控制器,能够在系统的转移概率部分未知和存在双通道量化误差的条件下,保证闭环MJSs的随机稳定性。最后通过仿真实验验证了理论的有效性。

分析了现有跳频信号稀疏重构算法的基不匹配问题,导致离散字典的稀疏表示能力变差,严重影响稀疏重构算法的性能。针对这种情形,提出了基于自适应网格的变分贝叶斯稀疏重构算法。该方法通过对字典不断地加权聚类和缩放处理,实现字典的自我更新,使得参数网格更加精细化。仿真结果表明,该方法具有良好的抗噪性能和交叉项抑制能力,同时缓解了稀疏重构算法的基不匹配情形,时频聚焦性进一步提高,能够在较低信噪比条件下,获取较高时频分辨率的时频矩阵,可以更精确地完成后续跳时刻检测、跳周期及跳频率等参数估计。

针对认知无线电信道接入中存在主用户和次级用户相互干扰、吞吐量下降的问题,提出基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法。由于长时段的数据传输造成次级用户无法及时切换信道,将数据传输时段分为多个跳频时段,构建隐马尔可夫模型预测可用信道,建立跳频信道集合,设计动态跳频序列,使信道接入的效率更高。理论分析与仿真结果表明,该算法能够有效降低各级用户之间干扰概率并显著改善系统吞吐量,增加系统可靠性和信道利用率。

多载波信号具有丰富的频域信息,相参积累能够拓宽信号的有效带宽,克服单载波信号带宽窄导致时差(time difference of arrival,TDOA)、频差(frequency difference of arrival,FDOA)参数估计精度不高的问题。以多载波信号的检测定位为背景,研究了基于多个载波信号互模糊函数(cross ambiguity function,CAF)相参积累的TDOA/FDOA参数估计算法,为多载波信号的无源定位提供高精度的定位参数估计方法。基于接收信号模型,推导了多载波信号的互模糊函数,从TDOA/FDOA两个维度分析了不同载波信号CAF的相位关系,通过相位补偿实现了多载波信号CAF的相参积累,并从理论上分析了TDOA/FDOA参数估计的性能改善情况。蒙特卡罗仿真表明,提出的多载波信号相参积累TDOA/FDOA估计算法性能明显优于单载波信号的估计性能,性能改善情况与理论分析一致。

由于多级单元(multilevelcell,MLC)闪存存储信道中随机电报噪声(random telegraph noise,RTN)、〖JP〗数据保持噪声(data retention noise,DRN)和单元间干扰(cell-to-cell interference,CCI)严重影响了MLC闪存阈值电压,从而导致获取的对数似然比(log-likelihood ratio,LLR)不够准确而影响了软判决译码时MLC闪存的低密度校验(low-density parity-check codes,LDPC)码的性能。在深入分析MLC闪存错误特征的基础上,通过利用MLC阈值电压的熵函数计算相邻MLC阈值电压分布的重叠区域来确定存储比特的可靠度,设计了MLC存储比特LLR值的动态更新策略。从而,提出了RTN、DRN和CCI噪声模型下适用于MLC闪存的LDPC码改进的最小和译码算法。仿真结果表明,与传统的LDPC码最小和译码算法相比较,MLC闪存信道下所改进的MLC闪存的LDPC码最小和译码算法具有更好的译码性能与更少的平均迭代次数。

通过对舰船航渡任务过程的分析,得到了动力系统航渡阶段任务成功性的定义、判断准则和可靠性框图,建立了系统加权邻接矩阵;根据对设备故障类型的分析,得出了不同性质的设备故障对舰船航行的影响,建立了舰船动力系统航渡任务成功性的判断模型;结合典型示例,运用多智能体的方法和思路对动力系统航渡过程和设备故障情况进行了仿真,得到了任务成功率以及相关结论。为开展舰上其他系统对应研究提供了借鉴和依据,并为全舰以及编队的任务成功性和效能研究、故障维修中的备品备件需求等打下了基础。

在系统的健康管理中可靠度、可用度或维修费用的极值通常被用作确定维修周期的准则,但随着装备系统的复杂化和决策者需求的多样化,单目标决策问题已不能满足现状,由此,针对定期检测策略,建立了基于延迟时间理论且考虑不完美维修的多目标决策模型,并运用多属性效用理论对模型求解。首先建立该策略下的可靠度、可用度和维修费用模型;然后将三者视为属性,构造每个属性的效用函数;之后采用基于逼近理想解排序法思想的赋权法对属性权重赋值,通过加权获得不同维修周期的综合效用值,根据效用值确定维修周期;最后引入算例,验证模型的有效性和可行性。