提出了一种单基地多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)阵列中的协方差矩阵重构的无网格波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计方法。该方法通过降维处理将MIMO阵列等效为信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)提升的均匀线列阵,将目标方位估计问题转化为混合范数最小化(mixed norm minimization, MixNM)稀疏信号重构问题。进一步给出了与该稀疏重构问题等价的基于网格的凸优化问题,并模型化为半定规划来求解。为了解决网格大小影响估计性能的问题,利用了等价均匀线列阵的托普利兹结构,模型化为半定规划问题来重构无噪声协方差矩阵,最后通过范德蒙分解来估计目标方位。与传统的基于MixNM方位估计方法相比,该方法减少了优化变量个数。与其他离网格方法相比,该方法估计精度不受网格大小的影响,且能够估计相干源目标。实验仿真验证了该方法的有效性。

在双机协同的无源定位算法中,角度信息有着非常重要的作用。为解决双机无源定位问题,提出了一种只利用角度信息的定位模型,并同时消去中间变量距离的影响。对比了最小二乘法、加权最小二乘法、总体最小二乘法、渐进无偏估计法等方法对该双机定位模型的解算。相比时差/到达角联合定位算法模型,该算法需要更少的观测信息和更少的观测误差,就能提高定位精度。仿真结果验证了上述4种解算算法的定位性能,证明了该算法在定位精度上的优秀性能。最后,还对4种算法在不同误差和约束条件下在双机协同观测定位中的定位精度进行了对比。

基于Moxon天线具有高前后比和小型化的优点,并结合蝶形偶极子天线宽带的工作特性,设计了一款用于超高频(ultra-high frequency, UHF)射频识别(radio frequency identification, RFID)手持读写器的小型宽带高定向平面印刷天线。该天线采用Moxon和蝶形偶极子复合结构,利用平行双线馈电,引入微带渐变巴伦实现馈电平衡。最终天线尺寸为0.34λ₀×0.22λ₀(λ₀为中心频率工作波长),相比微带准八木天线实现了小型化。实测结果表明:在865~1 054 MHz频率范围内,天线的|S₁₁|＜-10 dB,增益均在3.5 dB以上,相对工作带宽达到20%;并且在UHF开放频段902~928 MHz频率范围内,天线的驻波比(voltage standing wave ratio, VSWR)小于1.4,前后比大于15 dB,增益高于5 dB。

大功率发射机产生的宽带噪声干扰会对共址高灵敏度接收机造成不同程度的同频噪声干扰。针对此问题，提出了基于导频的同频噪声干扰对消技术,该技术基于自适应对消原理,通过在发射端引入幅度和频率可控的稳定的导频信号,实现同频噪声的有效对消。建立了基于导频的同频噪声干扰对消理论模型,得到了同频噪声干扰对消比与导频幅度、频率之间的解析关系,可用于指导导频幅度、频率的精确控制。超短波频段的仿真和实验表明,使用基于导频的同频噪声干扰对消技术可以稳定、有效地消除同频噪声干扰。

针对定结构多模型在高机动目标跟踪算法中存在计算量大、计算时间长、难以满足系统实时性等问题,提出了基于目标机动模式识别的变结构多模型算法。该算法能够选取与目标运动状态相匹配的模型集合,具有时变性、自适应性的优点。通过运用少量的运动模型组成一个模型组,然后不同的运动模型组合形成不同的模型组,以模型组代替原先定结构模型中的多模型,根据跟踪检测到的目标运动模式来选择是否更换模型组,从而用少量运算得到较为精确的次优解。仿真结果表明,该算法在跟踪强机动目标中不但能够有效降低计算量,而且可以使模型集合和目标的运动状态更好地匹配,从而提高目标跟踪精度。

针对空间目标可以断续地被分布式星敏感器观测到的特性,将不同时段空间目标在星敏感器下的观测信息关联作为基于星敏感器进行空间目标精确定轨的前提。结合空间目标运动特性,在以往双门限模糊关联的基础上,加入轨道平面法向量约束,筛选候选关联对象,简化关联运算成本,提出了分布式星敏感器下空间目标航迹段关联算法。通过仿真分析了6组噪声级别下,航迹外推误差随时间的发散情况,并且给出模糊隶属度函数中的调整系数的参考值,使长间隔下不同目标的关联相似度区别更显著。仿真表明在一定噪声下所提算法关联准确率高于最邻近关联和传统模糊关联,初定轨误差在各轴位置的标准差为6 km,各轴速度标准差为6 m/s时,可区分最小相位差为0.5°的相邻目标,间隔2 h关联准确率达98%,间隔7 h时关联准确率达90%。

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar, DCAR)实现信号全相参的前提是相位同步,而各单元雷达的初始时钟参差、机动性引入的位置误差、本地振荡器的初始相位等因素均会导致DCAR相位不同步问题。为解决上述相位不同步问题,提出一种基于多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)直达波的无人机DCAR相位同步方法。该方法对各单元雷达接收的直达波,首先利用包络同步法联合双向时间比对的方式,估计出时间同步误差,再提出坐标线性变换法和偏移线性变换法用于各单元雷达位置误差的估计,并联合同一单元雷达分置辅助天线接收波以提高位置误差的估计精度。最后,利用误差估计值对直达波进行补偿,剩余相位即不同单元雷达收发对下的初相估计。仿真实验验证了所提方法的有效性。

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像小目标舰船检测中存在的检测率较低、虚警较高等缺点,提出了用于SAR图像小目标舰船检测的改进单步多框检测(single shot multibox detector，SSD)算法。首先,制作了一个专门用于SAR图像小目标舰船检测的数据集,在SSD目标检测算法的基础上,提出了迁移学习、浅层特征增强和数据增广3个方面的改进;利用性能更好的ResNet50作为特征提取结构,在浅层特征增强网络结构中采用了inception模块的分支结构,同时使用了空洞卷积扩大特征图的视觉感受野,增强了网络对小尺寸舰船目标的适应性;最后在数据集上进行了多组对比分析实验,实验结果表明所提方法相比于原始的SSD,平均准确率提高了5.4%,并且对SAR小目标舰船的漏检和误报明显减少。

作为海杂波重要特性之一,幅度均值可为雷达系统设计提供支撑。为此,国际上建立多个经验模型,但由于小擦地角下散射机制复杂,而且测试条件存在差异,模型的适用性不强。基于黄海海域超高频波段水平极化小擦地角海杂波实测数据,开展了幅度均值经验模型的适用性分析。针对已有模型拟合程度较差的问题,初步分析了原因,并提出了一种修正技术服务公司(technology service corporation, TSC)模型。通过对TSC模型中擦地角因子和风向因子的改进,调整了幅度均值随参数的变化趋势,与实测结果对比发现,该模型较好实现了海杂波幅度均值的预测。

针对集中式多输入多输出雷达对多目标进行跟踪的问题,提出一种基于后验克拉美罗下界的功率和带宽联合分配方法。该方法首先对各目标位置误差的后验克拉美罗下界进行预测,将克拉美罗下界构建为代价函数建立优化模型,从而将资源分配问题转化为求解非凸优化问题；而后运用凸松弛技术和循环最小化算法对该非凸优化问题进行求解；最后通过仿真验证所提算法的有效性。结果表明,与另外3种分配算法相比,所提算法在多种场景下均能有效提高目标跟踪精度。

为了解决传统脉冲体制超宽带(ultra wideband, UWB)探地雷达难以同时兼顾分辨率和探测深度的问题,构建了基于高速格雷互补码的探地雷达系统。该系统使用一对高速互补格雷码作为探测信号,通过叠加其相关运算结果,可以完全消除旁瓣,且使其峰值增大为原来的2倍。将此信号应用于地下管线探测,仿真和实验结果显示,基于高速格雷互补码的UWB探地雷达能有效探测地下金属和非金属管线。进一步,将探测结果与基于混沌脉冲位置调制信号的管线探测结果相比,在同等条件下,前者能显著提高系统的信杂比(signal-to-clutter ratio, SCR),进而可在满足高分辨率的前提下显著提高探测深度,从而证明了所提出方法的可行性与优越性。

针对低空区域的防控问题，提出分布式组网探测体制。采用基站式发射、分布式接收、基于到达时间(time of arrival, TOA)的定位、组网探测等手段,采用分层跟踪与航迹管理有效抑制低空探测场景下的虚假航迹,适宜低空目标探测场景。通过引入分布式扩展系数和低空覆盖系数，可对系统进行有效评估。在正方形与正六边形部署场景下,仿真验证了其威力与精度性能,与传统单基地雷达相比,该体制具有较好的低空探测与扩展能力。

联合作战背景下的指控流程(command and control process, CCP)涉及同层级内不同指控单元之间的横向信息交互与不同层级间的纵向信息交互。针对这种复杂化与多元化指控流程,研究了如何利用ExtendSim仿真工具对指控流程进行模型构建、验证、评估与优化。首先,通过对指控流程特点进行分析,抽取通用的要素类型,包括实体和关系要素,并映射到ExtendSim关键模块;其次,构建“指控流程要素-ExtendSim模块”的转换规则,提出构建ExtendSim指控流程模型的方法步骤;然后,研究基于ExtendSim的指控流程可行性验证方法(行为一致性、可执行性、合理性验证),提出了基于ExtendSim的指控流程评估指标(任务平均耗时、任务平均等待时间与任务最大处理容量),并研究了基于ExtendSim的指控流程优化方法;最后,通过一个通用反导指控流程案例,验证了所提建模与分析方法的可行性与有效性,可以为指控流程的建模与分析提供支撑和参考。

针对复杂地形条件下无人机低空突防动态航迹规划实时性及精确性的问题,提出了基于广义反向学习的自适应约束差分进化(generalized opposition-based learning adaptive constrained differential evolution, GOBL-ACDE)算法,结合非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline, NURBS)平滑策略,提高了多威胁复杂地形下动态航迹规划的精确性、高效性及适航性。首先,构建航迹规划任务模型,建立目标代价及约束限制函数,提出一种高度转换方法,有效提高低空突防能力;其次,将NURBS平滑策略与B样条插值以及贝塞尔曲线对比分析;再次,应用广义反向学习、自适应排序变异及自适应权衡模型,改善约束条件下算法动态性、收敛性及寻优性能;最后,通过静态与动态环境对比仿真试验,验证了所提方法在多威胁复杂地形下寻优精度高、鲁棒性强、动态性好以及可靠性优的特点,能够规划出精确、高效、适航的低空突防航迹。

机载平视显示(head-up display, HUD)系统可以大幅提高恶劣天气下的飞机起降成功率,已成为我国民航重点推广的安全提升技术。构建低能见度下飞机使用HUD系统进行特殊Ⅰ/Ⅱ进近场景,利用系统理论过程分析(system-theoretic process analysis, STPA)方法识别该场景下潜在的不安全控制行为,通过严格的形式化语言对其进行验证与致因分析,并给出了包含21条通用因素的致因场景分析框架。同时,为弥补STPA方法缺少定量分析的缺点,引入贝叶斯网络计算不安全控制行为发生概率,提出了STPA-Bayes安全性分析与评价模型。结果表明,该方法能有效地识别并分析系统潜在的危险,减少人为因素对分析结果的影响,为机载显示系统的安全性分析提供支持。

针对已有关于相依网络级联故障研究中未考虑有向依赖边的问题,展开了基于不对称依赖的相依网络级联故障分析,构建了基于负载-容量的级联故障模型,提出基于连通分量的相依网络鲁棒性测度方法,开展了不同网络组合、耦合方式、容忍系数和移除比例在不同攻击模式下的网络鲁棒性研究。结果表明,随机攻击模式下不对称相依网络鲁棒性与以往研究结论类似,蓄意攻击模式下不对称相依网络鲁棒性则取决于攻击范围和容忍系数的大小。通过一则作战网络示例分析证明了所提方法的实际应用价值,对完善相依网络理论研究具有一定的参考意义。

基础设施网络对国家经济、人民生活和社会安全具有重要意义,为了能够准确迅速地评估基础设施网络面对物理攻击或自然灾害时的抗毁性,提出了基于区域毁伤的基础设施网络抗毁性评估模型。该模型将网络的边均分成虚拟节点,提出加权聚类算法寻找关键区域,使用归一化方法平衡网络规模和网络地理覆盖范围对评估结果的影响,算法复杂度低,运算量小,模型应用范围广,便于多个网络之间或同一网络不同规划方案的抗毁性比较。以智利电力输送网络为例,设计多组实验对评估模型进行检验,并给出可视化结果和分析。

针对航空集群在突防场景下的射频(radio frequency, RF)隐身性能评估问题,提出基于正态波动犹豫模糊集(normal wiggly hesitant fuzzy set, NWHFS)相关系数的评估方法。首先,推导出NWHFS相关系数表达式;然后,通过分析航空集群与单个载机平台RF隐身评估的不同,提取出集群RF隐身性能评价参数,并得到隶属度参考点公式;组织决策者根据隶属度参考点给出NWHFS决策矩阵；最终,通过计算待评估场景与参考点集之间的相关系数,定量地评价不同场景下航空集群的RF隐身性能,并由此确定RF隐身性能排序。以四机集群为研究对象,对突防场景下的3种情景进行了仿真验证,证实该评估方法的有效性。

针对专家决策带有犹豫性和偏好性的多属性决策问题,提出一种基于概率犹豫-直觉模糊熵和证据推理的决策方法。在概率犹豫模糊集和犹豫直觉模糊集的基础上,考虑专家偏好,提出一种新的概率犹豫-直觉模糊集,对混合型属性的决策信息进行统一描述;基于犹豫熵和直觉模糊熵,提出概率犹豫-直觉模糊熵对决策信息的犹豫性和不确定性进行测度,并确定属性权重;采用证据推理算法进行属性信息的集结,并基于效用理论对方案进行排序。通过算例对比分析验证了所提方法得到的决策结果更为科学、准确。

采用导航卫星进行方向测定时,测站位置偏差对方位角精度产生非线性影响。基于此,利用坐标转换及泰勒公式,理论推导了当地坐标系中的位置偏差与定向偏差之间的数学模型,对位置偏差引起的定向偏差进行了分析,之后通过实测数据对数学模型进行了验证。分析结果表明,位置偏差对定向偏差的影响与测站经纬度有关,纬度越高,相同的位置偏差引起的定向偏差越大;当地坐标系中东向位置偏差为影响定向偏差的主要因素,北向位置偏差影响很小，可以忽略;基线高程差也会影响定向的精度。

针对引入惯导设备的指令制导系统中的误差分配问题,构建了指令制导回路误差优化分配的数学模型,利用方差分析法进行了变量约减,改善了传统优化设计中优化参数过多的问题。采用基于带精英策略的非支配排序遗传算法的Pareto多目标遗传算法,并利用动态罚函数法处理多约束情况,改善了优化求解过程仿真时间过长和局部收敛的问题。以某指令制导系统和惯导设备的误差参数为例,用此方法对制导精度和总费用两项指标进行优化。结果表明,优化方案的各项性能指标均满足设计要求,与优化前方案相比,优化目标有很大程度的改观,制导精度提高近30%,总费用降低近40%。该优化方法有效且通用性强,可为其它制导方式的误差优化分配问题提供设计依据。

针对在全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)失锁阶段将微陀螺惯性系统作为备用定位系统时,由于微陀螺误差引起的定位误差发散问题,提出了基于后向传播神经网络(back propagation neural network, BPNN)的微陀螺误差估计及定位算法。在GNSS有效阶段为车辆提供定位信息,同时对微陀螺误差进行估计,并利用后向传播神经网络BPNN建立微陀螺误差预测模型,为GNSS失锁阶段车辆定位做准备;在GNSS失锁阶段,利用已建立好的微陀螺误差预测模型估计微陀螺误差,对微陀螺输出信息进行补偿,以抑制由陀螺误差引起的定位误差。最后利用仿真与试验验证了此方法的正确性与有效性。

针对遥操作过程中,虚拟仿真场景的观察视角动态变化时,人机交互的易用性将严重影响操作效率的问题,提出一种面向遥操作手眼协调的虚拟仿真场景交互控制方法。通过坐标系变换的方式将遥操作运动控制指令进行映射变换后再发送给遥操作对象,实现在观察视角变化时,交互设备与虚拟显示视景中遥操作对象运动协调一致。通过Unity 3D搭建虚拟仿真场景进行实验验证,并与传统交互方式进行对比,结果表明所提方法使遥操作过程具有更高效的交互性。

针对存在外界干扰的情况,对一类离散时间非齐次马尔可夫线性变参数(linear parameter-varying, LPV)系统的H_∞异步控制问题进行了研究。由于实际非齐次马尔可夫系统的系统模态难以直接获得,考虑了控制器模态和系统模态不一致的异步问题,并用一个非齐次隐马尔可夫模型建模。非齐次马尔可夫系统和非齐次隐马尔可夫链的时变特性分别由分段齐次状态转移概率矩阵和分段齐次条件概率矩阵描述,且受同一个高层齐次马尔可夫链支配。针对上述问题,完成了对闭环非齐次马尔可夫LPV系统的稳定性分析、H_∞性能分析和H_∞异步控制器设计,使系统在受到外界干扰和控制器模态与系统模态存在异步现象的情况下满足给定的H_∞性能指标。最后通过对直流电机的仿真实验验证了利用非齐次信息得到理论的有效性和优越性。

针对期望接收机和窃听接收机位置相邻,即期望信道和窃听信道高度耦合的情况下安全无线通信问题,提出了基于频控阵的物理层安全通信方案。首先,考虑窃听接收机位置已知,通过自适应遗传算法得到发射阵元间最优时不变频率增量,最大化系统的保密容量;同时,在基带信号中添加人工噪声,降低窃听端的信噪比。其次,改进优化方案,实现窃听端未知情况下的安全通信。最后,进行仿真对比实验,验证了方案的安全性能。

针对正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)宽带测控中难以有效对抗干扰的问题,提出多门限的快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)和小波包联合自适应频谱感知来实现宽带OFDM频谱重构抗干扰。该方法首先通过固定双门限FFT能量感知进行带宽内高干噪比干扰初检测,然后通过自适应小波包频谱感知实现剩余低干噪比频宽内的干扰检测,最后根据频谱感知结果,对OFDM宽带测控系统的频谱进行重构,实现干扰规避。实验结果表明,感知算法方法具有较好的干扰检测性能,并能够实现OFDM宽带测控系统的有效抗干扰。

利用智能终端的协作转发可以缓解海量传感器数据的承载压力。然而,由用户携带智能终端的非合作行为会使转发性能急剧下降。为此,提出了一种带有协作意愿感知的边缘协作中继机制,以提高中继选择的合理性和激励机制的有效性。通过分析用户对转发数据的兴趣度感知用户的主观协作意愿,并考虑用户能量和缓冲的影响,综合选择协作状态最佳的用户作为中继。为了进一步激励中继用户参与协作转发,提出了一种基于讨价还价博弈的激励机制,充分地激励中继用户的客观协作意愿。仿真结果表明所提机制与其他中继机制相比,转发成功率和平均吞吐量分别提高了至少19.4%、17.9%,平均传递时延降低了至少18.6%。

针对软件定义网络环境下生存性虚拟网络映射问题,提出了基于网络资源关键度的虚拟网络可靠性映射算法。该算法首先通过提出底层网络资源和拓扑重要度度量方式,构建资源关键度排序集合,同时备份控制网络,考虑到控制器位置部署,设置链路时延权重进行最短物理路径的选取,映射时依据位置约束进行虚网映射,在此基础上针对不同物理网络故障类型采用备份切换和可行迁移方式进行恢复,确保虚拟网络服务连续不间断。仿真结果表明,与以往算法相比,该算法在请求接受率、故障恢复率、底层网络整体负载均衡度以及平均控制延迟4个指标上具有更好的网络性能。

针对马尔可夫过程只能计算故障时间和维修时间服从指数分布、更新过程只能计算故障时间和维修时间服从独立同分布系统可用度的局限,以及现有可用度模型没有同时考虑不同维修策略和环境因子对系统可用性的影响的现状，构建了一种考虑混合维修策略和使用环境的复杂系统的区间可用度模型。该模型假设系统的故障和维修时间服从任意分布,不同的故障模式采取不同的维修策略。计算系统停机时间时，考虑了系统的预防性维修时间、修复性维修时间和保障延误时间。以某型无人机控制系统为例,对设计方法进行了验证。系统关键部件服从不同参数的威布尔分布，系统维修时间和延误时间均服从正态分布。结果表明,设计方法可行、正确,可为基于可用度的预防性维修周期优化、效能权衡和通用质量特性指标阈值设计提供技术支撑。

为了在产品设计中系统、全面、准确地反映用户需求,提高维修性要求与产品设计特征之间的关联性,提出维修需求到维修性要求再到产品设计特征的规范化映射方法。通过对用户需求陈述的处理和基于启发式问题的分析,进行用户需求识别;基于系统工程方法,展开维修性设计分析;运用质量功能展开法,进行用户需求向设计要素的转换。将该方法用于某无人机通用操控席位的操作台维修性设计,为生成符合用户需求的系统布置方案提供了权衡依据,在减少设计差错的同时提升了需求转换的精度与效率,验证了方法的可行性。