高效超分辨波达方向估计算法致力于降低超分辨算法的计算量、节约系统的实现成本、弱化算法对于阵列结构的依赖性,是推进超分辨理论工程化的一个重要研究课题。从多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法的原理和构成要素入手,以基于MUSIC派生高效超分辨算法的目的和方法为标准,将现存高效超分辨算法划分为实值运算、波束域变换、快速子空间估计、快速峰值搜索和免峰值搜索5大类。在此基础上,全面回顾总结了各类高效算法的发展历程和最新进展,对比分析了它们的主要优缺点。最后,结合空间谱估计实际工程化的应用需求,指出了高效超分辨算法的未来发展趋势。

阵列孔径损失和计算复杂度大是近场源参数估计面临的两大亟待解决的问题,提出一种类似NEST阵列模型的新模型,利用四阶累积量扩展阵列孔径,使可估计信源个数远远大于实际阵元数;并结合基于特征方程算法(characteristic equation-based method, CEM)思想避免特征值分解和谱峰搜索,极大降低了算法的计算复杂度。最后,基于已获得的近场源的角度信息,估计出所有近场源的距离信息。理论分析和实验仿真结果表明,在保证参数估计精度的前提下,所提算法的计算复杂度低,具有较高的阵列利用率,并且可以避免二维参数配对。

研究了六边形格点干涉阵列的阵列稀疏和优化。通过阵列配置矩阵及其自相关矩阵和互相关矩阵,分析了六边形格点阵列的UV平面采样点分布规律,推导得到了六边形格点阵列实现UV平面采样点全覆盖的条件,并将六边形格点阵列的稀疏优化转化为矩形格点阵列的稀疏优化问题。利用差基序列低冗余度特性,提出了基于差基的六边形格点阵列稀疏与优化方法。仿真分析结果表明,采用所提方法得到的稀疏阵列,其冗余度优于经典X形阵。

证据理论在时空信息融合领域都有着广泛的应用,时域信息融合表现出明显的序贯性和动态性,在空域进行证据融合时处理证据冲突的方法并不一定适用于时域,时域证据融合中如何确定证据的动态可信度是值得关注的问题。针对此问题,基于Dempster证据组合规则和证据折扣理论,分析了时域证据融合的马尔可夫性,建立了证据可信度衰减模型,在此基础上得到证据动态可信度,以此作为动态折扣因子对证据进行折扣。算例仿真表明，可信度衰减模型可以基本满足时域证据融合的要求,能有效处理时域融合中的证据冲突。

为了提高非线性序贯式融合跟踪算法的精度,提出了基于平方根容积卡尔曼滤波器的多传感器序贯式融合跟踪算法。该算法使用三阶容积数值积分原则计算非线性过程的均值和方差,克服了扩展卡尔曼滤波器存在的滤波精度低及平方根无迹卡尔曼滤波器存在的参数复杂的缺点。同时，在滤波递归过程中以协方差平方根矩阵代替协方差矩阵,这样确保了滤波算法的数值稳定性,提高了跟踪的精度。最后用已知弹道系数的再入段弹道跟踪模型对所提算法的性能进行仿真测试。仿真结果表明,所提算法具有很好的跟踪性能,是一种有效的非线性序贯式融合跟踪算法。

针对强噪声环境中弹道目标径向长度提取困难的问题,提出了一种基于最优路径的弹道目标径向长度提取方法。首先对目标距离像进行时间积累,得到一维距离像时间序列,然后分别计算每相邻帧的距离像中各个像素之间转移的幅度代价函数和路径代价函数,根据总代价函数的大小判断各散射中心的相关性,搜索得到一条代价函数最小的路径即最优路径,确定目标头部和尾部散射中心的位置,进而得到各个时刻目标径向长度。该方法算法简单,在强噪声环境中也能保证较高的正确率。对仿真和模拟测试数据的分析处理验证了该方法的有效性。

通过分析合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)目标切片图像的散射特性,提出一种适用于SAR目标识别的目标切片图像分割算法。算法首先对SAR图像做相干斑滤波,通过邻域平滑处理,提高背景区域和目标区域像素幅值一致性。然后自适应地选取变换幂次,对滤波后的SAR图像做幂次变换,以进一步增强目标区域像素幅值一致性。最后直接利用一维Otsu法对变换后的图像进行分割处理。实验表明,该算法对不同散射特性的目标切片图像都能够实现较为准确的分割,且计算复杂度小,利于工程应用。

对构建实际多平台雷达点迹数据融合系统所涉及的关键技术进行全面阐述,重点介绍理论算法与工程实际需求相结合的综合设计问题,包括空间配准、数据关联的设计准则,复杂环境下点迹估计融合中的权值计算方法以及坐标系的选取等。同时，给出一种多平台雷达数据融合系统运行环境仿真的总体结构及主要处理模型。仿真及雷达数据的验证结果表明,所提出的设计准则和计算方法具有良好的跟踪融合效果,适合应用于先进的多平台雷达数据融合系统中。

P波段合成孔径雷达具有一定的穿透性,在军事和民用具有重要前景。利用地基P波段雷达对电离层中空间目标进行监测时,电离层会影响雷达回波信号相位。通过建模和仿真,对电离层的时空变化对雷达回波相位的影响进行了定性和定量分析,基于平移相关法提出了一种电离层参数估计方法,并利用估计的电离层参数对雷达回波相位进行校正,消除了电离层对雷达回波的污染,还原了目标图像。仿真实验及实测结果验证了该算法的有效性。

极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR)图像中同一目标在不同时相下的散射特性会因数据采集条件的变化而发生变化,从而影响变化检测结果的正确性。针对这一问题,提出了一种基于极化状态提取的极化SAR图像变化检测算法。首先利用不变样本目标提取图像的最优极化状态,并将此极化状态下的接收功率比值作为变化检测特征量,最后利用双阈值判别方法提取变化区域实现变化检测。利用美国UAVSAR系统采集的全极化SAR实测数据进行实验,结果表明,本文算法能有效检测出地物的变化情况,且检测虚警少、轮廓清晰。

预警机雷达为了完成在地物杂波背景下的目标探测,通常采用脉冲多普勒(pulse Doppler, PD)体制,而多普勒盲区是PD体制雷达的固有问题。在分析地物杂波特性和多普勒盲区形成机理的基础上,提出了一种基于多普勒盲区的低空突防航线规划方法,并给出了固定时间步长的搜索方法对该规划进行求解。沿此航线的战机利用多普勒盲区可实现相对于预警机雷达的“隐身”,而低空飞行又可有效规避地面雷达的探测,因此该航线可以大大提高战机突防的成功率。仿真实验结果验证了本文提出的基于多普勒盲区的低空突防航线规划方法的正确性及有效性。

采用统一建模语言(unified modeling language,UML)提出了一种模块化、易扩展和通用性的机载雷达功能级仿真器体系结构,分为系统控制、天线、信号处理机和数据处理机共4个对象进行模块化设计,具备机载脉冲多普勒雷达和相控阵雷达的仿真能力。建立和分析了机载雷达仿真器系统的工作流程、目标检测、目标跟踪、误差分析和电磁对抗模型,并采用Visual C++语言对所建模型进行了仿真实现,仿真结果充分验证了模型的可行性和有效性,为机载雷达的功能验证和作战效能评估提供了平台和依据。

研究了C⁴ISR系统结构中指挥控制关系的适应性演化问题。构建了C⁴ISR系统结构中的指挥控制关系模型,在对指挥控制关系适应性演化过程分析和描述的基础上,设计了演化过程中的指挥控制关系的结构变化代价和性能代价,并以最小化总的演化代价为目标函数构建了指挥控制关系适应性演化问题的数学模型。提出了基于n-Best策略层级聚类方法和遗传算法(genetic algorithm, GA)的问题模型求解思路。n-Best策略层级聚类方法用来获取每个任务阶段可行的指挥控制关系集合,而GA用来搜索最优的演化路径。最后通过某一仿真算例验证了求解方法的可行性、稳定性。

针对在三维空间路径规划中建模与避障问题,提出了一种新的在偏微分高程建模环境下蚁群算法的三维路径规划方法。首先,利用抽象建模和高程建模方法分别构建三维空间环境,并用偏微分对高程环境进行最优数据提取,在此基础上利用高程数学建模方法进行三维空间重建,最终形成偏微分高程环境。其次,首次将种群对于环境的最佳适应度值作为目标函数评判蚁群寻找最优路径的决策能力。最后,在不同的建模环境中应用蚁群算法进行路径寻优,输出最优路径。通过对仿真结果和实验数据分析,验证了所提方法的有效性和正确性。

针对卫星和浮空器协同对地侦察任务规划问题，提出了一种分阶段任务规划方法，将卫星与浮空器协同任务规划分为任务聚类、任务组分配和任务排程3个相继的阶段。使用层次聚类算法进行任务聚类，通过聚类形成多个任务组；给出了任务组分配的规划模型，将任务组与平台资源进行匹配；建立了任务排程的混合整数规划模型，并使用粒子群算法进行求解，将任务最终分配到相应的平台上。仿真结果表明，所提出的方法可行且有效。

针对航天测控网调度问题,提出一种基于混合启发式的解构造算法。与其他构造启发式算法不同的是,本启发式算法充分利用了我国航天测控网调度需求的特点,包括优先级、任务之间时间间隔要求和一个需求包括多个相同任务要求等,综合考虑了任务局部和需求全局,融合最大可用窗口价值规则和最早可用窗口集规则。其优势在于通过动态选择构造启发式规则来提高求解质量。最后,通过仿真实验分析比较,该算法可以在不明显增加计算时间的基础上得到更高的初始解质量。

计划评审技术(program evaluation and review technique,PERT)自提出以来被广泛用于具有不确定时间参数项目的分析评估中,但经典PERT不能对具有随机后续工序的情况进行建模,而且存在时间参数估计主观性强,估计误差较大等不足。本文提出在经典PERT模型中加入跳转虚工序的方法增强其对随机工序的建模能力,并提出了相应的分析评估方法。另外,提出了基于德尔菲评估法与专家权重相结合并综合相似工序的历史数据的方法克服经典方法在时间参数确定方面的不足。最后,利用某装备的使用保障过程PERT建模分析实例验证了该方法的有效性。

备件是装备保障的重要物质基础,合理规划备件的配置方案是提高装备保障效能的关键。针对多级保障系统备件配置优化的高维、非线性问题,构建了以备件保障度最大、保障费用最小为目标函数,以其他准则为约束条件的优化配置模型。面向优化模型求解的难题,在传统粒子群算法的基础上,提出了一种改进的粒子群求解算法,给出了该算法的设计思路和优化流程,采用基于准则的方法以及改进惯性权重等措施,以两个目标作为引导,在备件配置方案生成时可以避免长时间的无效搜索,提高了粒子群优化算法的求解效率,最后通过算例证明该方法的可行性和有效性。

当系统某次评价不达标,选取怎样的方案使系统整改后达标便是评价后续决策问题。首先类比事故树基本事件重要度,建立能综合反映指标重要度的模型及改善代价的模型;之后对最大重要度所对应指标得分进行固定步长、渐升步长以及渐降步长等3种形式的增值,再求新的系统评价得分,直到系统评价满足阈值,并确定3种迭代模型的取舍策略;最后分析迭代过程及结果,建立指标改变先后度模型,确定指标改变的轻重缓急次序。文中以模糊综合评价方法为对象分析,实例验证切实可行,并可推广应用于灰色评价、可拓学评价以及集对分析等常规评价方法。

针对相控阵雷达导引头的隔离度寄生回路问题,分析了天线罩和导引头隔离度产生的原因,建立了考虑天线罩和导引头隔离度的制导系统动力学模型,基于线性时不变系统稳定性判据和无量纲化法研究了天线罩和导引头隔离度共同作用对制导系统稳定工作域的影响。利用无量纲伴随函数法研究了天线罩误差斜率和导引头隔离度不同叠加情况对脱靶量收敛的影响。研究表明,单一研究天线罩或导引头隔离度所得结论对导弹制导系统设计缺乏实际指导意义,制导系统稳定工作区域受到天线罩和导引头隔离度共同作用的影响,二者的叠加情况不同,对制导系统的稳定工作区域和脱靶量收敛的影响不同。正反馈叠加将严重影响脱靶量收敛和制导系统稳定性,应尽量避免。

针对导弹末制导段的制导控制问题,基于自抗扰控制和反演终端滑模控制,提出了一种导弹制导控制一体化设计算法。利用块严格反馈系统描述一体化模型,将存在的模型误差、目标机动等看做未知干扰。采用扩张状态观测器对系统不确定性和干扰进行估计和补偿。设计反步终端滑模控制方法实现导弹的姿态控制。仿真证明了设计的一体化算法可以获得较小的脱靶量,系统对存在的内外干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。

在全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)导航信号的产生、发射、传播和接收过程中各种环节的异常,都有可能对卫星信号质量产生影响。用户接收到异常信号后,会在一定程度上影响其位置、速度、时间(position, velocity, time, PVT)性能。开展GNSS导航信号监测评估,可以在第一时间及时准确发现异常并快速告警,确保GNSS用户,特别是民航、海事等涉及生命安全领域相关用户的高效、可靠使用。然而,针对GNSS导航信号的各种异常的综合监测评估,目前国内外尚无全面而系统的研究成果,因此无法进行实时或准实时的信号异常自动识别与分析。文中提出建立GNSS导航信号畸变模型库的理念,针对GNSS导航信号的产生、发射、传播和接收过程中各类信号异常,通过仿真分析和实测数据验证,建立一套较完善的数学分析方法,研究GNSS导航信号各类常见畸变产生机理及特点,并在此基础上,定性或定量地给出不同程度的信号畸变对信号质量评估以及对用户定位的影响。本文的研究成果能够为卫星系统故障自动识别与快速定位提供支撑材料。同时,还可为卫星星上信号产生方面的设计者提供参考,在信号设计和优化过程中提供依据。

针对无人机着舰这一特殊环境,为克服系统摄动、未建模动态及各种环境干扰因素的不良影响,从工程实现易行性出发,提出一种新的积分滑模着舰飞行控制方法,避免其受传统积分切换函数滑模控制方法的应用限制,并采用自适应模糊系统抵消外界干扰带来的误差,逼近滑模控制器中的切换项,从而有效降低舵面的抖振。搭建自动着舰综合仿真平台,以国外现役某小型舰载无人机为例,仿真结果表明,该自动着舰系统能较好地克服各种因素的影响,实现无人机安全着舰,着舰性能符合要求。

通过分析欺骗信号对目标接收机时钟频漂的影响,建立被欺骗目标接收机在匀速圆周运动条件下的时钟频漂模型,将其与单位余弦函数进行圆相关,通过检测归一化相关值可以成功实现对欺骗干扰信号的检测,同时有效避免了虚警的发生;通过对相关相位及相关峰值分析处理可以解算出欺骗信号的方位角及仰角,仿真表明对方位角和仰角的估计误差在1°以内。该算法可行性较强,具有重要的理论价值和应用价值。

由于严重的“遮蔽”现象,卫星导航在室内环境中几乎无法使用。人员自主定位系统作为此条件下的一种有效“补盲”手段,在消防、特战、反恐等方面具有广泛的应用。为了克服人员自主定位中存在的惯性漂移,常常利用辅助信息提高定位精度。在粒子滤波算法框架下,提出一种改进的地图辅助人员定位方法。该方法通过引入粒子的方向加权,充分利用地图信息;克服了传统方法中由地图信息错误导致定位失败的缺点,提高了定位算法的稳健性。通过传感器的实测数据对算法进行验证,新方法随时间变化可保持1 m的定位精度,相对于传统方法有较大提高。

室外无人搬运车(automatic guided vehicle, AGV)运输和未来的无人驾驶智能汽车等对全球定位系统(global positioning system, GPS)高精度定位精度要求较高,GPS L1/L2C双频信号可以校正电离层误差从而提高GPS单机的定位精度。但L2C 民用中码/民用长码(civil moderate/civil long code, CM/CL)的长度远大于L1 粗捕获码(coarse/acquisition code, C/A),传统的捕获算法直接用于L2C信号会使捕获时间延长甚至导致捕获失效。对此,提出了利用捕获到的L1信号的多普勒频移和C/A码相位对L2 CM码进行辅助捕获,然后利用CM码码相位对CL码进行辅助捕获的方法,减小了L2C信号捕获的二维搜索范围;同时在相关运算中利用分裂基快速傅里叶变换(splitradix fast Fourier transform, SFFT)代替传统的基2 FFT进一步降低了计算量。仿真结果表明，所提算法在运算量明显降低的情况下可以实现对L1/L2C双频信号的精确捕获。

为了保证无线传感器网络(wireless sensor network,WSNs)内部节点入侵检测中具有较高的检测率和较低的误检率,提出了一种基于节点信任值的层簇式WSNs入侵检测方案。该方案通过分析WSNs中典型网络攻击特征,定义了节点的多种典型信任属性,并利用马氏距离判断节点信任属性是否异常来获知节点是否存在异常,最后利用贝塔分布理论和异常折扣因子相结合实现节点信任值的计算和更新,从而实现节点入侵检测判断。经仿真,结果表明该方案可实现常见入侵的检测,具有较高的检测率和较低的误检率。

空时码应用最广泛的是空时分组码(space-time block code,STBC)和垂直分层空时码(vertical bell layered space-time code, VBLAST),因为STBC信号具有时间上的相关特性,所以在求高阶循环累积量时,该信号有一个特殊的循环频率,而VBLAST信号没有此特性。提出了一种基于循环稳定特性的STBC多载波码分多址（multicarrier code division multiple access,MC-CDMA）信号识别算法。该方法先根据信号系统的基带物理结构和信号模型来建立信号相关函数的选择标准,然后估计出这些相关函数对应的四阶累积量,接着把四阶循环累积量跟信道的参数结合起来建立一个循环统计量,最后把这个循环统计量与检测门限进行比较,实现信号识别。计算机模拟仿真表明,该算法能在较低的输入信噪比条件下良好地工作。

在多子载波、频率选择性衰落、双向中继转发信道中提出多中继协作的基于AF-CDC-OFDM的差分网络编码方法。通过多个协作中继的分布式循环延时编码及功率放大处理,两路终端发送的差分编码分组可获得完全的协作分集和频率分集增益。两路终端在检测对方的发送信号之前需要消除自干扰信号,为此,提出基于统计相关的自干扰分量估计方法。仿真结果表明，提出的差分网络编码能够获得完全的分集增益性能,对应的自干扰分量相关统计估计算法在慢衰落信道中与干扰分量完全消除的检测性能相比,仅有0.5 dB的信噪比损耗。

广义空间位移键控(generalized space shift keying, GSSK)技术作为大天线技术和绿色通信技术相融合的优选方案受到了业界的广泛兴趣,其特点是在每一时刻只激活几根天线发送已知信号,利用激活天线的序号来传递信息。基于最大似然(maximum likelihood, ML)准则的GSSK检测器,当天线数较多时,其计算量太大,给实际应用带来困难,为此人们热衷于研究简化的次优检测算法。给出了一种基于二进制二次规划全局最优性条件的GSSK系统的检测算法。该算法首先利用最优判决准则判断发送信息,然后根据已判断出的发送信息来确定发送天线的组合,进而得到发送的二进制比特流。仿真结果表明,所提出的新算法在性能上优于已有的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)、凸超集松弛(convex superset relaxation, CSR)等次优检测算法,复杂度又低于ML算法,在性能和复杂度之间得到较好的折中。

提出了一种多元化群智能优化算法—多元优化算法。多元优化算法充分利用了现代计算机多核处理器,大内存的特点,通过多元化的搜索个体(元)对优化问题解空间进行搜索,并对历史信息进行选择记忆。该算法因搜索群具有分工不同的多元化特点而得名。搜索元按照职责不同而分为全局元和局部元,全局元负责在整个搜索空间进行全局搜索并找到潜在解区域,局部元负责在各个潜在解区间进行局部搜索以期望找到该区域更好的解。本文从理论上证明了该算法的可达性。基于标准函数的对比实验也验证了该方法在可达性方面优于其他几个参与比较的算法。

针对现有云模型相似性度量方法结果不稳定以及区分度不高的问题,提出一种云相似度的概念跃升间接计算方法,以表征云相似性的期望曲线相交区域为切入点,将其面积的计算转移至更高层次概念上,实现原相交区域代表概念比重的等价转换。讨论了期望曲线交点数目及位置的不同情形,并给出相应的判别规则;在此基础上,通过计算截断熵获得综合云,实现概念的跃升;以综合云与各基础云的期望曲线相交面积作为相似性的新度量标准,给出了相似度的间接计算公式。通过设计的仿真算例以及具体应用的实验结果,验证了该方法的有效性和普适性。

联合试验要求构建大规模分布式实时仿真环境。仿真体系结构主要解决模型的互操作、组合和重用,在通信性能和扩展性方面存在不足,难以满足实时性需求。本文提出了一种基于数据分发服务的仿真系统互联架构,利用其优势可以建立高实时性、易扩展的仿真系统。将仿真系统、仿真系统交互信息映射成为数据分发服务(data distribution service, DDS)实体,建立实体间的公布/订阅关系,可实现仿真系统间的信息交换。以数据为中心的公布订阅机制规定“只有属于同一数据空间的公布者和订阅者之间才能建立公布/订阅关系,该机制限制了架构的扩展性。利用Domain桥将两个数据空间相联,通过主题映射实现不同数据空间的信息交互,以提高仿真架构的性能和扩展性。最后,通过两个原型试验发现了映射模型与系统性能的关系,证实了Domain桥的功能和性能。

逼真的舰载直升机着舰仿真应对着舰过程中机舰碰撞给出精确建模。着舰过程中直升机何时与舰船碰撞及碰撞后产生的力是建模难点。针对这一问题提出了一种着舰碰撞建模方法。该方法中起落架被简化为弹簧阻尼筒结构,机舰碰撞时的力与起落架压缩量、机舰相对速度有关。通过坐标转换,依据起落架在船体坐标系下坐标判断机舰是否碰撞,并且计算起落架压缩量大小。依据舰船速度在机体系下投影计算机舰相对速度。最后开发了直升机、舰船仿真模型对该方法做了验证。验证结果表明:该方法能够实时计算出直升机与舰船碰撞时直升机起落架所受力,直升机与舰船能够协调一致运动,可以满足机舰仿真需求。

证据网是一种基于D-S(Demspter-Shafer)理论层次化推广的推理模型,和D-S理论一样，当证据网中传感器节点不可靠时需要进行折扣(可靠性)处理。由于证据网是一种多层次的节点信息融合,折扣在不同融合层次传感器上,影响不同层次上的冲突,所以折扣的设置需全局考虑冲突情况。已有的可靠性评估方法是D-S理论中的评估,这些方法并不能保证在融合中全局的冲突最小,针对这一问题提出一种以减小全局冲突为目标使用混合编码遗传算法进行可靠性评估的方法。在仿真实验中通过与已有的可靠性评估方法进行比较，证明了该方法更能减小全局冲突,获得更好的结果。

为降低测试性验证试验费用,提出基于遗传算法的故障样本优化选取方法。方法通过故障—测试关联分析和故障—故障等价分析,确定初始故障样本集中各元素对应的等价集,并对初始故障样本集进行扩展,在此基础上,建立了故障样本选取优化求解模型。在不降低样本注入数量和测试特性的条件下,以试验费用最小为优化目标,给出了基于改进遗传算法的样本优化选取方法。算例应用结果表明,该方法设计的故障样本选取方法能有效降低测试性验证试验费用。

基于维修实践中设备两阶段故障过程,利用延迟时间的概念和当前时刻的状态检测历史信息,建立了改进的基于三阶段故障过程的状态检测模型。该模型更接近于设备的真实运行过程。设备运行有4种可能状态出现:正常状态、非严重缺陷状态、严重缺陷状态和故障状态。当检测到系统处于非严重缺陷状态时,采用延迟预防维修策略建立模型。以单位时间设备运行平均费用最小为决策目标,优化检测间隔和阈值时间,通过参考阈值时间来决定是否实施延迟预防维修决策。最后将提出的模型应用于实际案例中,验证了改进的基于三阶段故障过程的状态检测模型的有效性。