到达时差(time difference of arrival, TDOA)和到达频差(frequency difference of arrival,FDOA)/频差无源定位体制中,定位精度取决于时频差参数的估计精度。针对微纳卫星定位系统中时变参数估计性能随累积时间增加会出现恶化的问题,分析了相对频率扩展(relative frequency companding, RFC)对频差方向复模糊函数(complex ambiguity function, CAF)峰的扩展效应,推导了无补偿的RFC对频差估计精度的影响,给出频差估计精度的衰减因子及最优累积时间。在理论分析的基础上,提出一种时变补偿的时频差估计方法,用以克服时变特性引起的时间及频率扩展效应。仿真结果表明,该方法可有效消除参数估计精度的损失,估计精度逼近非时变参数的理论极限。

微动辨识是弹道导弹中段目标识别领域的研究热点,目标的微动特性与其结构、质量分布、初始状态和受力状态密切相关,将根据给定诱饵的重量、几何特性、释放初始状态等,建立诱饵进动、自旋、章动等微运动模型,对微动模型进行深入研究和理论推导,分析得到释放后诱饵的姿态角变化特性、自旋周期、章动角、章动角速率和欧拉角等微运动特征。仿真结果表明文中建立的微动模型,可以有效的对弹道导弹中段诱饵的微动特性进行分析,对比与弹头微运动特征的差异,可以有效的为弹道中段目标识别提供依据。

提出一种基于Radon修正离散线性调频傅里叶变换(Radonmodified discrete chirp Fourier transform,RMDCFT)的空间高速机动目标检测与参数估计的方法。该方法在目标运动参数范围内进行搜索,将目标数据从距离单元〖CD*2〗慢时间域中取出并进行相应匹配变换处理,在补偿回波数据相位并进行相参积累以用于目标检测的基础上同时得到目标速度和加速度的估计结果。〖JP2〗该方法能同时对距离徙动和多普勒走动进行校正,并可在脉冲数有限和低信噪比下有效地检测到空间高速机动目标并获得较好的参数估计结果。仿真结果和对所提方法的输出信噪比表达式的数学推导结果证明了所提方法的有效性。

具有非对称结构的进动目标成像是目前空间目标成像的一个难点。在构建非对称进动目标回波模型的基础上,分析了成像所需的4个微动参数并给出了相应的参数估计方法。在微动参数已知的前提下,提出了一种基于三维复数逆投影变换的进动目标三维成像的方法。首先利用微动参数构建相位补偿因子,之后对时间距离像进行三维搜索,进而实现进动目标的三维成像。最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性,同时仿真分析了微动参数估计误差对成像的影响。

临近空间高超声速飞行器具有飞行轨迹多变、机动性强等特点,而周期性的滑跃式飞行是其常用的重要机动形式。将目标加速度建模为时间自相关的随机过程,结合“当前”统计模型的自适应跟踪思想,提出了一种针对临近空间高超声速飞行器机动目标跟踪的模型。采用容积卡尔曼滤波算法分别对单模型和交互式多模型进行了蒙特卡罗仿真分析,结果表明该模型在跟踪临近空间高超声速飞行器时有较好的跟踪精度和适用性。

以研究微弱瞬态电磁辐射信号的探测手段为目的,提出了一种基于加窗四阶累量时延估计的检测算法。利用高阶累量对高斯噪声的抑制作用以及相干平滑变换对微弱窄带噪声的弱化效果,将低信噪比条件下非周期微弱放电信号的检测问题转化为周期性时延参数的估计问题。仿真及实验比较了加窗四阶累量互相关、非加窗四阶累量互相关及传统互相关时延估计3种算法的检验性能。结果表明,经过加窗处理的四阶累量时延估计算法在相关高斯白噪声、非相关高斯白噪声及窄带噪声3种噪声条件下的检测性能都优于其他两种方法,比较适合用于微弱电磁辐射源的远距离探测。

当前网络和信息技术的发展为C4ISR(command, control, communication computer, intelligence, surveillance, reconnaissance，C4ISR)系统的灵活性提出了更大的挑战。灵活性存在于C4ISR系统的多个方面,其中结构灵活性是系统灵活性的支撑。首先明确了系统结构灵活性的基本内涵,然后采用OPDAR(observer, processor, decision, actor, relationship)模型构建系统结构,改进并应用了制造业中车间产品模型的灵活性分析思想,提出基于动态调整的C4ISR系统结构灵活性分析方法。最后对两种联合防空系统的系统结构进行灵活性分析,证明了方法的可行性。

针对基于信息系统体系作战的海上作战风险管理问题,综合运用现代海战理论和风险管理理论,对信息化海上编队作战风险管理的风险辨识、风险评估和风险控制进行了研究。首先,围绕定下海上作战决心和实现海上作战决心所展开的海上作战指挥活动,分析了信息化海上编队作战面临的主要风险因素,建立了海上编队作战决心方案风险评估的指标体系;在此基础上,综合运用模糊评价理论,提出了一种基于模糊综合评价法的作战决心方案风险评估方法,从而给出了海上编队作战风险控制方法;最后,通过一个案例分析说明了所提方法的有效性。

针对装备维修保障仿真系统的灵敏度分析与参数优化问题,提出了基于仿真实验手段的应用研究框架。在分析装备维修保障仿真系统建模方法的基础上,提出了基于仿真实体的输入参数确定方法;从战备完好、任务成功以及维修保障系统级等多角度分析明确了输出评价参数;研究了基于分支定界法的关键输入参数筛选方法和基于正交表的输入参数抽样实验设计方法;研究了基于极差分析和方差分析的灵敏度分析方法原理,并提出了一种基于方差分析的输入参数优化方法。最后利用开发的灵敏度分析工具进行了算例验证,表明所提方法具有很好的工程实用价值。

多种维修方式的综合应用可最大限度提高装备可用度。针对装备群的多阶段任务特点,将维修活动近似安排在任务间隔期内,认为部件以一定的概率必然出现故障,获得了阶段期望维修时间。然后充分考虑了部件的3种维修策略以及产生的延误时间,给出了任务可用度的定义。以最大化任务可用度为目的,在综合分析阶段任务分配方案及维修方式选择影响的基础上,建立了一种非线性整数规划模型。基于问题实际提出了改进遗传算法对模型进行求解,以新的多层分段染色体形式表示优化方案,并调整遗传算子的操作方法以易于算法的实现。最后给出具体实例证明了模型及算法的有效性,有利于决策人员做出合理的任务及维修活动安排。

为提高航空维修风险评估的有效性,引入多元联系数集对分析理论,将评估系统中的确定与不确定因素作为一个整体进行处理。在考虑专家权重的基础上,运用不确定层次分析法确定各评估指标的权重区间,并通过三元联系数的联系度表达式将权重区间转化为权重精确值。对三元联系数的不确定项进行拓展得到五元联系数表达式,以此为基础建立风险的同异反评估模型。根据由该模型计算出的集对势结果对系统风险态势进行评判,并利用各阶偏联系数对风险发展趋势进行分析,实现静态和动态评估的有效结合。以某航空公司维修基地为实例,计算和分析结果表明了该方法在系统风险评估及趋势分析中的可行性与有效性。

针对装备保障任务的优化调度问题,首先进行静态建模,提出了一个新的数学规划模型,能够有效描述保障单元的力量配置及与保障对象的指派关系等复杂约束条件;随后实施动态建模,利用混合Petri网把数学模型转换为流程模型,不仅构建了变迁激发规则以表达静态数学模型的约束条件,而且设计了新的子网结构模拟突发事件及协同保障的动态过程。为了求解该规划模型,提出了一个基于退火进化的优化调度算法,该算法首先计算保障单元的分配问题,随后搜索资源分配的优先级列表生成保障任务的工作顺序,算法中利用Petri网过程模型计算不确定条件下的目标函数值。仿真实验表明算法能在较快的收敛速度下提高保障单元的利用率。

通过对现有直觉模糊熵构造方法的分析,针对隶属度和非隶属度函数相等但直觉指数不同导致熵值无法区分的局限性,借鉴经典数学中严格大于和严格小于的概念,提出了严格直觉模糊熵(strict intuitionistic fuzzy entropy,SIFE)的概念并给出公理化定义。在该定义基础上给出一个SIFE构造方法,然后抽象为一般表达式,使得SIFE的特性在决策排序问题中更加适用。通过算例分析,表明该方法的正确性,与其他直觉模糊熵构造方法比较,说明该方法可以克服存在的局限性。

针对飞机飞行中单侧机翼突然损伤问题,结合对损伤飞机的特性分析,提出基于神经网络自适应补偿的鲁棒非线性模型逆控制方法。利用未损伤飞机模型伪控制量中的单隐层神经网络自适应项和鲁棒项,并联合emodification自适应律对模型误差、外界扰动、神经网络近似误差进行补偿。除此之外,利用动态非线性阻尼技术对上述伪控制律进行扩展,从而适应损伤机体未建模舵动态。最后对上述算法进行严格的稳定性证明,并推导了逆过程的实现方法。仿真结果表明在单侧机翼突然损伤并伴随外部扰动和未建模舵动态下,该控制方法具有较强的稳定性和鲁棒性。

针对传统制导和控制分开设计在拦截高速机动目标时的不足,给出了一种反演滑模一体化制导控制算法。首先利用微分几何理论,建立了一体化制导控制模型;然后根据平行接近原理,基于滑模控制和反演法,设计了一种反演滑模控制的导弹制导控制一体化算法;最后基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。数值仿真结果表明,所给出的一体化制导控制方法能够克服未建模的不确定性和目标机动干扰,具有较强的鲁棒性。

研究了刚性航天器的时延姿态稳定控制问题。首先建立了基于修正罗德里格斯参数(modified rodrigues parameters, MRPs)的航天器非线性状态模型,具有确定上界的时延项在状态反馈控制律中体现。通过构造LyapunovKrasovskii 泛函进行稳定性分析,由此得到保证系统渐近稳定的线性矩阵不等式,依此设计状态反馈控制系数矩阵。考虑到航天器三轴间的耦合非线性项,利用扩张状态观测器(extended state observer, ESO) 方法,设计了二阶非线性扩张状态观测器,以获得航天器系统内部状态向量并用于状态反馈控制律。为便于工程实际应用,仿真中将MRPs响应输出转换为欧拉角响应,仿真结果表明,本文所设计的控制系统能保证航天器三轴姿态稳定。

针对无人机进场阶段失去推力后,如何使其跟踪一条给定进场路径这一特殊情况,提出了一种3维Dubins路径跟踪方法,该方法首先利用Dubins曲线解决无人机故障位置任意性及其路径求解实时性高的路径规划问题;然后为了跟踪所生成的3维Dubins路径,设计了一种基于切换平面的自适应非线性制导方法,其中切换平面用来解决圆弧制导与直线制导之间的过渡问题,而自适应规则降低横纵向制导律之间的相互影响,从而提高了系统的跟踪精度。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。

针对舰船捷联惯导传递对准性能受系统动态模型和噪声统计特性影响的问题,提出了一种基于改进自适应滤波的“速度+姿态”传递对准算法。针对噪声矩阵半正定性问题而导致的滤波发散,对自适应滤波噪声矩阵的迭代算式进行了改进,并基于协方差匹配技术给出了滤波发散的抑制策略。考虑到舰船航行中的载体变形影响动态模型的问题,在状态量中加入了安装误差角和挠曲变形角,并在算法中进行了补偿。仿真结果表明，改进算法可以在100 s之内有效地估计出姿态失准角和安装误差角,完成舰船捷联惯导的快速传递对准。

快速同时定位与建图(fast simultaneous localization and mapping, FastSLAM)算法的采样过程会带来粒子退化问题,为了改进算法的性能,提高估计精度,从研究粒子滤波的建议分布函数出发,提出基于自适应渐消扩展卡尔曼滤波(adaptive fading extended Kalman filter, AFEKF)的FastSLAM算法。该算法基于FastSLAM的基本框架,利用AFEKF产生一种参数可自适应调节的建议分布函数,使其更接近移动机器人的后验位姿概率分布,减缓粒子集的退化。因此在同等粒子数的情况下,该算法有效提高了SLAM精度,以此减少所使用的粒子数,降低算法的复杂度。基于模拟器和标准数据集的实验仿真结果验证了该算法的有效性。

针对资源受限的离散时间网络控制系统,提出一种基于性能优化的事件触发和量化控制协同设计方法。该方法主要通过事件触发降低网络带宽占用,采用带有缩放因子的动态量化器降低量化误差的影响,并将该网络控制系统建模成具有不确定参数的离散时间切换系统;根据稳定性和二次性能指标要求,利用分段李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式技术将性能指标最优问题转化为具有矩阵不等式约束的优化问题,给出了保证系统渐近稳定且二次性能指标最小的事件触发器参数、动态量化器可调参数及控制器增益协同设计方法。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

针对机载网络随机竞争类媒介接入控制(medium access control,MAC)协议在网络负载较重时性能下降严重、接入门限值设置缺乏理论依据和多优先级业务服务质量无法有效支持等问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程的信道接入策略。在以不同优先级分组占用信道代价作为目标函数的基础上建立动态规划方程,采用状态空间压缩方法对问题求解进行简化,得到各优先级分组间理论近似最优接入门限值的数学表达式,可为不同优先级分组的接入决策过程提供理论依据并实现接入冲突的有效控制。仿真结果表明,该算法能够有效提高数据传输的时延、成功概率等性能,满足军事航空通信中数据传输的实时性和可靠性需求。

为了改善差分跳频 (differential frenquency hopping, DFH)系统抗部分频带干扰性能, 提出一种将喷泉码(Fountain code, FC)应用于DFH的喷泉码差分跳频(Fountain codedifferential frenquency hopping, FountainDFH)级联编码系统; 在加性高斯白噪声信道(additive white Gaussian channel, AWGN)下研究其抗部分频带干扰性能的改善;对FountianDFH抗干扰性能在有精确干扰状态信息(jammer state information, JSI)和无精确干扰状态两种情况下进行了理论分析和数值仿真。仿真总频点数M为32, 结果表明:当存在精确JSI信息时, 干扰频点n为32点干扰,误码率为10-4情况下, FountianDFH系统相对普通DFH系统信干比有2~2.5 dB的性能改善;在干扰频点数n为1时有10~12 dB的改进。当无JSI信息时, 提出一种跳频训练序列的JSI估计译码算法, 使FountianDFH系统较准确获取JSI信息,具有较强抗干扰能力。

当多径信道各径多普勒因子不一致时,传统的多普勒补偿技术会带来较大的残余误差。针对此问题,通过理论推导提出了一种针对水声多径信道存在非一致多普勒扩展的补偿方法。该方法采用多次内插与快速傅里叶变换相结合的算法,首先通过对接收信号进行单次重采样预处理以降低多普勒因子大小,再利用等效信道参数估计模型,获得信道统计量后进行正交频分复用解调,实现非一致多普勒补偿。仿真结果表明,所提方法在信道信息已知与未知的条件下,都具有较高的补偿性能,特别是在非一致多普勒扩展比较严重的情况下,其优势更加明显。

针对现有能够应用于太赫兹超高速无线网络的能量和频谱感知的媒介接入控制(energy and spectrumaware media access control, ESMAC)及IEEE802.15.3c协议存在的时隙申请量未及时更新、超帧结构不合理及分配时隙时未合并同一对节点之间的时隙请求等问题,提出了一种高吞吐量低时延MAC(high throughput low delay MAC,HLMAC)协议。通过设计一种新的超帧结构,使节点及时得到时隙分配信息,大大降低数据接入时延;通过更新时隙请求量和合并同一对节点的时隙请求,增加了数据发送量,提高了网络吞吐量。理论分析表明了HLMAC协议的有效性,仿真结果显示它比ESMAC协议增加了65.7%的网络吞吐量,同时降低了30%的接入时延。

导弹冷发射出筒过程中,需要安装底罩来保护一级发动机,发射后要将底罩抛离并确保其不会砸到地面设备,设计了采用纵向分离加侧推的组合分离方案,采用推冲器作为纵向分离能源以及侧推发动机作为侧向移动能源。导弹底罩分离过程中受多种不确定性因素影响,考虑侧推发动机、推冲器、空气负压力以及阵风等多种因素对分离过程的影响,对导弹底罩分离过程建立了分离运动学和分离动力学模型。通过仿真得到相关参数对分离过程的影响,确定了分离设计参数值,最后利用蒙特卡罗方案得到底罩的横移和落区范围。

首先针对离散二进制粒子群(binary particle swarm optimization, BPSO)容易陷入局部收敛的问题,提出一种改进的BPSO算法。在分析高斯密度函数对尺度敏感性的基础上,利用粒子群与全局最优粒子的一致性动态调节尺度参数,并利用密度函数对称区间的定积分确定全局最优粒子的变异概率。而后将聚类的选择性集成抽象为组合优化问题,利用聚类成员有效性和差异性的加权组合定义适应度并以改进BPSO的进化过程实现聚类的选择性集成。最后基于标准数据集和图像数据集验证算法的有效性。

针对现有基于超混沌的图像加密算法存在安全性不足和运行效率低的缺点,提出了一种改进算法。该算法通过优化像素置乱、像素替换和密文扩散过程进一步混淆明文图像和密文图像的关系,并通过引入新的超混沌序列量化方法,减少超混沌系统的迭代次数,提高运行效率。实验仿真结果表明,算法具有很高的安全性和实用性,可广泛运用于图像保密通信等领域。

针对中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像常见的3种条带噪声,提出了一种矩匹配和变分相结合的多类条带噪声去除模型。首先采用矩匹配方法对MODIS影像做预处理,然后基于变分方法去除条带噪声。能量泛函由L1正则化项、数据保真项和梯度保真项组成,基于Split Bregman迭代计算能量泛函的最优解。实验结果表明,此算法能够有效地去除MODIS影像中常见的条带噪声。与矩匹配、低通滤波及单向全变分方法相比,此模型更好地保留了图像的细节信息,有效抑制了正则化方法在条带去除过程中出现的分块现象。

表决结构广泛存在于装备的可靠性设计中。针对表决系统备件需求计算困难、不准确的问题,提出了一种基于寿命分布等效的表决系统备件需求量计算方法。首先通过R等效方法将系统中的非指数单元转化为指数单元;而后将多指数单元表决系统等效为伽马系统并给出等效伽马系统参数的经验计算公式;在此基础上以可用度为保障约束指标,利用伽马分布的可加性得到备件计算结果;最后在实际算例中,通过与仿真结果的比较表明,此解析算法对于指数单元具有较高精度,对于非指数单元,在可用度较高的情况下亦能满足精度要求。

为了减小离散灰色预测模型解的扰动界,增加模型的解的稳定性,并且充分利用系统的新信息,提出了分数阶反向累加离散灰色模型。通过数学推导,给出了模型具体的计算公式,并计算了其扰动界。通过比较一阶反向累加离散灰色模型和分数阶反向累加离散灰色模型扰动界的大小,证明了分数阶反向累加离散灰色模型的优越性。最后,将其应用在某型号武器系统的储存可靠性的预测中,计算结果优于传统灰色预测模型,预测精度有了大幅度提高,从而拓展了灰色预测模型的理论研究和实际应用范围。