针对稀疏频谱信号的获取和感知问题,提出了一种多速率互质采样下的超分辨谱估计技术。首先对信号进行多通道采样,建立起多速率互质采样下的接收信号模型,并推导了采样频率的最优选取准则。然后基于超分辨理论将不同采样速率下的基带混叠谱估计出来,并给出精确恢复的唯一性定理。在谱重构过程中,为了降低恢复算法的复杂度,又提出了一种支撑集缩减准则。以上方法既避免了栅格划分对重构模型的影响,也克服了有限长时域数据造成的频谱展宽效应,因此可以有效地提高谱估计的精度和分辨率。数据模拟实验验证了上述方法的正确性和有效性。

频谱弥散(smeared spectrum, SMSP)干扰是专门针对线性调频脉冲压缩雷达的密集多假目标干扰。依据SMSP干扰信号的周期性特征,提出了一种基于信号重构的SMSP干扰抑制方法。首先,采用奇异值比谱法估计SMSP干扰的子脉冲个数和调频斜率,采用相关运算法估计SMSP干扰的脉冲前沿位置、幅度以及相位参数,得到重构的SMSP干扰。其次,将其从接收信号中减去即可达到抑制干扰的目的。最后,仿真结果表明,即使在较低的干信比和干噪比条件下,干扰抑制比仍可以达到20 dB以上,说明所提方法对SMSP干扰具有较好的干扰抑制效果。

噪声环境下图像压缩感知(compressive sensing,CS)重构方法的性能会大幅度下降。在近似消息传递(approximate message passing,AMP)算法的基础上,同时利用结构先验信息和边信息来增强AMP算法对噪声的鲁棒性。利用图像中相似块的低秩特性,在反投影的含噪图像中捕获低秩子空间的结构特征;再将含有确定成分的前期重构图像作为边信息，以实现细节的增强。实验表明,本文算法比原始AMP算法在峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)上平均提高了3.89 dB,且获得更加清晰的重构图像;与仅利用低秩特性的AMP算法相比,引入边信息后本文算法在PSNR上获得了0.27 dB的增益,同时增强了重构图像的细节。

为利用互质结构进行二维高精度波达方向(direction of arrival, DOA)估计,设计了双平行互质阵列,提出了构建非均匀虚拟阵列的失配处理贝叶斯学习方法,最大限度扩展了测向自由度的同时,降低了网格失配对DOA估计精度的影响。首先,对平行互质阵列进行垂直方向扩展构建了双平行互质阵列;其次,进行了非均匀虚拟阵列扩展,利用稀疏贝叶斯学习进行稀疏重构;然后,利用到达角相邻网格的能量关系,通过泰勒展开,进行了低复杂度的失配处理;最后,提出剔除规则和选择规则,融合两个方向子阵的估计结果。理论分析和仿真实验证明了所提阵列和DOA估计方法的有效性。

针对网络中单个传感器无法对目标状态完全观测的情况,基于量测补偿策略与滚动时域估计方法,提出了一种分布式估计算法。针对网络中单个传感器量测对状态不完全可观测的情况,令各传感器利用其对完全量测的预测来补偿实际量测;进一步针对传感器网络中所有传感器估计的一致性问题,令各传感器利用本身的量测和邻居传感器的传输信息对状态进行滚动时域估计,并在此基础上构造分布式的滚动时域估计优化问题和设计实施算法。仿真结果表明,在整个传感器网络全局可观测的前提下,该算法可以使得传感器网络中的所有传感器实现对目标状态的完整、准确估计。

针对战场目标分群中存在的类数未知和阈值选取欠缺有效方法的问题,提出一种基于改进空间划分的目标分群算法。首先,通过敌我及作战单位属性划分,约减分群目标数规模,降低计算量;其次,通过对空间距离划分进行改进,能够动态地优选阈值,有效解决类数未知的分群问题。通过引入划分独立性和逆χ²分布概率区间约束,消除计算冗余并提取出候选阈值,在此基础上选取最大的候选阈值作为最终分群阈值,可以有效滤除过程噪声与观测噪声干扰,提高分群准确率。仿真结果表明,该算法对战场环境下的多目标编队分群具有良好的有效性、稳健性和实时性。

针对地球同步轨道卫星发射低轨道卫星接收的新体制双站合成孔径雷达(geosynchronous-earth-orbit-low-earth-orbit bistatic synthetic aperture radar,GEO-LEO BiSAR)具有收发平台轨道差异大、空间大尺度异构等特点,对地面分辨特性和轨道构型进行了分析。文中从收发平台的空间几何关系出发,深入分析了地面二维分辨率和分辨率方向角等性能,给出在不同观测模式下的构型约束规律,并规划了轨道构型设计方案。仿真实验结果验证了理论分析的正确性。

在基于尺度不变特征变换算法的合成孔径雷达图像配准算法中,一个特征点通常具有多个主方向,虽然该主方向分配方式可以有效增加正确匹配对数,但是匹配性能会受到特征向量之间的相互影响而下降。文章提出了一种最佳欧式距离匹配方法,该方法通过欧式空间距离矩阵计算待匹配图像两组特征向量集的相似度,获得最佳相似特征点。此外,文章引入代表位置关系的转换距离作为判断特征点空间一致性的依据,有效地消除错误匹配点。与DM等匹配方法相比较,最佳欧式空间距离矩阵匹配方法在匹配精度和匹配效率上验证了其有效性。

认知雷达通过对探测环境的感知实现对感兴趣目标的探测。考虑杂波和噪声中的起伏目标的认知雷达探测问题,建立从接收机到发射机的反馈支路,使得雷达与探测环境之间构成一个闭环;采用期望最大算法对探测环境中的目标参数进行估计;利用接收机获得的反馈信息,采用信杂噪比最大准则设计下一次迭代所需的发射波形。计算机仿真分析表明,采用了认知雷达闭环探测结构,可以有效增加探测环境信息获取的效率,因此相对于常规雷达而言,具有更好的探测能力。

后向投影(back-projection, BPA)算法能有效应对弹载前斜视合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像的两维空变问题,且无需几何投影操作,而其庞大的计算量阻碍其实时应用。针对该问题,提出一种快速时域算法,该算法通过划分场景和孔径,利用短孔径小场景内距离徙动空变可忽略的特性进行统一的波束形成,提升运算效率。分析了该算法的计算量并与快速后投影(fast back-projection,FBP)算法进行了对比,同时研究了远场假设造成的误差引入。最后通过弹载前斜视SAR成像仿真实验验证了所提算法的效率优势。

合成孔径雷达层析成像(synthetic aperture radar tomography, TomoSAR)是将合成孔径原理应用到高程向进行三维成像,相比于传统的二维成像,增加了高程向的信息。传统谱估计方法可用于SAR层析成像,但其高程向分辨率较低。对于高程向分布稀疏的场景,压缩感知(compressive sensing, CS)方法可以用于高程向重建,且具有超分辨能力。阈值迭代算法(iterative shrinkage-thresholding,IST)可用于SAR层析成像,但其收敛速度比较慢。介绍了一种快速阈值迭代算法(fast iterative shrinkage-thresholding,FIST)用于SAR层析成像,该方法不仅保持了IST算法计算的准确性,而且具有较快的收敛速度。本文通过仿真实验说明FIST算法在多散射体分辨、单散射体位置估计等方面的特性,并利用TerraSAR-X北京地区实际数据进行SAR层析成像,分析成像效果。研究结果表明FIST算法在多散射体分辨、单散射体位置估计方面优势明显,其应用于SAR层析成像具有较好的成像效果。

大幅度电离层相位扰动使得超视距雷达(over the horizon radar,OTHR)多普勒频谱严重展宽,限制了OTHR系统在船舶目标探测方面的实际应用。针对这一问题,根据邻近方位距离单元数据协方差矩阵的Toeplitz矩阵特性,估计电离层相位扰动的变化函数,提出一种无需提取标校信号的电离层相位扰动校正方法。仿真实验及分析表明,该方法能有效改善OTHR系统在大幅度电离层相位扰动背景下对船舶目标的检测性能。

针对体系结构验证评估中可执行模型生成缺乏灵活性和扩展性的问题,提出了一种基于体系结构物理交换规范(physical exchange specification,PES)的Petri网可执行模型生成方法。该方法基于DoDAF 2.0提出的体系结构PES和支持对象化的扩展Petri网标记语言(Petri net markup language,PNML)规范,构建了基于PES的Petri网可执行模型生成框架,通过体系结构模型数据含义与Petri网模型元素之间的语义映射,建立了PES与扩展PNML之间的数据映射规则,并以作战活动模型为例详细说明了数据映射规则和转换算法;最后,以民间海上搜救体系结构为例,验证了所提方法的有效性。该方法实现了灵活、自动化的Petri网可执行模型生成,打破了体现结构建模语言和Petri网模型类型的限制。

空基反导是实现对战术弹道导弹(tactical ballistic missile, TBM)助推段主动防御的有效拦截方式。从探讨空基反导装备的体系需求入手,提出了使用国防部体系结构框架(department of defense architecture framework, DoDAF)视图产品建立空基反导装备体系结构可执行模型的方法和步骤,给出了空基反导装备体系结构和作战需求的可视化描述。具体采用了基于活动的静态模型描述空基反导装备的体系结构,采用基于过程和对象的动态模型描述空基反导装备的体系需求。

远程支援干扰编队是空中压制集群中用于支援火力压制编队突防的“首波”电子干扰力量,对其进行优化部署将有助于提高空中压制集群在其突击航路“前段”的突防效能。然而当前研究成果普遍存在缺乏战术背景及对空中压制集群作战筹划规程不明的问题。缺乏战术背景，致使研究结论出现偏颇或错误;对空中压制集群作战筹划规程不明使得在建模过程中对相关约束把握不全、不准,致使研究结论实用性不强。本文从空中压制集群作战实际出发,依据防空预警雷达网的空情融合规则建立了雷达探测威胁模型;以突防航路被敌雷达网探测的威胁总量为目标函数，建立了远程支援干扰编队部署决策模型;为解决几何解析难以进行模型解算及对广域多参函数进行二进制编码将出现计算效率低等问题，设计了基于二值图像封闭区域检测的实数遗传算法;最后通过实例仿真验证了所构模型的有效性及正确性。

直觉模糊集中隶属度和非隶属度是确定值,而在空战对抗中,飞行员以及专家知识很难准确地确定隶属度和非隶属度的准确值,只能给出大致范围。针对此问题,结合Petri网强大的知识表示及并行推理能力,设计了区间值直觉模糊Petri网(interval valued intuitionistic fuzzy Petri net,IIFPN)及其推理算法与规则,讨论了算法的复杂度。最后,以“二对一”态势下的空战为例,在不确定条件下,采用本文提出的方法对决策过程进行建模并推理,结果验证了本文提出方法的可行性。

针对目标威胁评估过程中观测数据缺失、难以综合考虑来袭目标的动态威胁态势以及已有评估方法大多需要确定各指标权重而过多依赖专家经验的问题,将自回归(auto regressive,AR(p))预测模型、时间序列赋权及突变理论相结合,提出了目标威胁评估的AR(p)动态突变排序法。该方法通过AR(p)模型预测时间序列上的缺失目标数据,为综合各时刻数据进行威胁评估提供了基础数据信息;采用泊松分布逆形式对时间序列进行赋权,全面考虑了当前时刻和之前时刻的目标关联信息;在突变理论基础上抽象出了突变排序的思想,将目标威胁评估指标体系中下层指标对上层指标的作用归因为控制变量对状态变量的作用,并采用归一化公式对作用程度进行求解,以此方式由底层往上逐层推进最终得到目标威胁评估值。实例分析结果表明,AR(p)动态突变排序法适用于目标数据缺失时的威胁评估,更贴合实战,且不需确定各指标权重,计算过程简洁高效,可操作性强,由于综合考虑了目标的动态威胁态势,评估结果更加合理,具有一定的实用价值。

任务期间对车间更换单元(shop replaceable unit,SRU)进行串件拼修,减少现场可更换单元(line replaceable unit,LRU)因SRU短缺造成LRU维修等待的时间,是提高装备可用度的有效途径。针对任务期间备件最终修复概率小于1、备件处于非稳态需求时传统完全可修件库存策略不合理的问题,扩展可修复备件多级管理(multi-echelon technique for recoverable item control,METRIC)理论,建立使用现场和后方基地两级SRU串件拼修对策下不完全修复件两级两层时变可用度评估模型。列举案例对比分析串件拼修对策前后装备可用度变化,分析结果表明,串件拼修能一定程度上提高装备可用度,对装备可用度提高程度与LRU最终修复概率和初始备件携带数量有关。最后,采用蒙特卡罗仿真方法对串件拼修对策下的备件保障模型进行了验证,仿真结果与解析结果误差在2%以内。

针对现有技术体系如何实现定量化的网络化建模和识别技术创新的模式和机理两个主要问题,提出数据驱动的技术创新网络构建方法,挖掘出技术文档的关键字向量,结合向量空间模型实现技术相似度的定量计算,生成技术创新时序网络。讨论了技术创新网络基本结构,分析了技术创新网络的模体类型与特性,并计算了模体重要性剖面以进一步确定其网络特征,得出技术创新具有强合作性且技术创新网络与生物网络以及信号传输网络属于同一个网络超家族的结论。并以技术评论数据为例验证了该方法的有效性。

贯彻系统工程思想的基础是强大的知识工程能力,依据知识工程原理提出了一种云知识平台架构,尝试解决复杂工程系统设计中的“知识困境”问题。首先分析了复杂工程系统设计中执行系统工程思想时面临的知识困境的具体情况,为云知识平台的内容提供指导;然后详细论述了云知识平台的架构及相应的知识工程过程;最后对云知识平台的效用进行了较为深入的分析。分析表明,基于云知识平台的“知识工程”方案可以较为完备地支撑3大核心系统工程过程的并行工程,可以为复杂工程系统设计提供坚实的基础。

在诸如行星探测,战争损毁等导航星座拒止环境下,单星定位系统可以快速部署为目标提供定位支持,但单星定位系统较大的定轨误差导致定位误差较大。针对上述问题,提出了一种基于因子图协同定位辅助的单星定位方法。首先,通过多组卫星不同时刻的伪距差值构建定位双曲面为定位目标提供连续定位并减小卫星和接收机钟差的影响;其次,利用多个定位目标之间的高精度测距信息建立协作因子图,并利用该协作因子图辅助单星定位系统的定位结果,从而提高定位精度。将所提出的单星定位方法与现有的多普勒单星定位方法和径向加速度单星定位方法从卫星定轨误差、测距误差和定位误差3方面进行对比。仿真结果表明,所提出方法的定位误差仅为其他两种方法的1%～10%。

针对传统配点法求解非光滑最优控制问题时,网格和配点数目多、非线性方程计算量大、误差大等问题,提出了一种自适应网格和配点优化方法。首先将求解最优轨迹优化问题划分为不同网格中的非线性规划问题,在网格内采用拉格朗日插值多项式对优化问题解逼近,求解出绝对误差和相对误差。然后根据轨迹曲率的大小确定出不光滑处的网格,并根据最大相对误差和容许误差的关系进一步确定网格划分的位置和加密数量;同时,对不满足容忍误差的光滑区间自适应增加配点以提高其求解精度。最后通过仿真实例与传统自适应网格优化方法进行了对比,结果表明,在相同计算精度情况下,本文所需的配点数目和网格数量较少,求解效率较高。

针对同时具有未知干扰以及输入饱和与死区特性的大气层内拦截弹姿态控制系统,提出了一种基于干扰补偿的自适应动态面控制器设计方法。该方法通过设计改进的非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)对未知干扰进行抑制,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近输入饱和引起的非线性项,通过设计参数自适应律在线估计未知死区边界。通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统状态一致终结有界。仿真结果表明,所提方法鲁棒性良好,在输入非线性和未知干扰作用下,依然能良好地跟踪指令信号。

为了提高旋转弹系统的控制品质,采用分数阶控制器进行双通道旋转弹控制系统设计。建立了旋转弹系统控制模型,进行线性化处理和解耦控制,并对解耦后的数学模型设计了分数阶PI^λD^μ控制器。针对分数阶控制器的参数整定问题,提出一种基于惯性权重的自适应粒子群优化算法,引入惯性权重非线性调整策略来平衡控制全局与局部搜索,从而得到全局最优解。仿真结果表明,该控制模型和控制器的设计合理可行。

为了提高车载捷联惯导系统的导航精度,缩短标定时间,针对车载捷联惯导系统的使用特点,提出了一种基于观测量扩展的外场多位〖JP3〗置标定方案。在传统外场标定方案的基础上,增加等效陀螺信息为观测量,对其可观测性进行分析,设计了一种新的外场六位置标定方案,并进行了实验验证。实验结果表明,在引入等效陀螺误差后,等效天向陀螺漂移的观测度由0.000 6提高到0.999 9,收敛速度变快,初始对准的精度和速度有所提高,外场标定结果中陀螺漂移和加速度计零偏的标定误差均小于15%,与实验室标定值基本一致,具有一定的工程应用价值。

现有的非奇异终端滑模控制方法和非奇异快速终端滑模控制方法都存在收敛速度缓慢以及“收敛停滞”等问题,针对这些问题提出了一种改进方法。在保证控制器非奇异的条件下将原滑模面中指数项设计参数由分数扩展到正实数域,既提高了收敛速度又扩大了参数选择的灵活性;引入快速终端趋近律,将原来的线性或指数渐近趋近改进为快速终端趋近,提高了系统状态的趋近速度;对“收敛停滞”问题产生的原因进行分析,提出了设计参数所应满足的条件。最后对某无人平台进行航向跟踪数值仿真,仿真结果验证了改进方法的有效性。

提出一种联合低密度奇偶校验码(low density parity check,LDPC)的低密度格码编码协作(low density lattice code coded cooperation,LDLC-CC)改进方案。中继对源节点广播的LDLC码字进行译码,并向目的节点转发基于LDPC和LDLC编码的增强校验信息。通过利用校验矩阵下三角结构特性,源节点和中继节点可以简单地通过各自的校验矩阵进行整形和编码,且采用的LDLC校验矩阵可以构成高维下三角结构校验矩阵。此外,设计了目的节点联合迭代软译码算法。该算法建立了LDLC联合译码与LDPC软译码之间的联系,相比LDPC硬译码可以获得显著的编码增益。仿真结果显示,在瑞利慢衰落信道下提出的联合LDPC的LDLC-CC系统相比传统无协作直传LDLC系统最大可以取得近5 dB性能增益。

为解决移动无线传感器网络(mobile wireless sensor networks,MWSN)中由于节点移动、新节点加入网络、节点退出网络和节点失效等因素引起网络拓扑发生变化而影响网络性能的问题,提出了一种基于功率自适应的拓扑维护算法(power adaptation based topology maintenance algorithm, PATMA)。PATMA算法将传输单位比特数据包的能耗大小作为选择中继节点的条件,通过中继节点维护与距离较远的邻居节点的连通;当网络拓扑结构发生变化时,节点自适应地调整发射功率维护网络的连通;同时根据引起网络拓扑发生变化的具体原因设置不同事件,节点依据检测到的事件采取相应的拓扑维护策略。仿真结果表明,PATMA算法与功率自适应控制(new adaptive power control, NAPC)算法、拓扑控制(topology control, XTC)算法在平均发射功率、网络连通度、网络中存活的节点数等性能指标方面具有明显改善。

针对多输入单输出(multiple input single output, MISO)通信系统的空时分组编码正交频分复用(space-time block codes-orthogonal frequency-division multiplexing，STBC-OFDM)信号盲识别问题,提出了一种基于四阶统计量的盲识别算法。该方法首先对MISO通信系统的STBC-OFDM信号进行建模;然后利用STBC-OFDM信号编码矩阵的相关性,构造了不同时延向量下接收信号OFDM块的时延四阶矩作为特征函数;最后通过时延四阶矩理论值与实验值的最小欧式距离盲识别发射端STBC-OFDM信号的编码方式。该方法不需要信道系数、噪声信息和调制信息等先验信息,适合非合作通信场合。仿真结果表明，所提出的算法即使在低信噪比(SNR=0 dB)下识别效果接近100%,且对载波频偏、时间同步偏差和多普勒频移不敏感,实用性较强。

网络环境的开放和动态特性使得多代理系统的安全问题越发严峻,一种可行的最小化威胁的方案是通过实时评估交互代理的信任,以信任作为系统安全的主要参考要素,协助代理选取服务提供者来实现对恶意代理的限制。该机制以时间为维度动态计算信任,经过信任真实性与逻辑性检测后对代理信任进行判别决策,辅助信任管理。仿真对比验证DynamicTrust敏感度和信任计算规则合理,符合信任机制的“慢升快降”原则,且拥有负载均衡机制,能有效识别和控制代理攻击行为。

为克服暗通道先验的适用局限性,同时增强一阶马尔可夫随机场对图像全局信息的约束能力,在颜色衰减先验的基础上,提出了一种局部一致马尔可夫随机场(Markov random fields, MRF)单幅图像去雾算法。首先,结合颜色衰减和暗通道两先验假设的特征，获取普适性更强的介质传输图粗估计,然后利用基于颜色特征的图像局部一致块代替MRF的二阶及其高阶能量项来构造代价函数,达到优化介质传输图和获取最终去雾图像的目的。实验结果表明,所提算法可以获取细节保持更好且鲁棒性更强的去雾效果。

针对在卫星机器人地面装配领域,基于尺度不变特征变换的目标识别方法存在实时性能缺陷的问题,提出结合标量量化描述和倒排文件索引的典型目标快速识别方法,以满足卫星装配过程中准确高效识别工件和装配体的需求。在初始检测、定位和描述特征点的基础上,通过中值划分和遮蔽掩模方式完成浮点型描述向量的标量量化;利用倒排文件结构的查询策略快速搜索近邻特征点;依据距离比率准则和随机采样原则筛选稳定匹配点;通过仿射变换求解出矩形框中心坐标和边界宽度识别目标。实验结果表明,所提识别算法的平均正确率均值曲线图包围面积平均达到尺度不变特征变换的90.12%,能够正确匹配特征点并框选有效目标,具备相似的区分性能优势;同时匹配阶段执行时间只有尺度不变特征变换的19.54%,总体执行时间也只有49.84%，具有实时性能方面的优势。

平行仿真技术是近年来系统建模与仿真领域的新兴仿真技术,已经成为研究前沿。从战场指挥决策领域、装备任务规划领域和装备维修保障领域对仿真技术的新需求出发,归纳了以往仿真技术面临的突出问题,即领域模型固定,不具备自适应演化能力。提出了装备平行仿真技术的概念,并指出其应具备的特点,系统梳理了装备平行仿真技术的理论缘起和相关技术研究现状,并对主要相关技术进行了对比分析。在装备维修保障领域中,侧重讨论了面向装备剩余寿命预测的平行仿真技术,分析了模型定位问题和技术框架,探讨了主要建模技术,包括装备退化状态在线感知、装备退化状态空间模型构建、装备退化状态空间模型演化,为下一步开发面向装备剩余寿命预测的平行仿真原型系统提供了技术思路。

针对产品可靠性增长试验过程中试验样本量少这一特点,提出一种基于顺序Dirichlet分布的Bayes可靠性增长评估方法。利用顺序Dirichlet分布的统计特性,对产品可靠性增长试验过程中的专家信息进行规范化描述,并在Bayes试验鉴定框架下作为验前信息给出其验前分布的确定方法,以及产品可靠性增长过程中各试验阶段产品可靠性的评估方法。通过综合考虑产品各试验阶段的历史信息,主观信息和客观信息等多种信息形式,解决了小样本情况下产品可靠性增长试验性能指标的评估问题。

讨论了两种含屏蔽数据四单元混联系统的可靠性分析问题。在单元失效率为指数函数的情形下,详细推导出两种混联系统在逐步Ⅱ型混合截尾试验下的似然函数。利用极大似然方法给出了单元分布参数及系统可靠度函数的极大似然估计,采用似然比方法构造了未知参数的近似置信区间。最后运用蒙特卡罗方法进行随机模拟,验证了所提方法的正确性和有效性。