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2010年 第32卷 第12期 刊出日期:2010-12-18
电子技术
非线性非高斯模型的高斯和滤波算法
林青, 尹建君, 张建秋, 胡波
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2493-2499.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.01
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通过将模型的状态噪声和观测噪声均表示成高斯和的形式,推导出非线性非高斯状态空间模型的高斯和递推算法,进一步提出了对应的扩展卡尔曼和滤波器(extended Kalman sum filter, EKSF)和高斯厄密特和滤波器(Gauss-Hermite sum filter, GHSF)。EKSF和GHSF分别用扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter, EKF)和高斯厄密特滤波器(Gauss-Hermite filter, GHF)作为高斯子滤波器。分析的结果表明,现有的高斯和滤波算法是本文算法的特例;仿真结果表明,EKSF和GHSF能有效处理非线性非高斯模型的状态滤波问题,与高斯和粒子滤波器(Gaussian sum particle filter, GSPF)相比,EKSF和GHSF在保证精度的同时,大大降低了计算量,仿真时间分别约为GSPF的5%和6%。

改进小波空域相关滤波的脉冲星微弱信号降噪
苏哲,许录平,王勇,谢振华,罗楠
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2500-2505.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.02
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脉冲星信号具有极低信噪比,传统降噪算法难以在抑制噪声的同时保留微脉冲等细节信息。为此,提出一种基于改进小波空域相关滤波的脉冲星极弱信号降噪算法。从小波阈值和空域相关算法在极弱信号降噪中的缺陷出发,以保留细节信息和提高信噪比为目标,结合脉冲星辐射信号的严格周期性、相邻周期间的相关性、极低信噪比和窗口辐射等特性,改进了小波空域相关滤波算法。采用Parks射电天文台和罗希(Rossi)X射线时变探测器的脉冲星观测数据进行实验。结果表明,改进小波空域相关滤波算法可以保留更多微脉冲等细节信息,在提高信号的信噪比方面优于现有算法。

MIMO-OFDM系统多基站协作传输的盲定时同步算法
贾国庆,熊勇
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2506-2510.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.03
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提出了一种用于多基站协作传输多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统的分布式多天线盲定时同步算法,利用接收信号的循环平稳特性,根据天线间时延导致的接收信号循环自相关函数谱峰的偏移量得到天线间的时延差值。采用一种基于滑动窗的检测算法,得到各天线时延值。仿真结果表明,该算法在无须额外同步数据的情况下,能有效地解决分布式定时问题。

基于频偏补偿的TDS-OFDM系统同步方法
龚国强,葛万成
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2511-2515.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.04
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针对TDS-OFDM系统中载波频偏对基于PN序列自相关同步算法的影响,提出采用双滑动窗互相关的时间标尺函数来进行符号同步,利用该函数可以得到很好的相关峰值且不受频率偏移的影响。载波频偏由多径信道下各主要能量径的相关峰值估计得到,该估计算法可以得到较为准确的估计值和较大的估计范围。在典型的城市信道条件下对算法进行了仿真,结果表明:在较大的频偏条件下,本文方法得到了准确的符号同步和较好的频偏估计。

分布式被动传感器轨迹关联算法性能分析
盛卫东,王博,安玮,周一宇
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2516-2519.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.05
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轨迹关联算法性能分析是天基光学被动跟踪系统中尚待解决的一个重要问题,给出针对基于倾角差准则的二维指派轨迹关联算法的性能分析新方法。该方法首先对在正确关联和错误关联条件下的倾角差统计量的概率分布进行准确建模,接着分析关联算法的等价条件,最后推导关联算法的理论关联性能。不同条件下的理论分析性能与Monte Carlo仿真结果表明,角度测量误差、目标间距、目标间的射向差别等都是影响轨迹关联性能的重要因素,这为工程应用提供了参考。

一种新的基于正交波束成型的用户反馈和选择方案
史林,邱玲,孙栋
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2520-2523.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.06
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在采用有限反馈的下行多天线多用户系统中,提出一种新的基于正交波束成型的用户反馈和选择方案。根据该正交波束成型方法的特点,推导出信道质量信息(channel quality information, CQI)的表达式,给出相应的反馈策略和用户选择方法。仿真结果表明,在实际系统中激活用户数比较少时,该方案的性能优于基于迫零波束成型(zero-forcing beamforming, ZFBF)有限反馈用户选择方案,为多天线多用户系统的应用提供了更好的参考。

水声信道快速收敛自适应均衡算法
宁小玲,刘忠,罗亚松,孙臣良
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2524-2527.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.07
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从提高自适应均衡算法水声信号收敛性能的角度出发,提出了一种新的快速收敛水声信道自适应均衡算法。该算法将改进的归一化均方误差算法和判决反馈均衡器结构有机结合,在不增加计算量的前提下,很好地实现了不同水声信道的自适应均衡,易于算法的硬件实现。仿真结果表明,该算法计算量同归一化最小均方(normalized least mean square, NLMS)误差算法的计算量相当,但在稳态误差和收敛速度上有很大优势;收敛性能与自适应调整最小二乘回归〖CD*2〗判决反馈均衡器(variable tap-length decision feed-back equalizer based on recursive least square, RLS-DFE)算法接近,却克服了RLS-DFE算法计算量大,不利于硬件实现的实际问题。提出的算法为水声通信提供了一种性能优良的可实现方法,具有较高的应用价值。

基于随机集理论的多个声目标融合跟踪
林晓东,朱林户,王瑛
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2528-2532.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.08
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针对杂波环境下,采用多个被动声传感器跟踪多个声目标的应用场合,建立了多个声目标跟踪的随机有限集模型,采用概率假设密度(probability hypothesis density, PHD)粒子滤波对该模型进行求解。针对PHD滤波器只适用于单传感器的问题,提出了一种实现多个声传感器融合跟踪的方法。该方法在序贯PHD滤波器的基础上进行改进,提高了目标检测率,通过仿真实验验证了该方法的有效性。

基于共轭梯度的宽带相关处理快速算法
明星,苑秉成,刘建国
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2533-2536.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.09
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宽带主动信号处理是以宽带相关计算为基础的,通常采用目标尺度-时延二维搜索的计算结构。要达到较高的参数估计精度,处理结构就必须采用高密度搜索,但这同时会带来系统难以承受的大运算量。提出了基于共轭梯度的宽带相关处理快速算法,通过以较大的时延-尺度扫描间隔对目标参数进行粗略估计,得到参数估计的初值,并采用共轭梯度法构造一组共轭方向,由初值出发作迭代运算实现对峰值的搜索。仿真计算表明:基于共轭梯度的宽带相关处理快速算法能以较小的运算量得到对参数的精确估计,并具有较高的参数估计精度。参数估计误差的方差接近宽带相关处理的克拉美-罗下限(Crame-Rao low bound, CRLB)。

传感器与信号处理
基于单通道合成孔径雷达子图像的动目标检测性能分析
刘书君,冉强军,袁运能,毛士艺
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2537-2540.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.10
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详细分析了基于单通道子图像的运动目标检测性能,给出了图像序列间协方差矩阵分解后特征值与运动目标速度间的关系。首先通过方位向的频谱划分获得单通道子孔径对应的子图像,再利用子孔径间协方差矩阵第二特征值对目标信号的敏感性实现运动目标的检测。详细推导了特征值与运动目标距离向速度的关系,并通过理论分析给出了协方差矩阵第二特征值的概率密度函数。最后,经过仿真实验给出了该方法的仿真结果与性能曲线。

宽带MIMO雷达的阵列设计和成像方法
陈阿磊,王党卫,马晓岩,粟毅
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2541-2546.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.11
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为了降低多输入多输出(multiple-input and multiple-output, MIMO)成像雷达的阵列规模和系统硬件的复杂性,结合宽带MIMO雷达发射/接收阵元的角度分集和信号分集特性,提出了一种基于双均匀线阵组合的非线性阵列模型,并给出了该阵列的设计准则。不同于基于实孔径均匀阵列的宽带MIMO雷达成像系统,提出的非线性阵列模型可有效增加虚拟阵元个数和扩展阵列孔径,在不改变目标方位向成像质量条件下能有效降低实孔径均匀线阵的阵列规模和系统硬件的复杂度。同时,该阵列设计易于操作和实现。最后,仿真实验对该阵列模型的有效性进行了验证。

半空间均匀手征旋转对称体的电磁散射分析
朱剑,梁洪灿,陈如山
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2547-2551.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.12
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提出了将旋转对称体矩量法发展用于分析半空间环境下具有旋转对称结构的均匀手征目标散射特性。利用介质半空间矢量格林函数,建立了基于等效原理的表面积分方程组。利用其旋转对称特性,选取合适的基函数可以将三维分析降为二维分析,将原有大规模矩阵转化为求解一组具有小规模矩阵方程的问题,每个具有小规模矩阵方程的问题为原问题的Fourier模式,从而大大减少所求问题的计算复杂度,降低内存需求。最后通过数值算例验证了本文所发展的旋转对称算法的准确性和有效性。

海上舰船目标HRRP特性仿真
余定峰,陈谦,姚菁晶,何思远,朱国强,胡卫东
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2552-2556.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.13
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系统地介绍了海上舰船目标高频仿真及雷达成像的完整解决方案。对海上舰船进行高精度三维几何建模,采用步进频率信号雷达波照射,基于物理光学(physical optics, PO)双次反弹的高频方法结合增量长度绕射系数(incremental length diffraction coefficients, ILDC)理论计算了复合目标的宽带后向散射场。在频域对回波数据作离散傅里叶逆变换,得到宽带信号的时域响应,从而得到高分辨率距离像(high resolution range profiles, HRRP)和二维聚束合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像。在给出的算例中,借助射线理论分析了海上舰船目标的距离像特性及其成像机理,验证了仿真结果的准确性和有效性。

多层快速多极子算法中修正多极子模式数技术
温彬, 胡俊, 聂在平
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2557-2560.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.14
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为了提高多层快速多极子算法求解电磁散射问题的效率,提出了两种修正多极子模式数的方法。与传统的多层快速多极子相比,该方法通过有效地减少多极子模式数,从而减少了迭代求解矩阵方程时的矩矢相乘时间和内存存储需求。计算结果表明,该方法提高了电磁散射问题求解的计算效率,保留了原有方法的精度,同时保持了多层快速多极子算法的计算复杂度,并且简单易于实现,十分适于三维电大结构电磁散射问题的求解。

平面波斜入射多层材料的屏蔽效能与反射衰减
陈旭华,易建政
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2561-2564.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.15
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为解决多层屏蔽材料和吸波材料在分析设计中屏蔽效能和反射衰减的计算问题,从电磁场理论出发,提出了平面波斜入射时材料分界面的输入阻抗,导出了TE波和TM波以任意角度入射多层材料的屏蔽效能和反射衰减计算公式。通过对计算公式的验证与分析,实验验证了计算公式的有效性。研究了电磁波入射角度与极化方式对多层材料的电磁屏蔽效能和反射性能的影响,其结论可用于指导电磁材料的设计与应用。

基于图像配准的弹道目标ISAR图像横向定标
金光虎,高勋章,黎湘, 陈永光
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2565-2569.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.16
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逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)图像横向定标是估计目标外形尺寸的关键。针对弹道目标,从理论上证明了任意两幅ISAR图像仅当横向正确定标的情况下才能完全配准。基于这一原理,提出了一种新的基于控制点仿射变换的ISAR图像横向定标方法,给出了横向比例尺的计算过程。最后采用测量数据对算法进行了验证,仿真实验结果表明,该算法能够准确估计横向比例尺,定标精度较高。

基于非对称交互多模型弹道导弹跟踪
俞建国, 刘梅,武云丽,高寒松
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2570-2575.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.17
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弹道导弹飞行三个阶段的动力学模型异常复杂且非线性强,在未知导弹任何先验信息前提下如何连续地跟踪整个弹道已成为目前亟待解决的难题。针对该问题,提出了一种实时非对称交互多模型跟踪算法,它根据弹道不同阶段的受力情况建立相应的跟踪模型。该算法采用非对称的状态交互以及基于熵信息变化的模型概率更新方法对导弹进行实时状态估计,并将其中一个无迹滤波器的非线性状态估计用改进离散方法实现,提高了实时性。仿真实验表明,该跟踪算法能够较精确地从弹道主动段连续地跟踪到再入段,并且能较大幅度地减小模型切换之间的跟踪误差。

系统工程
不确定性下C2组织结构的“任务—平台”关系设计模型及算法
牟亮,张维明,陈涛,修保新
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2576-2583.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.18
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针对经典“任务—平台”关系设计(taskplatform relation design, TPRD)中忽视了指挥控制(command and control, C2)组织所处战场环境不确定性的不足,研究了更符合作战实际的不确定性下C2 组织结构的“任务—平台”关系设计(taskplatform relation design under uncertainty, TPRDU)问题。考虑了使命成功不确定性、使命执行时间不确定性和平台的能力损耗不确定性,建立了以使命成功概率(mission success probability, MSP)最大为目标的机会约束规划模型。设计了用于求解该模型的分散搜索(scatter search, SS)算法,该算法在生成新解时采用平台冗余设计(platform redundancy design, PRD)策略。最后的计算实验表明了TPRDU问题的实际意义和分散搜索算法的有效性,并验证了PRD策略对MSP的提高作用。

基于可用度模型的故障预测与健康管理方法
王昊天,石健
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2584-2589.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.19
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为了将故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)技术应用到工程实践中,提出了基于可用度模型的PHM方法。首先通过广义随机Petri网(generalized stochastic Petri nets, GSPN)和连续马尔科夫链(continuous time Markov chain, CTMC)建立基本单元的软硬件可用度模型和健康状态转换图,通过求解微分方程得到基本单元软硬件的可用度数值。然后综合软硬件之间的故障相关性建立基本单元的完整可用度模型,并利用事件调度仿真机制得到其可用度的解。最后将基本单元故障模型同通用的可修系统稳态可用度模型对比,得到“可用度-故障率-维修率”形式的PHM计算模型,并以此作为工程应用中PHM分析的有效手段。

动态贝叶斯网络与黑板机制结合的协同决策方法
马国普,沙基昌,陈俊良,陈超,姜鑫
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2590-2594.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.20
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针对信息化战争中重大复杂决策问题,提出动态贝叶斯网络与黑板机制相结合的协同决策方法。以协同防空预警雷达目标识别问题为背景,针对复杂问题协同决策的特点,将动态贝叶斯网络的定量推理能力与黑板机制灵活集成多领域决策者智慧定性推理的能力相结合,提出动态贝叶斯黑板协同决策机制。在概率意义下证明了该方法的有效性,并用仿真试验验证该方法可以较显著地提高协同决策的正确性。

战时可修复备件供应保障优化模型
刘喜春,王磊,许永平,王维平
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2595-2598.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.21
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把战时备件供应保障看做一个多阶段过程,建立了典型三级备件供应保障结构下的战时备件供应保障规划模型,模型中采用阶段期望缺货数作为备件供应保障系统的性能参数,并给出了其定义及表达式。给出了通过迭代方法获得备件供应保障优化策略时阶段期望缺货数的计算过程,且考虑全部可修及部分可修两种情形。当供应渠道中备件数量服从Poisson分布时,基于动态Palm定理给出了期望缺货数的计算公式。最后给出一个数值计算实例。

基于包容性检验的舰船装备维修费组合预测
谢力,魏汝祥,訾书宇,尹相平
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2599-2602.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.22
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针对舰船装备维修费组合预测中,容易出现预测模型数量多于用于组合预测的样本数量,以及在已有舰船装备维修费组合预测模型中增加一个预测时,可能会降低组合预测性能的问题,通过对现有两模型包容性检验方法的分析,提出了带有截距项的多模型组合包容性检验。在此基础上,通过按模型的优劣次序逐步进行包容性检验和组合的思路,提出了基于包容性检验的舰船装备维修费组合预测模型选择方法,不仅可以降低包容性检验的计算量,而且可以提高舰船装备维修费组合预测的性能。

基于邻域粒化的小生境微粒群混合数据约简
赵佰亭,陈希军,曾庆双
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2603-2607.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.23
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混合决策系统中同时包含了符号型属性和数值型属性,经典粗糙集处理数值型属性时需要进行离散化,这样会造成信息的丢失。基于邻域粒化的思想,提出了小生境微粒群约简方法,分析了邻域距离函数的选择和大小对分类精度和约简属性数量的影响。邻域粒化的方法可以直接处理数值型属性,微粒群全局优化的特性可以有效的求解全部约简,小生境技术的采用避免了微粒群算法的早熟收敛。选取UCI数据集进行了仿真实验,结果表明该方法可以快速有效地求解混合决策系统的约简,而不影响系统的分类精度。

自动测试系统效能评估体系
王磊,方洋旺,徐鑫,肖冰松
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2608-2611.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.24
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为消除缺乏有效验证带来的自动测试系统(automatic test system, ATS)开发过程中可能存在的巨大风险,缩短研制周期,提出了ATS的效能评估体系(effectiveness evaluation system, EES)。根据军用ATS更注重于时间与测试能力的提升的特点,在ADC评估框架的基础上,结合层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)建立了基于作用域的EES,有效地解决了ATS能力权值配置问题,并提出了ATS能力及其次级指标的数学评估模型,为ATS进行成本控制、可行性分析和风险论证提供了有效手段。

基于ITSM的多攻击点目标优先级排序
王博,吴京,许丹,安玮
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2612-2617.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.25
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针对多攻击点目标优先级排序问题,首先建立了基于属性测度线性加权的目标优先级排序模型;然后通过对战术重要性标绘的改进,提出了一种新的目标优先级排序算法,并将其扩展到多点攻击场景。单点攻击和多点攻击不同场景下仿真实验表明,所提算法明确反映了各属性测度与目标优先级的非线性关系,较之多属性测度线性加权法和战术重要性标绘更加适应实际战场态势需求。

近空间多武器平台对地攻击多阶段模型及算法
梁晓龙,胡俊华,荆献勇,刘安,冯金富
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2618-2622.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.26
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针对近空间多武器平台对地攻击问题,综合考虑了作战资源、目标毁伤、己方损耗、飞行最短路径等四项关键战技指标,建立了多阶段优化控制模型,给出了相关的推理过程。为避免动态规划及序列规划的计算复杂性,通过设计合适的表达方法,使粒子与可行解对应,给出了改进的粒子群优化算法及算法详细步骤,并分析了改进的粒子群算法快速全局优化的特点,说明该算法能找到优化问题的全局最优解。最后对多阶段优化问题分别用改进的粒子群算法进行求解,仿真结果验证了模型的合理性和算法的有效性。

基于组织自愈机制的空间信息网络抗毁路由技术研究方法
易先清,李建杰,唐曙,罗雪山
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2623-2627.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.27
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抗毁路由技术是确保空间信息网络长期稳定运行的关键技术之一。提出了一套借助机体组织病理自愈机制展开空间信息网络抗毁路由技术研究的思路与方法:结合现代病理学研究,分析机体组织疾病自主调理机理,总结形成适应天基信息网络路由故障自愈机制研究的启发性结论。据此分析天基信息网络业务特征、组网结构、路由过程、路由影响因素及故障产生条件与原因,构建并深入分析天基信息网络路由故障自愈调控策略与模型,设计满足自愈调控实施的包括分群管理、链路修补、增量修正等天基信息网络路由故障主动调控技术。最后,设计满足天基信息网络路由故障自愈的抗毁路由算法,借助相关的仿真平台与工具,设计适应本文研究需求的天基信息网络路由故障自愈仿真框架与环境,对提出的天基信息网络组网结构、路由故障自愈机制、抗毁路由算法进行仿真分析与评估。

基于FPGA的战术数据链中继传输复接技术
杨保平,陈永光,陈军,徐忠富
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2628-2631.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.28
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有效传输和分发遥控遥测、定位/导航、战场情报等信息对保障己方战术信息共享具有重要意义。为了节省信道资源,降低调制解调设备的复杂度,战术数据链数据中继传输复接系统在信息化战争中得到了广泛应用。针对机载设备体积小、重量轻、功耗低、信息传输效率高等要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)的实现空中战术数据链中继传输数据复接的新方法。该方法在单片FPGA芯片的基础上,采用优化的硬件编程算法和结构,占用较少芯片资源;采用完全流水线的并行设计,满足高速战术信息实时处理的要求;FPGA内部采用模块化设计,具备开放性和灵活性,便于系统可重配置和升级;实例仿真验证表明,该模块能够有效地实现不同速率多种战术数据链中继传输的数据复接。

基于Agent的网络化防空导弹体系仿真分析
唐苏妍,余文广,朱一凡,李志平,卿杜政,李群,雷永林
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2632-2637.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.29
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网络化防空导弹体系是未来防空导弹作战体系的发展趋势。作为一个全新的复杂作战体系,采用基于Agent的建模仿真(Agent-based modeling and simulation, ABMS)方法进行仿真分析是支持其论证工作的有效途径。以分布式无中心节点网络化结构为基础,分析了该体系的结构和新型作战特点;设计了基于Agent的网络化防空导弹体系仿真框架,包括仿真实体类型及关系、实体交互框架、Agent内部结构以及行为规则;通过一个作战想定,详细分析了网络化结构下防空导弹体系的信息优势、决策优势和作战优势,并在相关方面提出建议。

基于先验目标分布的磁探仪应召搜潜范围分析
蒋志忠,杨日杰,王鸿吉,李德鑫
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2638-2642.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.30
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根据磁探仪应召搜潜的特点,运用概率论和最优搜索理论对磁探仪应召搜潜的搜索半径进行研究。在建立目标初始位置的散布模型和目标航速航向模型的基础上,推导出磁探仪执行应召搜索时的搜潜概率解析模型,确定了搜索概率最大时的圆周搜索半径,建立了反潜巡逻机利用磁探仪执行应召搜潜时的航路模型。在不同条件下,利用解析模型计算得到的搜索概率与蒙特卡罗仿真结果基本一致;与传统的应召搜索方法相比,改进后的搜索方法能使搜潜效能得到明显提高。

制导、导航与控制
基于四元数平方根UKF算法的SINS/GPS紧组合导航系统研究
周卫东,乔相伟,吉宇人,郝燕玲
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2643-2647.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.31
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在较大初始姿态误差角下,针对SINS/GPS紧组合导航系统扩展卡尔曼滤波(extenthed Kalman filter, EKF)算法定位精度下降的问题,提出了一种基于四元数的平方根无迹卡尔曼滤波(square root unscented Kalman filter, SRUKF)算法。为解决SRUKF算法中四元数正交规范化的限制,通过构造姿态矩阵代价函数将四元数预测均值问题转化为代价函数最小时的四元数向量求解问题,保证了均值四元数的规范化;利用乘性四元数误差表示四元数预测值与均值之间的距离,求取四元数的预测协方差矩阵,保证了算法的合理性。在此基础上,给出了SINS/GPS紧组合系统四元数平方根无迹卡尔曼滤波算法的具体步骤。在较大初始姿态误差角下的仿真实验结果表明,与EKF算法相比,该算法精度更高,稳定性更强。

衰减记忆自适应滤波在惯导系统传递对准中的应用
高青伟,赵国荣,吴芳,王希彬
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2648-2651.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.32
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针对滤波稳定性问题,提出了一种改进的衰减记忆自适应滤波算法。通过引入衰减记忆滤波矩阵,根据残差序列输出的互不相关性,在线自适应地调整衰减因子,从而使衰减记忆滤波工作在最佳状态。将该算法应用于惯导系统的传递对准过程,仿真结果表明在模型和噪声统计特性的先验信息不准确时,该算法优于传统的卡尔曼滤波。

调制型光纤捷联系统系泊状态标校方法
孙伟,孙枫
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2652-2659.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.33
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针对舰船系泊状态特有的运动环境及惯性器件偏差对捷联系统导航精度的影响,提出一种单轴四位置旋转调制方案并建立该系统误差方程。研究了直观分析系统参数可观测性的解析方法,并运用谱条件数法计算出惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)在静止和旋转状态下各状态量的可观测度,利用分离位置回路的卡尔曼滤波模型实现了器件偏差的现场估计。数值仿真显示,单轴四位置转停方案可以有效地提高惯性器件偏差的可观测度,大大提高了系泊状态下惯性器件偏差的估计精度。

 基于T-S模型的自适应多变量模糊预测控制
刘福才,任丽娜,路平立
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2660-2663.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.34
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针对多变量非线性系统的控制问题,提出了一种具有良好控制效果的模糊预测控制方法。首先采用快速聚类法和递推最小二乘法辨识得到非线性系统的T-S模型,然后对系统进行线性化,并基于线性化的模型设计模糊广义预测控制器并对非线性对象进行在线自适应控制。对一个带时延的强耦合二变量非线性对象进行仿真,结果表明对于具有时变性的非线性系统,该方法具有很好的控制效果。

一类非仿射受扰混沌系统的自适应模糊控制
文杰, 姜长生
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2664-2668.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.35
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针对一类带非仿射输入的不确定受扰混沌系统,提出了带监督控制项的自适应模糊控制。该方法采用模糊逻辑系统逼近虚拟控制中的未知函数,仅要求逼近误差范数有界。模糊参数采用σ自适应律,并给出参数的有界性证明。构造Lyapunov函数证明闭环系统所有信号一致有界,跟踪误差一致渐进稳定。将Duffing-Holmes系统、Genesio系统和Sprott电路混沌系统作为仿真对象,仿真结果验证了算法的有效性。

基于DEDS的A-SMGCS航空器动态滑行路径规划
汤新民,王玉婷,韩松臣
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2669-2675.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.36
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为实现先进场面引导与控制系统中航空器动态滑行路径规划,建立了基于静态路径规划、动态路径规划和实时路径更新的总体框架。依据跑道、滑行道和停机坪使用规则建立基于Petri网的场面活动模型及线性不等式约束的活动控制规范,给出了当前规划航空器在满足与场面其他滑行航空器不冲突条件下的极大代数状态方程,并将静态预选路径作为可行解对滑行路径进行动态优化。针对滑行中出现的时间偏差,采用时间窗调整或再规划策略更新路径。仿真实例结果表明,动态路径规划从战术上避免滑行冲突,减少航空器的等待时间,显著提高了场面交通容量。

多点同步并激振动试验控制系统的设计与实现
陈家焱,周建川,陈章位,贺惠农
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2676-2680.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.37
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针对类似导弹的细长条试件进行振动试验,难以实现振动与应力分布的均匀性,需采用多点同步并激振动试验才能达到试验要求,研制了多点同步并激振动试验控制系统。对多点同步并激随机振动试验控制提出系统均衡综合方法,以弥补不同均衡方法的不足。使用多处理器结合扩展总线通讯模式的硬件结构和多层次模块化的软件结构,对系统进行了实现。实验结果表明,该控制系统对多振动台同步振动试验控制效果良好,满足试验要求,具有一定的实用价值。

基于改进反向传播算法的跨音速攻角补偿修正研究
孟博,李荣冰,刘建业,李睿佳
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2681-2685.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.38
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跨音速飞行时攻角传感器误差显著增大,严重影响飞机的正常飞行。针对飞机试飞与正式装备时攻角传感器采取不同配置的特点,以及传统反向传播(back-propagation, BP)算法的不足,基于改进BP算法中Levenberg Marquardt (LM)算法,设计了一种跨音速攻角补偿修正算法。利用某型飞机的实际试飞数据对基于LM算法的BP神经网络进行了训练与测试,结果表明,经BP神经网络补偿修正后的攻角能够基本消除跨音速段原始测量攻角的剧烈波动,并与真实攻角吻合效果好。

软件、算法与仿真
一种基于非降采样Contourlet变换和MLESAC的星空图像配准算法
焦继超,赵保军,唐林波
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2686-2690.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.39
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针对不同时刻拍摄的星空图像进行叠加,提出一种基于非降采样Contourlet 变换(nonsubsampled Contourlet transform, NSCT)和随机抽样最大似然算法(maximum likelihood estimation sample consensus, MLESAC)的图像配准算法。该方法首先对星空图像进行NSCT变换,以提取特征星体的边缘,接着以特征星体的质心为顶点,构造特征三角形,根据三角形全等准则对其进行匹配;然后利用MLESAC算法对已匹配三角形的重心进行验证,将满足要求的特征点带入仿射变换模型,求取变换参数,实现图像的配准。该方法在保证配准精度的条件下,降低了经典配准算法的复杂度,能够有效处理光照变化以及噪声的影响。采用50组空间图像进行验证,结果表明,该算法能够在有效抑制星空图像光照和噪声的情况下,实现星空图像的精确配准,均方根误差达到0.374 1。

结合测地线-灰度直方图的谱匹配算法
鲍文霞,梁栋,王年, 唐俊,宣善立
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2691-2695.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.40
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针对单纯依赖奇异值分解的谱匹配方法的局限性,提出了一种结合测地线-灰度直方图和松弛迭代的Laplace谱匹配算法。首先,利用图像待匹配点集构造Laplace矩阵,〖JP3〗通过对该Laplace矩阵进行奇异值分解,将得到的特征向量用于计算匹配概率;然后,引入具有局部特征的测地线-灰度直方图作为相容性约束,通过迭代的方式对匹配概率进行优化。实验结果表明,该算法实现了多特征、多算法的优势互补,提高了谱匹配算法的匹配精度和应用范围。

基于稀疏表示的图像超分辨率重建快速算法
孙玉宝,韦志辉,肖亮,张铮嵘
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2696-2700.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.41
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基于图像在过完备字典下的稀疏表示,建立了稀疏性正则化的多帧图像超分辨凸变分模型。模型中的正则项刻画了理想图像的稀疏性先验约束,保真项度量其在退化模型下与观测图像的一致性。基于线性化Bregman方法,将正则项替换为其Bregman距离,对保真项进行线性化,从而可将原问题解耦,进而提出求解该模型的两步迭代算法:第一步为仅对正则项的阈值收缩操作,第二步为仅对保真项的梯度下降操作。此方法大幅度降低了计算复杂性,并能够对噪声保持鲁棒。实验结果表明,只需较少次数的迭代就可获得很好的超分辨重建结果,验证了本文模型与算法的有效性。

结合运动补偿的球体双边滤波视频降噪算法
谭洪涛,田逢春,张莎,张静,邱宇
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2701-2706.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.42
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提出一种结合了运动补偿的球体双边滤波(motion compensated sphere bilateral filtering, MCSBF)视频图像降噪算法。在受噪视频图像中,首先利用视频序列中的当前帧和前后多帧图像,通过运动补偿得到当前帧的参考帧。在当前帧和参考帧构成的三维空间中,构建滤波窗为球体的双边滤波器,对当前帧像素进行三维双边滤波、实现降噪。算法能够充分利用视频图像中的空时相关性,在保持视频图像细节的同时、有效地去除噪声。实验结果表明,在提升受噪视频图像主观视觉质量和峰值信噪比(peak signal noise ratio, PSNR)等方面,算法优于空时联合滤波(spatial temporal joint filtering scheme, JNT)、空时转换滤波(spatial temporal varying filter, STVF)、多假设运动补偿滤波(multi-hypothesis motion compensated filter, MHMCF)等经典视频图像降噪算法。

基于IBC策略驱动的组播内容分发方案
苏锐丹,丁振国,周利华
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2707-2710.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.43
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针对内容分发应用中的组播加密方案和多接收者加密方案所存在的动态组密钥管理复杂、计算和通信代价高等问题,分析了内容分发系统的典型安全需求,采用基于身份密码学提出了一种新的面向群组的安全内容分发系统模型与方案,经安全性与性能分析表明,方案满足接收方访问控制、发送方鉴别与防抵赖、策略加密等安全要求。将发送方的计算和通信代价降为O(1),同时具有密钥管理简单、组密钥更新开销小和易于实现等特点,能方便地应用于商业的组播内容分发系统。

能量有效的无线传感器网络可信路由协议
李凌晶, 孙力娟, 王汝传, 黄海平, 肖甫
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2711-2715.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.44
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如何更有效地利用节点有限的资源是无线传感器网络研究的热点之一。提出的能量有效的可信路由协议(energy efficient reliable routing protocol, EERRP),采用了一种能量均衡策略,使网络中的能量均衡消耗,将网络生命周期最大化。同时,EERRP引入了信誉评价机制,通过节点在数据传输过程中对其他节点行为的监测以及信誉传播,使数据在通信过程中能够尽可能地避开问题节点到达目的节点,达到可信数据传输的目的。通过在NS仿真平台对EERRP进行测试与验证,并将其与传统路由协议进行比较,证明EERRP在网络能量有效性和数据可信传输方面具有明显优势。

基于并联机构运动范围的自适应洗出算法
杨宇,黄其涛,韩俊伟
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2716-2720.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.45
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由于传统的自适应洗出算法中各通道之间没有联系,只能以牺牲动感模拟逼真度为代价来保证运动平台在复合运动下各作动筒不超过其运动限制。为解决这一问题,提出了一种将运动平台在当前位姿下各自由度的运动范围引入到自适应洗出算法代价函数中的改进方法。该方法减小了由于复合运动造成的作动筒超限的可能性,使得洗出算法的参数能够更加开放,提高动感模拟的逼真度。通过起飞和着陆数据进行验证,结果表明该方法能够充分利用运动平台的运动空间,拓展了动感信号复现的频宽,提高了动感模拟的逼真度。

一种基于马尔可夫链的高维离群点挖掘算法
唐志刚, 杨炳儒, 杨珺
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2721-2724.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.46
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提出了一种基于马尔可夫链的离群点检测(outlier detection algorithms based on Markov chain, MRKFOD)算法。该算法把基本数据集看作一个加权无向图,数据集中的每个数据表示一个节点,用每条加权边表示节点之间的相似度;形成一个邻接矩阵,把邻接矩阵当作马尔可夫链中的概率转移矩阵;寻求概率转移矩阵的主要特征向量;把每个节点的主要特征向量值作为每个数据的离群度。实验结果表明,该算法与其他高维离群点挖掘算法相比,在效率及有效处理的维数方面均有显著提高。

基于多层稀疏先验的回归样条变量选择算法
邓海松,马义中,邵文泽
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2010, 32(12):  2725-2729.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2010.12.47
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在计算机试验中,复杂现象的仿真拥有数目庞大的输入变量。因此,筛选出对输出有重大影响的输入变量显得至关重要。针对计算机试验的变量选择问题,提出一种基于贝叶斯多层稀疏先验的回归样条变量选择算法。新算法能够同时进行非重要输入变量的自动删除和重要输入变量系数的自适应估计。不同于计算机试验中已有的变量选择算法,新算法不需要调节控制稀疏性的超参数。通过快速算法进行数值求解,试验结果表明:新算法不仅能够更精确地实现变量选取,而且能够大大地降低计算复杂度。

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