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2011年 第33卷 第1期 刊出日期:2011-01-20
电子技术
基于IMM-CSRF的多平台机动目标被动跟踪方法
刘梅,陈锦海,高扬,王骏,林超,张声杰
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  1-0007.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.01
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针对仅有角度测量信息条件下,单平台的机动目标被动跟踪存在固有的强非线性和弱可观测性问题,研究多平台融合机动目标被动跟踪技术,提出了集中式漂移瑞利滤波器(centralized shifted Rayleigh filter,CSRF)来解决多平台目标被动跟踪问题,进一步提出并推导了基于交互式多模型的集中式漂移瑞利滤波器(interacting multiple model centralized shifted Rayleigh filter,IMM CSRF),实现对机动目标的被动跟踪。仿真实验表明,该算法跟踪精度高,稳定性好,具有良好的实际应用价值。

运动小目标检测最优图像帧数概率模型
郑红,隋强强,陈磊
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  8-0012.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.02
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针对运动小目标轨迹检测方法存在的最长轨迹拟合范围难以确定的问题,研究了轨迹长度与小目标检测概率分布之间的可描述性和适用性,分析了基于二项式概率分布的轨迹长度优化模型参数与最优轨迹模型帧数之间的关系,连续轨迹中丟失图像帧数与预测误差之间的关系,以及丟帧引起的轨迹拟合长度有效性限制问题,建立了小目标轨迹检测最优帧数概率模型。利用不同干扰下的40组紫外小目标连续视频,进行轨迹建立帧数、轨迹跟踪帧数、连续丟帧有效性测试,验证了文中所建立模型的有效性。

一种基于复杂地物背景图像的目标识别方法
杨效余, 张天序
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  13-0016.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.03
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为解决复杂地物背景目标识别问题,提出一种基于复杂自然场景图像的目标识别方法。首先,进行多视点多尺度目标动态特征描述和目标轮廓特性视图制备;然后,采用灰度级顶帽形态学重构运算对输入图像进行处理,对处理后的图像进行分割,获得感兴趣区;最后,通过感兴趣区轮廓提取和基于Hausdorff距离匹配识别目标。实验结果表明,提出的方法能有效地从复杂自然场景中识别出目标。

基于鲁棒H∞滤波的多站角度测量机动目标被动跟踪
吴盘龙,陈风,王宝宝
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  17-0020.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.04
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建立了机动目标的多站被动红外搜索与跟踪(infrared search and tracking, IRST)系统的当前统计模型,基于该模型提出了机动目标跟踪的鲁棒H∞融合滤波算法。该算法将H∞滤波算法和集中融合跟踪算法相结合,对多站IRST测得的目标角度信息进行融合,可解决被动式跟踪系统的可观测性及非线性问题,以实现对目标较高精度的定位和跟踪。以三个观测站进行跟踪为例,对一个高机动目标进行了仿真研究,仿真结果表明,该滤波算法比扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法有更高的跟踪性能,是IRST系统中一种有效的跟踪算法。

一种应用于二进制传感器网络的目标跟踪算法
罗浩,刘忠,程远国,周红波
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  21-0025.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.05
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针对采用集中式粒子滤波方法解决二进制传感器网络目标跟踪问题存在的实时性较差和网络能量消耗大的缺点,提出了一种基于动态分簇的分布式粒子滤波算法。以随着目标运动而动态变化的簇为信息处理结构,簇头节点收集簇成员的单跳测量信息,实时对目标状态进行估计,非簇内节点进入休眠状态以节省能量。仿真表明,合理设置簇转换距离和激活半径,算法的跟踪精度与集中式粒子滤波方法相当;在不影响跟踪效果的情况下,可适当减小簇转换距离和激活半径,从而节省网络能量。

扩展目标的最优二进制检测
陈远征,周剑雄,付强
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  26-0029.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.06
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研究了高斯白噪声背景下扩展目标二进制检测器的优化问题。散射中心展布特性是制约二进制检测器检测性能的重要因素之一。首先从理论上系统分析了不同的散射中心展布对二进制检测器检测性能的影响,然后采用经验拟合的办法给出了设计最优二进制参数的经验公式,进而得到最优二进制参数设计的一般原则。仿真结果证明,最优二进制参数和距离像的长度及散射中心的个数有关。

基于无迹粒子PHD滤波的序贯融合算法
孟凡彬,郝燕玲,张崇猛,周卫东
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  30-0034.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.07
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针对在杂波、漏检和非线性情况下,粒子概率假设密度滤波(particle probability hypothesis density filter, P-PHDF)算法估计精度不高、滤波发散及粒子退化等问题,提出了一种基于无迹粒子概率假设密度滤波(unscented particle PHDF, UP-PHDF)的序贯融合算法。利用无迹粒子滤波(unscented particle filter, UPF)实现PHDF,由UKF算法得到更好更优的重要性密度函数并从中采样,使粒子的分布更接近多目标概率假设密度分布;另外,为进一步提高滤波算法的性能,实现基于雷达和红外传感器的UP-PHDF序贯融合算法,通过两传感器交替滤波保证目标状态的可观测性。在复杂环境下,仿真结果表明该算法的估计精度和稳定性明显优于单传感器P-PHDF算法。

特征辅助数据关联研究综述
占荣辉,张军
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  35-0041.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.08
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特征辅助的数据关联技术为解决杂波/多邻近(或交叉运动)条件下目标的稳定可靠跟踪提供了一条新的有效途径,是复杂环境下目标跟踪领域的热点研究问题,具有广阔的应用前景。在广泛调研相关文献的基础上对特征辅助数据关联的基本原理进行阐述,对现有的目标特征和关联算法进行科学的分类,对典型应用实例进行较为全面的综述,并对其发展趋势进行展望。

传感器与信号处理
时变海面舰船目标动态雷达特征信号模型
许小剑,姜丹,李晓飞
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  42-0047.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.09
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提出了一种时变海面舰船目标动态雷达特征信号的仿真方法。建立了海面舰船目标雷达回波多径效应模型、二维动态粗糙海面的时变复反射系数模型和动态海面舰船运动的水动力模型,并同目标电磁散射计算的高频方法相结合,形成了时变海面舰船目标动态雷达特征信号仿真模型。利用海面浮球的测量数据对模型进行了验证,并对典型舰船目标的动态雷达特征信号进行了仿真和分析。

雷达目标散射中心模型反演及其在识别中的应用
付强,周剑雄,秦敬喜,石志广,胡磊
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  48-0052.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.10
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提出了一种基于散射中心模型的距离像识别方法。首先采用稀疏空间网格上的宽带测量数据离线反演目标散射中心模型,再将从距离像中实时提取的一维散射中心特征与该散射中心模型的一维投影进行匹配完成在线识别。在散射中心模型反演中,提出了稳定散射中心的概念并基于此完成稀疏空间网格下的一维散射中心投影关联。在识别过程中,通过设计合适的匹配函数解决散射中心参数估计误差和模型误差造成的散射中心数目、幅度和位置不完全匹配问题。仿真实验表明,对于精度较高的模型,基于模型的识别方法与基于距离像模板的方法识别率相当,而在存储量和灵活性方面优势突出。

基于LFMCW雷达的低空突防飞机高精度测高算法
何培宇,黄骏,李任科,高勇
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  53-0057.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.11
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瞬时高度信息的实时提取是飞行器低空突防的关键,因此在短时间信号积累条件下实现测高显得尤为重要。然而,短时间的信号积累会带来测高精度低与抗干扰能力差两方面的问题,为此提出一种段内数据重构〖CD*2〗段间相干平均的短时间积累算法,该算法可有效改善雷达的抗干扰能力与实时测高性能。给出了算法的实现步骤,与传统的线性调频连续波雷达低空测高算法相比,该算法测高精度高,并可获得额外信噪比增益。仿真结果验证了理论分析的结果和算法的有效性。

基于扩展距离像序列的ISAR成像相位补偿方法
金光虎,高勋章,黎湘, 陈永光
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  58-0063.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.12
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逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)相位补偿算法对成像结果具有重要影响。首先从ISAR成像原理出发推导了相位误差产生原因,针对多普勒中心跟踪法,分析了横向交叉项对多普勒中心的影响,采用CLEAN算法分离了距离单元内强散射中心簇,构建了扩展距离像序列,提出了基于扩展距离像序列的相位补偿方法,有效地减小了横向交叉项对多普勒中心的影响,提高了相位误差估计精度。成像结果表明,该方法能够较好地补偿ISAR成像中的相位误差,噪声环境下优于其他方法。

基于约束非线性规划的MIMO雷达正交波形设计
胡亮兵,刘宏伟,吴顺君
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  64-0068.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.13
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以最小化峰值相关旁瓣为优化准则,采用约束非线性规划设计多输入多输出雷达的正交波形。所设计的正交波形采用相位编码信号,信号幅度恒定,相位取值任意。数值仿真实验表明,与本文所提到的以最小化积分相关旁瓣为优化准则的方法相比,所设计的信号自身具有更低的自相关峰值旁瓣电平,信号两两之间具有更低的峰值互相关电平。此外,还通过数值实验研究了自相关峰值旁瓣电平和峰值互相关电平与正交波形的信号数目和码长的关系。

全极化沿航向干涉SAR系统参数优化设计
李廷伟,杜湘瑜,黄海风,梁甸农
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  69-0073.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.14
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为最大化全极化沿航向干涉合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)系统相对于单极化沿航向干涉SAR系统的运动目标检测优势,建立了一种以可测速区间长度之比为目标函数的优化模型,提出了相应的最优解求解方法。仿真实验结果表明,与模型最优解对应的参数设置充分利用了雷达系统的极化信息,最大化了全极化干涉系统在运动目标检测方面的优势。

多基站ISAR成像模型与运动参数估计
云日升
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  74-0078.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.15
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针对单站逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中难以准确获得目标散射点方位向尺度和运动参数的问题,建立了平面匀加速度运动目标的多基站ISAR目标成像模型,给出了目标成像和运动参数估计算法,分析了多基站ISAR成像约束。目标散射点的坐标由距离向投影方程组求解得到,基于方位向多普勒方程组通过搜索算法最小化目标函数实现目标的固有转速和目标相对于平动补偿后各基站视向量变化的转速的分离,得到目标的位置和目标运动参数的准确估计。仿真实验验证了多基站ISAR平面成像模型和运动参数估计方法。

平面多层媒质中目标的二维衍射层析成像算法
雷文太,柳建新,董健
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  79-0083.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.16
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探地雷达应用领域中,基于谱域转换处理方法的衍射层析成像算法可以实现对均匀媒质或简单两层媒质中体散射型目标的成像处理,但不适用于两层以上媒质中目标的成像处理。针对这一问题,建立了阵列天线扫描下平面多层媒质中目标体的二维电磁散射模型,通过引入平面多层媒质中格林函数的谱域积分形式,建立了孔径回波信号与目标体函数的谱域对应关系,在此基础上导出了平面多层衍射层析成像算法。通过对多个仿真数据的处理,结果显示该成像算法可有效应用于平面多层媒质中目标的高分辨成像处理。

相控阵雷达波束波形联合自适应调度算法
卢建斌,肖慧,席泽敏,张明敏
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  84-0088.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.17
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针对多功能相控阵雷达,提出了一种波束和波形的联合自适应调度算法。首先建立了联合调度的最优化模型,该模型根据当前时刻目标实际协方差与期望值的偏差代价以及所选波形的能量代价,来确定下一时刻相控阵雷达的最佳工作方式。对于多目标跟踪,分别给出协方差偏差均值和最大协方差偏差的两种偏差度量准则。所提出的算法可以依据最佳的调度方式来控制相控阵雷达下一时刻波束的工作模式以及相应的工作波形,使得对所有目标的跟踪偏差代价和资源消耗代价最小化。仿真结果表明本文所提出的算法可以在维持目标期望跟踪状态的条件下,有效地调度雷达的工作模式和波形。最后讨论了期望协方差阵的选取原则。

系统工程
两级供应关系装备常用备件初始配置模型
周伟,郭波,张涛
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  89-0093.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.18
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以我军武器装备常用备件修理与供应现实背景为依托,根据两级供应关系的装备系统常用备件初始配置的特点,提出了在给定初始备件配置方案条件下的不修复备件、可修复备件的备件满足率计算模型,并在此基础上建立了基于两级供应关系的装备初始备件配置模型。该模型以初始备件配置费用为优化目标,通过优化备件配置结构,生成较好的初始备件配置方案,从而节约备件配置费用,避免造成资源浪费。

复杂系统使用任务完成概率模型
董岳,于永利,张柳,曲长征
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  94-0097.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.19
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研究了任务期间允许换件修理时复杂系统的使用任务完成能力。对武器系统的使用任务进行分类。利用马尔可夫过程分析部件系统在特定维修保障策略下的状态转移过程,以部件系统固定任务时间内在正常状态停留时间的分布函数作为其任务完成概率模型,并通过全概率分解对任务完成概率进行求解。通过分析任务期间部件系统、装备、武器系统三者之间的任务可靠性关系进而得到复杂系统的任务完成概率。最后,运用数值计算的方法绘制了复杂系统任务完成概率随任务时间和工作量的变化曲线,讨论并分析了任务时间对任务完成概率的影响。

设备故障评估新指标及基于ARMA的预测系统
李波, 赵洁, 郭晋
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  98-0101.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.20
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设备故障停机时间受生产调度的影响较大,不能真实反映设备的自身性能,且具有很强的随机性和波动性,不适于直接用来进行自回归移动平均(autoregressive moving average, ARMA)建模。针对此问题,提出一种设备故障评估指标——设备不可用度,将设备故障停机时间转换为设备不可用度,通过异常点替代和数据平稳化等两种数据预处理,建立零均值平稳随机序列进行ARMA建模,并把预测结果转换为设备在一定时间内的故障发生概率。在某半导体芯片封装测试工厂的试验结果表明该方法能以70%的精度预测设备状态,在一个班(12 h)里设备不可用度平均降低2.62%,设备故障停机时间平均减少14.8 min。

含不确定参数线性优化的新鲁棒优化模型
张建科,刘三阳,姜飞,高卫峰
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  102-0105.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.21
摘要 ( )   PDF (1313KB) ( )  
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针对椭球不确定数据鲁棒线性优化模型的保守性,提出了一种新的鲁棒线性优化模型。通过引入新的距离公式,把椭球不确定数据映射到单位球中,以此来改进鲁棒线性优化模型。新模型克服了原模型对数据扰动较大时的保守性,从而在解的鲁棒性和最优性之间得到一个比较好的平衡。通过对几个标准实际问题的测试,结果表明新模型在保证解的鲁棒性的同时具有良好的最优性。

三参数区间灰数排序及其在区间DEA效率评价中的应用
王洁方,刘思峰
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  106-0109.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.22
摘要 ( )   PDF (1358KB) ( )  
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定义了三参数区间灰数与实数比较的相对优势度的概念,给出了两类典型的三参数区间灰数与实数比较的相对优势度的代数表达式。提出了一种基于相对优势度的三参数区间灰数的排序方法,并应用于变量为三参数区间灰数数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)模型,用算例验证了其有效性。

区间直觉模糊多属性群决策自收敛算法
戚筱雯,梁昌勇,曹清玮,丁勇
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  110-0115.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.23
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对区间直觉模糊多属性群决策中的一致性问题进行研究,引入了一种可自收敛算法得到一致性群决策矩阵。首先基于区间直觉模糊数的运算法则和集结算子,将单个决策者的决策矩阵集结为群体决策矩阵;然后通过可自收敛算法反复迭代,直到得到满足一致性的群体决策矩阵;最后再次基于区间直觉模糊数的集结算子和排序规则实现方案选优。从理论上论证了该算法的收敛性和保序性,并通过算例验证了算法的可行性和有效性。

外P-集合与F-信息伪装
刘若慧,刘保仓,史开泉
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  116-0119.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.24
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P-集合(packet sets)是一个集合对,它是由内P-集合(internal packet sets)与外P-集合(outer packet sets )共同构成。P-集合具有动态性,利用外P-集合,给出F-信息伪装与F-信息伪装生成概念;提出F-信息伪装度量定理与信息伪装被恢复〖CD*2〗还原定理;给出辨识准则与方法。利用这些结果,给出F-信息伪装被恢复还原的应用。P-集合是研究动态信息系统的一个新理论和新方法。

制导、导航与控制
空间绕飞任务中航天器姿态跟踪的鲁棒控制
宋申民,张保群,陈兴林
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  120-0126.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.25
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研究了空间绕飞任务中从航天器对主航天器进行观测时的姿态跟踪控制问题,提出了综合考虑挠性、外部扰动和参数不确定性等因素的输入饱和鲁棒控制器设计方法。根据主、从航天器的质心相对运动信息,解算出了从航天器的期望跟踪姿态。为保证从航天器跟踪期望姿态时控制器的有界性和强鲁棒性,将文献中已有的一种一阶滑模姿态调节控制器推广到了姿态跟踪的情况。进一步,为消除一阶滑模控制的高频抖振问题,将姿态跟踪问题转化成了标准的二阶滑模控制问题,提出了一种连续的二阶滑模姿态跟踪控制器。仿真结果表明,本文算法能有效实现绕飞过程中的姿态跟踪,同时具有强鲁棒性。

近空间飞行器飞/推一体化模糊自适应广义预测控制
程路,姜长生,文杰,都延丽
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  127-0133.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.26
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近空间飞行器(near space vehicle, NSV)的飞行包络很大,特别在高超声速飞行过程中,系统将具有强烈的非线性和快速时变性。而且,由于机体和发动机高度一体化,气动和推进系统具有很强的耦合特性,这些都对控制器的设计提出了很大的挑战。考虑到NSV爬升和巡航的任务要求,首先分析了近空间飞行器的气动结构和动力配置,提出了NSV在高超声速条件下的气动/发动机一体化纵向运动控制模型,并采用输入输出反馈精确线性化方法的思想将控制模型转化成仿射形式。结合一类不确定非线性系统,提出了一种基于滑动面的广义预测控制(generalized predictive control, GPC)方法,同时利用T-S模糊系统的通用逼近性,设计模糊自适应律来消除系统不确定性的影响,并通过Lyapunov方法分析了闭环系统的控制特性。这种方法被用于NSV纵向运动飞/推一体化控制中,仿真实验验证了该方法的有效性。

高超声速飞行器再入过程改进气动系数模型
孙勇,段广仁,张卯瑞,张泽
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  134-0137.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.27
摘要 ( )   PDF (1477KB) ( )  
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针对高超声速飞行器再入过程气动系数模型和参数辨识问题,基于公开的气动系数数据,综合考虑攻角和马赫数两个主要因素,分析了气动系数与二者的函数关系,建立了高超声速飞行器的改进升力系数和阻力系数模型,采用非线性最小二乘法进行模型参数辨识,得到参数辨识结果。将已知的气动数据与改进气动系数模型计算值进行对比,升力系数和阻力系数的相对误差平均值均小于5.10%,表明所建立的改进气动系数模型具有较高的精度,可以用于高超声速飞行器再入轨迹优化和仿真。

飞行器不确定系统鲁棒D-稳定控制分配策略
陈勇,董新民,薛建平,王龙
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  138-0142.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.28
摘要 ( )   PDF (1461KB) ( )  
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为降低建模误差及外部扰动对飞行器多变量不确定系统的影响,提出了一种闭环系统鲁棒D-稳定的动态混合控制分配策略。飞控系统采用模块化的设计思想,利用线性矩阵不等式方法设计了基于虚拟控制指令的鲁棒D-稳定输出反馈控制律;建立了多目标混合优化控制分配模型,推导并证明了该模型的等价实现形式,用于将虚拟控制指令协调分配到各个操纵面。仿真结果表明,该策略能够综合考虑各操纵面不同的物理约束和控制效能,具有较好的鲁棒性能。

基于虚拟结构的卫星编队机动控制
冯成涛,王惠南,刘海颖
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  143-0145.  doi:0.3969/j.issn.1001506X.2011.01.29
摘要 ( )   PDF (1461KB) ( )  
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针对某些航天任务在小卫星机动过程中需要保持编队构型,提出了利用虚拟结构解决三星编队机动控制问题。建立了虚拟结构坐标系,在机动过程中,三颗卫星视为一个虚拟刚体,保持编队构型。设计了虚拟结构的动力学和运动学控制器。动力学控制器包含编队队形反馈,实现对编队速度的控制。针对外加干扰,设计了姿态变结构控制器,利用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。对三星编队机动进行仿真,实现了编队构型的保持,验证了方法的有效性。

凸多面体不确定随机时滞系统的非脆弱鲁棒镇定
高文华,邓飞其,张瑞秋
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  146-0150.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.30
摘要 ( )   PDF (1524KB) ( )  
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针对具有凸多面体不确定性的随机时滞系统,讨论了非脆弱鲁棒指数镇定问题,其中非脆弱控制器中的不确定性采用的是凸多面体不确定描述。基于Lyapunov直接法,采用了与参数相关的Lyapunovkrasovskii泛函,并结合自由权矩阵方法, 使得Lyapunov矩阵与系统矩阵分离,从而获得了系统的完全基于线性矩阵不等式的时滞相关非脆弱鲁棒镇定的充分条件。最后,用例子说明了结果的有效性。

基于FFT的高动态GPS信号捕获方法优化
赵琳,高帅和,丁继成
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  151-0156.  doi:10.3969/j.issn.1001506X.2011.01.31
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针对高动态环境下的GPS接收机对信号捕获速度的要求,提出一种基于小波变换和优化快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的信号捕获方法。在基带信号预处理阶段,对采样后的中频信号进行小波变换,利用逼近信号完成码相位和多普勒频移的估计,降低基带处理信号的数据率;综合基2FFT、基4FFT和素因子算法(prime factor algorithm, PFA)的优势,对捕获过程中的大量FFT运算进行优化处理,提高运算效率。仿真结果表明,改进处理的基于FFT捕获方法可以有效地缩短捕获时间,改善基带模块性能。

 

连续Markov跳变奇异系统的稳定性分析与镇定
高明,盛立
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  157-0161.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.32
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研究了一类连续Markov跳变奇异系统的稳定性与镇定控制,得到了保证连续Markov跳变奇异系统正则、无脉冲、随机稳定的充分性条件,并设计了相应的镇定控制器。与已有文献中的结论相比,文中研究系统的模式跳变转移概率可以是部分未知的,所得条件以严格线性矩阵不等式的形式给出,具有更小的保守性。仿真实例验证了文中结论的正确性。

一种基于神经网络的任意模型参考自适应控制
李雪松,李颖晖,李霞,郭创
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  162-0165.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.33
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针对一般模型参考自适应控制方法在解高阶非线性模型时参考模型阶数较高的不足,采用一种任意模型参考自适应控制降低了参考模型的难度。利用隐层神经网络对模型进行逼近,对线性化时由不确定因素导致的误差进行补偿,并利用直接Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差有界,最后将其应用到飞行器纵向非线性模型的自动着陆下滑控制设计中。仿真结果表明,所设计的控制器能够使飞行器较好地跟踪理想着陆轨迹,从而验证了方法的有效性。

通信与网络
基于ITD的跳频信号跳速估计算法
安金坤,田斌,易克初,于全, 孙永军
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  166-0169.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.34
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非合作情况下,跳频信号参数准确快速的估计对于获取对方通信参数、产生跟踪式干扰等具有重要意义。提出了一种基于固有时间尺度分解的跳频信号跳速的快速估计算法,该算法迭代地分解跳频信号成一系列固有旋转分量,并求出由各层旋转分量信号包络瞬时幅度的最大值所构成的一个分析序列,对该序列进行傅里叶变换即可估计出跳频信号的跳速。该算法具有运算复杂度低、不受时频不确定性原理影响、时频定位精度高的优点。仿真结果显示,该算法能够有效地估计出跳频信号的跳速。

一种改进的UEP喷泉码算法及其在FGS系统中的应用
赵旦峰,钱晋希,吴宇平
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  170-0172.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.35
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在网络视频流的传输中,针对可分级视频编码(scalable video coding, SVC)的精细粒度质量可分级(finegrain quality scalable, FGS)方式,提出了一种改进的不等差错保护(unequal error protected, UEP)的喷泉码算法,并将UEP喷泉码与FGS结合,得出了改进UEP喷泉码的FGS系统。其核心思想是对FGS中的基本层与增强层截取不等长度的原始信息,利用喷泉码译码概率对原始信息长度敏感的特性,使得FGS的基本层数据与增强层数据以不等的概率译码。在无反馈信道的情况下,保证了基本层的优先性,提高信道利用率,并且喷泉码可以自适应网络信道环境,接收端可以根据具体的网络环境,以最大概率恢复出当地的原始信息。理论分析和仿真结果表明,采用UEP喷泉码的FGS系统,能够很好地实现基本层与增强层的数据不等保护能力,提高了传统FGS系统的性能。

单比特量化软件接收机中的鲁棒数字鉴相器
赵晋,张建秋,尹建君,李阳
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  173-0178.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.36
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提出一种新的应用于单比特量化软件接收机中的鉴相器——鲁棒数字鉴相器。与已有的数字鉴相器不同,提出的鉴相器是对I、Q 两路的载波相位分别进行估计,再进行线性融合,从而提供了比数字鉴相器更好的精度和鲁棒性。分析与仿真结果表明,无论是在高信噪比还是低信噪比环境下,在单比特量化接收机中,提出的鉴相器估计精度均优于传统的反正切鉴相器和数字鉴相器,具有良好的性能和鲁棒性。

非正弦时域正交调制信号的解调性能分析
赵志勇,王红星,陈昭男,刘锡国,康家方
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  179-0182.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.37
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基于最小错误概率准则,设计了非正弦时域正交调制信号的解调模型,理论分析了加性白色高斯噪声(additive  white Gaussian noise, AWGN)信道下通信系统的差错性能。结果表明,非正弦时域正交调制可达到与正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)相同的差错性能,且其单位频带利用率的提升速度优于OFDM。复杂度分析结果表明,其解调复杂度虽然高于OFDM,但仍具有硬件可实现性,可用于长波至超短波的通信频段。

非数据辅助的OFDM系统联合同步算法设计
胡登鹏,石峰,张尔扬
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  183-0189.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.38
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研究了正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统中非数据辅助的同步问题,通过对OFDM时域信号延时相关函数进行分析,设计了一种非数据辅助且具有较低复杂度的联合采样频率、载波频率及符号定时同步算法。算法根据延时相关函数以OFDM符号率为周期的周期特性,首先从延时相关函数的模中提取OFDM符号的周期标记,通过对收端和发端在相同时间内的采样点数之比进行采样频率偏差(sampling frequency offset, SFO)估计;然后通过对延时相关函数的模进行分段平均,从中提取去除循环前缀(cyclicprefix,CP)的开始时刻,从而进行符号定时同步和载波频率偏差(carrier frequency offset, CFO)估计。仿真结果表明,算法性能受累积时间长度和CP长度影响较大,而受OFDM基带调制方式影响较小;与其他同类文献相比,本文的联合同步算法具有较低复杂度和较好的性能。

基于目标不变信息量的模糊航迹对准关联算法
宋强,熊伟,马强
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  190-0195.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.39
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探讨了在组网雷达存在系统误差情况时的目标航迹对准关联问题。通过将探测系统误差对目标航迹的影响表示为各目标航迹数据的旋转和平移,从而说明了目标之间的相对拓扑关系不受系统误差影响;由此提出了一种雷达组网模糊航迹对准关联算法,该算法通过提取包括目标间拓扑信息在内的各种不受系统误差影响的目标不变信息量,采用模糊信息处理理论来解决目标航迹的对准关联问题,从而较好地实现了误差配准前的准确航迹对准关联。

软件、算法与仿真
基于新型集成分类器的非平衡数据分类关键问题研究
翟云,杨炳儒,曲武,隋海峰
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  196-0201.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.40
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针对非平衡数据分类问题,提出了一种基于差异采样率的重采样算法(differentiated sampling rate algorithm, DSRA),基于DSRA设计了一种新的集成分类器(SVM-Ripper ensemble classifier, SREC)。SREC采用独特的分类器选择策略、分类器集成策略、分类决策方案,可获得较高的分类精度。同时,利用SREC对影响非平衡数据分类的关键问题进行了研究。结果表明,非平衡数据分类问题本质上是由正负样本类间非平衡、类内非平衡、样本规模以及样本非平衡度等诸多因素引起的,只有综合考虑这些因素才能更好地解决非平衡数据分类问题。

采用属性相关分析的异常数据检测方法
刘波,潘久辉
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  202-0207.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.41
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为了发现数据库中的异常数据,提出了两个数据项集之间相关可信度的新概念,并研究了基于该度量的异常数据检测规则的计算算法,产生的规则适合于离散型属性孤立点的检测。在计算检测规则中,最小相关可信度阈值不需由用户指定,而是根据1〖CD*2〗数据项集的频率确定;利用相关可信度的性质,可以减小检测规则计算算法的时间复杂度。实验结果表明,采用该方法计算获得的相关规则进行异常数据检测,不仅效率较高,而且检测的准确率、查全率也较高。

基于稳健波束形成的超宽带穿墙成像方法
晋良念,欧阳缮,谢跃雷,肖海林
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  208-0212.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.42
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针对现有超宽带穿墙雷达时域波束成像分辨率低、旁瓣高以及干扰抑制能力弱等问题,提出利用稳健Capon波束形成对目标成像的方法。该方法基于目标回波模型首先补偿近场扩散损耗、墙体传播损耗和折射效应,实现天线阵列接收数据的配准,利用稳健Capon波束成像得到良好的成像分辨率和更好的干扰抑制能力。利用时域有限差分(finite-difference time domain, FDTD)数值仿真和实验数据实现了隐藏目标的二维成像,验证了该方法的有效性。

JPEG压缩下图像量化水印的鲁棒性估计
曾高荣,裘正定,章春娥,孙冬梅
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  213-0216.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.43
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当嵌有水印的图像经受压缩时,水印检测可能出现错误。与通过各种仿真测试不同,提出以互信息为代价函数评测图像量化水印联合图像专家组(joint photographic experts group, JPEG)规范压缩下的鲁棒性,该方法以线性高斯模型近似JPEG压缩过程,推导了JPEG下的度量鲁棒性的互信息函数计算式,并仿真计算不同压缩因子对应的鲁棒性。实验中以分块离散余弦变换(discrete cosine transform, DCT)中频系数为量化载体进行水印嵌入和检测,结果表明当压缩因子变化时,互信息函数与实验误码率之间是匹配的,应用该方法可以评估和预测图像量化水印算法在JPEG压缩下的鲁棒性。

面向导航系统性能仿真的可移植性框架
侯洪涛,王维平,周鸿伟,李群
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  217-0221.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.44
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导航系统性能仿真面临多领域模型集成和分析的困难。研究了仿真模型可移植性(simulation model portability, SMP2.0)规范,分析了卫星导航系统仿真的基本特点和需求,提出了卫星导航性能仿真的可移植性框架,建立了基于SMP2.0的导航仿真应用架构。该架构包含导航系统模型设计、开发、集成、运行和试验分析,涵盖了所有导航系统大系统性能指标的仿真分析。最后,基于此方法采用GALILEO系统相关想定数据对其导航性能指标进行了仿真和试验分析。结果表明,本文所提方法和技术框架能够很好地满足卫星导航系统仿真的特殊需求。

可靠性
屏蔽数据下BurrXⅡ三部件串联系统的可靠性估计
张萌,师义民,杨扬
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  222-0227.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.45
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在系统失效原因被屏蔽的情形下,讨论三部件串联系统中BurrXⅡ部件的可靠性估计问题。在一般屏蔽情形下,利用迭代法和系统简化法求解极大似然方程组,得到部件参数近似的极大似然估计(maximum likelihood estimation, MLE);在完全屏蔽情形下,直接求解方程组得到参数精确的极大似然估计。同时利用贝叶斯方法分别在平方损失、LINEX损失以及熵损失下推导出部件参数和可靠性指标的贝叶斯估计。最后通过数值仿真说明极大似然估计和贝叶斯估计效果良好,并对二者进行了比较。

基于伪寿命分布的退化数据可靠性评估方法
马小兵,王晋忠,赵宇
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  228-0232.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.46
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提出一种利用加速退化数据对产品进行可靠性评估与寿命预测的建模与参数估计方法。首先,针对加速退化数据的特点,建立了加速条件下特征参数退化曲线的连续时间函数模型。进而,结合工程中常用加速模型,建立了加速退化模型参数估计的整体似然函数,并基于Fisher信息阵采用整体推断的极大似然法给出整体模型参数的区间估计。该方法能够有效利用不同加速应力水平下产品退化数据的横向信息,并综合连续时间函数模型对产品退化曲线拟合性强的优点,可提高产品可靠性评估与寿命预测的精度。以某电子产品为例进行了应用实例分析。

软件可靠性度量实例研究
石柱,郑重
Journal of Systems Engineering and Electronics. 2011, 33(1):  233-0236.  doi:10.3969/j.issn.1001 506X.2011.01.47
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为适应软件的不同特点和使用阶段,必须根据软件的具体情况,考虑在软件开发的整个生命周期中,从不同角度对可靠性进行度量和评价。在现有软件可靠性度量的基础上,选择改造了9个可用于评价软件可靠性的度量,在航天软件中进行了应用,并详细阐述了各个度量的目标、方法和过程,最后对度量结果进行了综合分析以及给出了对软件的改进建议。

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