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2023年 第45卷 第4期 刊出日期:2023-03-29
电子技术
复杂干扰场景下的稳健自适应波束形成
沈季, 万显荣, 易建新, 刘燕, 程丰
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  941-949.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.01
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针对复杂电磁环境中最小方差无畸变响应及干扰加噪声协方差矩阵重构波束形成器输出信干噪比下降的问题, 本文基于均匀圆阵(uniform circular array, UCA)提出了一种适用于该场景的稳健自适应波束形成算法。所提算法利用稀疏重构技术得到的谱函数构造和改进干扰抑制矩阵, 使其在干扰方位产生宽零陷, 提高了算法的稳定性。考虑到UCA存在副瓣电平高及空间非均匀采样问题, 利用二阶约束优化准则抑制UCA副瓣, 使得所提算法在抑制干扰的同时具有较低的波束副瓣。当UCA半径选择合适时, 所提算法的性能与最优波束形成器接近, 仿真验证了所提算法的有效性。

基于信号随机涨落特征的电路噪声优化方法
唐玉俊, 张竞文, 蔡萍, 胡琸悦, 倪歆玥, 陈凡胜
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  950-957.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.02
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低噪声电路设计是遥感领域的主要研究方向之一。由于采用信息获取电路和探测器组件分离设计,可持续发展科学卫星一号主载荷热像仪存在多路信号串扰与旁路互感干扰的问题。当前,基于传统恒定直流分析方法的电路噪声模型难以准确评估电路噪声大小,导致系统在工作时噪声性能过低。针对该问题, 分析了模拟电路信号传输的涨落变化规律,提出一种基于探测器响应具备高斯分布特征的类交流分析方法,构建信号噪声模型。与传统直流分析方法相比, 所提方法的噪声预测精度提升了51.42%, 优化后信息获取电路噪声的性能提升了21.44%, 相机噪声等效温差可达34 mK。所提出的电路噪声模型对红外探测系统性能的优化具有十分重要的意义。

基于耦合张量分解的稀疏阵列二维DOA估计算法
任明健, 胡国平, 周豪, 游致远, 张凌培
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  958-964.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.03
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传统基于张量分解的稀疏阵列波达方向(direction of arrival, DOA)估计, 通常将协方差矩阵直接进行划分来构建满秩张量, 但这种方法没有考虑数据间的结构信息, 使得信息利用不充分。针对这一问题, 提出了一种基于数据间耦合关系的张量分解算法。根据信息间的结构特点, 构建在俯仰和方位维度能分别利用耦合特性的两个三阶张量。通过张量分解从中估计出两组角度值, 将其中利用耦合特性估计出的角度值作为DOA值, 伴随产生的估计值用作角度匹配。仿真结果验证了所提算法可进一步提升对数据间耦合信息的利用, 有效提高二维DOA估计的精度。

基于GPU的数字下变频累积误差控制方法
李超, 焦义文, 傅诗媛, 高泽夫, 毛飞龙
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  965-972.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.04
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针对数字下变频系统中高速数据处理实时性需求, 设计了基于中央处理器(central processing unit, CPU)+图形处理单元(graphic processing unit, GPU)的异构平台数字下变频处理算法, 并完成了相应并行程序设计, 进行了实际数据验证。鉴于GPU运算采用单精度浮点数格式进行数据处理, 进行长时程数据处理过程中, 会产生浮点数舍入误差累积, 导致结果的不准确不可靠, 设计了联合相位循环归零法和无误差变换补偿法, 实现了浮点数舍入误差的控制与补偿。数据测试结果表明, 所提方法可将相位误差控制在10-11rad以内, 且不随时间累积, 计算结果准确可靠。

基于部分解耦合的非线性数字干扰对消算法
崔中普, 葛松虎, 李亚星, 郭宇, 邢金岭, 孟进
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  973-981.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.05
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针对数字对消器中基于并行Hammerstein(parallel Hammerstein, PH)模型的非线性最小均方(least mean square, LMS)算法基函数之间的强相关性而存在收敛速度变慢、收敛稳定性变差、稳态误差增大的问题, 提出了一种采用部分解耦合策略的改进算法。通过引入带约束的正则方程, 实现各个非线性阶次独立的迭代步长设定。并且对基于部分解耦合干扰对消算法进行解析分析, 给出了平均和均方意义下的收敛条件。仿真结果表明, 所提方法在几乎不损失稳态误差性能的前提下, 提升了非线性LMS算法收敛速度, 改善了收敛性能, 并且针对滤波器非线性阶数和记忆长度变化具有良好的鲁棒性。在1 MHz带宽二进制相移键控(binary phase shift keying, BPSK)干扰和加性高斯白噪声情况下干噪比设置为20 dB, 相较于传统非线性LMS算法, 所提算法可以实现最大0.5倍迭代步长上界、最高非线性阶次9以及最大记忆长度12的设定。

适用于多目标轨迹小角度交叉的PHD滤波器
刘政玮, 陈映, 鲁耀兵
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  982-990.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.06
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多目标轨迹小角度交叉时,空间紧邻目标和不可分辨目标会导致概率假设密度(probability hypothesis density, PHD)滤波器存在错误估计和航迹断裂问题。针对这一问题,提出一种适用于跟踪轨迹小角度交叉多目标的改进PHD滤波器。首先,建立一种多目标不可分辨概率模型,并基于该模型对目标检测概率进行修正,以适应存在不可分辨目标的场景;然后,对更新后的目标权重进行调整,保证空间邻近目标与量测一一对应的原则。仿真结果表明,改进算法可有效提高轨迹小角度交叉场景下的目标估计精度和航迹连续性,为多目标轨迹交叉跟踪这一难点问题提供了有效的解决途径。

飞机雷电耦合机理及屏蔽性能影响因素分析
杨占刚, 张起浩, 柯中澍, 石旭东
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  991-999.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.07
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复合材料飞机的雷电间接效应防护是现代飞机亟需解决的难点问题之一。通过建立等效电路研究雷电对飞机的不同电磁耦合机理, 分析复合材料飞机在蒙皮敷设金属网的屏蔽性能及影响因素, 并通过对比实际情况, 验证所提金属网体积计算方法的有效性。理论分析与仿真计算结果表明, 在蒙皮表面敷设金属网可为复合材料飞机提供有效雷电防护, 且金属网参数对屏蔽性能影响较大。此外, 提出的金属网体积及感应电流计算方法, 可为复合材料飞机雷电间接效应屏蔽性能的进一步优化提供参考。

传感器与信号处理
基于编码相位调制的ISAR图像特征控制方法
吴其华, 赵锋, 王俊杰, 徐志明, 肖顺平
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1000-1007.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.08
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本文提出了一种基于编码相位调制的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)图像特征控制方法。首先通过接收天线截获ISAR信号, 然后对截获信号进行快慢时间二维联合编码相位调制, 最后在ISAR接收处理后可形成范围可控的压制性干扰条带。在此基础上进一步分析了码元宽度、占空比等不同调制参数对图像特征控制效果的影响, 并进而推导了相应的参数设计原则。通过仿真分析, 雅克-42飞机仿真数据的实验结果证明了所提方法的有效性。

基于粒子采样投影的雷达低旁瓣复合波形设计
冯翔, 李风从, 范羽, 刘涛, 崔文卿, 赵宜楠
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1008-1015.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.09
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非合作无人机机动性强、易被建筑物遮挡, 往往具备信号截获能力, 给传统雷达探测带来严峻挑战。对此, 提出基于粒子采样投影的恒模波形设计方法来获得局部低旁瓣、低截获波形。首先, 利用混沌相位编码的随机性构造复合波形, 增强波形低截获性能; 接着, 引入低旁瓣波形设计的数学模型, 并转化为多变量交替范数迭代优化问题; 进而, 借鉴粒子滤波采样思想、交替投影框架, 构建粒子集群同步投影、采样更新机制。仿真实验表明, 所提算法运算效率高、稳定性强, 波形兼具低旁瓣、低截获与多普勒容忍性, 与当前流行算法相比具有显著优势。

基于稀疏分解的海面微动目标识别
黄瀚仪, 胡仕友, 郭胜龙, 李珊君, 舒勤
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1016-1023.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.10
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海洋环境下杂波较强, 慢速微弱目标的多普勒频率往往会落入海杂波多普勒频宽中, 传统动目标检测方法难以检测出目标回波。为了解决此类问题, 依据海杂波与目标在震荡属性和稀疏特性上的差异, 首先利用可调Q小波变换算法分别获得对应的自适应完备字典。然后,运用形态成分分析算法得到对应的目标稀疏系数和杂波稀疏系数; 再把稀疏系数与各自的自适应字典相乘得到目标分量与杂波分量。最后, 在雷达对海探测数据集下验证了算法的有效性。

星载双基地雷达杂波建模及特性分析
倪萌钰, 陈辉, 王晓戈, 程杨, 李槟槟
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1024-1031.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.11
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星载双基地雷达对增强隐身目标的雷达散射截面等有更大的优势, 但其杂波较单基地星载雷达杂波分布更为复杂。为了解决星载双基地雷达的问题, 建立了以地球模型为基础、以地心和双卫星连线中点为原点的两个直角坐标系, 通过联立构造的椭球面方程和参数方程建立了星载双基地雷达几何模型, 提出了基于构建的星载双基地雷达模型的杂波多普勒频率构建方法, 最后具体分析了工作频率的变化对多普勒频率的影响。与现有模型相比, 所提模型简化了运算过程, 需已知的参数信息相对较少, 可适用于更多双/多基地场景。仿真结果表明双基地距离和取值越大或工作频率取值越大, 杂波展宽越严重。

基于特征增强网络的SAR图像舰船目标检测
张冬冬, 王春平, 付强
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1032-1039.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.12
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合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像场景复杂度高、舰船目标尺度小, 传统方法检测效率低、虚警概率大。针对以上问题, 提出一种特征增强网络用于SAR图像舰船目标检测。首先, 利用I-Darknet-53(improved Darknet-53)提取特征信息, 构建4层特征金字塔丰富低层特征。其次, 将多个特征层进行跨尺度连接, 使低层细节信息更易于向高层语义信息映射, 增强特征的传播和重用。最后, 利用多尺度注意力模型增强特征信息, 为检测器提供高质量的判断依据。试验结果表明, 所提算法在SSDD数据集上的平均检测精度为95%。相较于其他网络模型, 所提算法具有明显优势。

机载雷达地面静止目标二维检测算法
孟自强, 高伟, 李晓明
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1040-1048.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.13
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针对机载宽带雷达由于地面目标距离向扩展、距离徙动等现象导致传统检测手段存在检测虚警高、算法适应度低的问题, 提出了一种基于多帧联合的机载雷达地面静止目标二维检测算法。采用“初筛选+精检测”的两步处理思路, 首先在距离压缩和走动校正后提取雷达主杂波数据, 通过广义内积(generalized inner pro-duct, GIP)值计算及排序完成回波数据的初筛选; 随后联合方位多帧设置二维检测窗及检测门限, 完成地面作战目标的快速精细化检测。最后,通过仿真及机载试飞实测数据验证了方法的有效性。该方法能够有效降低检测虚警、提高数据处理效率, 且操作简单、易于实现。

系统工程
武器目标分配问题研究进展: 模型、算法与应用
李梦杰, 常雪凝, 石建迈, 陈超, 黄金才, 刘忠
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1049-1071.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.14
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武器目标分配问题是指挥控制与任务规划领域的关键难点之一, 也是军事运筹领域的基础研究课题。经过多年研究, 武器目标分配问题在陆海空天电等领域都得到了广泛研究, 涌现出了大量模型和算法。系统梳理武器目标分配问题的典型作战样式、建模方法、求解算法和实验验证, 掌握当前该领域的研究现状, 在此基础上, 结合智能化、无人化战争带来的新挑战, 分析武器目标分配的发展趋势, 为后续研究提供参考。

自动化码头AGV电池备件与充电机配置联合决策
王孟雅, 李雨青, 李林蔓, 吴伟, 潘尔顺, 刘冉
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1072-1081.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.15
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以自动化集装箱码头换电式自动导引车(automated guided vehicle, AGV)电池换电系统为研究对象, 采用双有限源封闭循环描述AGV电池换电队列与充电队列, 以满足一定工作水平下的总成本最低为目标, 基于马尔可夫过程建立电池备件和充电机配置联合优化模型。通过遗传算法求解, 得到最优电池备件数与充电机数量。研究结果表明, 电池备件数或充电机数过少时, 将产生高额的惩罚成本与利润损失。相较于传统的用一备一策略, 采取最优策略使得运营总成本显著降低。

海上动目标身份置信度融合计算模型
任文娟, 杨战鹏, 许光銮, 付琨
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1082-1089.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.16
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为了支持海上动目标实时打击决策, 提出基于D-S(Dempster-Shafer)证据理论的移动目标身份置信度动态演化与融合框架, 构建海上动目标身份置信度多源融合计算模型, 实现目标身份置信度连续可靠评估。针对移动目标的多源异步信息, 建立目标身份辨识空间, 构建历史与当前目标信息的基本概率分配函数, 表征历史信息作为证据随时间推演而不断增加的不确定性, 利用历史与当前二元证据合成规则计算目标身份融合置信度。仿真结果表明, 所提方法能够提高目标身份置信度、降低信息融合系统目标识别的不确定性, 扩展了目标打击窗口, 提升了决策可靠性和打击灵活性。

敏捷C2组织生成及演进的度量与优化
钟赟, 万路军, 姚佩阳, 张杰勇
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1090-1097.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.17
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指挥与控制(command and control, C2)组织敏捷性度量与优化是重要的研究领域。针对当前研究主要集中于组织设计方面导致范畴受限,以及方法本身不够系统全面的问题,提出从C2组织生成及演进角度开展相关研究,从而实现组织敏捷性的高效度量与优化。在对C2组织生成及演进、C2组织设计概念内涵进行辨析的基础上, 分析了分层递阶视角下C2组织生成及演进的具体内容。分别分析了C2组织生成鲁棒性和演进适应性的作用原理、作用过程和具体分类。根据C2组织生成及演进的具体内容, 分别进行生成鲁棒性和演进适应性的度量和优化。

结合启发式与最优控制的舰载机甲板路径规划算法
韩维, 刘子玄, 苏析超, 崔凯凯, 刘洁
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1098-1110.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.18
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舰载机甲板调运是机群全周期出动回收作业的关键环节, 为提高舰载机调运效率, 以得到满足运动学及终端位姿约束的最优路径为目标, 结合启发式与最优控制方法, 进行舰载机甲板路径规划研究。首先, 针对甲板复杂布列环境建立凸壳障碍膨胀模型。其次, 在A*算法中引入动态衡量因子, 设计轨迹重搜索算法, 求解最短路径关键点。最后, 解算关键点运动状态, 结合最优控制算法, 对关键点间分段路径进行规划与整合。开展典型甲板环境下的路径规划仿真实验, 通过与最优控制算法仿真实验结果相比较, 验证所提算法的优越性。仿真实验结果表明, 所提算法有效解决了最优控制算法在复杂障碍环境下初值敏感性问题并有效提升了甲板调运的优化性能。

基于改进行为树的作战计划建模方法
袁博文, 刘东波, 刘兆鹏, 李雅楠
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1111-1120.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.19
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针对网状结构作战计划模型存在调整效率低的问题, 提出一种基于改进行为树的作战计划建模方法。该方法在传统行为树的基础上, 通过扩充三层黑板结构实现模型内部节点之间的信息交互; 通过组合运用行为树相关组件构建作战任务及任务关系树状结构模型; 针对作战计划执行的特点, 改进行为树执行逻辑规则, 得到作战计划行为树模型。最后, 通过攻防对抗作战仿真实验进行了验证, 实验结果表明所提方法具有良好的可行性和动态调整性。

基于MBSE的运载火箭上升段逃逸救生策略
武新峰, 彭祺擘, 黄冉, 李静琳
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1121-1126.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.20
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为提高运载火箭上升段逃逸救生策略的覆盖性和有效性,采用基于模型的系统工程(model-based system engineering, MBSE)方法开展设计。首先, 进行运载火箭逃逸救生任务分析, 识别相关系统及其任务需求, 建立任务需求模型。然后, 根据运载火箭飞行程序, 建立不同时刻的主要故障模型, 研究提出不同故障的可能应对策略, 形成功能需求模型。最后, 在逻辑仿真中调用弹道仿真程序, 验证了逃逸救生策略的可行性, 实现了需求的闭环验证。通过采用该方法, 完成了运载火箭上升段逃逸救生任务需求模型化, 奠定了全任务周期数字化设计的基础, 可为工程实践提供参考。

制导、导航与控制
多视图融合的无人机定位方法
庞阳, 王明, 闫子仪, 岳童尧, 周哲
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1127-1133.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.21
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无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)技术已广泛应用于军民领域。在预警、飞行控制和轨迹跟踪过程中需要导航设备提供准确的位置信息, 传统的单目视觉测量无法准确获取目标的深度信息, 双目视觉测量方法受距离和视角影响测量精度低。针对这一问题, 提出了多相机全方位的多视图融合定位的方法, 以成像面积最大的摄像机为主, 两侧相机为辅, 采用物点定位法分别计算UAV的三维信息, 并将平均值作为UAV的定位信息。最后, 通过实验验证, 多视图融合的物点测量方法可实现3 cm的定位精度。

部分约束下空中目标拦截制导控制一体化方法
梁乐成, 赵斌, 周军, 赵万利
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1134-1143.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.22
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针对拦截空中目标的场景, 提出一种考虑攻击角度的制导控制一体化(integrated guidance and control, IGC)方法, 同时考虑输入饱和以及攻角的约束问题。首先, 在俯仰平面下对包含不确定性的系统进行了建模。基于反演法和指令滤波器, 处理了攻击角度约束问题和执行器机械限制的输入饱和问题, 设计了含误差积分反馈的补偿项以处理跟踪误差, 引入了障碍Lyapunov函数将攻角约束在预设区间。基于Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性和变量的有界性, 以及各约束条件的成立性。仿真实验表明, 方法能够以预设角度有效拦截目标, 过程满足对输入以及攻角的约束条件, 同时具备较强的鲁棒性。

基于DDPG算法的双轮腿机器人运动控制研究
陈恺丰, 田博睿, 李和清, 赵晨阳, 陆祖兴, 李新德, 邓勇
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1144-1151.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.23
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轮腿式机器人兼具轮式和足式机器人的机动性和灵活性, 在多种场景中具有广泛的应用前景。针对双轮腿机器人在崎岖地形运动控制缺陷、高度依赖于精确动力学模型、无法自适应求解等问题, 提出一种基于深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法的双轮腿机器人控制方法。首先, 分析了双轮腿机器人模型及其模糊动力学模型; 然后, 使用DDPG算法生成双轮腿机器人在崎岖地面的运动控制策略; 最后, 为了验证控制器性能, 分别进行了3组运动控制对比实验。仿真实验表明, 在缺少地面状况先验知识的条件下, 采用DDPG算法生成的运动控制策略实现了双轮腿式机器人在崎岖地面快速稳定运动的功能, 其平均速度相比双轮机器人提高了约29.2%, 姿态角偏移峰值相比双足机器人分别减小了约43.9%、66%、50%。

无人艇与四旋翼无人机固定时间异构编队控制
白嘉琪, 王彦恺, 邢昊
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1152-1163.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.24
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针对多四旋翼无人机与欠驱动无人艇组成的异构系统存在干扰扰动时的编队控制问题, 设计了固定时间干扰观测器和固定时间编队控制器。首先, 对欠驱动无人艇动力学模型进行处理, 得到欠驱动无人艇与四旋翼无人机在地面坐标系下统一数学表达形式。然后, 针对异构系统的动态特性导致的通信网络中出现的不确定性的干扰, 对每个跟随者设计基于固定时间的干扰观测器。基于反步法和固定时间稳定性理论, 为每个跟随者设计基于观测器的分布式固定时间编队控制器, 以保证每个跟随者的编队状态误差在固定时间内得到收敛。最后, 通过仿真检验了所提出控制算法的可行性。

卫星导航时域自适应抗干扰技术综述
宋捷, 鲁祖坤, 刘哲, 肖志斌, 党超, 王芝应, 孙广富
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1164-1176.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.25
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时域自适应抗干扰是导航对抗领域最常规的抗干扰技术之一, 可以通过自适应算法生成时域滤波器, 在不需要先验信息的前提下应对复杂多变的窄带干扰。随着干扰环境复杂化、干扰手段扩大化, 给传统时域抗干扰带来了高抗干扰性能不足、复杂度过高、测距稳健性不足的难题, 时域抗干扰技术也在导航对抗升级的同时不断改进和发展。介绍了时域抗干扰的基本概念以及经典算法, 对近年来时域抗干扰研究面临的主要问题进行了归纳总结, 并分别从提高算法收敛性、降低硬件复杂度以及提高测距精度3个方面给出了技术发展概述。最后, 根据对已有技术的总结和面临的工程问题, 对未来时域抗干扰技术的发展方向做出了展望。

基于新型趋近率的含齿隙随动系统鲁棒控制
李方俊, 王生捷, 李俊峰, 李浩, 崔臣君
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1177-1184.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.26
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针对一种含齿隙随动系统高精度、快响应、鲁棒能力强的控制需求, 提出了一种基于新型滑模趋近率的鲁棒控制策略。首先在位置环设计过程中引入了积分非奇异终端滑模控制器, 能有效克服系统结构参数的变化, 并提高了响应能力; 其次利用线性扩张状态观测器将传动结构中的齿隙因素视作外在扰动之一进行补偿, 增加了系统的稳定性与鲁棒能力; 最后基于设计的新型滑模趋近率克服了控制量的抖动问题, 通过联合仿真实验证明了所提出方法的有效性。

基于转向与制动协同的无人车辆轨迹跟踪控制
李尧尧, 郭超然, 李杨, 赵玉壮
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1185-1192.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.27
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针对无人车辆轨迹跟踪控制在极端工况条件下的车辆失稳问题, 提出一种考虑车辆横摆稳定性的前轮转向与差动制动分层协同轨迹跟踪控制策略。首先, 顶层策略基于模型预测控制算法设计, 控制输出为前轮转角, 以实现常规工况下的期望轨迹跟踪控制; 其次, 底层策略基于滑模控制算法设计, 得到车辆维持路径跟踪所需的附加横摆力矩, 以提高极限复杂工况的横摆稳定性; 进而, 引入差动制动控制策略对单独车轮制动力矩进行动态分配。整车联合仿真结果表明, 所提出的转向与制动分层协同轨迹跟踪控制策略及算法, 在高速低附紧急避障工况下, 能够有效避免车辆侧滑失稳, 明显提高车辆稳定性及轨迹跟踪精度。

通信与网络
基于VSCBOMP算法的FBMC/OQAM系统信道估计
季策, 田博彦, 耿蓉, 李伯群
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1193-1199.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.28
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偏移正交调制的滤波器组多载波(filter bank multi-carrier/offset quadrature amplitude modulation, FBMC/OQAM)相比于传统正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统具有误码率低、频谱利用率高等优点, 但目前较少有采用压缩感知方法来进行FBMC/OQAM的信道估计的研究。针对FBMC/OQAM系统提出基于变步长条件回溯正交匹配追踪(variable step-size conditional backtracking orthogonal matching pursuit, VSCBOMP)的信道估计算法。该算法在每次迭代过程中选择多个原子, 当支撑集充满之后, 利用回溯剔除相关性较差的原子。同时, 加入了变步长的思想, 提高了运算效率。在随后的稀疏随机信号恢复实验及FBMC/OQAM系统信道估计仿真实验中验证了该算法。仿真结果表明, 该算法比传统的正交匹配追踪类算法运行时间短, 亦能获得更高的估计精度。

基于自监督对比学习的信号调制识别算法
陈洋, 廖灿辉, 张锟, 刘建, 王鹏举
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1200-1206.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.29
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近年来, 基于深度学习的信号调制识别技术发展迅速, 但大多数解决方案以监督学习方法为主, 需要大量带标签样本。考虑到信号数据样本分析标注难度大、成本高, 提出了一种通过自监督对比学习利用大量无标签样本进行模型预训练、基于预训练特征值提取及利用少量带标签样本进行调制识别训练的学习方法, 可大幅降低训练所需的带标签样本数量。在RadioML2018.01A上的试验表明, 所提方法仅需1%的带标签数据就能达到全数据集上与监督学习模型相当的性能, 且带标签数据减少至0.1%时, 对信噪比大于等于8 dB的24类调制信号的识别准确率仍然能达到93%以上。

航空信息网络服务功能链迁移策略研究
付皓通, 赵尚弘, 王翔, 郝少伟
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1207-1214.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.30
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针对服务功能链(service function chain, SFC) 请求动态变化导致的航空信息网络中平台负载不均问题,提出了一种基于联盟博弈的SFC迁移算法。该算法将航空平台作为博弈参与者,将SFC实例作为博弈商品,以网络能耗和迁移开销联合优化为目标。在算法执行过程中,各航空平台之间相互协作构建博弈联盟,通过联盟之间的比较与交换行为实现SFC迁移及网络资源整合。研究结果表明,所提算法具有较低的计算复杂度、较好的收敛性且能够形成纳什稳定结构。此外,在不同的网络规模下,所提算法均能有效降低网络能耗及网络迁移开销,同时保持较高的不同规模网络的资源利用率。

基于随机抽取的稀疏校验矩阵重建算法
刘恒燕, 张立民, 闫文君, 谭凯文, 张聿远
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1215-1221.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.31
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为了更好地实现高误码条件下稀疏校验矩阵的重建, 将寻找校验向量的过程转换为求解线性方程组的过程, 充分利用稀疏校验矩阵的稀疏性, 通过寻找包含所有校验比特的子线性方程组的解来重建稀疏校验矩阵, 并利用该矩阵对码字进行软译码, 以纠正错误码字, 对纠正后的码字继续重建稀疏校验矩阵, 不断重复该过程, 选取所有迭代过程中重建率最高的稀疏校验矩阵作为最终结果。仿真结果表明, 提出的稀疏校验矩阵算法可以在高误码条件下有效重建双对角结构及非双对角结构的稀疏校验矩阵, 对误码的鲁棒性较强。

窄带干扰及动态环境BOC调制信号多通道并行捕获
张天骐, 方竹, 汪锐, 王雪怡
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1222-1230.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.32
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针对窄带干扰及动态环境二进制偏移载波(binary offset carrier, BOC)调制信号捕获困难、捕获效率低的问题, 提出利用奇异值分解(singular value decomposition, SVD)结合最小描述长度(minimum description length, MDL)准则对窄带干扰进行抑制。在部分匹配滤波器结合分数阶傅里叶变换(partially matched filter-fractional Fourier transform, PMF-FRFT)捕获算法的基础上提出结合伪码复合以及异步伪码相关累加的多通道并行捕获算法。该算法首先对接收到的含窄带干扰信号做SVD, 利用MDL准则自适应估计出干扰信号的个数并完成干扰抑制; 然后, 将信号伪码相加形成新的伪码序列, 由PMF-FRFT结合异步伪码相关累加算法实现对多个信号的精确捕获。仿真结果表明, SVD窄带干扰抑制算法在较好保留原信号特征的基础上能够有效抑制干扰信号, 且性能稳定。提出的伪码复合结合异步伪码相关累加多通道捕获的算法可同时完成多个信号的捕获, 有效提升信号捕获概率、减少捕获时间。

可靠性
基于运行数据的国产民机动态维修任务间隔优化
冯蕴雯, 潘维煌, 路成, 刘佳奇
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1231-1238.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.33
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为了提升国产民机的基于运行数据的计划维修任务间隔优化技术,丰富国产民机维修大纲维修间隔优化理论,针对不同维修任务的部件寿命特点,提出了基于运行数据的最佳失效分布动态维修间隔优化方法。收集相应维修任务的例行检查与非计划检查维修记录;然后结合任务部件的完整失效数据与右删失数据,采用极大似然估计进行置信区间内的失效分布参数拟合,得到维修任务的部件寿命分布函数;结合民航局咨询通告对不同维修任务的可靠度要求,考虑部件的累计飞行小时分析维修任务的动态维修间隔。研究表明在给定维修任务可靠度条件下,动态维修任务的维修间隔可随部件可靠性寿命规律而变化,反映相应部件的寿命特点,有助于在保障任务可靠度的基础上为缩短或延长维修任务间隔提供建议,为维修任务的维修间隔优化提供理论参考。

基于Dirichlet分布的设备失效概率预测模型
蒋铁军, 王俊柯
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1239-1246.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.34
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在备品备件库存决策问题中,对设备失效概率进行预测是解决问题的关键。当设备故障分布类型在参数模型框架下难以确定时,采用基于Dirichlet分布的非参数贝叶斯方法,对设备失效概率进行建模,并利用蒙特卡罗方法进行模拟仿真。由于未假定故障分布的参数模型,该方法具有很强的灵活性;对样本数据进行随机抽样后进行仿真和对比分析,预测结果波动很小,表明了该方法具有很强的稳健性。基于Dirichlet分布的模型可以解决在参数模型框架下故障分布类型难以确定时,对设备失效概率进行预测的问题。

数字孪生驱动的武器装备智能保障技术研究
方伟光, 聂兆伟, 刘宸宁, 李浩, 那洋, 王辉雄, 洪东跑
系统工程与电子技术. 2023, 45(4):  1247-1260.  doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.35
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在体系化作战背景下, 为满足新型作战形态对装备保障的需求, 促进武器装备保障任务的数字化、网络化、智能化和服务化转型升级, 本文研究建立了数字孪生驱动的武器装备智能保障体系架构。面向装备保障体系的未来需求, 分析智能保障技术的发展趋势, 总结了数字孪生在装备智能保障中的应用模式与内涵, 包括虚实双向交互模式、综合效能评估模式、运行及演化分析模式和动态决策优化模式。在此基础上, 搭建数字孪生驱动的装备智能保障体系架构, 涵盖保障性设计、试验鉴定、虚拟训练、运维保障和保障任务规划与推演5个方面, 并识别装备保障体系中数字孪生关键技术, 实现面向装备保障的数字孪生技术逻辑闭环。最后, 以装备贮存运维保障过程为案例, 搭建数字孪生演示系统, 验证数字孪生技术在具体装备保障任务场景下应用落地的可行性。

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