在雷达系统、舰船系统、数据中心等大型复杂系统中, 供配电系统变流器端口阻抗信息的完整、快速、准确获取, 是研判系统可靠性的重要基础。现有研究大都使用分段线性拟合值方法进行阻抗识别, 不仅需要大量阻抗测量才能获得完整的阻抗特性, 并且可能因过度测量而对系统的正常运行造成干扰。针对这些问题, 从阻抗特性曲线的非线性拟合入手, 提出一种“非线性曲线拟合、全局误差估计、优选测量点频率”的阻抗识别方法, 实现基于曲线拟合误差估计的测量点优化选择, 以较少阻抗测量代价获取宽频带阻抗特性。与现有的方法相比, 所提方法更有助于测量点的合理选择、阻抗谐振峰的准确识别, 从而更高效地实现宽频带阻抗的识别, 为复杂供配电系统运行状况的研判提供可靠依据。算例仿真证实了所提方法的有效性。

幅度插值方位估计法通过对少数几个波束采样插值得到来波方位, 避免了密集的方位搜索, 在工程中有广泛的应用。目前该方法大多基于一维, 且使用对称函数进行插值, 估计误差较高。本文通过解耦的方式将该方法由一维推广至二维任意阵, 并考虑真实方位谱在偏离0°后左右波束不对称的情况, 利用左右波束斜率比作为求解条件, 使用非对称函数进行幅度插值。进一步, 针对二维非对称插值中出现的角度失配问题, 提出了迭代插值的解决方法。最后仿真分析了插值方法、迭代插值以及信噪比对插值精度的影响，所提出方法的插值精度优于传统对称插值方法；且通过千岛湖实验数据验证，所提方法以10°间隔插值得到的估计精度可以比拟常规波束形成以0.01°进行密集扫描的估计精度。所提方法能够在满足一些工程应用中对实时性要求的同时达到较高的方位估计精度。

作为非平稳信号的重要特征，瞬时频率(instantaneous frequency, IF)和瞬时调频率(instantaneous frequency rate, IFR)的准确估计具有重要意义。现有方法在处理存在时频交叠的多分量非平稳信号时易发生关联错误等问题。短时调频傅里叶变换通过将信号在时间-频率-调频率三维空间中进行表征，使不同分量发生交叠的可能性大幅降低，且基于频率-调频率的变化规律可实现分量的时序关联。据此，提出一种基于检测-跟踪算法的多分量IF-IFR估计方法。首先，针对传统检测算法在噪声环境下精度不足问题，提出了基于改进YOLOX网络的检测方法，实现了信号瞬时频率-调频率的估计和瞬时形状特征的提取。然后，提出基于卡尔曼滤波的瞬时估计值和形状特征时序关联方法，以形成稳定连续的多分量IF和IFR估计。通过仿真及实测实验对所提算法进行了验证，在设置的仿真场景中，-5 dB信噪比条件下最优估计误差小于0.8 Hz，证明了所提方法的有效性。

针对现有定位节点选择算法依赖先验测量误差的问题, 研究了一种不依赖先验测量误差的时差与频差无源定位节点选择方法, 该方法将两步加权最小二乘定位算法中目标估计误差协方差作为目标函数。在给定可用定位节点数目的情况下, 通过引入一组布尔量构建关于目标函数为带约束的最小估计误差寻优问题, 通过半定松弛技术将非凸问题转为半定规划问题进行求解, 依据最小化问题特性, 使得所提算法不依赖先验测量误差。仿真结果表明, 不依赖测量误差的方法与穷举搜索法相比在定位性能上无太大差别; 相比于穷尽搜索算法, 所提方法复杂度低、实时性好。同时, 仿真结果进一步表明在对运动目标定位过程中, 及时调整定位节点组合的必要性。

小型航空磁异常探测平台的飞行路径优化是提高磁异常信号强度的关键途径之一。然而, 铁磁性目标在地磁场中磁化产生的磁矩大小和方向随其姿态变化, 导致目标磁场的空间分布与不可知的目标姿态相关。针对以上问题，建立了典型目标磁矩精确计算模型, 计算结果表明: 目标在不同姿态(方位0°~360°和俯仰-90°~90°)下被地磁磁化产生的磁矩模值变化范围为3.55×10⁵~2.42×10⁶ A·m²。当目标长轴与地磁场方向一致时取最大值, 当目标长轴与地磁场方向垂直时取最小值, 计算结果与多物理场软件仿真结果的差异仅有0.003%~0.04%。模拟航磁探测过程的建模分析表明: 当目标处于任意姿态时, 目标磁矩在飞行平面内磁异常信号变化最大的路径与地磁场投影的夹角γ_xy变化范围为0°~50.045 7°; 在目标姿态和磁矩信息未知的情况下, 沿地磁场在飞行平面内的投影方向飞行是最优的选择, 此时, 能获取的磁异常变化量约为飞行平面内最大变化量的78%~100%。

当干扰信号的空域和极化域特征与目标信号相似时, 采用空-极化域联合抗干扰技术在消除干扰的同时也会抑制目标信号, 导致干扰对消后信干噪比(signal to interference plus noise ratio, SINR)低于雷达系统需求, 从而形成干扰对消盲区。针对这一现象, 通过在空域、极化域与空-极化域分别建立交替极化阵列对消盲区模型, 推导了对消盲区位置和大小的数学表达式, 从而给出了交替极化阵列对消盲区的数学表征方法。进而分析了交替极化阵列对消盲区的分布规律与影响因素, 研究发现阵元间距能够显著影响交替极化阵列对消盲区的分布, 在相同条件下交替极化阵列对消盲区大于共点极化阵列对消盲区, 结果表明交替极化阵列虽然通过减少天线数目降低了设备成本, 但增大了阵列的对消盲区。然后, 对消盲区模型进行了数值仿真, 仿真结果验证了理论分析。最后, 利用信道模拟器搭建了实验平台, 信道模拟实验测得的对消盲区与理论值基本一致, 再次证明了分析结论的有效性。

交叉眼技术是对抗单脉冲雷达最有效的方式之一。针对交叉眼干扰多侧重于仿真建模、实验设计及实施复杂等特点, 基于交叉眼干扰原理、单脉冲测角原理和矢量网络分析仪幅相精确测量等特性, 设计了基于喇叭天线、微带天线、幅相调节器和非脉冲矢量网络分析仪组成的非反向交叉眼干扰实验系统。在微波暗室环境下, 先后开展了基于矢量网络分析仪的测角实验和非反向交叉眼干扰实验, 并通过建立干扰天线相位中心电磁仿真模型, 对误差展开了分析。实验和仿真结果表明: 交叉眼干扰下实验测量的角度值与理论角度值随相位差变化趋势一致, 其理论最大角度值与实际最大角度值误差不超过2°, 对应的交叉眼增益误差小于0.5;基于矢量网络分析仪设计的非反向交叉眼实验系统可行, 可模拟非反向交叉眼干扰对被动单脉冲雷达干扰, 亦可部分模拟反向交叉眼干扰应用场景, 为交叉眼干扰机设计和测试提供一定的指导。

为解决无监督单目深度估计边缘深度估计不准确的问题, 提出了一种基于边缘强化的无监督单目深度估计网络模型。该模型由单视图深度网络和姿态网络两部分构成, 均采用编解码结构, 其中单视图深度网络编码器使用高分辨率网络(high-resolution net, HRNet)作为骨干网络, 在整个过程中保持高分辨率表示, 有利于提取精确空间特征; 单视图深度网络解码器引入条状卷积, 细化深度边缘附近的深度变化, 同时利用经典的高斯拉普拉斯算子增强边缘细节, 最终充分利用深度边缘信息提高深度估计质量。在KITTI数据集中进行的实验结果表明: 所提模型具有较好的深度估计性能, 能够使深度图中的目标边缘更加清晰, 细节更加丰富。

针对现有辐射源信号分选技术混叠信号处理困难、分选精度不高的问题, 提出了一种针对脉冲信号描述字的多特征融合分选方法, 采用分治思想, 具备两级分选架构。第一步通过构建时空密度聚类模型, 分离出在时频域上混叠的辐射源信号; 第二步通过多参数交并比方法, 进一步提升算法精度。与传统方法相比, 所提方法能够有效分选出时频域混叠脉冲序列, 受辐射源脉冲重复间隔变化造成的影响较小, 相比传统方法具有更高的准确性。

针对城市道路环境下车载毫米波雷达存在的多径假目标干扰真实目标定位的问题, 提出了一种多径假目标消除方法, 以实现真实目标的准确定位。首先分析了简化的城市道路多径场景的电磁传播路径并建立回波模型, 然后应用恒虚警率检测方法及最小方差无失真响应测角定位算法得到目标的初始定位结果, 最后通过理论分析多径假目标空间位置分布规律并将初始定位点迹与多径假目标进行匹配消除, 保留了真实目标定位点迹。实测试验结果表明, 所提出的多径假目标消除方法能够有效消除假目标定位点, 获得真实目标的定位结果。

目标探测任务要求雷达具备较大的发射功率, 但这又会增大其辐射特征, 从而降低射频(radio frequency, RF)隐身性能, 因此如何权衡RF隐身与探测性能成为机载雷达RF隐身探测的难点问题。为此, 本文提出一种用于机载雷达空中运动目标RF隐身探测的多目标优化参数设计方法。所提方法首先建立空中运动目标射频隐身探测多目标优化模型; 然后利用非支配排序遗传算法Ⅲ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅲ, NSGA-Ⅲ)对该模型求解, 获得帕累托最优解集; 最后采用层次分析-逼近理想解排序法对候选解集进行多属性决策获得最终方案。数值实验结果表明所提方法可有效应用于空中运动目标射频隐身探测参数设计。

通道数的增加在提高多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)雷达目标检测性能的同时, 也显著增加了数据的传输量和处理负担。针对运动目标的集中式MIMO雷达检测问题, 首先对雷达回波数据进行比特量化, 然后再进行融合检测处理。由于广义似然比检验(generalized likelihood ratio test, GLRT)需要对未知参数进行最大似然估计(maximum likelihood estimation, MLE), 而上述问题中未知参数的MLE没有闭合解, 导致相应的检验统计量的计算量较大。采用了一种新颖的广义Rao(generalized Rao, G-Rao)检验方法, 由于不需要求解未知参数的MLE, 相应的检验统计量有闭合解, 显著降低了检验统计量的计算量。此外, 为改善检测性能, 运用粒子群优化算法对量化门限进行了优化。最后, 实验结果在验证G-Rao检测器有效性的同时, 表明: 相比单比特量化而言, 少量多比特量化在有效降低信号传输和处理负担的同时, 其检测性能高于单比特量化方式。

固定翼无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)给雷达低空监视提出了严峻挑战。分析雷达对固定翼UAV的检测性能, 可为雷达UAV检测能力评估和技术升级提供重要参考。本文结合雷达探测低空固定翼UAV外场实测数据, 首先分析了低空固定翼UAV雷达接收信号幅度统计分布, 采用多项式对杂波拖尾导致的虚警概率进行拟合建模; 然后, 根据虚警概率分布得到雷达检测门限; 进而根据UAV回波+杂波幅度分布理论推导得到雷达检测概率; 最后, 将理论分析性能与传统性能分析结果、雷达实际检测性能进行对比。结果表明, 采用多项式对杂波拖尾导致的虚警概率进行单独建模, 由此获得的雷达检测门限精度更高, 从而使雷达UAV检测性能分析结果较传统性能分析结果更准确。

调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR) 降低了传感器的峰值传输功率, 使系统的重量和成本最小化, 被广泛应用于机载平台。将双基地构型与FMCW技术相结合, 应用于星载平台, 即构成星载双基地FMCW SAR。本文对距离多普勒(range-Doppler, RD)算法进行改进, 建立起一种高性能的适宜星载双基地平台的FMCW SAR成像频域算法, 这种算法的处理精度明显提高, 成像效果更好。基于多核数字信号处理器(digital signal processor, DSP)构建适用于星载双基SAR成像算法的并行处理架构, 完成软硬件设计实现。验证了所提软件架构可以满足实时成像需求, 以及算法工程化实现的可行性。

W波段逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)具有成像分辨率高、成像距离远、体积小、重量轻等特点, 适用于机载、弹载、星载等应用领域, 是雷达系统中的一个重要的研究方向。微波光子技术由于具有高频、大带宽、低传输损耗等优势, 是克服传统雷达面临“电子瓶颈”效应的主要手段。本文提出一种基于微波光子技术实现的W波段调频信号体制ISAR成像系统。在发射端, 使用微波光子倍频技术实现了瞬时带宽为8 GHz的W波段线性调频(linearly frequency-modulated, LFM)信号生成。在接收端, 基于微波光子去斜技术实现回波信号去斜处理。ISAR成像仿真结果表明, 不同姿态下的目标轮廓清晰可辨。

传统的误差配准算法假设系统偏差恒定或缓慢变化, 当系统误差发生突变或快速变化时, 这一假设不再成立。针对这一问题, 研究了时变条件下的误差配准算法, 引入渐消因子, 对常规的基于地心地固坐标系的广义最小二乘算法(generalized least squares algorithm based on the earth-centered earth-fixed coordinate system, ECEF-GLS)进行了修正, 弱化历史量测对配准的影响, 并对渐消因子的选取问题进行了研究, 给出了合理的设计方法。算法验证表明, 基于渐消因子的ECEF-GLS估计算法能够对时变的系统偏差进行有效估计, 精度满足配准要求。

针对传统恒虚警率(constant false alarm rate, CFAR)检测方法检测率低的问题, 提出一种基于YOLO(you only look once)的深度学习雷达目标检测方法。首先, 利用同相正交(in-phase/quadrature, I/Q)数据匹配滤波后形成的雷达原始图像自建雷达目标图像数据集。然后, 改进YOLO检测模型的网络结构、特征融合策略和损失函数以提高模型的精度, 并引入迁移学习思想, 利用预训练的深度学习网络提取图像特征, 降低了检测模型对训练样本量的要求。最后, 在自建数据集上对YOLO目标检测方法进行了实验验证。航管一次雷达实测数据的实验证明: 与传统CFAR检测方法和两阶段的快速区域卷积神经网络(region convolutional neural networks, R-CNN)检测方法相比, 所提方法的目标检测率大幅提高, 虚警率明显降低, 且实现了实时检测。

在基站通信范围受限条件下, 若无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)执行覆盖搜索任务时经常返回至基站通信范围内实现间歇式信息传输, 能够扩展其覆盖区域和提高执行任务的灵活性。为最小化所有环境位点信息传回基站的时间之和, 需解决覆盖规划和间歇式通信时机选择的耦合问题。在覆盖的目标点较少且分散时, 采用改进的层次聚类方法求解每次往返需要覆盖的路径点集合。在需要进行区域全覆盖时, 则在求解完区域的覆盖路径后, 以最小化时间之和为目标, 对目标函数进行分析, 确定最优返回次数的搜索范围, 压缩解空间。对该搜索范围进行遍历搜索得到最优往返次数, 然后利用遗传算法优化UAV返回位点。与前沿算法对比, 所提算法在目标函数和覆盖路径质量上具有一定的提升。

针对低慢小飞行器在综合处置中威胁环境复杂、多学科关键技术交互密切等现状, 引入美国国防部体系架构框架(Department of Defense Architecture Framework, DoDAF)对低慢小飞行器综合处置体系进行顶层设计。对其视角视图进行“补充、裁剪、融合”, 定义了各视角的建模顺序及各视角下视图的建模方法, 形成一套面向各类复杂体系分析与设计问题完备的构建方法及一套体系架构快速设计方法。并以一种新型多元载荷协同作战的低慢小飞行器综合处置体系进行建模与仿真, 验证了该方法能为低慢小飞行器的综合处置作战提供系统全面的描述和可靠的概念模型支撑、该模型可为作战体系架构设计与装备技术发展提供牵引。

为保障智能船舶快速、安全、可靠地进行避碰工作, 提出了一种基于改进樽海鞘群算法(salp swarm algorithm, SSA)的多输出支持向量的船舶航迹预测模型。本文采用的多输出支持向量模型可以对船舶进行整体建模, 所构建的模型可以对船舶航迹状态进行多输出预测, 对于模型中存在的超参数采用改进的SSA进行寻优, 算法加入了自适应权重与离群象算法, 避免了算法早熟与高维易陷入局部最优的问题。最后，实验选取了实测数据对所提方法进行验证, 并与其他常见模型进行对比实验, 结果表明了所提方法的可行性与有效性。

针对当前进行海上作战体系目标优选分析与决策时对打击代价考虑不足的问题, 提出综合考虑目标节点重要度和打击费效度的网络节点分析模型。利用超网络构建海上作战体系网络模型, 通过度和介数等指标评估网络中节点的重要度; 利用打击费效比为指标评估网络中节点的打击代价, 进而将目标分析与选择问题转化为多目标优化问题, 建立寻优模型, 并通过人工鱼群算法进行寻优求解。最后对模型进行案例仿真应用, 通过专家Delphi法评估检验, 结果表明所建立的模型方法可行, 对水面舰队体系的目标分析与选择具有借鉴作用。

情境计算是目前军事信息系统发展的重要部分, 情境计算的需求涉及领域广泛、架构复杂。针对军事信息系统中情境计算需求论证需求不一致问题, 采用本体推理方法发现并消除需求中的冲突和矛盾, 构建了情境计算需求本体模型; 提出了情境计算需求一致性验证内容框架, 针对不一致的情况提出推理验证方法; 最后以一个典型的军事信息系统情境计算系统为例, 进行需求的本体构建和本体推理, 实现了需求的一致性验证。通过本体推理的方法进行需求一致性验证结果直观、修改方便, 对于军事信息系统中情境计算的需求分析具有重要作用。

利用远距离支援干扰存在的目标暴露区, 通过优化配置地面防空兵力, 可有效降低干扰对我方地面防空作战的不利影响。在“三点一线”干扰模式分析的基础上, 利用雷达干扰方程得到目标暴露区, 提出了基于目标暴露区的地面防空兵力可配置区及横向、纵向兵力配置间距计算方法, 并根据雷达有效干扰扇面, 得到地面防空兵力干扰威胁指数计算模型。在此基础上, 构建以干扰威胁指数总量最小为目标函数, 以兵力可配置区及兵力配置间距为约束条件的远距离支援干扰下地面防空兵力最佳配置规划模型。采用基于线性递减权重函数的改进萤火虫优化(improved glowworm swarm optimization, IGSO)算法对其求解并进行了有效性仿真验证, 结果表明所提出的规划模型具有较好的理论价值。

针对民机安全关键系统在正向研发过程中, 系统级需求的正确性难以在设计早期全部完成确认的问题, 提出一种基于有限谓词追踪的功能需求一致性检查体系。首先, 引入一阶逻辑中的谓词追踪, 建立系统内部功能需求与交互功能需求形式化规约方法。其次, 针对单条、多条需求内容正确性以及需求关系一致性, 构建需求一致性检查形式化规约, 开展需求自冲突、集冲突与需求关系一致性检验, 并生成可解释的检查反例进行需求迭代。最后, 以机载平视显示(head-up display, HUD)系统飞行信息符号生成与显示功能为例, 验证该方法的正确性与有效性。研究结果表明, 基于有限谓词追踪的功能需求一致性检查方法能够提高需求一致性检查效率、降低研发成本, 为民机系统级需求确认提供支持。

多辐射源跟踪任务受辐射源天线扫描方式、工作参数变化等因素影响, 在目标种类、数量等方面存在一定的时变特征。对该特征的适应能力是评估电子支援措施(electronic support measures, ESM)辐射源跟踪能力的一项重要指标。据此, 首先建立了一种迭代式时-频扫描方案优化模型。然后, 以评估ESM对多辐射源跟踪任务时变特性的适应能力为目标, 提出了一种基于可行域的性能评估方法。仿真实验结果表明, 在不同类型目标数量动态变化过程中, 所提方法给出的评估结果都能与扫描方案实际性能保持一致, 具备准确的动态评估能力。

针对现代战争作战任务规划问题, 提出一种基于电子商务多轮竞标结构的作战资源调度方法, 以异步、分散的方式让多个供应商协调来自多个消费者的任务资源请求。每个任务关联一个时间窗口, 有些任务需要不同类的多个资源同步服务。招标由消费者发起, 供应商对各资源请求发起投标, 消费者根据投标结果中任务的3种状态, 采取不同策略, 并向供应商发送中标信息以执行任务或启动下一轮竞标。建立供应商和消费者调度问题数学模型, 针对供应商资源调度非确定性多项式(nondeterministic polynomial, NP)完全问题特点, 提出基于改进节约算法和自适应大邻域搜索算法的两阶段启发式求解方法; 消费者模型使用混合整数线性规划来选择成本最低的投标组合, 以满足任务需求。算例分析验证了所提方法的有效性。

针对多状态系统任务成功性评估问题, 通过对系统运行规则进行分析, 将其状态分为成功态和失败态两类。在计算系统状态持续时间分布和不同状态之间转移概率的基础上, 利用半马尔可夫过程, 建立系统运行的状态转移模型。通过分析使用、维修和保障资源约束的作用机理, 对多状态系统任务成功性评估进行仿真设计。最后, 结合示例验证了所提方法的可行性和有效性。

先进天基太阳天文台卫星(advanced space-based solar observatory satellite, ASO-S)的主要任务是对日观测, 对卫星姿态确定精度提出了较高的要求。为此, 提出了一种新的姿态确定算法使用ASO-S科学载荷太阳导行镜(Sun guide telescope, SGT)测量卫星指向与太阳中心的偏差角, 以及对光纤陀螺(fiber optic gyro, FOG)和星敏感器(star trackor, STR)测量值进行姿态确定。将卫星本体系姿态四元数矢部和FOG常值零位漂移作为状态变量, STR和SGT观测值作为测量变量, 设计扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter, EKF)。通过数学仿真验证本文所设计姿态确定算法的正确性与稳定性。最后, 利用ASO-S在轨遥测数据进行验证, 基于SGT测量的姿态确定算法可显著提高卫星非对日方向的姿态角估计精度, 可优于0.2″(3σ)。

针对冗余自由度机械臂运动控制中人机交互性不强、避障算法较为复杂且躲避非结构化障碍较为困难的问题, 提出一种面向冗余机械臂避障运动规划的触控交互方法。通过坐标系转换的方式将交互设备屏幕坐标进行变换实现触控交互, 并通过柱面避障运动规划, 提高交互效率。基于虚幻引擎设计触控交互演示软件, 利用触控交互实现了冗余机械臂的运动避障仿真。与传统方法相比, 既兼顾了人机交互的友好性, 又提升了机械臂运动规划的操作效率和可理解性。

星间电磁力/力矩作用相对于传统航天器操控方式, 具有不消耗推进剂、无羽流污染、可控能力强等优势。因此，在交会对接、编队集群、失效卫星消旋等方面得到了广泛关注。然而, 电磁力/力矩的数值与场源作用距离的3到4次方成反比, 导致电磁力/力矩的有效作用空间有限。磁化同轴枪强流脉冲放电装置可产生高传输速度(~1 000 km/s)、高电子密度(~10¹⁶ cm^-3)、高能量密度(~1 MJ/m²)、具有球马克位形的等离子体环, 且等离子体环的放电电流可产生强度可观的环向磁场和极向磁场(~1 T)。此外, 等离子体环的生成和输运环境与空间真空环境高度契合。基于磁化同轴枪生成具有球马克位形的等离子体环并将等离子体环所携带磁场远距投送的新型磁控方式, 本文研究可控等离子体环远距投送对空间目标的磁控能力以及对空间目标消旋/回收的应用潜力等, 并通过初步仿真算例予以验证结论的正确性。

针对运载火箭主动飞行段的强鲁棒姿态控制系统设计要求, 提出自适应增广控制器(adaptive augmenting controller, AAC)的参数设计方法以及稳定性裕度分析方法。首先, 针对传统运载火箭建立了小扰动线性化方程, 推导了传递函数, 并基于特征点参数设计了比例-微分(proportional-derivative, PD)控制器及校正网络。然后, 开展了AAC设计, 给出调节参数的具体设计方法和准则。为了评估加入AAC之后整个控制系统的稳定性, 基于正弦分析法推导了AAC的正弦响应模型, 从而可评估系统的稳定性。最后, 在多种干扰条件下完成了六自由度(six degree of freedom, 6-DOF)的仿真分析, 证明了AAC的有效性, 同时也获得了AAC+PD控制系统的幅值裕度和相位裕度。仿真结果表明, 该方法能够反映实际系统的稳定性, 具有一定的工程指导意义。

针对传统多项式曲线拟合轨迹预测算法对复杂多变的轨迹预测准确率不高问题, 提出改进的多项式曲线拟合轨迹预测算法。首先, 获得轨迹的曲率、挠率阈值; 然后, 通过该阈值识别预测误差可能较大的轨迹部位, 并采用插值滚动预测算法进行预测; 最后, 采用双误差预测值更新算法, 对预测值进行更新。仿真结果表明, 相较于传统多项式曲线拟合轨迹预测算法, 所提算法的平均位移误差(average displacement error, ADE)下降了42.77%, 最终位移误差(final displacement error, FDE)下降了36.62%, 从而验证了所提算法的可行性和有效性。

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群作战样式多样、运动模式复杂, 导致集群航迹目的地难以预测。为解决上述问题, 本文提出了一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)和深度回声状态网络(deep echo state network, DESN)的UAV集群航迹目的地预测算法。为使集群运动模型更真实地模拟UAV集群作战过程, 本文引入航向误差时变方差, 改进了Olfati-Saber集群运动模型的虚拟领导项。为处理因群内的协同作用和集群航向误差导致的运动非平稳性, 引入了EMD, 对UAV航迹序列进行重构。考虑到获知航迹的时序性, 设计了滑窗结构, 采用DESN对重构航迹的不同时段进行目的地预测。仿真实验结果表明, 本文提出的EMD-DESN算法较基本DESN算法能以更高的准确度预测UAV集群航迹目的地, 并能更早地实现稳定的正确预测。

针对樽海鞘群算法(salp swarm algorithm, SSA)中参数含义不明确、收敛性不确定的问题, 构建了SSA的差分动力学模型, 定义了领导者选择机制、领导者游走机制、跟随者偏序学习机制, 重点针对跟随者偏序学习机制分析了系统的收敛性, 面向领导者游走机制与跟随者偏序学习机制提出了算法全局最优收敛的充分条件。基于动力学分析结果提出了樽海鞘群异质定常跟随率与偏序多驱动机制的改进方法, 仅对算法结构与参数进行了调整, 在未增加计算量的情况下提高了算法的性能, 通过仿真分析验证了改进的有效性。

导弹发射和飞行过程中, 电动伺服系统受发动机点火、气动负载、舵面冲击等载荷作用下, 加大结构的磨损, 导致系统结构间隙的存在, 极大地降低了传动刚度, 并加剧谐振带来的危害。本文提出改进自抗扰控制器(active disturbance rejection controller, ADRC)以改善电动伺服系统的位置跟踪特性。首先分析了电动伺服系统的机械谐振机理, 设计了线性自抗扰控制器, 利用改进粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法进行控制参数寻优, 并进行了仿真分析验证了该方法的可行性, 最后电动伺服系统试验结果验证了改进ADRC的有效性, 提高电动伺服系统的动态和稳态性能。

巨量网络规模、复杂网络结构和低效人工配置等问题需要网络配置自动化和无人化。意图驱动网络可实现去人工的网络自动配置, 其中意图表征是关键; 然而, 现有意图表征范式未能形成统一的标准语法规则。提出了自然语言处理与知识图谱相结合的意图驱动网络表征系统, 该系统支持语音、文本等形式的意图输入。所提意图表征方法利用文本检错、纠错和相似度检测技术提升了意图表征的效果, 将意图表征结果保存为知识图谱, 实现了标准、统一的语法规则, 并通过实验验证了该系统的有效性。

针对通信中软扩频信号伪码序列盲估计困难的问题, 提出一种奇异值分解(singular value decomposition, SVD)和K-means聚类相结合的方法。该方法先对接收信号按照一倍伪码周期进行不重叠分段构造数据矩阵。其次对数据矩阵和相似性矩阵分别进行SVD完成对伪码序列集合规模数的估计、数据降噪、粗分类以及初始聚类中心的选取。最后通过K-means算法优化分类结果, 得到伪码序列的估计值。该算法在聚类之前事先确定聚类数目, 大大减少了迭代次数。同时实验结果表明, 该算法在信息码元分组小于5 bit, 信噪比大于-10 dB时可以准确估计出软扩频信号的伪码序列, 性能较同类算法有所提升。

针对时变水声信道的多途干扰问题, 提出基于高斯似然(Gaussian likelihood, GL)的精准水声信道估计算法。GL算法将相邻信道短块的高斯概率密度函数相乘, 乘积仍然服从高斯分布, 且方差变小, 从而进一步提高信道估计的准确性; 采用叠加训练(superimposed training, ST)方案, 将训练序列和符号序列线性叠加, 使训练序列持续传输, 实现对信道的实时跟踪。将ST方案、GL算法和Turbo均衡以迭代的方式相结合, 估计出的符号序列作为虚拟训练序列, 进一步提高时变水声信道的估计和跟踪性能。通过多次迭代计算, 实现时变水声信道的精准估计和实时跟踪。最后, 通过计算机仿真以及胶州湾收发节点水平距离500 m和5.5 km的海上运动实装试验, 验证了所提算法的有效性。

针对群系统通信网络带宽受限问题, 提出一种动态自触发通信下有向高阶非线性多智能体输出反馈包容控制方法。首先, 针对群系统通信网络带宽受限问题, 提出一种新型动态自触发通信机制。与传统事件触发通信机制相比, 所提出的动态自触发通信机制具有更大的触发阈值, 且无需连续监测系统状态信息, 进一步节省系统通信资源和传感器资源。其次, 为所有智能个体设计输出反馈控制协议, 驱使所有跟随者收敛到由多个领导者围成的动态凸包中, 从而实现网络的多领导者包容控制。最后, 以高超声速飞行器群系统为例, 验证了控制方法的有效性和理论分析的正确性。

针对目前传统机动通信系统、主流软件定义网络(software defined network, SDN)的拓扑发现方法不适合基于分布式SDN的机动通信系统这一问题, 遵循OpenFlow拓扑发现算法(OpenFlow discovery protocol, OFDP)移植传输控制协议/网际协议(transmission control protocol/Internet protocol, TCP/IP)相关协议到SDN网络的研究思路, 对开放最短路径优先(open shortest path first, OSPF)协议进行优化, 精简协议状态机、优化协议报文、增加协议功能并设计拓扑发现算法, 提出一种适合基于分布式SDN的机动通信系统的拓扑发现方法, 并搭建仿真实验平台进行验证。实验结果表明, 优化后OSPF协议适应于分布式SDN网络, 网络拓扑建链时间降低80%且重新收敛时间显著降低, 建链开销平均每秒接收字节数、发送字节数分别下降了31.7%和21.5%, 维持开销平均每秒收发字节数降低了45%, 增加了收集信道种类等网络信息的新功能。