直接将压缩感知(compressed sensing,CS)思想应用到相干信源二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计中会带来高计算复杂度的问题。为了解决这一问题,提出了一种基于降维稀疏重构的二维DOA估计方法,该方法利用特殊阵列结构将二维冗余字典构建问题转化为一维冗余字典的构建,同时提出了一种基于子字典空间谱重构的配对算法,从而在极大降低算法计算复杂度的同时,提高了配对成功概率。仿真结果表明,该方法对相干信源具有接近于克拉美罗下界(CramérRao lower bound, CRLB)的估计性能,即使是在低信噪比、少快拍数和小角度间隔的情况下,仍有良好的估计性能。

群分割技术作为群目标跟踪技术的首要环节,其处理结果直接影响后续整个数据处理过程的效果。在深入研究目前已有的群分割技术的基础上,提出了一种基于坐标映射距离差分的快速群分割算法。首先将量测集的二维信息分解为两组坐标映射距离的一维信息,进而分别进行排序和分群处理,从而减小了算法的时间复杂度,最后将分别获得的两组预备群进行取交关联,得到最终的分割群。通过与3种传统算法在时间复杂度上的理论分析与比较,该方法在大视场回波稀疏条件下具有显著的效率优势。经过多场景的仿真分析表明,该算法的处理效能显著高于传统算法,且对复杂动态场景具有较好的鲁棒性。

在高动态链路中存在大多普勒频偏,直接序列扩频(directsequence spread spectrum,DSSS)接收机必须具有大捕获带宽。现今广泛使用的部分匹配滤波加快速傅里叶变换运算(partial matching filterfast Fourier transform, PMF-FFT)方法的捕获带宽受限于其FFT运算点数,难以适应高动态场景。因此,提出一种低复杂度大带宽的折叠PMF-FFT捕获方法。该方法首先对接收信号和本地伪码分别作折叠,即分段求和,然后再按照PMFFFT方法处理。理论分析和仿真结果表明,在更低计算复杂度下,折叠长度为F的折叠PMF-FFT方法的捕获带宽能够达到PMF-FFT方法的F倍。

全数字或相控阵子阵结构的数字单脉冲测角一般都采用基于单脉冲比一阶泰勒展开的测角公式,主瓣干扰下的自适应数字单脉冲测角也采用鉴角曲线斜率约束的方法,这些都会导致和波束主瓣宽度内偏离波束指向较远目标的测角偏差增大。〖JP3〗为了解决上述问题,针对任意二维数字阵列结构,推导了基于单脉冲比三阶泰勒展开的二维单脉冲测角公式,分析了公式求解的收敛问题。仿真结果表明所提方法对和波束主瓣范围内的目标均有较小的测角偏差,可以有效地提高主瓣干扰下的测角性能。该方法在提高测角性能的同时运算量增加不大,适合工程实现。

提出了一种采用分数阶傅里叶变换的聚焦波束形成被动定位方法,实现了水声近场宽带线性调频(linear frequency modulated, LFM)信号的被动测向和测距。建立了基于球面波模型的近场宽带LFM信号接收数据模型,应用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)将LFM信号的时变阵列流形矩阵变换为固定阵列流形矩阵,结合近场声源的聚集波束形成技术,利用多重信号分类算法实现了对多个宽带LFM信号的方位与距离联合估计。数值仿真验证了该方法对水声目标方位和距离估计的有效性,并仿真分析信噪比、声源距离、声源个数等对该算法性能的影响。

发射频率和孔径二维随机稀疏的调频步进信号,可降低雷达系统对采样率的要求,同时可提高抗干扰能力。但是调频步进信号随机稀疏时会带来运动补偿困难的问题。针对此问题,提出一种基于全局最小熵的运动补偿方法。首先,利用全局最小熵方法完成包络对齐;其次将初相校正问题转换为径向速度与加速度的参数估计问题。为实现速度的高精度估计,采取粗搜索与精估计相结合,以全局最小熵作为代价函数,基于黄金分割法进行变步长搜索实现参数的快速高精度估计,最终完成初相校正。理论分析和仿真结果表明该算法具有参数估计速度快、估计精度高且在较低的信噪比条件下具有较高稳健性的优势。

基于塔康系统的斜距、方位和高程可对目标定位,但较大的量测误差影响定位精度。为提高估计精度,研究塔康中最佳线性无偏估计(best linear unbiased estimation, BLUE)滤波器的实现。建立地面站对目标的量测模型,并分析量测转换误差特性,推导出对应的BLUE滤波模型;针对目标从地面站上空过顶时出现无效量测的问题,通过对高程量测补偿的方法予以克服,解决传统算法在强非线性量测下误差较大的弊病。与经典方法的性能对比表明,改进算法有效地抑制了强非线性量测下的滤波发散,有很强的鲁棒性和实时性。

雷达波形通常采用低占空比的脉冲发射,而通信波形为了提高信息传输速率采用连续波发射。针对利用雷达波形实现通信功能所存在的通信速率低的问题,提出了基于步进频信号的雷达通信共享信号。首先结合多进制频移键控(multifrequency shift keying,MFSK)的调制方式,建立了步进频〖CD*2〗MFSK的一体化信号模型;然后推导出该信号的模糊函数和自相关特性,并分析了携带通信信息对雷达探测性能的影响;最后给出了通信信息的解调方法。仿真结果验证了该信号能够兼顾雷达探测威力和信息传输的效率及可靠性。

调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具有体积小、重量轻、成本低、功耗低等优点,在精确制导领域具有较大的应用潜力。推导分析了弹载FMCW SAR大斜视回波信号波数域表达式,在成像预处理中,通过引入全时间距离走动校正函数,有效避免了由导弹高速运动及大斜视角观测引起的二次相位误差的产生;在方位向处理中,给出了一种改进的非线性调频变标算法(nonlinear chirp scaling,NCS),补偿了方位空变相位误差,实现了方位向的高精度成像。最后仿真实验验证了理论分析结果及所提成像方法的有效性。

针对空间三轴稳定目标成像问题,提出了一种基于二体模型的双基地逆合成孔径雷达(bistatic inverse synthetic aperture radar,ISAR)回波模拟方法。该方法利用二体运动模型模拟空间目标的在轨运动,考虑了目标平稳运动及三轴姿稳转动引起的散射点相对雷达视角变化,并加入目标的高速运动特性,生成了双基地逆合成孔径雷达的基带回波数据,并给出了双站雷达对目标可视区域的判定方法。最后,进行了仿真实验,仿真结果表明,二体模型与实际目标的运动轨道误差很小,同时,成像结果能够很好的反映目标的姿态变化特性。该回波模拟方法有利于空间目标的精确成像,并对成像试验的实施具有重要的指导意义。

简缩极化(compact polarimetric,CP)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)是近年发展起来的一种特殊极化SAR,为了降低原始数据率,需要进行数据压缩,压缩误差将影响数据的极化信息。利用仿真数据,在不同信杂比下研究了当前普遍使用的4 bit截取、83分块自适应量化(block adaptive quantization,BAQ)和84 BAQ3种压缩方法引入的极化失真,并比较了简缩极化SAR不同工作模式对压缩噪声的敏感性。定义了一个指标以评价简缩极化SAR数据的极化精度。仿真结果表明,在信杂比远高于40 dB时84 BAQ性能最佳,83 BAQ性能最差,其他信杂比下3种压缩方法性能趋于一致,而π/4模式对压缩噪声的敏感性最强。

基于插值的干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)图像配准方法能够达到亚像素精度,但配准精度取决于插值单元尺度,且计算量会随精度要求提高大幅增加。提出了一种将图像配准过程转化为连续函数优化问题的精配准方法。首先,该方法通过整合插值和互相关函数搜索过程构造了一个解析代价函数,在连续域内搜索的偏移量精度不依赖于插值单元,提高了配准精度;然后利用该代价函数对于偏移量参数的梯度信息,采用拟牛顿法来优化代价函数,快速收敛并得到与最优值对应的亚像素偏移量,具有较低的运算量。实验结果表明该方法与传统方法相比有更高的配准精度,且在计算复杂度方面有较大改善。

分布式频分正交复用多输入多输出雷达(orthogonal frequency division multiplexingmultiple input multiple output,OFDMMIMO)是一种新型雷达系统。针对该雷达的杂波抑制问题,建立了该雷达的回波模型,分析了空间分集和发射频率分集对改善因子的影响,给出了该雷达的动目标显示(meving target indication,MTI)杂波抑制方法,并分析了提出方法的性能。较之传统发射相同载频信号的MIMO雷达,分布式OFDMMIMO雷达由于频率分集带来的处理自由度能改善多普勒频率落入MTI滤波器凹口的目标的检测能力。理论和仿真实验证实了提出方法的有效性。

将跟踪雷达的目标检测策略应用于搜索雷达数据处理,提升对复杂低空空域非相参雷达图像中小弱目标的检测与跟踪能力。首先,根据跟踪目标的生命周期等时域特性,修正“最优分类面”中目标预估位置邻域内的分割阈值,以提高目标检测灵敏度。然后,利用杂波在雷达图像序列中的时域特性进一步修正“最优分类面”,剔除剩余杂波。最后,将本算法与已经实现的基于空域特性的杂波抑制算法相结合,分别应用于仿真和实测数据,并采用多种方法评价检测结果。检测结果表明,本算法能够在提高检测率的同时,进一步降低虚警率。

态势感知研究领域一个尚未解决的重要问题,是对态势感知程度水平进行解析化计算描述。在Ensley态势感知认知模型的基础上,对态势感知过程中流动的信息包数量、耗费时间和信息处理速度、信息存续时限等进行了量化的定义和描述,根据现实经验将信息处理的原则特征归纳为5条假设,在此基础上建立了一个能够度量态势感知水平的解析化数学模型,通过案例计算得到了与实际相符的态势感知水平变化曲线,检验了模型分析的有效性。

综合利用多维传感器平台的资源互补优势进行协同探测和跟踪是反导作战的重要问题和难点。为提高传感器任务规划的效能,针对观测资源的异构性和任务的阶段性、动态性,引入任务共同体概念,剖析了反导作战多传感器任务规划问题的本质,形式化定了任务共同体下的行为准则和执行能力;在分析和建立的异构多Agent系统(multiagent system,MAS)多传感器任务规划体系的基础上,深入探讨了集中式规划和分布式动态调整下的分层决策框架和求解方法,并通过仿真实验验证了所构建分层决策框架的有效性和合理性。

针对军事威胁的不确定性与模糊性和武器装备体系作战能力目标的抽象性,以任务需求为牵引,提出了一种面向任务的武器装备体系作战能力需求满足度分析方法。通过构建作战能力与作战任务质量屋,构建了面向任务的作战能力需求分析与指标权重计算模型;通过固有作战能力与作战能力需求的对比分析,提出了面向任务的作战能力需求满足度模型;进而提出了面向领域的多维度作战能力分析方法,实现了武器装备体系整体作战能力与领域作战能力的综合分析。最后,以某地面突击装备体系作战能力分析为例,分析了该方法的可用性与有效性。

合理的兵力组织指挥控制结构能提高兵力组织的整体作战效能。首先介绍了兵力组织的组成要素,提出了兵力组织扁平化指挥控制结构的数学描述方法。在其基础上分析了扁平化指挥控制结构设计问题,以均衡和最小化组织中各决策单元的负载水平为目标建立了相应的优化模型。最后提出了一种多目标模糊离散粒子群求解算法,并结合联合作战算例证明了算法的有效性和优越性。

双层火力协同反导作战中的火力调度是一个动态的复杂决策过程,运用静态调度和单纯的在线调度算法都无法得到最优的结果。根据双层协同火力反导的原理,分析拦截窗口,并构建火力调度的模型。针对时间、资源以及来袭战术弹道导弹(tactical ballistic missile,TBM)弹头威胁系数等约束条件,提出在线调度中的重调度的拦截火力调度算法,给出计算步骤和流程。〖JP2〗仿真结果表明,该算法能有效地对双层协同火力反导进行火力调度,同时与单纯的在线调度火力分配方法相比,该方法的分配结果在要地生存能力、时效比、费效比等方面都占优。

传统的基于遥感解译获取的海面目标信息分析战术意图的方法,需要大量的专家知识确定输入目标属性与输出意图间的网络节点关系,而模糊神经网络只需利用输入和输出训练网络,减少了专家知识的需求。针对常用的高木〖CD*2〗关野模糊模型不适用于战术意图识别要求的输出与输入非线性的问题,设计了基于神经网络集成的模糊系统模型,利用目标属性与对应的战术意图形成训练样本训练神经网络,分别获得输入条件的模糊隶属度以及面向不同意图的输出函数,据此识别海面目标战术意图。仿真实验结果表明,获得的目标战术意图的准确度高,与想定情况均相符。

为了降低设备运营总成本,充分发挥视情维修的优势,开展了设备的视情维修决策与备件库存量的联合优化研究。首先,采用Wiener过程建立了退化模型,估计了设备退化参数和剩余寿命;以此为基础,为充分利用剩余寿命的信息价值,引入预约备件的概念,选用遗传算法和蒙特卡罗相结合的方法,建立了以库存参数、预防性检测阈值和预约备件剩余寿命阈值为变量,以部件平均费用率最小为目标的维修与备件的联合优化仿真模型;最后,通过实例比较分析,表明联合优化方法大大地降低了维修和备件总成本,验证了方法的可行性和有效性。

针对高超声速飞行器投放任务要求,开展了固体火箭助推段终端多约束能量管理制导研究。根据三级固体火箭第三级飞行特点,提出一种基于纵向、侧向联合设计制导方法。纵向在高度时间剖面内生成名义轨迹,并完成跟踪制导律设计,实现终端高度、当地弹道倾角和攻角约束。侧向采用两次反向的修正交变姿态控制能量管理(alternate attitude control energy management, AEM),并通过预测校正相关参数,提高速度控制精度,实现侧向位移收敛。仿真结果表明,本方法可实现不同终端约束制导任务需求,具有在线自适应能力。

提出一种高可靠性再入参考轨迹快速规划方法。在参考轨迹生成过程中,如果飞行路径角变化率不足够小,拟平衡滑翔条件(quasiequilibrium glide condition, QEGC)的应用前提得不到保证,利用QEGC所得的倾斜角剖面不保守,从而导致生成的参考轨迹有穿越再入走廊的风险。为得到高可靠性再入轨迹,在倾斜角搜索过程中,除了使再入参考轨迹满足路径约束与终端约束外,同时将QEGC的应用前提“飞行路径角及其变化率为小量”作为倾斜角搜索的一项约束。计算结果表明所提方法能够保证再入轨迹的可靠性,同时基于QEGC规划方法的适应性得到保留。

针对闪烁噪声成为雷达末制导段主要随机误差之一,从控制系统设计的角度研究了闪烁背景下制导精度改进问题。建立了闪烁噪声作用下的制导控制模型,模型中引入了平台导引头动力学,研究了闪烁噪声对制导指令的影响;将控制系统设计指标选择为时域/频域混合的设计指标,选用开环穿越频率约束下极点配置方法完成了两回路/三回路过载驾驶仪的设计,研究了不同控制系统设计指标下的比例导引末制导脱靶量。研究表明，比例导引制导系统采用经典两回路过载驾驶仪时,通过适当增大开环穿越频率、适度减小系统阻尼,可以减小闪烁噪声造成的脱靶量;而当采用经典三回路过载驾驶仪时,则可以通过适当增大开环穿越频率、适当减小二阶阻尼或者增大一阶环节时间常数的方法来减小闪烁噪声下的脱靶量。

使用微机械电子(micro electro mechanical systems, MEMS)惯导系统(inertial navigation system,INS)的飞行器由于其MEMS惯性器件测量精度低,致使导航误差快速发散。针对该问题,提出了一种利用飞行器动力学(aircraft dynamics, AD)信息辅助MEMS惯导解算的方法。〖JP2〗它基于AD建立的飞行器运动模型和运动误差模型,利用实时解算的飞行器运动状态构建卡尔曼滤波器对MEMS惯导误差进行估计和修正。在此基础上,进一步考虑了INS/全球定位系统(global positioning system,GPS)组合导航时该方法的改进算法,提出了一种利用GPS定位信息和预测滤波器对飞行器动力学模型误差估计的方法。最后的半实物仿真实验结果表明,飞行器动力学信息辅助滤波器可以有效地减小系统误差,提高 MEMS惯导系统输出精度。

针对空中运动目标参数的实时解算和定位精度问题,基于运动多站无源定位技术,设计了空基分布式定位系统,利用测向交叉定位原理建立了双机协同被动定位模型。模型中完成信息保障任务战斗机的存在使得目标定位误差迅速最小化。通过动态规划法进行双机航迹控制算法设计。使用带有线性策略的共轭梯度法解算信息保障机的最优航迹。仿真表明,该控制算法可以得到信息保障机的最优航迹,双探测端分布式定位系统通过航迹优化,实现了对目标的快速高精度定位。

针对一类单输入单输出(singleinputsingleoutput,SISO)非线性极值系统的控制问题,提出了一种二阶输出反馈滑模极值搜索控制方法。考虑到此系统的状态量不可测,利用斜坡函数作为输出量的参考跟踪信号,以系统的输出跟踪误差及其微分信号构建切换函数,设计出二阶滑模极值搜索控制律。稳定性分析证明了在任意初始条件下,该方法可使系统的输出量全局收敛至其期望极值的任意小邻域内且所有状态量均是一致范数有界。仿真结果验证了该方法的有效性。

利用平均驻留时间方法对基于模型的网络控制系统(modelbased networked control system,MBNCS)进行了研究。MBNCS由于能够在保证系统性能的前提下有效地减少系统对网络带宽的占用,自提出以来就受到了学者的广泛关注。首先总结了网络控制系统中常用的几种减少网络带宽占用的策略;其次,将基于模型的网络控制系统建模为切换系统,并在所建立的切换系统模型的基础上,利用平均驻留时间方法给出了使得此切换系统稳定的充分条件;最后,借助Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法设计了使得此系统稳定的控制器,并且通过仿真验证了所提出方法的有效性。

为了加快参数自适应律微分方程求解速度和状态变量的稳定收敛速度,通过改进常规反演自适应L2增益控制算法和引入线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI),实现了参数自适应律微分方程只需一步积分运算即可求解,简化了不确定参数自适应律计算求解,并保证了L2增益系数最小,给出了不确定参数快估反演自适应最优L2增益控制（rapid backstepping adaptive optimal L2 control, OP-L2-RBAC）的通式。军用电站谐波励磁系统的控制仿真结果表明,相对于传统反演自适应L2增益控制,该方法可加强军用电站励磁系统的动态稳定性。

由于光子偏振态在长距离光纤中无法保持稳定,因此以偏振编码为基础的量子保密通信系统需要进行偏振控制以保持成码的正确性。在实用化量子保密通信的研究中,用现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)替代计算机作为系统的控制核心已经成为一个重要的研究方向,这种方案具有高效率、高集成度等优势。针对这种情况,提出了利用FPGA实现单光子偏振控制的方案,经实验演示证明了这套方案的有效性和稳定性,90%的成码耗时远高于计算机控制核心时的65%的最大值,相同编解码、纠错方式情况下,拥有更大的成码耗时便可以得到更高效的密钥生成。整个控制过程中FPGA和单光子探测以及电动偏振控制器（electric polarization controller, EPC）电压调节机制可以统一集成,实现偏振控制的小型化。

利用声传播的作用机理,使用耦合振动模拟水声传播过程,从新的角度对耦合问题以及浅海声传播进行分析,根据机电类比、拉式变换和Z变换原理,推导出了声能传播的表达式。对浅海信道中的多途声传播,使用多激励源下的声传播表达。该模型物理意义清晰、明确,便于分析浅海各条声线以及海面、海底的声学特性。然后,在此基础上对多途信号分离进行理论分析和水池实验验证。结果表明,多途信道之间的影响为线性叠加关系,相互间无调制;提出的方法能够有效分离出多途信道的各个多途分量,并估测出各个子信道的系统函数。

以最大化码率为目标设计的无率编码通常能够实现逼近容量的性能,但是这种编码在译码时需要进行非常多次(理论上是无穷多次)的迭代才能达到预期的误比特率性能。基于外部信息转移图的渐近收敛分析,提出一种在有限译码迭代次数约束下的非系统累积无率码编码度分布的优化设计方法,给出此优化问题的数学模型。通过求解该优化问题可得到满足要求的编码度分布函数。仿真结果表明,与以最大化码率为目标设计的编码相比,在有限的译码迭代次数下,所提出的方法设计的编码能获得更好的纠错性能,且译码迭代次数越小,性能优势越明显。

针对L频段数字航空通信系统1(Lband digital aeronautical communications system 1, LDACS1)中存在的载波偏置测距仪脉冲干扰信号,首先建立测距仪(distance measure equipment,DME)脉冲信号模型,证明了载波偏置测距仪信号是循环平稳信号;随后理论分析并推导给出其循环自相关函数和循环谱的数学表示;最后仿真验证了载波偏置测距仪信号具有循环平稳特性的正确性。

针对基本混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm, SFL)在求解高维复杂问题时的不足,本文提出一种自适应参数调整的改进策略。首先,利用变公比数列分析了SFL更新轨迹的收敛性;在此基础上,利用系统稳定性分析方法,提出在SFL更新公式中基于比例系数和适应度标准差来自适应调整更新的方法。最后,基于3组共8个标准测试函数将本文改进SFL与基本SFL和4个改进型粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)作对比,验证了本文改进策略对各类复杂函数的高效性;同时,对比了改进SFL与基本SFL和wPSO在求解高维问题时的性能,验证了改进SFL对高维问题求解的有效性。

以非对称伸缩翼飞行器为对象,构建了非对称变翼下的飞行器动力学模型,分析了非对称变翼对动力学的影响特性。首先,运用牛顿〖CD*2〗欧拉法建立了飞行器多刚体动力学模型,突出了非对称伸缩变形所产生的模型差异;其次,以流体力学计算软件计算获得的气动数据为依据,探讨了非对称伸缩变形对飞行器质心偏移、转动惯量、气动特性、滚转力矩和纵向静稳定性的动力学特性的影响规律。最后,将翼展非对称动态变化作为系统输入,以非对称伸缩翼所占的质量比和伸缩速率为特征量,分析了翼展非对称变化下的飞行器动态特性。结果表明,翼展非对称伸缩动态变化,使飞行器具有快速滚转的能力,可作为一种主动控制方式。

在线极端学习机(online sequential extreme learning machine,OSELM)模型在解决动态数据实时分类问题时,无需批量计算,仅保留前一时刻训练模型,根据当前时刻样本调整原有模型即可。然而,该增量方法在离线训练阶段随机指定隐层神经元使模型鲁棒性差,且求解过程难以拓展于核方法,降低了分类效果。针对上述问题,提出一种基于自组合核的在线极端学习机(selfcompounding kernel online sequential extreme learning machine,SCKOSELM)模型。首先,提出一种新的自组合核(selfcompounding kernel,SCK)方法,构建样本不同核空间的非线性特征组合,该方法可被应用于其他监督核方法中。其次,以稀疏贝叶斯为理论基础将训练数据的先验分布作为模型权值引入,并利用超参调整权值后验分布,从而达到对当前时间点参数稀疏的目的。最后,将稀疏得到的参数并入下一时刻运算。对动态数据的实时分类实验表明,该方法是一种有效的增量学习算法。相比于OSELM,该方法在解决动态数据实时分类问题时获得更稳定、准确的分类效果。