针对微机械(micro electro mechanical system, MEMS)陀螺输出漂移不确定性,提出采用最小上限滤波(minimum upper-bound filter, MUBF)算法实现MEMS陀螺输出信号降噪处理,该算法将漂移看作陀螺输出信号中的未知干扰,通过获取漂移变化方差上限,利用凸优化动态寻优得到角速率估计。相比卡尔曼滤波算法(Kalman filter, KF),MUBF算法可以在陀螺输出漂移模型未知的情况下工作,弱化陀螺信号降噪处理条件。陀螺静态和动态实验结果表明:MUBF算法能够有效降低陀螺噪声且优于KF算法降噪效果,该算法为MEMS陀螺降噪研究提供新思路。

在高频、远场条件下,对海上多角反射体构成的无源对抗系统的雷达散射面积(radar cross section,RCS)进行预估。针对传统算法计算量大、复杂度高的问题,提出综合利用改进的几何光学/区域投影法(geometrical optics/area projection,GO/AP)和散射中心合成法,进行海上角反射体群RCS的快速预估。首先,根据角反射体的分布态势,利用改进GO/AP算法实时计算各角反射体的RCS;然后,利用散射中心合成法将各角反射体的RCS贡献量相干叠加,快速预估角反射体群在特定分布态势下的RCS;最后,通过多次计算不同分布态势下的RCS,取平均值表征角反射体群在特定雷达照射方向下的RCS水平。利用FEKO软件对算法进行仿真验证,结果表明:所提算法在保证计算精度的前提下,能够显著提高海上角反射体群RCS的预估效率。

针对非圆信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法在工程应用中受阵列误差影响的问题,基于辅助阵元法的基本原理,并结合非圆信号的特征提出了一种基于辅助阵元法的非圆信号实值多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法。该算法利用非圆信号输出阵列的实值扩展方式,既提高阵元输出信号的使用率,也减少算法的计算量。同时详细推导了获取信号DOA估计的数学表达式,并对所提算法进行了仿真实验。实验结果验证了该算法的有效性。

针对复杂电磁环境下用频装备辐射敏感度试验研究的不足,对用频装备带内双频电磁辐射效应预测方法进行了研究。通过对用频装备带内干扰机理和耦合机理的分析建立了带内双频电磁辐射效应预测模型,并以某型超短波通信电台为受试对象,设计了通信电台电磁辐射效应试验方案。通过通信电台带内单频和双频连续波电磁辐射效应试验,研究了受试电台在带内双频不同权重组合作用下电磁辐射敏感度变化规律。试验结果表明不同频率组合、不同功率强度组合下双频连续波电磁辐射效应预测模型系数都在1左右,预测误差都在±1 dB以内,验证了带内双频连续波电磁辐射效应预测模型的有效性。

针对高斯混合概率密度(Gaussian mixture probability hypothesis density, GM-PHD)滤波器存在新生目标在整个检测区域随机出现位置难以确定的问题,实现了一种基于量测驱动目标新生概率密度函数算法,每个扫描周期接收到新的量测信息自适应生成目标强度函数,记录存活目标强度函数,从而实现自适应区分存活目标的强度函数和新生目标,提高算法精度。利用多目标位置追踪仿真数据以及实测海豚哨声信号频率对算法进行了测试,最优子模式分配函数(optional sub pattern assignment, OSPA)作为算法监测标准,结果证明了新算法在目标数目估计以及追踪精度方面都有明显的改善, 目标数目估计正确率达到97%,OSPA距离较GM-PHD算法下降30%。

针对飞行器测控系统将高码率遥测数据和伪码测距信号分流传输的不足,提出一种全新遥外测体制,将测距伪码(pseudo-noise, PN)寄生在调频(frequency modulation, FM)遥测信号中,生成一种融合调频遥测和伪码测距的寄生调制信号,实现高码率遥测数据和测距信号的单流传输。研究FM+PN体制的调制、解调原理,从理论上分析信号频谱及遥外测性能,并通过仿真得到不同参数下的频谱特性、遥测解调误码率和测距精度,给出了调制参数选择建议。仿真结果表明,将FM+PN体制应用到飞行器测控系统中,可将所需带宽降低为现有测控体制的40%,大大提高带宽利用率,而遥测误码率性能损失很小。

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)分布式场景回波仿真计算量巨大的问题,提出了一种结合改进的同心圆算法与图形处理器(graphics processing unit, GPU)技术的高效SAR回波仿真方法。首先,针对常规同心圆算法精度较低造成的图像信噪比低的问题,提出了一种改进的同心圆算法。其次,为了充分发挥GPU处理核之间的并行优势,对该算法的GPU并行处理进行了深度优化,进一步提升了仿真速度。具体方法是,根据并行度的高低设计核函数,确定了先采用“线程外推”实现部分目标回波的同心圆累加,再用“归约相加”实现所有目标回波的累加。最后，与常规GPU方法进行了实验对比,验证了所提方法的精确性和高效性。

论述了利用武汉大学新近研制的多通道外辐射源雷达系统开展基于地面数字多媒体广播(digital terrestrial multimedia broadcasting,DTMB)外辐射源雷达微多普勒效应实验的研究结果。首先建立了外辐射源雷达目标微动信号模型,接着简要阐述了信号处理的主要关键技术,最后重点介绍了实验开展的情况,包括系统配置、目标微多普勒效应实验典型结果及分析,从实验上证实了利用DTMB信号实现目标微多普勒效应探测的技术可行性。

针对时域和频域不充分稀疏条件下的雷达信号欠定盲分离问题,提出了基于信号不同时延的累积量与三阶张量分解估计混合矩阵的方法,并通过修正子空间投影算法完成对雷达源信号的恢复。首先将混合信号的四阶累积量表示成三阶张量,利用三阶张量分解获得混合矩阵估计值;通过求解雷达源信号任意时频点处对应的估计矩阵的列矢量,得到该时频点处最优超定矩阵的伪逆并恢复源信号。该算法可以解决复杂电磁环境下时频域同时混叠的雷达信号盲分离问题,仿真结果表明与现有算法相比提高了盲分离中混合矩阵估计性能和源信号恢复性能。

旋转式合成孔径雷达(rotor synthetic aperture radar, ROSAR)是一种新型的雷达成像模式,其圆形运动轨迹斜距历程造成传统二阶斜距近似法在宽方位波束场景下方位向散焦严重。针对这一问题,提出了一种基于卡尔丹方程解析表达式的ROSAR成像算法。考虑通过对回波信号的斜距表达式进行四阶近似,推导了回波信号的二维频谱,分析距离徙动对成像结果的影响,提出基于卡尔丹方程解析表达式实现距离徙动补偿,进而实现整个场景精确聚焦的成像算法并给出了算法的运算量。仿真实验验证了算法的有效性及在噪声环境下的稳健性。

针对航空集群独立反隐身的任务需求,提出使用集群任一成员机载雷达作为发射阵元,群内其他成员机载雷达作为接收阵元,构建多部双基雷达,利用雷达收、发分置带来的空间分集优势,在隐身目标不同方位探测其散射的电磁波,形成反隐身能力。研究了接收节点在不同距离和方位配置时形成的反隐身探测空域;针对机载雷达扫描角限制造成的前向空间探测盲区,提出了3种集群飞行器机动策略。仿真结果表明,航空集群各节点均能够形成一定的反隐身探测能力,不同集群构型能够适应不同威胁等级的反隐身任务需求;发射节点通过S形机动能够达成良好的雷达补盲效果。

一般认为双基地雷达在前向散射区(双基地角为135°~180°)的RCS较其他方向更大,前向雷达的应用正是建立在此优势的基础上。然而某些实际场景下天线所接收的电磁波并非散射波,而是散射波与发射天线辐射波的复矢量叠加。由于相位和电磁场极化方向的差异,总场表现出与散射场不同的变化特性。用全波法计算了扩展目标分别在近场、远场观测条件下前向区散射场、总场随距离和方位的变化,分析和总结了总场与散射场的数值特性差异。

在分析外辐射源雷达中参考通道与目标回波通道信号特点的基础上,提出了在外辐射源雷达分析模型中,不使用参考通道,仅仅利用目标回波通道的数据信息,完成对目标的检测,进行时延和多普勒频率参数的提取。在对目标进行角度估计时, 为了实现多目标的参数匹配,给出了已知波形匹配算法和比幅测向的角度参数估计算法,通过仿真实验说明了所提方法的有效性。

多样化的装备体系定义模式存在概念语义内涵交织、外延对象重叠难以离析,体系系统边界动态模糊等不确定性制约装备体系综合认知,大数据建模与分析决策为装备体系模型表达与知识发现提供了机遇。提出广义复杂信息系统观点下采取形式三元概念分析理论描述和表示装备体系中概念及概念之间层次网络结构的装备体系认知系统模型构造框架。首先分析了能力视角下装备体系语义超网络模型的大数据描述架构及其层次建模过程,设计了一种体系分层共演化时空数据应用模型结构。概述了概念认知系统研究进展,提出一种基于语义上下文的形式三元概念构造策略,讨论了上下文覆盖数据结构与三元概念构造的联系。为应用语义大数据开展装备体系认知计算提供了有益启发。

为了实现指挥信息系统自适应的决策支持,将上下文感知技术融入指挥信息系统的分析与设计,首先提出了C4ISR系统上下文元本体,借此定义指挥信息系统上下文环境的基本语义框架。在此基础上,结合元本体以及面向目标的需求分析方法思想,提出了C4ISR系统上下文环境信息获取和建模表示方法。此外,将模糊本体推理技术引入指挥信息系统上下文环境推理分析环节,通过设计上下文环境模型到本体的形式化规约算法,有效地将指挥信息系统的上下文环境信息形式化,并通过本体推理技术,实现了对系统上下文环境的推理分析。

针对空战环境下由于目标装备信息的缺乏导致空战编队无法选取最佳接敌队形的问题,提出一种基于战场指挥员主观认知的不确定信息条件下空战编队接敌队形选择方法。首先引入威力场的概念并构建载机威力势模型。其次以战场指挥员对目标装备性能的主观认知及载机的威力为基础,利用模糊层次分析法对不确定信息条件下的目标威力进行评估。然后利用参照依赖效应计算载机与目标间各项能力的收益损失值,进而应用前景理论给出最佳的接敌队形选择方法。最后对此方法进行了仿真验证。结果表明,该方法能够在不确定信息条件下对接敌队形进行有效选择。

针对歼击机机动规避空空导弹问题,建立了一种有导弹制导动力学滞后的空空导弹飞机的追逃运动学二维模型,研究了飞机机动时机、机动方式对主动寻的空空导弹过载需求和脱靶量的影响,并根据机动脱靶量仿真了飞机机动逃逸概率,得到了机动可大幅度提高飞机逃逸概率,开关机动优于圆机动,以及机动周期越短规避效果越好的结论,解决了飞机机动规避空空导弹的定量评价问题。

针对传统证据冲突度量方法无法区分证据间冲突程度的差异,并且会在特定情况下失效的问题,提出一种基于改进余弦相似度的证据间定向冲突度量方法。通过将支持系数引入余弦相似度模型,使所提方法具有非对称性,从而能够区分证据间冲突程度的差异,同时还可解决基本余弦相似度模型不适合处理证据中包含非单子集焦元的问题。实验结果验证了所提方法的准确性和有效性。

在广义数据包络分析方法(data envelopment analysis,DEA)有效性度量方面还存在以下两个问题有待解决：第一,当广义DEA模型无可行解时,尽管被评价单元本身是有效的,但却无法用具体数值刻画其有效程度；第二,当单元为广义DEA有效时,某些单元的效率值存在被高估的情况。为解决这些问题,首先给出一个拓展的广义DEA模型。然后,给出了一种判定广义DEA模型存在无可行解情况的充要条件,以及单元效率被高估的判定条件。同时给出测定单元效率的3种方法,并讨论这些方法与原有测定方法的关系。最后,通过实际例子进行了对比研究。

高性能无人机对飞行控制计算机提出了高可靠性要求,使用余度容错飞控计算机是提高安全可靠性的重要途径之一。对容错飞控计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计要求进行研究,分析了无人机容错飞控计算机的设计要求特点;阐述了典型军用、民用有人机以及无人机容错飞控计算机的体系结构及关键余度管理策略,总结了无人机容错飞控计算机体系结构特点及发展方向。根据上述研究结果,提出一种基于FlexRay总线的相似三模余分布〖JP2〗式容错飞控计算机体系结构,FlexRay总线既是单通道飞控计算机的内部总线,也是多通道飞控计算机的系统总线。该体系结构能够抑制拜占庭故障,满足无人机高可靠、低成本、扩展性强、维护性能好等要求。

针对捷联导引头视线角速度(line of sight rate，LOSR)计算时制导信号延时带来较大的隔离度(disturbance rejection rate，DRR)问题,首先分析了捷联制导系统信号延时产生隔离度的原因,推导了制导信号延时隔离度传递函数。进一步通过对视线角速度计算中信号时序关系分析,得到了导引头与惯导（inertial navigation system，INS）数据更新频率不成整数倍的关系和信号处理传输时间等是导致制导信号延时的主要原因。在此基础上,提出通过在导引头和惯导数据帧中增加时间标记的方式,使主控机可以提取同一时刻制导信号数据进行视线角速度计算,从而大幅减小制导延时产生的隔离度。数学仿真和半实物仿真表明,该方法在很大程度上减小了制导信号延时带来的导引头隔离度。

在考虑弹间的相关误差和末制导搜索能力的基础上,以毁伤目标的概率为效能指标,通过求解最优中间函数以确定最优覆盖区,避免直接求解最优覆盖区参数的难点,并分别从两方面证明了最优中间函数的正确性。通过最优中间函数推导出当目标散布区域较大时,多弹联合攻击中确定多瞄准点的配置模型。最后通过仿真计算,得到不同参数下采用区域射击技术的毁伤效能,分析了各主要参数与毁伤效能的关系。仿真结果表明,当目标定位误差较大,武器搜索宽度不足时,与集火射击相比,区域射击具有明显优势。

首先分析了旋转平台控制误差对惯导系统(inertial navigation system, INS)调制效果的影响;然后建立了旋转平台的数学模型,结合旋转调制误差抑制效果对控制性能的要求,提出了一种自抗扰和滑模变结构相结合的复合旋转控制方法,该方法充分利用了滑模变结构控制快速减小误差的优势和自抗扰控制的精确估计能力,并设计了融合策略。仿真和实验结果表明,相比于传统PID控制方法,本文方法减小了旋转平台转速控制误差,且使反向角度超调误差和调节时间都减小了50%以上,提高了旋转调制惯导系统的性能。

针对多操纵面飞机交叉耦合效应下易产生虚拟控制误差和舵效中和等问题,提出了一种基于改进序列二次规划的控制分配策略。以操纵面偏量为参数构建优化目标,基于舵效线性假设分别研究了基于线性规划和二次规划的多操纵面线性控制分配方法。进一步考虑非线性交叉耦合效应,分别建立了序列线性和序列二次规划的交叉耦合控制分配模型,并设计了改进的Hessian矩阵,以实现序列二次规划的优化求解。仿真表明,基于改进序列二次规划的控制分配策略能够合理地利用所有交叉耦合操纵面实现非线性分配,优于线性规划、二次规划和序列线性规划控制分配方法。

针对陀螺寻北仪的限幅系统设计了一种鲁棒近时间最优控制器。首先将陀螺寻北仪的快速限幅问题转化为时间最优控制问题,然后提出设计一种鲁棒近时间最优控制器来克服理论时间最优控制器的缺陷。该控制器结合了传统的bang-bang控制,滑模控制以及一种备份控制。滑模控制器的设计运用时间最优控制的思想并通过Lyapunov稳定性理论推导出控制器参数的选择标准。为了解决控制器在原点处不稳定问题,提出了另一类具有线性滑模面的滑模控制器作为备份控制。数值仿真结果证明了提出的控制器的可行性,在明显降低抖振的同时在时间指标上与理论控制器相近。这种控制器的设计方法同样适用于小阻尼项的二阶系统。

通过测试典型跳频电台的发射频谱,以接收机灵敏度原则确定了发射频谱k级旁瓣干扰模型,在考虑跳频系统通信频率、可用频点数、系统用户数、信道参数和固定干扰等因素的情况下,提出了跳频系统的“通信现场”概念;通过分析接收信干噪比(signal to interference and noise ratio, SINR)的分布函数,推导得出跳频系统在通信现场中的中断概率公式;从干扰信号的信息熵角度出发,应用熵功率不等式,推导得出跳频系统在通信现场中的通信容量公式。针对某典型跳频电台,通过分析其发射频谱的各级旁瓣能量,得到了能够影响接收的3级旁瓣干扰模型,以此为仿真输入参量,评估电台在通信现场中的中断概率和通信容量,仿真结果验证了理论推导的正确性。

针对批处理方法在实现非等功率同步直接序列码分多址(direct sequence codedivision multiple access, DS-CDMA)信号伪码序列盲估计时存在的复杂度高、收敛速度慢的问题,引入了3种多主分量神经网络(Sanger NN、LEAP NN和APEX NN)。首先将已分段的一周期DS-CDMA信号作为神经网络的输入信号,用神经网络各权值向量的符号函数代表DS-CDMA信号各用户的伪码序列,然后通过不断输入信号来反复训练权值向量直至收敛,最终DS-CDMA信号各用户的伪码序列就可以通过各权值向量的符号函数重建出来。此外,本文提出了一种在递归最小二乘(recursive least square, RLS)意义下的最优变步长收敛模型,极大地提高了网络的收敛速度。理论分析与仿真实验表明:将3种神经网络用于同步非等功率DSCDMA信号伪码盲估计时的复杂度均明〖JP2〗显降低,且LEAP NN与Sanger NN均可有效地实现-20 dB信噪比、10个用户下的同步非等功率DS-CDMA〖JP〗伪码盲估计,APEX NN则相对较差,此外,LEAP NN消耗内存较大、收敛速度快,APEX NN相反,Sanger NN则介于两者之间。

人工噪声是一种保障无线通信系统物理层安全的有效策略。现有针对基于人工噪声保密系统的窃密算法仅适用于单用户多输入单输出系统,该文针对这一问题,提出了两种适用于多用户多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)系统的窃密算法。首先通过基于人工噪声的多用户MIMO系统模型与盲源分离线性混合模型的比对,提出了基于盲源分离理论的窃密思路,其次通过改进两种盲源分离算法中的分离矩阵以及选择的非线性函数结构,消除了原始算法估计秘密源信号出现的相位模糊性,同时对每一步迭代中的分离矩阵进行归一化,避免了幅度的不确定性。仿真结果表明,所提两种方法在有效窃密的同时具有较低的计算复杂度,另外,当窃听天线数目越多时,窃密效果越好。

针对人工噪声辅助的物理层安全通信系统发射信号高峰均比问题,分析了不同发射天线条件下发射信号峰均比的互补累积分布以及峰均比问题对于期望接收机通信性能的影响。在不影响系统安全性能的前提下,提出了一种基于噪声子空间旋转不变特性的峰均比优化算法,采用差分遗传算法得到了噪声子空间旋转角度的近似最优解。同时，为了降低峰均比算法工程实现的计算复杂度,给出了一种部分旋转角度的次优算法。仿真结果表明，本文提出的峰均比降低算法能有效地降低人工噪声辅助的物理层安全通信信号高峰均比特性,从而保证期望接收机的通信性能。

针对不可分解函数求解问题,基于合作式协同进化(cooperative co-evolutionary,CC)框架,发展一种双系统协同进化算法。该算法给出一种双系统A,B的 CC框架新结构形式及其相应的协调机制,以增加算法的多样性和收敛性;给出双系统A,B各自求解的两种算法，例如差异进化、改进粒子群算法选择原则和匹配方式,使该两种算法具互补性,并且与双系统A,B各自角色相匹配，目的是提高基于CC框架双系统算法的计算性能。经不可分解函数集(维数D=1 000)测试表明,本文算法计算性能(计算精度和标准差)与其他3种典型算法相比,对于其中某些函数求解占优,总体上4种算法对函数集的求解各有所长,具有互补性。

联合图像专家组(joint photographic experts group, JPEG)图像的隐写分析性能不仅与信息嵌入方式有关,同时与其自身的内容复杂度也紧密相关。本文提出一种基于预分类和特征扩展的新方法以提高JPEG图像通用隐写分析准确性。首先采用图像内容复杂度度量准则将训练样本划分为若干互相重叠的类别,并对每一类子库分别提取更加有效的扩展特征集以及构造各自的分类器模型;对于给定的待测图像,根据其内容复杂度与各类复杂度均值的最小距离进行预分类,提取特征并进行相应类别的分类器测试。实验结果表明,该方法对典型的JPEG图像隐写算法具有更好的检测性能。

提出了一种快速稳健的自适应非线性尺度特征检测子(fast robust adaptive nonlinear scale feature detector, FRANSFD),通过非线性尺度空间快速求解去除了噪声同时保证了边缘细节,并将自适应选取尺度空间组数、基于加速段检验的自适应通用角点检测子(adaptive and generic corner detection based on the accelerated segment test,AGAST)与框状拉普拉斯滤波器去除边缘响应相结合,兼顾了检测的准确性与实时性。通过与尺度不变特征转换(scale invariant feature transform,SIFT)检测子、快速鲁棒性特征(speeded up robust features,SURF)检测子、风式特征(KAZE)检测子以及二进制鲁棒性尺度不变的特征(binary robust invariant scalable keypoints,BRISK)检测子的实验对比可知,FRANSFD的5种变换鲁棒性均较强,同时速度也更快。综合性能较KAZE提高约5.76%,速度提高约47%。