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2016年 第38卷 第9期 刊出日期:2016-08-25
电子技术
基于预分类的全极化HRRP模型匹配目标识别方法
吴佳妮, 陈永光, 冯德军, 王雪松
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  1969-1974.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.01
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全极化三维散射中心模型可准确描述目标的空间几何以及极化特征,已成为目标识别的有效手段之一。针对传统高分辨距离像的匹配算法计算量大、耗时长的不足,提出一种基于预分类的模型匹配目标识别方法,通过目标散射机理分析,对目标进行预分类,减小匹配模型数,然后利用全极化高分辨距离像的散射中心位置与极化信息构造模型匹配函数,实现了目标类别的判定。基于电磁仿真计算数据的识别实验表明,该方法具有良好的目标识别能力,相比于传统方法具有更高的识别正确率以及更低的存储量和计算量。

基于非圆信号特征的实值张量ESPRIT算法
司伟建, 禹芳, 曲志昱, 米胜男
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  1975-1980.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.02
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基于最大非圆率非圆信号特点,提出一种实值张量旋转不变子空间(estimation signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)算法。首先,通过研究张量与矩阵之间的转化关系,将阵列接收数据矩阵推广到张量空间;然后,利用欧拉公式将阵列接收数据张量转化成余弦与正弦数据张量,根据阵列维数将其分别在各维上加以拼接,并对拼接的实值数据张量做高阶奇异值分解,获取信号子空间;最后,通过构造选择矩阵和进行特征分解,来联合估计阵列各维相位差,实现波达方向估计。实验仿真结果表明,此算法具有良好的分辨力和测角精度。

滑窗式无偏多平台无源定位算法
关欣, 关欣, 陶李, 衣晓
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  1981-1986.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.03
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针对纯方位系统单机动平台在不具有比机动目标更高一级的机动运动时,无法满足系统可观测性的问题,提出了一种适用于多平台的无源定位算法。该算法根据目标与平台之间的几何关系得到一个包含目标初始位置和分量速度的伪线性方程组。为减少求解方程组的计算量,保证定位的实时性,对常规的最小二乘法进行了加滑窗处理。通过对观测向量和系数矩阵的分析,证明了算法对目标状态的估计具有无偏性。仿真实验验证了算法的有效性,并讨论分析了平台运动的速度和方向等因素对算法定位性能的影响,得到了保证算法定位性能的平台与目标相对运动关系。

基于极值波延拓的端点效应处理方法
杨小强, 李沛, 黄杰, 韩艾洋
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  1987-1992.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.04
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为解决总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)的端点效应问题,提出了一种基于极值波延拓的端点效应处理方法。该方法从波形匹配延拓的模板子波和寻优起始点着手,以最靠近端点处的极值波为模板子波,以与端点处极值点同型的极值点为匹配起始点,使寻优的目的性更强,过程更加优化。同时,提出了一种客观有效的端点效应评价方法——区域等分的端点效应评价指标,避开了数据长度的干扰,突出了端点效应的影响。通过对仿真和实测信号的应用分析,并与采用镜像对称延拓方法比较,证明了极值波延拓法对抑制端点效应的有效性。

基于块剪枝多路径匹配追踪的多信号联合重构
司菁菁, 候肖兰, 程银波
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  1993-1999.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.05
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针对多路径匹配追踪(multipath matching pursuit,MMP)无法利用稀疏信号的结构信息、迭代层数较高时计算复杂度较大等问题,提出了一种适用于重构块稀疏信号的块剪枝多路径匹配追踪算法。该算法以原子块作为路径扩张的节点,在一定迭代层数后引入剪枝操作,极大地降低了数据运算量。进而,针对多观测向量(multiple measurement vector,MMV)问题,提出了MMV块剪枝MMP算法,用以实现无线传感网小范围内多传感器信号的联合重构。实验表明,块剪枝MMP的重构性能优于MMP,MMV块剪枝MMP的联合重构性能优于MMV块A*正交匹配追踪、MMV子空间匹配追踪和MMV正交匹配追踪。

关联深度自适应的多假设跟踪研究
陈杭, 张伯彦, 陈映
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2000-2007.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.06
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多假设跟踪(multiple hypothesis tracking, MHT)方法是一种在多个扫描上评价关联假设并由此做出决策的贝叶斯型关联跟踪方法,此方法能够在信噪比低10~100倍的状况下获得与单扫描方法相当的性能,但同时会带来相当大的计算量。本文研究了面向航迹MHT中的关键算法,包括航迹得分计算与航迹树的生成、将航迹聚类和假设生成建模为图论问题并求解、N-扫描回溯剪枝等,特别关注了这些算法过程的实现;提出了一种关联深度自适应(adaptive association depth, AAD)方法,使关联深度随关联场景的复杂程度自适应变化;仿真研究了本文提出的AAD-MHT跟踪密集目标的性能,结果和分析表明,与深度值固定为6的MHT相比,最大深度为6的AAD-MHT既能保证性能又有效降低了计算量。

传感器与信号处理
基于OFDM的雷达通信一体化波形模糊函数分析
刘永军, 廖桂生, 杨志伟
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2008-2018.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.07
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在采用OFDM信号实现雷达通信一体化中,通信调制信息会影响一体化波形的模糊函数。针对此问题,结合基于OFDM的雷达通信一体化信号模型,给出了模糊函数的具体形式;讨论了通信调制信息对一体化信号模糊函数的影响;进而提出对通信信息进行预调制的方法,使同一脉冲不同OFDM符号间所调制的通信信息尽可能地具有优良的非周期自相关和互相关特性。理论分析和仿真实验表明,所提方法能很好解决一体化波形模糊函数对通信调制信息敏感的问题。

宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究
娄昊, 张群, 罗迎, 李宏伟, 顾福飞
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2019-2027.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.08
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雷达与通信系统一体化可以实现电子资源的共享。提出并设计了一种宽带雷达通信一体化波形——随机调制线性调频步进信号,在实现雷达成像的同时实现数据通信。该信号充分利用现有的随机步进线性调频信号波形设计上的高度灵活性特点,以其子脉冲的载波频率调制通信数据,以子脉冲调频斜率的方向表示地址信息,实现了点到多点通信;分析计算了一体化信号下的信道容量、多址信号的正交性和接收机错误概率等通信性能指标;提出了随机化预处理方法来解决一体化信号在雷达成像中的问题,利用统计相关法实现宽带雷达的一维距离成像,提出并推导了部分参数对成像效果的影响。最后,从通信和雷达成像两方面仿真验证了该一体化信号的可用性和有效性。

多载频相位编码雷达信号自适应脉冲压缩方法
夏阳, 宋志勇, 卢再奇, 付强
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2028-2032.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.09
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多载频相位编码信号(multi-carrier phase-coded,MCPC)作为近年来备受关注的一种宽带雷达信号,具有较高的频谱利用率、良好的自相关以及频率分集特性等优点,因而在目标检测、抗干扰以及高分辨成像等领域具有较大的应用前景。针对MCPC雷达信号常规脉冲压缩易产生高距离旁瓣而导致强目标邻近的弱小目标检测困难问题,通过对MCPC雷达信号进行建模分析并结合其信号特点,提出了一种MCPC雷达信号自适应脉冲压缩算法,通过利用循环迭代获取每个距离单元的最优匹配滤波器,从而有效抑制了距离旁瓣,提高了对邻近距离单元弱小目标的检测能力。仿真实验验证了该方法的有效性,并进一步分析了编码方式对脉冲压缩距离旁瓣的影响。

天波雷达多模分离的二维非满阵几何构型设计
郭跃宇, 位寅生, 许荣庆, 鲁耀兵
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2033-2039.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.10
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天波雷达在探测舰船等慢速目标时,会受到展宽一阶海杂波Bragg峰的影响,其中电离层分层结构导致的多模现象是展宽的主要原因之一。传统的一维接收线阵不能提供俯仰维信息,从而接收了多个模式的回波,二维阵可以从根本上解决这个问题。通过研究二维非满阵波束方向图和多模海杂波二维空域分布的关系,给出阵列几何构型设计方案,从而在空域滤除不需要的模式,达到提高海杂波一阶谱纯度的目的。仿真结果表明,与一维接收阵列相比,十字阵列对多模海杂波的抑制提升可达到20 dB。

基于速度方位约束的多传感器模糊数据互联
刘俊, 刘瑜, 何友, 孙顺
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2040-2047.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.11
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针对杂波环境下多传感器跟踪多目标的问题,提出了一种基于速度方位约束的多传感器模糊数据互联算法(multi-sensor fuzzy data association method based on velocity and azimuth, VA-MSFDA)。该算法首先利用方位速度信息对确认区域内的有效量测作进一步筛选,剔除部分虚假量测,然后基于模糊聚类方法计算候选量测与观测区域内各目标互联的概率,应用顺序结构多传感器联合概率数据互联(multi-sensor joint probabilistic data association algorithm,MSJPDA)原理,依次处理各传感器中的目标测量数据,实现对多目标的跟踪。仿真结果表明,与顺序MSJPDA相比,VA-MSFDA在算法耗时、估计精度、收敛速度和量测正确关联率等方面优势明显,能够更好地解决杂波环境下的多目标跟踪问题。

基于h/q分解和贝叶斯迭代分类的跑道检测算法
韩萍, 常玲, 程争, 石庆研
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2048-2054.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.12
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提出一种无监督分类的机场跑道检测方法。首先利用h/q分解对原图像中所有像素点进行粗分类,建立初始样本模板;利用初始样本模板对原图像进行贝叶斯迭代分类,得到分类图;结合跑道的极化散射特性、弱回波特性及形态学处理方法,从分类图中提取出疑似跑道区域;最终应用跑道的结构特征进一步辨识疑似跑道区域,检测出真实机场跑道目标。通过美国UAVSAR系统采集的多组全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)实测数据验证本文算法的有效性,实验结果说明,所提算法能有效、正确地检测出复杂场景下极化SAR图像中的机场跑道区域,且结构完整清晰,虚警率低。

系统工程
模型驱动的危机事件快速建模与分析方法
李明浩, 杨克巍, 徐建国, 谭跃进
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2055-2064.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.13
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以2015年底俄土战机冲突事件为例,建立了基于模型驱动方法的快速建模与仿真分析框架,为类似军事冲突及争端事件应急判断提供快速建模与决策分析支持。通过场景建模、可执行逻辑分析和可视化仿真技术分别对危机事件进行静态结构建模、动态行为分析以及场景仿真验证。同时,利用具有自主知识产权的支持快速元模型定制的多视图建模工具ModelLink,与第三方分析与仿真工具集成,形成了以ModelLink为输入的跨平台模型自动生成、分析与互操作的分析链路,支持快速参数变更、直观可视化行为调整的敏捷响应。面向俄土战机事件,利用俄土双方及第三方关于事件细节的开源信息,构建了两种基本场景模型,通过对比不同方案的可执行逻辑分析以及仿真过程参数分析结果,校验了双方在事件声明中细节的合理性与真实性,同时支持后续不断补充开源信息后的模型调整与快速结论生成,具有很好的实用性。

基于模糊云模型的C4ISR系统效能需求建模与分析方法
王庆龙, 王智学, 何红悦, 朱卫星
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2065-2071.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.14
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在C4ISR系统能力需求开发过程中,非功能性需求建模是一个难点,在综合模糊统一建模语言(unified modeling language,UML)与云模型的基础上,提出了一种面向C4ISR系统效能需求的建模与分析方法。首先,从系统效能需求建模入手,提出一种兼顾C4ISR系统功能和效能综合建模的需求分析框架,并通过扩展传统的UML来提高其领域适用性,实现对效能等模糊信息的建模。其次,结合该框架设计了一种效能云模型逆向生成算法,并提出基于云模型的综合效能评估函数构建方法,可以实现对系统效能的定量分析,评价系统完成使命任务的效果。最后,通过一个精简的区域防空系统案例验证了方法的可行性与正确性。

考虑级联失效的C4ISR系统结构动态鲁棒性度量方法
张杰勇, 易侃, 王珩, 张金锋, 周翔翔
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2072-2079.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.15
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在分析动态鲁棒性概念的基础上,提出了一种考虑级联失效的C4ISR系统结构动态鲁棒性度量方法,该方法结合不完全信息的攻击模型,设计了C4ISR系统结构级联失效的过程模型和动态鲁棒性值的计算方法,最后通过某一区域联合防空系统结构的案例对本文的动态鲁棒性度量方法进行仿真验证,仿真的结果证明了本文所提方法的有效性。

基于动态优先级的测试任务抢占调度算法
丁超, 唐力伟, 邓士杰
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2080-2085.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.16
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基于部队现有装备保障模式,难以满足日趋复杂的测试需求,存在着测试效率偏低、测试周期过长的现象。因此综合考虑任务的时间属性和价值属性,定量分析任务的执行紧迫性、价值密度和资源负载均衡性等因素,提出了应用于任务执行初始时刻的动态优先级分派策略(dynamic priority assignment, DPA)和任务执行过程中的抢占调度策略(task preemption, TP),即基于动态优先级的测试任务抢占调度算法(test task preemptive scheduling algorithm based on dynamic priority, TTPSADP),实现了针对现有自动测试系统(automatic test system, ATS)价值收益、任务执行成功率和资源负载均衡的综合优化。
兵力组织指挥控制结构适应性调整方法
孙昱, 姚佩阳, 李明辉, 李凡
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2086-2092.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.17
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兵力组织指挥控制(command and control, C2)结构适应性调整问题是指挥自动化领域研究的热点。首先介绍了兵力组织的组成要素,给出了兵力组织C2结构的形式化描述方法,定义了兵力组织C2结构的性能测度指标。然后分析了不同情形下兵力组织指控控制结构适应性调整问题,建立了相应的数学优化模型。最后基于m-best策略提出了一种贪心求解算法,并通过实验证明了该算法的有效性和优越性。

基于效用风险熵的突发事件应急方案动态调整
陈业华, 王浩, 宋之杰
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2093-2098.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.18
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针对突发事件不确定性情形下决策者的心理行为特征,综合考虑决策者心理感知的效用价值与结果情景发生概率两个属性,对决策者的动态参照点和心理感知进行分析,构建了一种基于效用风险熵的应急决策动态调整方法。利用前景理论,将突发事件实时经济损失值与决策者动态调整的心理参考点进行分析,作为决策者心理感知效用的“损益值”,以此计算决策者的心理感知效用价值。进一步结合不同应急方案下的结果情景发生概率,引入风险熵理论对动态应急方案的风险进行合理计算,得到应急方案动态调整的一种测度,给出应急方案动态调整方法和步骤。最后,通过实例计算,验证该方法的合理有效性。

个体的观点不确定性对群体观点多元化的影响
万贻平, 张东戈, 赵慧赟, 任清辉
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2099-2108.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.19
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用社会群体中个体的微观特性,来研究群体的宏观规律,是提升社会观点演化研究科学化水平的重要手段。然而,目前对个体的观点不确定性与群体观点多元化涌现之间关系的探索还不够深入。在有界信任模型的基础上,通过区分观点不确定性的范围和程度,构建了“有界信任”与“部分观点坚定”共同作用的模型,研究了个体的观点不确定性对群体形成多元化观点的影响。通过调整个体的观点不确定性,考察单个个体、同质群体和异质群体的观点演化效果,用仿真计算实验揭示了个体的观点不确定性的范围和程度对群体形成观点多样性的影响机制和特点;通过对社会群体的分析,建立了个体的观点不确定性与观点的依赖关系,考察了3种典型初始观点分布条件下的群体观点演化,发现观点呈现出类似均匀分布或正态分布时容易形成群体观点多元化,而呈现出“极端子群体”分布时难以形成观点多元化。仿真计算实验从一定程度上揭示了社会群体观点演化的规律。

考虑个性化指标的双边匹配决策方法
陈晔, 曹帅, 卢波, 李一芳
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2109-2114.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.20
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针对现实生活中双边匹配时每一方内部不同个体存在个性化评价指标情况,提出一种双层优化模型加以解决。首先在定义双边个性化指标匹配问题基础上,通过对每一方分析其内部个性化指标的差异度,设计了总体指标集及权重的协同优化模型;在此基础上,定义了双边匹配竞争度,构建了基于总体匹配满意度最优化模型来求解匹配结果;最后通过算例展示了提出方法的可行性。

制导、导航与控制
弹载SAR末制导段轨迹控制算法
黄伟, 徐建城, 吴华兴
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2115-2121.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.21
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针对机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)制导空地导弹的末制导过程,导弹的运动状态如何同时满足成像分辨率和脱靶量要求的问题,提出一种新的轨迹控制算法。通过分析SAR末制导过程,以及弹目空间几何与成像分辨率的关系,将成像分辨率要求转化为对导弹前置角的约束,将脱靶量要求转化为对导弹目标线角速度的约束。基于逆最优控制,建立含有待定系数的性能指标函数,并根据给定的系统动态性能指标确定该系数,从而得到具有时变权值系数的最优控制量,通过权值系数的调节作用以满足不同制导模式的指标要求。仿真实验证明了该算法的有效性。

#br# 带视场角限制的攻击时间控制制导律
杨哲, 林德福, 王辉
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2122-2128.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.22
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为了实现多导弹协同攻击同一目标,根据弹目拦截几何关系,设计一种带有攻击时间控制及导引头视场限制的协同制导律。采用多项式函数推导含时间控制的导引指令,以附加反馈项的形式引入导引头视场角函数,实现对攻击时间及导引头视场角的同时约束。当已知导弹过载及导引头视场限制,导弹弹道轨迹可以由初始导弹参数确定,从而可以计算得出协同制导时间的边界值。仿真结果验证了该协同制导律的有效性。

#br# 基于伪谱重构的采样反馈近最优制导
闫循良, 廖守亿, 王仕成
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2129-2134.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.23
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利用采样反馈控制和轨迹快速重构技术,设计了固定采样反馈和自适应采样反馈两种有限推力远程变轨近最优闭环制导策略。建立了空间变轨和交会最优制导数学模型。结合变轨运动方程特征,给出了伪谱优化参数缩减方法和实时性提升策略;基于采样反馈和最优控制理论,利用采样数据进行连续轨迹重构,并将开环最优解进行闭环反馈以更新制导指令。仿真结果表明,两种策略在保证任务指标近最优性的同时,可以有效抑制地球扁率J2摄动和计算误差的影响;自适应采样策略自主性好、制导精度误差收敛快,但计算量和燃耗偏大,二者使用时需要根据具体任务要求合理选择。

#br# 基于降维CKF和平滑的SINS/OD动基座对准
黄湘远, 汤霞清, 武萌
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2135-2141.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.24
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为了提高捷联惯导(strapdown inertial navigation system, SINS)/里程计(odometer, OD)动基座对准精度,使对准过程中具备一定精度的位置导航能力,提出了一种动基座非线性对准方法。首先对非线性系统进行简化并应用降维容积卡尔曼滤波(reduced dimension cubature Kalman filter,RD-CKF)进行非线性对准,保证非线性对准过程中能够进行位置导航,对准结束时保证失准角为小角度。然后非线性R-T-S平滑至初始时刻进行校正,利用卡尔曼滤波再次对准,获得对准结束时刻高精度的姿态和位置导航。进行了实车实验,实验结果表明了方案的有效性。

#br# 基于自适应EKF的BDS/GPS精密单点定位方法
赵琳, 张胜宗, 李亮, 王雪
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2142-2148.  doi:10.3969/j.issn.100-506X.2016.09.25
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为使精密单点定位(precise point positioning,PPP)获得更短的收敛时间和更高的定位精度,多个导航系统的集成(例如北斗卫星导航系统(Beidou navigation satellite system,BDS)与全球定位系统(global positioning system,GPS)的组合)和更优的定位方法是两种可行选择。针对传统最小二乘(least square,LS)法解算孤立各历元观测量之间的关系以及扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)解算先验信息不准的问题,在PPP中,运用自适应扩展卡尔曼滤波(adaptive extended Kalman filter,AEKF)对过程噪声进行调整,以达到对系统状态的最优估计。文章通过实测数据对算法进行了分析和验证,测试结果表明,与传统的EKF算法相比,基于AEKF算法的PPP收敛速度可提高9 min,定位精度可提高33.7%。

控制方向未知的输入受限非线性系统自适应模糊反步控制
王永超, 张胜修, 曹立佳, 扈晓翔
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2149-2155.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.26
摘要 ( )   PDF (1066KB) ( )  
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针对一类输入受限控制方向未知的非线性系统,提出一种基于Lipschitz条件的自适应模糊反步控制器的设计方法。在控制器的设计过程当中,通过变换系统形式和采用Butterworth低通滤波器解决控制方向未知的问题;采用模糊系统对不确定非线性函数进行在线逼近;利用双曲正切函数和Nussbaum函数对系统输入饱和函数进行处理;将动态面法与反步法相结合解决“计算膨胀”的问题。运用Lyapunov理论分析证明设计的控制律能够使闭环系统所有信号半全局一致有界(semi-globally uniformly ultimately bounded, SGUUB)。该方法的有效性在一类通用的高超声速飞行器的攻角控制仿真中得到了验证。

通信与网络
面向双层卫星网络的多业务负载均衡算法
王娟, 郭俞江, 孙力娟, 周剑, 韩崇
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2156-2161.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.27
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卫星网络中由于卫星高动态拓扑和地面用户分布不均,导致卫星网络易出现区域负载失衡。设计高效的动态路由算法是当前卫星网络的研究热点,为此,提出了一种面向双层卫星网络的多业务负载均衡算法。该算法根据卫星链路上的数据传输量进行拥塞判断,根据链路时延因素和链路负载因素进行负载代价计算,不同服务质量(quality of service, QoS)需求的业务进行不同路径选择,通过分流均衡网络流量。仿真结果表明,该算法能够减少数据包的排队时延和丢包率,提高整网吞吐量。

下行卫星认知无线电门限与功率联合优化
陈鹏, 畅志贤, 陈思宏, 李艺霞
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2162-2170.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.28
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用于卫星通信的频谱资源日益紧缺,但现存卫星系统却存在利用不足的问题。针对该问题,以最大化卫星通信中下行带内数据传输量为目标,提出了基于Underlay认知无线电的卫星信道检测门限与功率分配联合优化算法。首先分析了下行链路中信道融合检测误差、功率分配向量与数据传输量之间的数学关系,给出了信道数量及总功率均受限时信道与功率联合分配的可行性条件。之后,进行了目标模型可行性论证及融合误差分析,并将优化目标函数问题分解为检测门限与功率分配两个子优化问题。针对两个子问题,文中分别证明了加窗粒子群优化算法适用于数据融合后的门限优化,论证了信道与功率联合分配的可行性,在此基础上给出了信道与功率联合分配的最优解。引入中间量在两个子优化算法之间反复迭代,得到了本文目标函数的联合最优解。最后,仿真给出了检测门限优化性能,结果表明,改进型算法在准确度和迭代次数上均优于传统粒子群算法;比较了该联合优化算法与传统卫星通信方式及普通Underlay认知无线电用于卫星通信时的性能差异,结果表明,该联合算法能够有效提高频谱利用率;给出了算法复杂度。

脉冲噪声中基于数据可信度加权的跳频信号检测
金艳, 李曙光, 姬红兵
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2171-2178.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.29
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时频分析是跳频(frequency-hopping, FH)信号检测的有力工具,但是脉冲噪声下性能严重退化,无法有效地提取跳频信号的周期、频率和跳变时刻等参数;基于分数低阶统计量和最大似然估计(maximum-likelihood,ML)的算法是改善脉冲噪声下FH信号时频分布的两类常用方法,但前者性能改善有限,后者通常对噪声的概率分布较为敏感,且计算复杂度高。对此,提出一种基于数据可信度加权(weighting based on the data credibility,WDC)的FH信号检测方法。该方法基于云模型(cloud model, CM)理论,建立了数据可信度的概念,以分析脉冲噪声下接收信号的不确定性,然后在此基础上实现信号加权,改善脉冲噪声下FH信号的时频分布特征。仿真实验证明,在稳定分布噪声中,该方法与基于分数低阶及Myriad滤波器的时频分析方法相比,能够较好地抑制脉冲噪声,获得FH信号的参数信息,具有良好的鲁棒特性。

一种脉冲超宽带测控信号及其性能分析
廉昕, 王元钦, 侯孝民, 孟祥利
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2179-2183.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.30
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将脉冲超宽带技术应用于航天测控系统,可大大提高测控信号的安全性。对测控信号形式的选择是脉冲超宽带测控系统中首先要考虑的问题。将目前常用的两种脉冲超宽带信号形式相结合,提出了一种同时对脉冲进行幅度调制和位置调制的混合调制脉冲超宽带测控信号。利用对数正态阴影衰落模型分析了信号的传输性能,利用模糊函数分析了信号的测量性能,同时针对阻塞式噪声干扰,分析了信号的抗干扰性能。仿真结果表明,混合调制脉冲超宽带测控信号具有良好的传输性能、测量性能和抗干扰性能,是一种较理想的脉冲超宽带测控信号形式。

软件、算法与仿真
基于加权稀疏子空间聚类多特征融合图像分割
岳温川, 王卫卫, 李小平
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2184-2191.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.31
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提出一种图像分割的多特征融合加权稀疏子空间聚类方法。采用多种属性的特征能够更可靠地描述图像中不同物体的特性,提高分割的准确性和可靠性。定义了加权稀疏度量,即在1范数中引入权重,权重与数据的相似度成反比,有利于迫使相似的数据尽可能参与到数据的自表示中,从而改善稀疏表示过稀疏并且不稳定的局限性。实验结果和客观指标表明,所提方法能有效地分割自然图像, 获得的结果更加符合人类视觉感知。

AVS2视频编码码率控制算法
罗敏珂, 周益民, 钟敏, 朱策
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2192-2200.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.32
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码率控制是视频图像编码技术中的重要组成部分,旨在受限的通信带宽下提供最小失真的图像质量同时保证比特流的平稳输出,长期以来既是研究重点也是应用热点。面向中国自主知识产权的新一代音视频编码标准(audio video coding standard 2.0, AVS2)中码率控制技术,将模糊控制理论与码率控制相结合,提出了一种新的码率控制算法。首先根据模糊控制器原理建立快速查询表,接着基于指数率失真模型进行了基本论域到模糊子集论域的映射,而后将假设参考解码缓冲区反馈值及其差值带入模糊控制查询表得出量化参数(Quantization Parameter, QP)值变化增量。最终的编码过程采用系统QP值与增量之和来进行。在通用测试条件下的实验结果表明,新算法比特率失真比率(Bj-ntegaard delta bit rate, BDBR, BD-rate)取得增益效果明显,比特率控制精度高。算法实现简洁,计算复杂度低,特别适合恒定目标比特率编码端速率控制。相关成果已被AVS2标准工作组采纳,集成在参考模型软件RD10.0中。

面向入侵检测系统的Deep Belief Nets模型
高妮, 高岭, 贺毅岳
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2201-2207.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.33
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连续的网络流量会导致海量数据问题,这为入侵检测提出了新的挑战。为此,提出一种面向入侵检测系统的深度信念网络(deep belief nets oriented to the intrusion detection system, DBN-IDS)模型。首先,通过无监督的、贪婪的算法自底向上逐层训练每一个受限玻尔兹曼机(restricted Boltzmann machine,RBM)网络,使得大量高维、非线性的无标签数据映射为最优的低维表示;然后利用带标签数据被附加到顶层,通过反向传播(back-propagation,BP)算法自顶向下有监督地对RBM网络输出的低维表示进行分类,并同时对RBM网络进行微调;最后,利用NSL-KDD数据集对模型参数和性能进行了深入的分析。实验结果表明,DBN-IDS分类效果优于支持向量机(support vector machine,SVM)和神经网络(neural network,NN),适用于高维、非线性的海量入侵数据的分类处理。

可靠性
#br# 基于Bayes判别方法的舰载机着舰安全分析
杨启舶, 田瑾, 刘芳
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2208-2214.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.34
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舰载机着舰过程比陆基飞机着陆过程更具复杂性和危险性,舰载机着舰安全是对舰载机飞行员、航母指挥人员和机舰系统工程师的重要挑战。本文扩展了多维安全状态空间模型的内容,并在此基础上针对F-18A舰载机在CVN-65“企业号”航母上的真实着舰数据进行正态性检验,结合Bayes判别分析,提出舰载机着舰的安全状态判别方法。通过真实着舰数据检验,证明舰载机着舰安全状态判别结果正确率达到80%以上,验证了方法的有效性。实验进一步将判别结果与Fisher判别结果进行了对比,证明在较少参数情况下本方法具有更强的健壮性。

舰船装备多状态可修复系统可靠性通用生成函数解算方法
史跃东, 陈砚桥, 金家善
系统工程与电子技术. 2016, 38(9):  2215-2220.  doi:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.35
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远洋舰船装备结构复杂、系统庞大,可靠性要求高。开展舰船装备复杂系统可靠性研究,对于科学控制装备成本、实施维修决策,具有重要意义。针对舰船装备复杂系统,以可修复双锅汽轮发电系统为例,开展多状态系统可靠性建模。在此基础上,通过引入通用生产算子和通用生产函数,完成多状态复杂系统可用度、期望性能、性能失效等可靠性指标解算,并给出稳态、瞬态数值分析结果。研究表明,解算方法通用性强、适用范围广、计算资源依赖程度低,远优于马尔可夫直接法;多状态模型建立合理,有效反映复杂装备系统可靠性变化规律,能为可靠性评估、装备采购及维修决策提供技术借鉴。

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