系统工程与电子技术杂志

系统工程与电子技术杂志2023年第1期

• 基于曲线拟合误差估计的阻抗优化识别方法

  彭阳, 王跃, 刘永慧, 郜凯杰

  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。

• 基于非对称幅度插值的二维来波方位估计

  陈筱月, 马晓川, 李璇

  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。

• 基于检测-跟踪算法的多分量瞬时频率-调频率估计

  卢杰, 张文鹏, 刘永祥, 杨威

  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。

• 无需先验测量误差的定位节点选择方法

  汤建龙, 解佳龙, 陈弘凯

  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。

• 未知姿态目标航磁异常探测的最优飞行方向分析

  石昱, 卞雷祥, 庄志洪, 付梦印, 王春娥, 秦杰

  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γxy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%。

• 交替极化阵列对消盲区分析与验证

  高宏璋, 葛松虎, 郭宇, 刘让, 孟进

  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。

• 基于非脉冲矢量网络分析仪的非反向交叉眼干扰实验设计与分析

  周亮, 孟进, 刘永才, 李伟, 杨浩楠

  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。

• 基于边缘强化的无监督单目深度估计

  曲熠, 陈莹

  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。

• 基于PDW多特征融合的辐射源信号分选方法

  罗佳奕, 李煊鹏, 李江浩, 薛启凡, 杨凤, 张为公

  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。

• 车载毫米波雷达多径假目标分析与消除方法

  郑晶月, 吴佩仑, 陈家辉, 郭世盛, 崔国龙

  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。

• 基于NSGA-Ⅲ的机载雷达空空射频隐身探测参数设计

  刘俊, 崔宁, 谢佳昕, 行坤

  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。

• 基于广义Rao检验的单/多比特MIMO雷达运动目标检测方法

  黄广佳, 程旭, 饶彬, 王伟

  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。

• 基于杂波拖尾分布的雷达无人机检测性能分析

  杨勇, 王雪松

  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。

• 基于多核DSP的星载双基FMCW SAR成像算法实现

  陈洋, 肖国尧, 全英汇, 任爱锋, 别博文, 邢孟道

  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。

• 微波光子W波段宽带雷达成像技术研究

  江利中, 颜露新, 谭姗姗, 茹海忠, 杨明远

  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。

• 基于渐消因子的ECEF-GLS估计算法

  董云龙, 张焱

  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。

• 基于YOLO的航管一次雷达目标检测方法

  施端阳, 林强, 胡冰, 杜小帅

  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。

• 间歇式信息传输条件下无人机搜索覆盖规划

  曹志强, 张佳, 辛斌

  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。

• 基于DoDAF的低慢小飞行器综合处置体系架构设计

  卫继承, 张娟, 杨文雅, 马岚岭, 张航

  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。

• 基于改进多输出支持向量的船舶航迹预测

  杨振亚, 张智, 尚晓兵, 曹择骏, 孙喆轩

  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。

• 超网络体系作战下的打击目标优选模型

  高泽伦, 郑少秋, 梁汝鹏, 黄炎焱

  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。

• 军事信息系统情境计算需求一致性验证研究

  刘美凤, 杨文静

  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。

• 基于目标暴露区的地面防空兵力最佳配置区规划

  曹原, 寇英信, 李勇祥

  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。

• 基于有限谓词追踪的民机系统需求一致性检查方法

  王鹏, 岳舒婷, 张帆, 董磊

  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。

• 时变多辐射源跟踪任务的时-频扫描方案评估方法

  杨益川, 曹旭源, 史小伟, 余晨, 张伟, 张天贤

  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。

• 基于电子商务竞标结构的分布式作战资源调度

  颜骥, 刘丙杰, 陈建华

  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。

• 多状态系统任务成功性仿真评估

  邵松世, 刘海涛, 袁昊劼, 张志华

  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。

• 基于太阳导行镜测量的高精度姿态确定算法

  陈炳龙, 王磊, 刘帮, 周衡

  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)。

• 面向冗余机械臂避障运动规划的触控交互技术

  张宝琛, 惠建江, 张琦, 刘正雄, 黄攀峰

  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。

• 空间目标远距离磁控方法及应用分析

  赵宏亮, 张元文, 杨乐平, 黄涣, 马天

  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。

• 运载火箭自适应增广控制参数设计及稳定性裕度分析

  张亮, 刘思, 赵康伟, 胡存明

  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。

• 改进的多项式曲线拟合轨迹预测算法

  黄万炎, 杜万和, 杨淑珍, 俞涛

  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。

• 基于EMD-DESN的无人机集群航迹目的地预测

  薛锡瑞, 黄树彩, 韦道知, 吴建峰

  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。

• 樽海鞘群算法基于动力学模型的改进

  雷灏, 赵品彰, 汪东华, 陈柏屹

  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。

• 基于改进自抗扰控制的电动伺服系统机械谐振抑制方法

  莫昱, 唐旭东

  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。

• 基于自然语言处理的意图驱动网络表征

  姬泽阳, 杨春刚, 李富强, 欧阳颖, 刘祥林

  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。

• 基于SVD-K-means算法的软扩频信号伪码序列盲估计

  张慧芝, 张天骐, 方蓉, 罗庆予

  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。

• 基于高斯似然的精准水声信道估计

  杨光, 乔培玥, 梁俊燕, 秦正昌, 巩小东, 倪秀辉

  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。

• 动态自触发通信下多智能体输出反馈包容控制

  左仁伟, 李颖晖, 吕茂隆, 聂鸿雁

  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。

• 基于分布式SDN的机动通信系统拓扑发现方法

  朱宇昂, 赵亚丽, 赫佳峦, 张晨光, 吴朝军, 贾晓晓

  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。

• 基于TDOA的无人机集群协同单目标定位

  何胜阳, 杜杰朋, 赵雅琴, 王宝莹, 赵亮, 吴龙文

  无源定位作为现代信息化战场中电子侦察的重要技术, 可以在自身不辐射电磁波的情况下实现对敌方目标的精确定位。以高灵活性、高安全性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群为接收站, 研究基于到达时差测量的辐射源定位方法。作为高机动平台, UAV集群的位置误差更大, 基于该情况对Chan算法、Taylor算法进行改进, 并提出了一种粒子群泰勒协同的解算方法。与其他方法的定位结果进行对比, 仿真结果表明所提的方法定位精度接近克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound, CRLB), 解决了Taylor算法的初值问题。

• 基于神经网络和散射中心模型的目标参数提取

  罗宇航, 陈彦锡, 郭琨毅, 盛新庆, 马静

  从雷达回波中获取目标几何参数信息往往存在高计算成本、非线性等困难。该文基于卷积神经网络和前馈神经网络, 提出了一种依据散射中心时频像特征的目标类型自动识别和目标几何参数自动提取方法。由于构建一个神经网络需要大量的训练数据样本, 而扩展目标的散射场计算又非常耗时, 利用基于已知目标已建立的散射中心模型, 快速生成大样本训练数据, 有效解决了训练样本难以获得的问题。以弹头类目标为例给出了数值实验结果, 证实了所提方法的有效性。

• 基于区间算法的频控阵阵元位置误差分析

  唐虎, 曾光辉, 廖轶, 王文钦

  频控阵通过在各阵元的发射基频上引入一个微小的频率偏移, 可以产生距离和角度相关的波束，这使得频控阵在信息和信号处理中更加灵活。但是, 大多数文献在分析频控阵时, 都假设阵元位置是理想而无误差的。而在实际情况中, 阵元位置往往会存在制造误差, 这必定会让实际发射波束的各项性能指标偏离理论设计的性能指标。而目前，几乎没有关于频控阵阵列位置误差分析的文献, 因此迫切需要寻找一种对频控阵阵元位置误差进行分析的方法。提出一种基于区间分析算法的频控阵阵列位置误差分析方法，以分析各阵元位置误差对波束性能的影响。该方法首先假设各阵元位置误差在某个已知的区间, 然后通过一系列数值计算得到误差对波束性能影响的上界和下界, 最后通过仿真实验验证此方法的有效性。

• 基于多相滤波的高精度延时设计及实现

  李晓辉, 万宏杰, 樊韬, 刘佳文, 王先文

  雷达测距测速应用中的精确性取决于时间上的高分辨率, 而传统基于有限长单位冲激响应(finite impulse response, FIR)滤波的高精度延时设计所需的滤波阶数过高, 滤波处理较慢且复杂。为了加快滤波速度和节省硬件资源, 将数字内插与多相滤波技术结合, 提出了一种基于多相滤波的高精度延时设计方案。根据延时精度对FIR滤波系数向量重新排序, 依据延时量大小选择多相子滤波器对采样序列进行滤波处理, 实现小于整数倍采样间隔的高精度延时, 具有滤波速度快、节省硬件资源的特点。仿真分析延时信号的相位, 表明了所提多相滤波方案可实现高精度延时。借助现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)平台, 时钟频率为245.76 MHz时, 实测的延时精度可低至0.509 ns。

• 基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

  陈阳, 田波, 王春阳, 宫健, 谭铭, 赵英健

  针对频控阵(frequency diverse array, FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时, 传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题, 在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA, HL-FDA)方案的基础上, 对4种频偏方案的性能进行了分析, 提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构, 通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse, MVDR)准则, 将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面, 对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。

• 基于彩色图像Tetrolet变换的频数质心零水印算法

  张天骐, 叶绍鹏, 刘鉴兴, 柏浩钧

  针对传统数字水印算法的透明性随嵌入强度的增加而下降的问题, 已有许多零水印算法提出。然而大多数算法或是鲁棒性和稳定性较差, 或是基于灰度图像设计的。本文提出一种基于彩色图像Tetrolet变换的频数质心零水印算法。该算法先提取彩色载体图像YCbCr空间的亮度分量, 再对亮度分量进行Tetrolet变换获得其低频系数, 再通过分块非负矩阵分解, 采用计算频数质心的方法构造特征矩阵。对水印信息依次进行Polar码编码, 二维交织构造出交织矩阵; 最后将含有水印信息的交织方阵和特征矩阵进行异或操作生成零水印。仿真结果证明, 该零水印算法可以有效抵抗非几何攻击、几何攻击以及组合攻击, 水印提取归一化相关系数值在0.9以上, 具有较强的鲁棒性和稳定性, 且具有良好的实用性。

• 最优冗余线阵欠定信号双重构DOA估计方法

  王庚, 李浩, 何翼, 冯明月, 陈昌孝

  针对最小冗余线阵难以用于阵列设计的问题, 设计了一种性能相近的最优冗余线阵, 为实现相应阵列的欠定信号到达角(direction of arrival, DOA)估计, 又提出了一种基于两次重构的快速协方差向量稀疏表示方法。该方法利用凸优化中最优解条件, 实现了Toeplitz协方差矩阵的快速高精度重构, 进而基于构造的协方差向量稀疏表示模型, 实现了欠定信号DOA估计。仿真结果证明, 最优冗余线阵相较于其他稀疏线阵, 耦合影响更低, 测向精度更高, 所提算法较同类算法DOA估计精度更高。

• 基于卷积ADMM网络的高效结构化稀疏ISAR成像方法

  李瑞泽, 张双辉, 刘永祥

  结构化稀疏逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像是空间态势感知与目标识别的重要手段。该问题可通过压缩感知(compressive sensing, CS)方法解决。目前, 许多传统CS方法仍存在运算效率低、参数适应性不强等问题。针对该问题, 本文提出了一种基于卷积交替方向乘子法网络(convolutional alternating direction method of multipliers network, C-ADMMN)的结构化稀疏ISAR成像方法。利用深度展开方法, 结合传统结构化稀疏ISAR成像模型, 构建C-ADMMN网络。通过监督学习, C-ADMMN仅需约10层网络便可达到传统方法上百次迭代的效果, 具有较高的运算效率且对不同目标具有一定适应性。基于仿真与实测数据的实验结果验证了网络的高效性与参数适应性。

• 弹载双基前视成像雷达解析-迭代定位方法

  詹珩艺, 李亚超, 武春风, 宋炫, 张廷豪

  在弹载寻的制导阶段, 针对传统双基定位方法受限于速度、角度等参数精度的问题, 提出一种最优解析-迭代双基定位方法。该方法首先建立基于图像匹配的弹载双基前视成像定位模型, 并分析推导出定位模型的解析解集, 然后结合惯导参数与初始迭代点的选取准则, 确立最优初始迭代点, 实现快速迭代搜索, 获取接收雷达最优三维坐标, 完成双基雷达的精确定位。在此基础上, 建立运动误差和匹配误差模型, 并通过仿真实验分析其对定位精度的影响。仿真实验验证了在相同实验环境和条件下, 最优解析-迭代定位方法的有效性和准确性。

• 基于FRFT的单基地MIMO雷达稳健波束形成算法

  吕岩, 曹菲, 许剑锋, 冯晓伟

  以单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达系统为研究对象, 针对线性调频(linear frequency modulation, LFM)形式的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号, 提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。所提算法首先利用LFM信号的特性, 对匹配滤波后的雷达回波信号进行分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT), 经化简得到峰值点作为阵列的观测值。而后, 利用观测值构建接收信号的协方差矩阵, 并使用Capon谱估计方法重构干扰加噪声数据协方差矩阵。最后, 通过求解优化问题估计实际导向矢量, 从而得到阵列的最优权值。通过计算机仿真实验, 验证了所提算法的有效性。

• 基于A3C的多功能雷达认知干扰决策方法

  邹玮琦, 牛朝阳, 刘伟, 高欧阳, 张浩波

  在多功能雷达对抗领域, 目前基于强化学习理论的认知干扰决策方法难以满足雷达对抗高实时性要求。对此, 将异步优势行动者-评论家(asynchronous advantage actor-critic, A3C)算法引入到认知干扰决策领域, 设计了包括干扰机模型、环境模型(目标方多功能雷达)以及交互机制的认知干扰决策整体框架, 制定了干扰决策流程, 干扰机模型利用异步多线程方式与环境模型进行交互训练。仿真实验表明, 在扩充雷达任务转换关系表的基础上, 所提方法与基于深度Q网络(deep Q network, DQN)的认知干扰决策系列方法相比, 极大地提高了时间效率, 平均决策时间降低70%以上, 并且在决策准确度上有着明显优势, 表明所提方法能够为多功能雷达对抗决策提供更有力的技术支撑。

• CEEMD结合改进小波阈值的激光雷达信号去噪算法

  马愈昭, 刘逵, 张岩峰, 冯帅, 熊兴隆

  激光雷达远距离回波信号受噪声影响, 严重失真。为了有效去除信号的噪声, 提高回波信号信噪比, 提出一种互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD)结合改进小波阈值的去噪算法。CEEMD可以自适应地分解非线性和非平稳信号, 改进小波阈值函数具有高阶可导特性, 能够克服硬阈值、软阈值函数各自存在的问题。两种方法结合, 可以更有效地去除噪声。首先, 对回波信号进行CEEMD分解, 得到若干固有模态函数(intrinsic mode function, IMF)。其次, 通过相关系数法计算IMF分量与信号的相关系数, 确定相关分量和不相关分量。最后, 对不相关分量使用小波改进阈值法进行去噪, 对相关分量使用粗糙惩罚法进行平滑, 再重构信号。基于实测数据的实验结果表明, 所提算法比CEEMD去噪法和CEEMD结合原改进阈值去噪法, 信噪比分别提升了2.65 dB和0.58 dB。

• 基于多传感器的雷达对抗侦察数据融合算法

  刘康, 何明浩, 韩俊, 冯明月, 都兴霖

  为提升复杂电磁环境下雷达对抗侦察系统的可靠性及抗干扰能力, 提出了一种基于多传感器融合的综合权值估计算法。首先由各传感器对原始数据进行分批估计得到局部期望及方差, 然后利用四分位离散度剔除异常数据, 接着针对局部估计结果通过测度算子以及自适应融合估计算法分别确定各传感器权重, 最后利用综合权重进行加权得到融合结果。仿真结果表明, 所提算法在不同情况下均能得到较高的融合精度, 较现有算法具有更好的适应能力及准确性。

• 战斗机无人机编组协同系统需求捕获与验证

  史文卿, 王海峰, 陈海昕

  战斗机-无人机编组协同(fighter-drone teaming, FDT)是人员-信息-物理-智能一体化的全新作战形态, 其系统需求捕获与验证方法尚没有工程先例和经验可循, 亟需正向探索和实践。在一般的基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)方法基础上, 提出整体纳入跨装备协同要素、将分析模型和验证模型分开构建、同步考量逻辑行为与时空关系的捕获与验证策略, 以及适用于编组协同“任务场景构建-系统行为分析-需求映射定义-模型在环验证”的流程和具体方法, 进而以典型“二带二”对地FDT为例进行应用检验。检验结果表明, 该方法可满足工程总体多专业联合工作需要, 能够高效形成编组协同系统需求清单及相应的捕获与验证依据, 从而为后续的系统设计和实现确立清晰的开发目标和设计指导。

• 基于知识图谱的战略智能体BDI模型

  李童心, 王维平, 王涛, 李小波

  当前国际形势复杂多变, 战略态势越来越紧张, 把握对手战略目标对维护领土和主权完整具有重要意义。以对手国防建设项目作为手段, 研究对手的战略目标, 为战略目标与建设项目预实践研究提供了一种新思路。首先提出战略智能体信念-愿望-意图(belief-desire-intention，BDI)模型框架, 为分析战略目标与国防建设项目提供统一的逻辑框架, 并基于本领域的不确定知识图谱推理, 实现战略智能体BDI模型, 最终得到相对完善的国防建设项目-战略图谱, 对新时期制定对等的军事战略方针具有重要指导和参考价值。

• 考虑子系统执行能力的多无人机协同任务规划

  张鸿运, 王磊, 张旭, 丁宇, 吕琛, 王昕炜

  任务分配是提高无人机运维效率的关键技术之一。针对子系统执行能力约束条件下的无人机蜂群协同任务分配问题, 提出一种融合拍卖机制的改进狼群算法。首先, 定义子系统能力矩阵以实现无人机异构性和任务执行能力的统一描述。其次, 对个体狼采用矩阵编码, 针对违反攻击次数的非可行解, 提出基于拍卖机制的修正策略, 以进行处理。然后, 在个体狼位置更新过程中融入遗传算法思想, 在探索阶段和围捕阶段分别进行相邻行交换操作和间隔列交叉操作, 以实现快速寻优。最后, 将第三优狼引入到狼群更新过程中, 从而增强种群的多样性。仿真实验结果表明, 所提方法能够有效求解子系统执行能力约束下无人机蜂群协同任务规划问题; 且相比于其他改进进化算法, 所提方法具有更好的寻优性与收敛速度。

• 基于装备体系韧性的作战网络链路重要度评估及恢复策略

  徐任杰, 宫琳, 谢剑, 刘欣, 杨克巍

  韧性可以全面描述装备体系吸收打击或干扰、并从打击或干扰中恢复的能力, 体现了体系的综合性能。针对装备体系的韧性提出了一种量化评价方法, 以对装备体系作战网络链路进行重要度评估。首先给出了装备体系韧性的明确定义, 并建立了量化韧性的数学模型; 其次提出了基于韧性增加值的链路重要度指标, 并构建了一种基于装备体系韧性的作战网络链路重要度评估模型; 然后构建了不同的恢复策略，并分析了其对作战网络性能恢复的影响; 最后通过应用案例验证了所提方法与模型的适用性和合理性, 为优化体系结构、保障和提高体系作战性能提供了理论支撑, 也为进一步开展基于装备体系韧性的作战网络应用研究提供了参考借鉴。

• 基于FD-TODIM的混杂空战多目标动态威胁评估

  张堃, 张振冲, 刘泽坤, 李珂, 刘培培

  针对传统空战态势威胁评估存在“状态失衡”以及难以体现决策者个体行为差异的问题, 首先针对空战过程中多时刻态势信息, 提出基于变权理论的态势权重解析方法, 并结合基于正态累积分布生成时间序列权重的算法, 解决属性参数与权值动态匹配的问题。其次, 基于混杂态势信息, 综合考虑飞行员有限理性和个体行为存在差异的特点, 提出基于模糊动态交互式多准则决策(fuzzy dynamic interactive multi-criteria decision-making, FD-TODIM)算法的混杂空战多目标威胁评估方法。最后, 进行了仿真验证和分析。仿真结果表明, 该模型可充分挖掘历史信息影响, 有效融合多个时刻混杂空战态势的混杂信息, 并根据不同飞行员个体差异, 生成具有实际意义的空战威胁态势评估结果。

• 灰色群组聚类和改进CRITIC赋权的供应商选择VIKOR多属性决策

  王坚浩, 王龙, 张亮, 崔利杰

  针对武器装备供应商选择问题, 提出了一种基于灰色群组(grey group clustering, GGC)和改进标准间冲突性相关性(improved criteria importance through intercriteria correlation, ICRITIC)组合赋权的扩展多属性妥协解(VIKOR)决策方法。采用考虑决策专家意见差异程度的群层次分析法对供应商初选指标体系进行降维遴选, 构建武器装备供应商优选指标体系; 结合GGC和ICRITIC组合赋权方法确定主客观权重, 并设计权偏好系数进行加法组合赋权; 基于VIKOR决策方法集结备选供应商折衷排序值。针对不同折衷系数、排序方法和赋权方法从决策灵活性和稳定性两个维度进行对比分析, 验证所提方法的有效性。

• 杂波环境下可移动主被动传感器长时调度方法

  安雷, 李召瑞, 吉兵

  针对杂波环境下的多目标跟踪问题, 基于可移动主被动传感器系统, 提出了一种辐射控制的长时调度方法。首先, 建立调度模型, 对多目标运动状态和量测结果、传感器调度动作等进行数学描述; 同时, 基于雷达工作原理和截获概率的思想, 提出改进的辐射风险量化方法。随后, 利用高斯混合概率假设密度滤波算法预测长时跟踪精度, 利用所提改进的量化方法预测长时辐射代价, 并利用改进的灰狼优化算法求解传感器调度方案。最后, 执行调度方案获得多目标量测信息, 采用联合广义标签多伯努利滤波算法计算目标估计状态。仿真实验表明, 所提调度方法在保证跟踪精度的基础上, 能够实现对辐射代价的有效控制, 与其他方法相比具有明显的优势。

• 基于鲁棒精确微分器的分数阶滑模制导律设计

  陆浩然, 郑伟, 常晓华

  针对具有碰撞角约束的机动目标拦截问题, 提出一种有限时间收敛的分数阶终端滑模制导律。首先, 建立二维平面的导弹目标相对运动模型。其次, 分别选择分数阶滑模面和分数阶趋近律, 设计分数阶终端滑模制导律, 并对制导系统的有限时间稳定性进行了证明。同时, 为准确获得目标机动信息, 提出一种基于鲁棒精确微分器的目标机动加速度估计方法, 对制导律进行补偿。最后, 通过与相关制导律的对比仿真, 验证了所提分数阶终端滑模制导律具有较高的制导精度, 同时可有效抑制滑模抖振。

• 信号级GNSS/SINS超紧组合导航仿真平台设计

  高威, 李亚峰, 王可东

  超紧组合是全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)和捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)组合中最深层次的信息融合方式。由于需要重新设计GNSS接收机内部的捕获跟踪环路以接收SINS的辅助信息, 超紧组合的工程实现较为困难。从信号级层次出发研究超紧组合的难点在于得到同源且同步的GNSS和SINS信号, 并打开GNSS接收机的捕获跟踪环路。为此, 构建了信号级GNSS/SINS超紧组合仿真平台, 分别设计了载体轨迹发生器、GNSS中频信号发生器、惯导解算器、GNSS软件接收机、组合导航滤波器等关键环节, 从而攻克了上述技术难关。该仿真平台不仅验证了超紧组合在高动态应用方面的优越性, 同时也为其迈向实际应用奠定了坚实的基础。

• 基于强化学习的改进三维A*算法在线航迹规划

  任智, 张栋, 唐硕

  针对飞行器在线航迹规划对算法实时性与结果最优性要求高的问题，基于强化学习方法改进三维A*算法。首先，引入收缩因子改进代价函数的启发信息加权方法提升算法时间性能；其次，建立算法实时性与结果最优性的性能变化度量模型，结合深度确定性策略梯度方法设计动作-状态与奖励函数，对收缩因子进行优化训练；最后，在多场景下对改进后的三维A*算法进行仿真验证。仿真结果表明，改进算法能够在保证航迹结果最优性的同时有效提升算法时间性能。

• 基于随机森林权重补偿的无人机高精度定位算法

  方坤, 李晓辉, 樊韬

  为了减小室外无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)监测过程中的定位误差，对室外UAV进行实时定位，提出了一种基于随机森林的Chan-Taylor三维定位算法。通过K近邻对定位数据扩展后，根据Chan-Taylor算法将随机信号多径噪声转化为高斯分布，便于模型提取信号特征。使用交叉验证，实现随机森林特征参数与混淆矩阵阈值的自适应确定，并用该阈值衡量模型的一致性。利用分类结果更新UAV定位权值矩阵，有效地补偿目标高度数据。此外，使用标定UAV对设备误差进行估计，校正定位结果。理论分析与仿真结果表明，该算法能够有效地提高UAV定位精度，实现利用移动通信基站对UAV进行无源定位。

• 基于SINS/GBAS组合导航的高精度进近着陆导航技术

  高利春, 高铭阳, 陈晓芳, 饶建兵, 费泽松, 倪少杰

  可重复使用运载器在进近着陆阶段对位置偏差有较高的精度要求, 而现有的组合导航方式的导航误差波动幅度较大, 难以满足运载器在进近着陆段的导航要求。因此，本文利用捷联惯导系统(strap-down inertial navigation system，SINS)的非线性误差传播模型, 以陆基增强系统(ground based augmentation system，GBAS)输出的精确位置信息为基础, 建立SINS/GBAS组合导航方法, 并给出“输出+反馈”的组合导航复合修正结构。通过在GBAS中引入电离层误差及对流层误差, 从而实现了对于运载器定位误差在厘米级的精确定位。此外，通过引入扩展卡尔曼滤波技术, 有效地抑制了惯导误差漂移的问题。通过数值模拟仿真, 证明SINS/GBAS组合导航对飞行器进近着陆段的水平与高程定位误差不大于0.05 m, 测速误差不大于0.05 m/s, 从而证实了SINS/GBAS组合导航方式在可重复运载器在进近着陆段导航的可行性。

• 基于控制参数估计的再入滑翔目标智能轨迹预测算法

  李明杰, 周池军, 雷虎民, 邵雷, 骆长鑫

  再入滑翔目标的轨迹预测是一项困难且具有意义的技术, 现有利用简单函数拟合控制参数进行轨迹预测的方法, 拟合精度不高且对数据的关联性不强。针对该问题, 本文结合长短期时序网络提出了基于控制参数估计的智能轨迹预测算法。首先, 通过设计快速轨迹生成算法, 结合攻角走廊模型快速生成大量机动轨迹, 构建数据集。然后, 建立了包含末点修正网络、控制参数修正网络及预测网络的智能轨迹预测框架, 利用数据集对关键控制参数的变化规律进行学习。最后, 结合目标运动模型积分外推实现轨迹的准确预测。仿真结果表明, 所设计的预测算法在不同机动模式下的预测平均误差不超过1.4 km, 最大误差不超过2.5 km, 能够实现轨迹的快速预测, 且对大气扰动造成的模型不确定性具有一定的鲁棒性。

• 基于Masreliez-Martin的鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波算法及应用

  穆静, 严东升, 蔡远利, 王长元

  针对具有非高斯量测噪声的分数阶离散时间非线性系统的状态估计问题, 提出一种基于Masreliez-Martin(简称为M-M)方法的鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波器。在分数阶离散非线性动态系统基础上, 使用三阶容积原则推导了状态预测公式, 并使用M-M方法实现状态的量测更新, 构成了基于M-M方法的鲁棒分数阶容积卡尔曼跟踪算法。将提出的算法应用到再入目标的状态估计中, 仿真结果表明, 基于M-M方法的鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波器优于分数阶无迹滤波器和分数阶容积卡尔曼滤波器。最后, 分析了不同程度的量测污染噪声对鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波算法的估计性能影响, 验证了所提算法的鲁棒性。

• 通导一体化环月星座设计初探

  王晓伟, 詹亚锋, 谢浩然, 陈曦

  探月活动的深入开展对月球中继星座的覆盖连续性、通信即时性、导航精准性及建设成本的要求越来越高。通导一体化的出现可为月球星座设计带来新思路, 可在为月面用户提供通信中继服务的同时, 在三重覆盖下实现高精度月面用户定位。针对不同卫星数量、不同轨道高度的环月星座轨道, 分析了其单重、双重和三重全月面全时覆盖的性能, 提出了特定高度下针对不同覆盖重数所需卫星数量的理论最小值, 并进行了仿真验证; 而后在通导一体化设计准则下, 对三重覆盖的情况进行了月面用户定位仿真分析, 结果显示三重覆盖定位精度可达米级。

• 基于虚拟阵列扩展的改进加权空间平滑算法

  孙志国, 柏乔森, 白永珍, 孙溶辰

  针对相干信源的波达方向(direction of arrival, DOA)估计问题, 传统的空间平滑算法通过减小阵列孔径来解相干, 导致估计精度降低。本文以相干分布源为研究对象, 首先通过扩展共轭虚拟阵列增大阵列孔径, 使用Toeplitz算法进行预估计, 根据预估计值构建加权矩阵, 通过二次加权空间平滑恢复协方差矩阵的秩, 消除信号的相干性, 结合传播因子算法估计得到目标信源的入射角度。该算法充分利用子阵输出的自相关和互相关信息, 改善了阵列孔径带来的精度影响。仿真结果表明, 所提算法对相干信源具有良好的分辨能力和估计精度, 在低信噪比时鲁棒性较好。

• 基于IUPF算法的三维无人机毫米波波束跟踪

  张俊杰, 仲伟志, 张璐璐, 王俊智, 朱秋明

  由于无人机毫米波通信技术具有高速数据传输和广域网络覆盖能力, 因此在军用和民用领域中拥有广阔的应用前景。针对无人机毫米波通信需要进行精确的波束跟踪这一问题, 提出一种基于改进无迹卡尔曼粒子滤波算法的三维波束跟踪方法。该方法首先利用无迹卡尔曼滤波建立建议密度函数并更新采样粒子; 然后计算每一个采样粒子的权值, 并在归一化后再次对粒子进行重采样; 最后计算粒子均值, 得到波束跟踪角度。仿真结果表明, 该方法相较于以往毫米波波束跟踪方法大大降低了估计误差, 显著提高了波束的跟踪精度。

• 基于深度强化学习的卫星光网络波长路由算法

  李信, 李勇军, 赵尚弘

  针对由卫星光网络拓扑动态变化、业务多样化和负载不均引起的路由收敛慢和波长利用率低的问题, 提出了一种基于深度强化学习的卫星光网络波长路由分配方法。基于软件定义中轨/低轨(medium earth orbit/low earth orbit, MEO/LEO)双层卫星网络架构, 利用深度强化学习算法动态感知网络当前的业务负载和链路状况, 构造基于时延、波长利用率和丢包率的奖励函数进行选路决策。为了解决单跳链路对整个光路的影响, 引入链路瓶颈因子, 搜索符合服务质量(quality of service, QoS)约束的最优路径。研究结果表明, 与传统卫星网络分布式路由(satellite network distributed routing algorithm, SDRA)算法和Q-routing算法相比, 所提算法降低了网络的时延、丢包率, 提高了波长利用率, 同时也降低了高优先级业务的阻塞率。

• 具有差异化服务的混合对等网络性能分析

  张长振, 马占友, 刘琳, 陈利

  为了应对对等网络中的“搭便车”行为, 提出一个惩罚策略, 即对“搭便车”行为的请求节点和资源共享的请求节点提供差异化服务, 减少“搭便车”行为的请求节点的个人收益。使用带有两类服务台、负顾客的多重工作休假M/M/c+d排队模型对混合对等网络进行建模, 利用矩阵几何解的方法, 得到了系统的稳态分布。通过数值实验定量刻画了参数变化对系统性能的影响, 对比了请求节点的个人平均收益。实验结果显示, 无论在哪一个休假参数水平下, Ⅰ类请求节点的个人平均收益相比于Ⅱ类请求节点的个人平均收益至少高出20%。

• 面向任务的装备保障体系多Agent建模与评估方法

  李峻森, 方依宁, 张云安, 白光晗, 陶俊勇

  随着战争形态向着体系化、智能化转变, 装备保障体系有了新挑战。同时, 动态变化的战场环境要求装备体系要适应战场态势, 动态支撑作战任务。目前, 装备保障体系建模研究存在与作战任务联系不紧密、与装备体系不匹配, 不能充分体现装备保障体系自主性等问题。首先, 基于多Agent方法, 从结构和流程两个方面对装备保障体系的任务层、基地层、装备层建模, 重点考虑保障任务中时间和空间约束问题; 其次, 提出面向任务的装备保障体系评价指标, 构建指标模型; 最后, 通过对典型作战任务对应保障活动进行仿真, 验证模型的合理性和有效性, 并完成装备保障体系的效能评估。本研究可为装备保障体系结构优化、流程设计等工作提供参考。

• 考虑竞争失效的视情维修和备件订购联合策略优化

  赵斐, 李鑫, 张建

  针对单部件系统提出考虑竞争失效的视情维修和备件订购联合策略, 采用控制限维修策略和动态随机冲击阈值机制判别是否需要进行预防性维修(preventive maintenance, PM)或故障更换(corrective replacement, CR), 当退化达到PM阈值时执行不完美维修(imperfect maintenance, IPM), 且经有限次IPM后对系统进行预防性更换(preventive replacement, PR)。同时, 考虑IPM和随机冲击对退化量和退化率的影响, 进而构建基于维纳过程的多阶段退化模型; 引入备件订购阈值, 根据冲击幅值与冲击阈值的关系决定是否正常订购备件。分析更新事件并利用更新报酬理论建立最小化平均费用的联合策略优化模型, 设计离散事件仿真算法求解, 最后通过实例验证了所提模型和算法的有效性。

• 基于多信号流图和相似性度量的故障可诊断性评价方法

  秦玉峰, 史贤俊

  针对目前基于定性模型无法对电子系统故障可诊断性进行定量评价的问题, 将定性模型与数据驱动方法相结合, 提出一种基于多信号流图和相似性度量的故障可诊断性评价方法。首先, 根据系统的组成结构建立多信号流图模型并得到故障-测试相关性矩阵, 基于故障-测试相关性矩阵提出了故障可诊断性评价准则。其次, 提取测试信号的小波包Shannon熵作为特征向量, 以欧式距离作为相似性度量指标, 将故障可诊断性定量评价问题转换为不同故障模式下测试信号特征向量的相似性度量问题。然后, 构建故障可诊断性评价矩阵, 依据故障可诊断性评价矩阵提出了系统可诊断性指标。最后, 通过仿真分析验证了所提方法的有效性。结果表明, 所提方法在不构建数学模型的前提下, 能够实现电子系统的故障可诊断性的定量评价。