基于鸟击事故征候预测的通用航空安全研究

作为民航运输的两翼之一,通用航空安全水平直接影响民机系统的安全。目前,对通航以及鸟击事故征候进行预测的研究较少,本文根据收集到的美国从事通用航空活动发生鸟击事故征候安全状况数据,采用长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络模型对鸟击事故征候数据进行训练和预测。实验结果显示,与传统模型相比, LSTM模型具有更好的预测效果,精确度更高。基于此,提出了预测稳定性更好的LSMT-均方根误差(LSTM-root mean square error, LSTM-R)模型,为通用航空鸟击事故征候预测提供了手段和方法,加强了通用航空安全管理。     

基于稀疏降噪自编码神经网络的通用航空风险预测

近年来通用航空发展迅速,由此引发的安全问题日益引起重视。但是由于通用航空器种类繁多,样本之间的差异性较大,传统的统计分析技术在通用航空风险预测方面就显得无能为力。提出一种基于稀疏降噪自编码神经网络的通用航空风险预测方法,稀疏降噪自编码模型(sparse de-noising auto-encoder,SDAE)可以学习相对稀疏简明的数据特征,更好地表达输入数据。利用收集到从2012年1月至2015年12月共48个月各个不同事件发生原因的其他不安全事件总数量,建立民航事故征候万架次率的神经网络预测模型,将其他不安全事件的发生与事故征候联系起来。通过实例说明,构建的SDAE模型可以根据输入的其他不安全事件的数量对当月的事故征候万架次率做出较为准确的预测。     

基于改进LSTM模型的航空安全预测方法研究

精确的航空安全预测是科学开展安全预警的前提.航空事故不仅致因机理复杂,还存在迟滞效应,给安全样本时序信息的深度挖掘加大了难度.基于此,提出一种基于改进长短期记忆(long short-term memory,LSTM)模型的航空安全预测新方法.首先基于相关系数热图优选致因指标,再以步进搜索和Adam算法相结合的方式优化...     

基于LSTM分类器的航空发动机预测性维护模型

利用传感器数据进行预测性维护是航空发动机故障预测与健康管理(prognostic and health manage-ment,PHM)的关键问题.针对发动机剩余寿命预测准确性低的问题,提出基于长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)分类器的预测性维护模型.LSTM分类器...     

基于随机森林的航空安全因果预测新方法

构建精确航空安全预测模型确定事故及其致因因素变化规律，对航空安全智能管理与主动决策具有重要意义。为此，提出一种基于Bow-tie模型组合的随机森林算法用于航空安全因果预测，完成安全预测模型参数优化、致因变量贡献排序。首先，基于Bow-tie模型开展航空安全致因因素的关联辨识，确定安全致因变量。其次，以某航空公司2017～2019年民航安全数据：管理因素、环境因素、飞机因素、人的因素、外在因素等为研究对象，基于随机森林构建航空安全因果预测模型，开展预测变量的重要性分析、模型构建和预测精度分析。结果表明，该方法能有效预测航空安全关键因素及航空安全态势的变化趋势。同时，该方法与相关向量机、神经网络做了性能对比，所提模型在预测性能和稳健性均占优。此外，变量重要性分析结果表明：环境因素对2017～2019年航空安全影响最大，需要重点管控；反之，管理因素对于航空安全影响最小，可忽略。     

基于FCM的UAV事故成因预测方法

无人机安全问题已经成为航空领域一个亟待解决的难题,坠机事故不但会造成装备和财产损失,而且也会给高技术安全带来巨大风险.在分析相关坠机事故统计的基础上,提出了一种影响无人机安全的事故因素划分原则和方法,建立了无人机事故成因预测的FCM模型.利用FCM的知识表示和推理可以预测出系统达到稳定状态时各因素的状态值,通过关联度计算对事故的影响因素进行排序,得到诱发无人机事故的主要因素.实例验证和分析证明该方法对于无人机事故成因的预测是可行的.     

基于LSTM-DBN的航空发动机剩余寿命预测

针对航空发动机剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测中多传感器监测数据维度高、规模大以及时间序列信息考虑不充分等问题,提出一种融合长短时记忆(long short-term memory, LSTM)网络和深度置信网络(deep belief network, DBN)的RUL预测方法。首先,利用LSTM分别对单一传感器进行时间序列预测。其次,将预测结果整合输入到DBN进行健康指标提取。再次,结合健康指标预测曲线和失效阈值得到RUL预测结果。最后,利用商用模块化航空推进系统仿真数据集开展实验,并与已有方法进行对比分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于卡尔曼滤波算法展开的飞行目标轨迹预测

目标轨迹预测是保证目标航行安全、规划飞行航迹和搜寻空中目标等任务的关键技术，在军事和交通管制等方面具有重要意义。针对传统飞行目标轨迹预测方法模型较为简化且预测精度较低的问题，提出了基于卡尔曼滤波算法展开的深度神经网络模型，用于飞行目标的轨迹预测任务。该模型通过长短时记忆(long short-term memory, LSTM)网络从目标的航迹数据中学习目标的运动状态，再利用卡尔曼滤波算法对LSTM预测的目标状态估计值进行动态修正，其有效结合了卡尔曼滤波算法和深度神经网络各自的优势。在仿真数据和真实数据上的实验验证了所提模型较其他网络模型对飞行目标轨迹预测的准确性和有效性优势。     

基于灰色马尔可夫SCGM(1 ,1) C 模型的空难人数预测

空难事故预测是航空安全评价和决策的基础.灰色预测适合于时间短、数据量少和波动不大的系统对象,而马尔可夫链理论适用于预测随机波动大的动态过程.结合灰色预测和马尔可夫链理论的优点,提出了一种灰色马尔可夫SCGM(1,1)C模型.用单因子系统云灰色SCGM(1,1)C模型拟合系统的发展变化趋势,并以此为基础进行了马尔可夫预测.对1979~2003年全球空难人数进行了预测分析,结果表明该模型既能揭示了空难人数变化的总体趋势,又能克服了随机波动性数据对预测精度的影响,具有较强的工程实用性.     

基于LSTM模型的恐怖袭击事件发生时间预测

针对部分地区恐怖袭击短期内频发的问题,提出了基于长短时记忆(LSTM)神经网络模型的恐怖袭击事件发生时间预测方法.首先,建立了恐怖袭击事件演化模型,对局部地区存在的恐怖袭击事件短期内数量剧增现象进行了分析.其次,以演化模型为基础从全球恐怖主义数据库(GTD)中提取出17项代表恐怖袭击事件特性的指标,并构建了用于预测的LSTM模型.采用伊拉克2001年9月至2016年底的恐怖袭击事件数据进行实验分析.结果表明,基于LSTM的预测方法能够较准确的预测短期内恐怖袭击事件的发生时间.     

任意阵列双基地MIMO雷达的半实值MUSIC 目标DOD和DOA联合估计

实值处理具有降低高自由度多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达角度估计大计算量的优势。但受制于阵列的共轭对称性,对于任意阵列结构的双基地MIMO雷达发射角(direction of departure, DOD)和接收角(direction of arrival, DOA)联合估计,若不做附加的预处理则无法实现实值操作,故将常规阵列实值处理的多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)超分辨算法推广至任意阵列结构的双基地MIMO雷达。首先根据MIMO雷达的导向矢量共轭与镜像的对等性,提取接收信号协方差矩阵的实部,并对其进行特征分解得到“目标加倍”的信号子空间及其应对的噪声子空间;然后利用Kronecker积的特性对其进行降维处理,得到搜索区域减半的一维半实值域MUSIC谱,取出目标DOD真值与其镜像代入降维Capon算法来剔除虚拟峰值得到目标DOD估计真值;最后利用特征矢量得到模糊DOA估计值,采用方向余弦差最小范数方法得到目标DOA无模糊估计值。本文算法估计性能与一维搜索复数域MUSIC相当,计算量约降50%,且能够实现DOD和DOA的自动配对。仿真结果证明了该算法的有效性。     

单基地MIMO雷达降维酉ESPRIT算法

波达方向(direction of arrival, DOA)估计问题是单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达信号处理中的一个关键问题。在低信噪比、低快拍数的情况下,常规DOA估计算法的性能会严重下降。针对此问题,提出一种新的DOA估计算法：降维酉旋转不变性信号参数估计技术算法。该算法首先通过降维变换将MIMO雷达数据变换至低维信号空间,然后在该低维信号空间构造实值旋转不变性方程估计目标的DOA。仿真结果表明该方法能够在低信噪比、低快拍数的环境下获得较常规ESPRIT方法更高的DOA估计精度,同时具有更低的运算量。     

基于Barzilai-Borwein迭代的低复杂度大规模MIMO信号检测算法

在大规模多输入多输出系统中,最小均方误差(minimum mean square error, MMSE)算法能达到接近最优的线性信号检测性能,但是MMSE算法需要复杂的矩阵求逆运算,这限制了该算法的应用。为了降低运算复杂度,改进MMSE算法,利用Barzilai Borwein(BB)迭代算法来避免矩阵求逆运算,提出了结构简单的BB迭代信号检测算法,且基于信道硬化特性进一步优化了迭代初始解以加快算法的收敛速度。理论和仿真结果表明,所提出的BB迭代算法的性能优于最近提出的Neumann级数展开算法,而其复杂度相比截短阶数i=3的Neumann级数展开算法减少了一个数量级;且该算法收敛速度较快,在给定初始值的条件下,通过简单的几次迭代,能够快速接近MMSE算法的检测性能。     

L阵基于降维MUSIC的二维DOA与频率估计

提出了一种L阵中基于降维多重信号分类(reduced dimensional multiple signal classification, RD-MUSIC)的二维波达方向(two dimensional direction of arrival,2D-DOA)与频率联合估计算法。该算法首先通过一维局部谱峰搜索得到接收信号频率的估计,然后利用频率估计过程中得到的参数矩阵,获得信号的2D-DOA估计。与需要进行多维全局搜索的传统MUSIC算法相比,所提算法只需一维局部搜索,算法复杂度较低。该算法同时适用于均匀L阵和非均匀L阵,且能获得配对的二维角度与频率估计。其角度与频率估计性能接近于传统的MUSIC算法以及平行因子方法,且优于借助旋转不变性估计信号参数算法和传播算子算法。     

MUSIC空间谱估计并行运算算法

针对多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法计算量大不适于实时处理的问题,提出了一种并行处理方案。首先,根据协方差矩阵的Hermite特性简化其构造过程;再通过实值化预处理,将后续运算转换到实数域,通过Householder变换将协方差矩阵简化为三对角矩阵,对三对角矩阵进行QR分解得到特征值和特征向量用于谱峰搜索|最后,各个阶段都适于采用多处理器并行处理。通过理论分析和仿真,验证了该方法在对MUSIC算法性能影响不大的前提下能大大减小运算量,提高算法处理速度,为MUSIC算法的高效化实现提供了一定的理论基础。     

Efficient parallel adaptive array beamforming algorithm

For a large-scale adaptive array, the heavy computational load and the high-rate data transmission are two challenges in the implementation of an adaptive digital beamforming system. An efficient parallel digital beamforming (DBF) algorithm based on the least mean square algorithm (PLMS) is proposed. An appropriate method is found to partition the least mean square (LMS) algorithm into a number of operational modules, which can be easily executed in a distributed-parallel-processing fashion. As a result, the proposed PLMS algorithm provides an effective solution that can alleviate the bottleneck of high-rate data transmission and reduce the computational cost. PLMS requires less computational load than that of the conventional parallel algorithms based on the recursive least square (RLS) algorithm, as well as it is easier to be implemented to do real time adaptive array processing. Moreover, low sidelobe of the beam pattern is obtained by constraining the static steering vector with Tschebyscheff coefficients. Finally, a scheme of the PLMS algorithm using distributed-parallel-processing system is also proposed. The simulation results demonstrate that the PLMS algorithm has the same interference cancellation performance as that of the conventional LMS algorithm. Moreover, the PLMS algorithm can obtain the same good beamforming performance, regardless how the algorithm is partitioned. It is expected that the proposed algorithm will be used in a large-scale adaptive array system to deal with real time adaptive digital beamforming processing.     

不敏空时自适应处理算法

针对空时自适应处理(STAP)的非均匀检测环境,提出了一种新的不敏空时自适应处理算法.该算法通过对有限的非独立同分布(non-i.i.d)数据应用不敏变换(UT)来获得近似估计的协方差矩阵,即将原始的非均匀数据到其所对应的均匀数据看作一种特殊的非线性变换,利用不敏变换(UT)估计非均匀数据经非线性变换后所对应均匀数据的协方差矩阵,有效地降低了非均匀特性的影响.仿真结果验证了该算法在非均匀环境下具有良好的运动目标检测性能.     

机载雷达三维空时自适应相关域降维算法

由于利用了俯仰维的自适应能力,三维空时自适应处理(three-dimensional space-time adaptive processing, 3D-STAP)能够获得比传统二维空时自适应处理(2D-STAP)更好的性能,但同时在运算量和采样数目的要求都将急剧增大。为了克服这个问题,提出了一种基于相关域的机载雷达三维空时自适应降维算法,即利用空时相关矩阵的子矩阵,将最优空时处理的二次代价函数转化为两个二次代价函数,并迭代求解这两个二次代价函数的两个低维权向量,所提算法能够明显降低计算复杂度和样本数目要求。基于仿真和实测数据的实验验证了算法的有效性。     

Direction-of-arrival estimation based on direct data domain （D3） method

A direction-of-arrival (DOA) estimation algorithm based on direct data domain (D3) approach is presented. This method can accuracy estimate DOA using one snapshot modified data, called the temporal and spatial two-dimensional vector reconstruction (TSR) method. The key idea is to apply the D3 approach which can extract the signal of given frequency but null out other frequency signals in temporal domain. Then the spatial vector reconstruction processing is used to estimate the angle of the spatial coherent signal source based on extract signal data. Compared with the common temporal and spatial processing approach, the TSR method has a lower computational load, higher real-time performance, robustness and angular accuracy of DOA. The proposed algorithm can be directly applied to the phased array radar of coherent pulses. Simulation results demonstrate the performance of the proposed technique.     

一种高分辨率谱估计与数据外推的快速算法

利用信号频谱幅度分布的先验信息，对短时数据序列信号提出了一种实现高分辨率谱估计和数据序列外推的快速算法。该算法利用了算子矩阵的特殊结构，采用简单、快速的矩阵求逆算法，使算法的运算量和数据存储容量大幅度下降。给出了算法在高分辨率谱估计及数据序列外推中的应用实例和仿真结果，证实了该算法的优良性能。