基于改进型BP神经网络的导引头测高性能评估

武器装备性能评估贯穿于装备发展的全寿命过程,对于装备定型与实战化运用具有重要意义。针对传统反向传播(back propagation, BP)神经网络模型易陷入局部最优、武器装备评估数据少等问题,提出了基于数据包络分析和Bootstrap法的改进型BP神经网络模型。利用数据包络分析处理原始指标得到3项优化参数,结合Bootstrap法对其进行扩充,再通过BP神经网络建立评估模型。实验表明,改进模型得到的合成孔径雷达(systemic aperture radar, SAR)导引头测高性能评估结果,其决定系数和误差系数均有明显改善。该模型不仅规避了模糊综合评判法主观性强、精确度不高等问题,同时有效解决了传统BP神经网络模型易陷入局部最优和武器装备评估数据少的两个问题。     

利用贝叶斯决策的GBAS保护级完好性风险分配

完好性风险是描述导航系统完好性重要指标之一。美国航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics, RTCA)在其标准DO-245A中提到,可依据Ⅰ类陆基增强系统(groud-based augmentation system, GBAS)地面基准站中的基准台数将保护级完好性风险分配于H₀和H₁假设,用于计算漏检乘积因子和GBAS保护级。此方法未能依据基准台故障情况分配完好性风险概率,导致保护级无法较准确地反映GBAS位置误差。本文利用Bayesian决策,基于最小总错误率准则重新分配H₀和H₁假设下的完好性风险概率。仿真分析了不同基准台数以及不同误差分布下完好性风险概率的分配,并计算了漏检乘积因子和垂直保护级,结果表明在基准台数大于2以及存在零均值或非零均值高斯分布的垂直位置误差时,基于Bayesian决策的完好性分配算法降低了保护级数值。理论分析和仿真实验表明,基于最小总错误率准则重新分配H₀和H₁假设下的完好性风险概率,减小了完好性风险分配的错误率,使保护级紧致地包络实际定位误差。     

利用贝叶斯决策的GBAS保护级完好性风险分配

完好性风险是描述导航系统完好性重要指标之一。美国航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics, RTCA)在其标准DO-245A中提到,可依据Ⅰ类陆基增强系统(groud-based augmentation system, GBAS)地面基准站中的基准台数将保护级完好性风险分配于H₀和H₁假设,用于计算漏检乘积因子和GBAS保护级。此方法未能依据基准台故障情况分配完好性风险概率,导致保护级无法较准确地反映GBAS位置误差。本文利用Bayesian决策,基于最小总错误率准则重新分配H₀和H₁假设下的完好性风险概率。仿真分析了不同基准台数以及不同误差分布下完好性风险概率的分配,并计算了漏检乘积因子和垂直保护级,结果表明在基准台数大于2以及存在零均值或非零均值高斯分布的垂直位置误差时,基于Bayesian决策的完好性分配算法降低了保护级数值。理论分析和仿真实验表明,基于最小总错误率准则重新分配H₀和H₁假设下的完好性风险概率,减小了完好性风险分配的错误率,使保护级紧致地包络实际定位误差。     

基于高斯混合模型的光纤罗经误差概率分布建模

针对船用光纤罗经误差的概率分布不完全符合高斯分布的情况, 提出了一种基于高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)的光纤罗经误差概率分布函数(probability distribution function, PDF)建模方法。该方法使用多个高斯分布的线性叠加来拟合光纤罗经误差的概率分布, 并结合一种鲁棒性的期望最大化(expectation maximization, EM)算法来估计GMM中的参数。仿真分析和实测数据验证, 相比于使用单一的高斯分布, 基于所提方法建立的光纤罗经误差概率分布更加符合该导航设备误差的实际概率分布。     

大气低频噪声混合模型的MCMC参数估计

大气噪声是低频通信中的主要干扰,且具有严重非高斯分布特性,对非高斯噪声模型的参数估计对于提高低频接收机的性能具有重要意义。设计了估计非高斯混合模型参数的马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo, MCMC)算法,该算法通过构建贝叶斯层次模型,利用Gibbs抽样和M-H抽样更新迭代参数。利用乘积特性,将稳定分布作为等价的高斯分布来处理,并在层次模型中设置多个额外参数,以增强其灵活性。仿真实验与实测数据表明,该算法迭代收敛快、精度高,有很高的实用价值。     

基于UKF的新型北斗/SINS组合系统直接法卡尔曼滤波

针对传统的间接法卡尔曼滤波在北斗/捷联惯导(serial inertial navigation system, SINS)组合导航系统中无法实现较高的定位精度且计算的冗余度大的缺点,提出一种基于无迹卡尔曼滤波（unscented Kalman filter, UKF）的新型组合系统滤波算法。本算法以SINS输出的导航参数及平台误差角等作为系统状态,无源北斗输出的位置速度参数作为量测,采用改进的UKF方法进行数据融合,并直接计算组合系统导航参数的最优估计。实验结果表明,新算法可以降低对伪距误差模型的精确度要求,同时避免非线性系统状态方程的线性化,简化滤波参数的调整过程,从而有效地缩短组合导航系统的解算时间,提高定位精度。     

有色非高斯数据PSD/PDF建模的MLE/DC方法

AR模型、混合高斯模型分别可以很好地拟合样本的功率谱和概率密度。AR模型参数估计可以使用最大似然估计法(MLE);而在各高斯分量概率密度互不重叠的条件下,使用动态簇算法(DC)则可快速而精确地估计出混合高斯模型参数。使用MLE/DC参数估计方法,并在两种方法间建立一定耦合,即可对有色非高斯数据进行准确的功率谱和概率密度建模,进而实现数据的预白与高斯化。     

非高斯alpha稳定分布环境中自适应滤波及研究进展

讨论了非高斯alpha稳定分布噪声环境中的自适应滤波及其近十几年来的研究进展。以alpha稳定分布的线性理论和参数的最大似然估计理论为基础,发展形成了线性滤波和非线性滤波两大类算法。相对于高斯环境下的滤波,新滤波算法在脉冲噪声中的韧性得到显著提高。最后分别给出了两类算法在谐波恢复中的应用实例。     

基于回波数据的机载双天线InSAR运动补偿

基于定位定向系统(position and orientation system,POS)测量数据实现补偿不适用于基线非刚性的系统,因而研究了基于回波数据的干涉相位误差补偿方法——频谱分割方法,分析了干涉相位误差与载机姿态变化造成的斜距误差之间的关系,阐明了算法原理及适用条件.分析了算法的关键参数对补偿精度的影响,提出定量化的选取标准.基于相位误差随距离向变化的模型,改善了算法精度,给出了算法流程.最后利用该算法处理了实际机载双天线InSAR数据,结果表明该方法具有较高的精度,可以在缺乏测量数据的情况下完成干涉相位误差补偿.     

航天长寿命产品可靠性建模与评估的Bayes信息融合方法

针对航天长寿命产品在研制、生产、试验和使用过程中, 存在大量的性能退化数据和少量寿命数据的特点, 给出了融合性能退化数据和寿命数据获取其寿命分布的一种Bayes方法, 以及利用其性能退化参数来进行可靠性评估的方法. 首先, 根据Fisher信息量确定维纳过程漂移参数和扩散参数的无信息验前分布; 然后, 利用性能退化数据结合其性能退化的独立高斯增量特点, 获取参数的第一次验后分布, 利用寿命数据结合其寿命的逆高斯分布获取参数的第二次验后分布; 最后, 利用漂移参数和扩散参数的验后分布, 对产品进行了可靠性评估. 本文模型充分利用了性能数据和寿命数据, 在很大程度上提高了评估的精度.     

基于SINS/GBAS组合导航的高精度进近着陆导航技术

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DEM的民航地空VHF通信有效覆盖仿真研究

针对起伏地形环境下求解民航地空甚高频(very high frequency, VHF)通信有效覆盖范围冗余较大、精度较低的问题, 采用改进的最大斜率法进行了仿真研究。首先, 考虑遮蔽角计算存在计算冗余, 提出“高程清洗”方法, 降低计算量。其次, 考虑求解最大斜率遮蔽角存在误差, 采用改进的反距离加权插值法对原始数字高程模型数据进行插值提升分辨率, 提高了切点逼近点位置精度。然后, 为确定遮蔽区域具体点位, 提出“切点截止法”进行求解。最后, 为得到准确覆盖率, 采用“网格法”分析计算。实验表明, 改进的最大斜率法可有效减少计算冗余, 提高信号覆盖求解精度, 覆盖率相对改进前分别降低9.58%、4.10%和1.26‰。改进的VHF有效覆盖范围仿真程序可为VHF地面通信站选址、飞机航线规划提供支撑。     

MEMS惯性高度尺测量精度分析

研究了基于微电子机械系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)的惯性导航系统的短时相对高程测量精度,设计了“惯性高度尺”算法,进行了桌面测高和楼层测高两个验证性实验。分析了不同运动条件和运动时间下“惯性高度尺”的测高精度。基于零速修正技术提出了一种分段测量的方法。实验结果表明,桌面测高可实现毫米级精度(相对误差0.17%),楼层测高可实现多层厘米级和单层毫米级测量精度(相对误差分别为0.22%,0.06%)。测量误差与载体的姿态动态和运动时长成正相关。实验验证了MEMS惯导用于高度测量具有较高可行性,稳定的运动条件和较快的测量时间能够提高测量精度。     

基于仿真的复杂武器系统任务可靠性计算方法研究

论述了复杂武器系统任务可靠性计算的一般要求和计算任务可靠度及MTBCF的基本计算方法，分析了复杂系统可靠性置信下限用仿真方法求解的基本问题，包括抽样方法，仿真计算程序及系统可靠性综合求解等问题，通过具体示例，说明了复杂系统的故障分布是指数型的说法并不总是正确的，应通过数据检验来确定其分布，否则，计算结果有很大误差，根据简化模型。把仿真方法与解析方法计算结果进行了对比分析。提出了供工程应用的有效可行方法。     

小子样变总体下的Bayes测试性验证方法

现有测试性验证试验方案一般都需要较大的故障样本量,利用装备研制阶段的测试性数据则可能有效解决这一问题。但研制阶段的测试性数据和现场试验数据一样属于“小子样”且具有“变总体”特点,为此提出一种基于Bayes理论的测试性验证方法。首先根据装备研制各阶段积累的测试性试验信息构建装备测试性参数故障检测/隔离率(fault detection rate/fault isolation rate,FDR/FIR)的动态增长模型,用以揭示装备测试性水平的动态变化规律,并对其测试性指标进行预测。然后根据最大熵原理计算系统FDR/FIR的先验分布。最后结合少量现场试验数据,根据Bayes最大验后风险准则制定装备测试性验 证方案,对装备测试性指标进行验证。通过实例对比分析表明,该方法有效融合了研制阶段数据与现场试验数据,能在小样本的情况下提高验证结论的置信度,降低评估风险。     

基于CS-Jounce模型的船摇滤波与预报方法

根据航天测量船船摇数据特性,提出了基于“当前”统计Jounce模型(“current” statistical Jounce model, CS Jounce)和最大相关熵卡尔曼滤波器的滤波及预报方法。在分析船摇数据周期特性的基础上,使用频域滤波方法分析了船摇数据噪声,得出其非高斯白噪声,指出去船摇数据四阶差分量周期性显著减弱。为克服船摇动力学建模复杂的问题,引入机动目标跟踪理论,针对目前模型阶数不够高的问题,结合“当前”统计的思想,推导了CS-Jounce模型。针对船摇数据噪声非高斯白噪声的问题,引入了最大相关熵卡尔曼滤波器。实测数据验证表明,该方法能很好地跟踪船摇数据,滤波精度较高,三步预报均方根误差小于5″。同时,该方法能较好地估计和预报船摇角度及角加速度数据。     

多参数对混沌系统的影响

针对离散混沌系统有时会出现多个参数同时参与系统行为的情况,提出了多参数离散混沌系统的一般形式表达式。对于多参数离散混沌系统,如果确定了不同的系统参数,混沌系统的一般形式可转化为相应的混沌系统。通过对多参数离散混沌系统的动力学行为分析,发现同一离散混沌系统在多个参数的影响下,会出现复杂的动力学行为。给出了分岔序列的具体计算方法和步骤,数值模拟实验表明该方法的正确性和有效性。     

基于离散时间贝叶斯网络的动态故障树分析的改良方法

传统基于离散时间贝叶斯网络的动态故障树分析方法的计算时间和计算精度受时间分段影响极大。基于复合梯形积分方法分析传统方法的计算误差,提出改良的动态门转化方法,补偿其计算误差。以某测量系统为例,建立动态故障树和贝叶斯网络,验证改良方法的可行性和高效性。结果表明:改良方法在时间分段较小时,能得到精确的系统失效概率。改良方法补偿了传统方法的计算误差,提高了结果的计算精度和计算效率,适用于服从各种常见分布的复杂系统。     

无人直升机自主着舰轨迹跟踪控制

着舰飞行过程中的轨迹跟踪控制能力是影响舰载无人直升机性能的关键因素,针对无人直升机模型不确定性和在飞行时受阵风干扰的问题,基于扩张状态观测器(extend stated observer, ESO)和动态面策略提出一种应用于无人直升机自主着舰的轨迹跟踪控制方法。首先,建立无人直升机数学模型。其次,设计复合扰动ESO,用来观测未建模动态和外界阵风扰动的影响,并采用前馈补偿的方式来抑制系统不确定性,实现系统对扰动的鲁棒性。然后,采用内外环形式的分层结构设计轨迹跟踪控制器,采取动态面策略避免反步法“微分爆炸”和控制参数调整不敏感的问题,并采用Lyapunov方法证明了整个系统是一致渐进稳定的。最后,采用课题组在研直升机进行了仿真实验,仿真结果表明该控制器具有较好的轨迹跟踪性能。