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。     

非线性扰动离散广义时滞系统的鲁棒H∞控制

研究了扰动是满足Lipschitz条件的一类非线性离散广义时滞系统的鲁棒H_∞控制和鲁棒H_∞保性能控制问题。目的是设计系统的鲁棒H_∞控制器和鲁棒H_∞保性能控制器。应用线性矩阵不等式方法,分别给出了系统的鲁棒H_∞控制器和鲁棒H_∞保性能控制器存在的充分条件;并在这些条件可解时,分别给出了鲁棒H_∞控制器和鲁棒H_∞保性能控制器的表达式。最后用例子说明了所给方法的应用。     

非齐次马尔可夫LPV系统的H∞异步控制

针对存在外界干扰的情况,对一类离散时间非齐次马尔可夫线性变参数(linear parameter-varying, LPV)系统的H_∞异步控制问题进行了研究。由于实际非齐次马尔可夫系统的系统模态难以直接获得,考虑了控制器模态和系统模态不一致的异步问题,并用一个非齐次隐马尔可夫模型建模。非齐次马尔可夫系统和非齐次隐马尔可夫链的时变特性分别由分段齐次状态转移概率矩阵和分段齐次条件概率矩阵描述,且受同一个高层齐次马尔可夫链支配。针对上述问题,完成了对闭环非齐次马尔可夫LPV系统的稳定性分析、H_∞性能分析和H_∞异步控制器设计,使系统在受到外界干扰和控制器模态与系统模态存在异步现象的情况下满足给定的H_∞性能指标。最后通过对直流电机的仿真实验验证了利用非齐次信息得到理论的有效性和优越性。     

快速联合H∞滤波在SINS/GPS组合导航中的应用

针对捷联惯导/卫星定位(SINS/GPS)组合导航中联合卡尔曼滤波器对系统模型和噪声统计特性的依赖性和算法运算量大等缺点,提出了新的联合H_∞滤波方法.定义了新的联合H_∞滤波公式,提出了融合信息在子滤波器中自适应分配原则,简化了联合H_∞滤波算法.由于H_∞滤波不需要已知噪声的统计特性,因此新算法具有很强的鲁棒性,同时联合算法又可以有效地增加系统的客错能力.仿真实验证明新算法在稳定性和实时性上都有较大提高.     

一类不确定时滞非线性系统的H∞鲁棒镇定

利用混杂状态反馈策略研究一类不确定时滞非线性系统的鲁棒H_∞镇定问题.首先,当控制器增益矩阵均已知时,利用单Lyapunov函数法和凸组合技术,给出了闭环非线性切换系统具有鲁棒H_∞性能的充分条件并设计出相应切换律.然后,当控制器增益矩阵均未知时,利用多Lyapunov函数法,设计了控制器及相应的切换策略,使闭环非线性切换系统是鲁棒H_∞渐近稳定的.     

模糊连续变增益H∞控制器及其在生化过程中的应用

针对连续搅拌反应釜系统(CSTR)和生物反应等连续系统,采用梯度线性化,设计一种连续变增益控制器,主要思想是先利用梯度线性化方法得到非线性系统的一系列局部线性化模型,结合H_∞理论和极点配置得到变增益矩阵,通过拟合得到连续变增益H_∞控制器,再引入模糊隶属度函数,使控制器兼顾快速特性和良好的阻尼特性,保证系统始终具有较好的动态性能。仿真结果说明了此控制器设计方法的有效性。     

基于加权l1范数优化的双基地ISAR稀疏成像算法

针对低信噪比条件下实现双基地逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)稀疏孔径成像时重构质量较差的问题, 提出了一种基于加权l₁范数优化的高分辨成像算法。首先, 假设各像元稀疏非同分布, 利用贝叶斯准则和最大后验概率估计将双基地ISAR稀疏孔径成像问题转化为加权l₁范数约束问题, 建立成像模型; 然后, 利用柯西-牛顿算法进行加权l₁范数约束最优化问题的求解, 实现目标图像重构。由于假设各像元独立非同分布, 故通过像元加权的方式更好地利用了目标的能量聚集和结构特性, 提高了成像质量。最后, 仿真实验验证了算法的有效性和优越性。     

基于完好性风险估计减少RAIM误警率方法

为了提供更精确的完好性服务,提出一种新型降低用户端自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring, RAIM)误警率的方法。给出了定位误差与残差向量关系的新解释,基于最大定位误差完好性风险算法,提出了扩展正常检测区方法并进行故障检测,通过最大定位偏差保护限值提供故障检测的完好性保证,满足航段漏警率要求。最后,设计一种新的故障检测与故障识别准则,达到在不降低漏检率的条件下,减少误警率。算例表明该方法简单易行、有效。     

基于网络控制系统的H∞鲁棒控制

针对控制器与执行器均为事件驱动、传感器为时间驱动、时延不确定且不大于一个采样周期的网络控制系统,建立了其在单包传输下的离散模型。基于Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)方法,分析了闭环系统的鲁棒稳定性,导出了闭环系统渐近稳定且满足给定H_∞性能指标的充分条件。通过仿真算例,证明了分析方法和结果的有效性。     

基于多参数稳定分布的GBAS垂直保护级计算

针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)的地基增强系统(ground based augmentation system, GBAS)的完好性评估过程中, 使用误差包络理论计算保护级(protection level, PL)时, 误差模型存在的“厚尾”“不对称”“非零均值”等问题, 提出了基于稳定分布的误差包络理论。首先给出了高斯包络理论计算PL的模型; 其次推导了两参数与四参数稳定分布误差包络算法; 最后使用仿真数据和通过实验测得的数据, 对多参数稳定包络模型的算法进行评估。结果表明多参数稳定包络法在相似的计算复杂度下, 解决了高斯包络法建模时过于保守的问题, 显著提高了保护级计算的精确性。     

虚位技术对相控阵导引头探测性能的影响

为了研究相控阵导引头采用虚位技术后对导弹探测制导性能的影响,根据天线单元置相原理,分析了虚位条件下各天线单元的移相规律及波束指向误差产生的原因,建立了天线波束空间传播模型,根据向量空间关系推导了天线方向图数学模型,建立了子阵扫描条件下的子阵方向图表达式及综合因子方向图表达式,分析并说明了存在初始天线波束角情况下子阵扫描对量化副瓣的影响。仿真结果表明,虚位技术会带来波束指向误差,由于子阵扫描,子阵的零点位置与综合因子栅瓣位置基本重合,不会带来过大的量化副瓣电平。     

基于稀疏非均匀COLD阵列的极化信号DOA估计

基于稀疏非均匀COLD(concentered orthogonal loop and dipole)阵列,提出了一种极化信号的DOA(direction-of-arrival)无模糊估计算法.该算法利用了稀疏非均匀COLD阵列的阵元数少和孔径大等特点,因而在阵元数目一定的情况下,可获得较高的DOA估计精度.由于稀疏非均匀COLD阵列可分成电磁环和偶极子两个子阵列,通过分析每个子阵列DOA估计的模糊性,给出了整个稀疏非均匀COLD阵列不发生DOA估计模糊的条件.通过计算机仿真证明了该算法的有效性.     

稀布相控阵雷达子阵划分方法研究

本文首先讨论了稀布阵子阵级自适应数字波束形成技术的特点,在稀布阵特性的理论分析基础上,设计了一种稀布天线阵模型.接着针对三种天线子陈划分:规则不重叠子阵、规则重叠子阵和不规则不重叠子阵,分析了产生栅瓣现象的原因,并且比较了它们的特性.最后根据稀布阵的特点,提出了两种子阵划分方法:子阵单元规则排列法和子阵单元数一定法.计算模拟表明,其具有良好的性能.     

毫米波共形相控阵雷达导引头波束形成

针对毫米波圆锥台共形相控阵天线阵列低副瓣波束形成,提出了基于最优非均匀子阵划分及最优子阵激励的低副瓣波束形成方法.该方法利用多目标进化算法,先通过对整个扫描波束空间进行空间采样并形成空间采样点的天线辐射方向图,然后引入两个多目标函数对这些空间采样点的天线辐射方向图进行低副瓣约束,可获得指定扫描空间内任意角度的低副瓣波束形成.通过多目标进化算法优化子阵结构及其激励能够有效抑制辐射方向图副瓣电平.仿真实验证明该方法有效.     

基于root-RARE算法的非同构分布式阵列高精度方向估计

针对非同构分布式阵列无法使用旋转不变子空间算法(estimation of signal parameters via rotation invariant technique algorithm, ESPRIT),同时为了提高非同构分布式阵列的角度估计精度,提出基于求根降秩算法(root rank reduction estimator, root-RARE)的目标波达方向估计方法。由于分布式阵列的基线长度远大于半波长,合成方向图出现栅瓣,导致测角模糊。算法以root-RARE与多重信号分类算法(multiple signal classification, MUSIC)联合解模糊,以root-RARE得到的粗估计为参考,解整个非同构分布式阵列MUSIC谱估计的模糊,从而得到高精度无模糊的估计。推导非同构分布式阵列方向估计的克拉美罗界,分析算法的波达方向估计性能,同时分析分布式阵列方向估计时的基线模糊门限与信噪比门限之间的关系。仿真结果验证所提算法方向估计的正确性及有效性。     

多通道相控阵自适应数字单脉冲合成方法

为了在有源干扰条件下对目标到达角精确估计,提出一种二维多通道平面相控阵雷达自适应单脉冲波束合成方法。利用平面相控阵方向图的正交性,沿阵列一个方向分别合成和子阵及差子阵,对子阵输出进行自适应处理,可以在其正交方向上形成零点,同时抑制旁瓣及主瓣干扰,并保证该方向上和、差波束不发生畸变,确保该方向的测角精度。仿真结果验证了算法的有效性。     

聚类子阵划分及子阵级单脉冲测角性能分析

在大型阵列天线的设计中,考虑到系统成本及复杂性,通常会采用子阵技术。然而,由于理论分析不足,工程中普遍接受的是较为简单的子阵划分,这种设计的缺陷制约雷达的整体性能。针对阵列雷达单脉冲技术,揭示了最优子阵划分与聚类问题的等价关系,建立了聚类算法求解最优子阵划分的理论基础,并推导了任意子阵划分下的单脉冲技术及其性能指标。聚类方法能够有效地获得最优的划分方案。通过数值实验,对所提方法以及经典的子阵列划分方法进行了仿真对比,验证了聚类子阵划分方法的有效性。     

阵列通道不一致条件下波达方向估计及其校正

现有的基于特征分解类的角度超分辨算法在理想阵列条件下,其估计性能良好,但当信号模型与实际信号环境不匹配,即存在系统误差时,算法的估计性能会严重下降,甚至失效.针对此问题,提出了一种波达方向估计和通道误差校正的新算法,先对各子阵接收信号预处理,使得通道误差对每个子阵的影响一致,这样阵列旋转因子就与通道误差无关,再利用阵列旋转不变性,实现波达方向估计和阵列通道误差的校正.无需校正源,也不需要知道通道误差的先验信息,无需多维搜索寻优和迭代.理论分析和计算机仿真都表明新算法的优越性.     

Design of multi-band frequency selective surfaces using multi-periodicity combined elements

Traditional multi-band frequency selective surface (FSS) approaches are hard to achieve a perfect resonance response in a wide band due to the limit of the onset grating lobe frequency determined by the array. To solve this problem, an approach of combining elements in different period to build a hybrid array is presented. The results of series of numerical simulation show that multi-periodicity combined element FSS, which are designed using this approach, usually have much weaker grating lobes than the traditional FSS. Furthermore, their frequency response can be well predicted through the properties of their member element FSS. A prediction method for estimating the degree of expected grating lobe energy loss in designing multi-band FSS using this approach is provided.     

PFDA阵列点状波束形成及干扰抑制特性研究

频率分集阵列(frequency diverse array, FDA)通过波束指向自由度的增加,为雷达系统在空间、时间以及频率控制等方面的性能提升提供了可能。针对现有文献中较少研究的平面FDA(planar FDA, PFDA)展开分析。首先,分析了PFDA阵列的阵列结构及接收信号处理机制,推导了PFDA阵列的线性增量-时变频偏增量。之后,在采用非线性频控函数的同时,将PFDA阵列划分为基于单边子阵、对称子阵以及交叉子阵的阵列结构,从而将一维FDA阵列的方向图解耦技术扩展到二维面阵。此外,研究了基于PFDA阵列的稳健波束形成技术。最后,仿真验证了本文结论的正确性。