为了定量描述干扰对消性能对扰中侦系统的影响,提出了非理想干扰对消条件下干扰-侦察中断概率的概念,推导了干扰-侦察中断概率性能闭式表达式,并进一步给出了理想干扰对消情况下的渐进中断概率表达式。基于所推导性能闭式表达式,求得了使干扰-侦察中断概率最小化的最优干扰功率。利用蒙特卡罗仿真验证了推导结果的准确性和最优功率的正确性。结果表明,干扰-侦察中断概率随着干扰对消比增大而减小,但随着干扰功率和发射功率的增大先减小后增大；最优干扰功率随着发射功率的增大而逐步增大,但最优干扰-侦察中断概率性能随着发射功率的增大而趋于常数。

针对子阵级单脉冲雷达,研究了和差四通道主瓣干扰对消技术。为此,构建了二维子阵级单脉冲四通道干扰对消信号模型,并提出了以有用信号信噪比损失值为指标的定量方法来表征主瓣干扰对消角度分辨率。基于此,进一步推导了干扰对消角度分辨率的解析表达式,并明确了对消角度盲区的理论边界。仿真与暗室实验的结果验证了该解析式的正确性。研究可为四通道主瓣干扰对消技术的理论边界分析和工程实现提供参考。

为解决宽带干扰对消中的多源干扰抑制问题,建立多源宽带干扰对消的理论模型,得到了取样天线和时域滤波器数量对干扰抑制性能的影响规律。分析干扰源间相关性对干扰抑制性能的影响,研究多干扰源和单干扰源干扰对消比的差异性,提出压缩系数作为衡量多干扰源干扰对消比的指标,并得到了多源宽带干扰对消的干扰抑制需求。实验结果表明,增大取样天线和时域滤波器数量可以显著提高双干扰源的干扰对消比。在相同场景下,双干扰源的干扰对消比低于单干扰源10 dB以上,而且随着双干扰源的功率差变大,压缩系数降低,干扰对消比逐渐降低。当二者的功率差超过25 dB后,压缩系数接近于1,双干扰源等效为单干扰源。

针对因随机假目标干扰、强杂波存在的复杂环境中三维目标检测问题,提出一种基于平行线坐标变换的多层次检测前跟踪算法。雷达量测点被先后置于规格化后的径向距离-时间平面、方位角-时间平面和俯仰角-时间平面分层次进行非相参积累和点迹筛选,每次筛选只对上一层的筛选结果进行处理,再根据先验信息进行航迹约束和航迹融合,得到最终检测结果。通过仿真对算法进行性能验证和分析,结果显示,该算法在不同信干杂比、量测误差和杂波密度下均能有效滤除虚假量测点,实现真实航迹的检测。

围绕宽频带通信干扰对消的需求,提出了新的子带划分与重构框架,并对子带划分滤波器组与重构滤波器进行设计,简化了完全重构条件,使得重构滤波器具备过渡带幅度互补特性。仿真与实验结果表明,设计的重构滤波器可以有效降低重构后通信信号的误码率,并且解决了子带信号拼接过程中的频谱起伏现象。所提出的子带划分与重构框架及重构滤波器设计展现了良好的通信信号重构效果,可为宽频带干扰对消的子带划分与重构工程实践提供新的理论方法与技术路线。

在非合作干扰对消的背景之下,通过对不同阵列流形接收信号模型的建立,提出了空间分辨率的表征参数,用以衡量干扰信号与通信信号达波角度接近时,不同阵列流形对相近达波角度的分辨能力和对消能力,并分析了空间分辨率的影响因素,提出了新的非合作干扰对消阵列设计标准。推导了阵列转移因子和输出信干噪比作为空间分辨率的评价指标。从阵型、阵元个数和阵列半径三个方面,仿真分析了不同阵列流形的空间分辨率,并通过实验进行了验证。实验结果与理论和仿真分析结果吻合较好,验证了空间分辨率对干扰对消的实际影响。为后续阵列流形优化与辅助天线设计提供了基础。

针对高超声速飞行器非最小相位特性带来的零动态不稳定问题,提出基于B-I(Byrnes-Isidori) 标准型的模型变换方法,实现系统内、外动态的解耦。设计了一种动态积分滑模镇定控制方法,构建包含内、外部状态和动态参数变量的增广系统。提出滑模控制参数整定方法实现增广系统的闭环极点配置,使得不同工况和摄动条件下增广系统保持动态稳定,同时外部输出误差平衡点始终为零。所提方法可实现在外部输出精确跟踪的同时镇定不稳定零动态,实现非最小相位高超声速飞行器的纵向轨迹稳定跟踪控制。给出了控制方法的Lyapunov稳定性证明,并进行了恒动压轨迹跟踪和蒙特卡罗仿真。仿真结果表明,动态积分滑模控制方法在摄动条件下保持了较好的跟踪精度和鲁棒性,同时可以有效地镇定系统零动态。

针对电动缸举升伺服机构的非线性环节对武器站伺服性能的影响,基于应用背景开展了伺服性能优化方法的研究。针对可设计非线性环节中的增益波动、间隙宽度、不平衡力矩和摩擦力矩进行了作用机理分析；基于机构布局和控制器参数建立了运动学、动力学和控制策略的数学模型、设计约束和目标优化函数；提出了亚全局并行优化方法,对可设计非线性环节进行了基于内点法的多目标优化,解决了局部串行优化的局部最优问题；对基于PI控制器+DOB观测器的复合控制策略进行了单独设计,解决了机械惯量参数、控制器参数和观测器名义模型不匹配的问题。经验证,亚全局并行优化方法的优化结果在整体上更佳,且更加贴合工程实际。

在负载具有目标节点的多层级相依网络中,为了避免大规模级联失效的发生、增加网络鲁棒性、提高负载完成效率,提出一种可调参数的级联失效模型。该模型设置了新的初始负载和节点容量,构建了负载延迟分配机制,在负载分配的异质性和均匀性基础上制定了负载重分配规则。解析分析模型的级联失效条件,并通过WS-BA相依网络进行了仿真实验,结果表明,在网络容量一定条件下,合理调节异质性参数和均匀性参数可以提高网络的鲁棒性和效率。

针对传统能量检测方法在频谱感知领域中极易受低信噪比环境干扰,忽视可用频谱的定位亦会影响频谱状态的判别结果,提出了一种联合小波-频域变换的自适应能量检测方法,旨在提高能量检测的噪声灵敏度和判别精确度。通过离散小波包变换对信号进行分解并计算子带能量；结合能量范数降低自适应阈值的计算复杂度,以便与子带能量比较；采用快速傅里叶变换定位可用频谱范围。对该方法进行模拟仿真,探究自适应阈值与不同性能参数之间的变化关系。仿真结果表明,该方法具有良好的环境适配性与系统稳定性,且在不同信噪比环境下的检测误差更小。此外,对子带信号进行频域分析以实现归一化频率范围的重新排序,进一步提高了频谱感知的准确度。

通过新建战机尾焰的红外辐射椭圆体模型,改进了战机红外辐射的计算方法,并得到了战机在3～5 μm波段红外辐射的空间分布曲线。通过对该曲线的分析,发现该战机的红外辐射在机尾和机头各有4个辐射强度相同的极值方向。考虑到臭氧在3～5 μm波段内的吸收、地面遮挡红外辐射传输和探测大气层外目标等因素,引入红外辐射大气传输距离概念进一步完善3～5 μm波段红外辐射大气传输模型。以归一化探测度不同的2种红外探测器构建的红外系统为例,仿真得到战机的作用距离随探测方向变化的曲线。计算结果表明,红外系统对战机的作用距离极值并不在战机红外辐射极值方向上,且当系统作用距离较远时,大气衰减对作用距离的影响将超过战机红外辐射的影响。

在精密测试与控制场合,常需要稳定压力的供气。然而,采用压力调节阀精度低、响应慢,无法满足高精度供气需求,且难以应对泄漏工况。采用高频响的比例阀,为小体积容腔设计了一个基于模糊比例-积分的高精度恒压控制系统。为验证系统在泄漏工况下的有效性,容腔还连接了一个额外的比例阀,从而开展密闭、恒泄漏、变泄漏三种情况下的系列试验研究。结果表明,所设计的恒压控制系统可适应多种恶劣工况。在大幅变泄漏工况下,10 L、20 L和30 L容腔压力控制的最大稳态误差分别约为610 Pa、550 Pa和490 Pa,所实现的压力控制精度已接近压力传感器自身精度,远大于传统精密减压阀所调控的精度,且响应更快。此外,试验结果也表明所设计的控制器对10~30 L的容腔有较好的适应性。

针对传统全球导航卫星系统反射(global navigation satellite system-reflected,GNSS-R)外辐射源雷达系统所采用的双通道配置结构在信号处理上运算量较大且在工程实现上硬件成本较高的问题, 提出一种基于高阶循环累积量的单通道GNSS-R外辐射源雷达微弱目标回波盲检测方法。利用主成分分析方法将强直达波信号从单通道接收的混合信号中抽取出来; 通过直达波信号的高阶循环频率估计出微弱回波信号的高阶循环频率; 基于微弱回波信号高阶循环频率与其他信号不同的特性将其从单通道混合信号中提取出来,通过匹配滤波实现目标检测。实验结果表明, 所提方法在没有先验信息的情况下能有效提取出微弱目标的回波信号, 且与传统二维匹配滤波目标检测方法相比有更好的目标检测性能。

为了研究舰载机尾钩的动力学特性对阻拦结果的影响,建立了舰载机的平面运动刚体动力学模型和考虑尾钩纵向缓冲作用的尾钩空间运动刚体动力学模型。使用拉格朗日第一类方程建立了舰载机及其尾钩之间的转动副模型,进而构建了舰载机及其尾钩组成的系统动力学模型,将该模型与阻拦装置的系统模型联合组成了完整的阻拦动态仿真模型。开展了飞机的阻拦试验,并将试验结果与仿真结果进行对比分析,结果验证了舰载机及其尾钩动力学模型的有效性和准确性,揭示了尾钩特性对舰载机阻拦过载的重要影响。

为保障天拓五号卫星顺利开展在轨科学试验任务,使用失效模式与影响分析方法,从发生率、严重性等多个角度,对卫星推进系统各部组件可能存在的风险进行系统性、综合性评估。根据卫星推进系统的工作特点,分别针对其在轨工作状态及待机状态,提出一套系统的故障检测与定位方法。所提方法在在轨实践中验证了有效性,成功保障了天拓五号的在轨健康运行,并为后续卫星推进系统的故障诊断工作积累了宝贵经验。

基于轨道同步进动特性分析了星链卫星系统Ⅰ期、Ⅱ期星座演化趋势,揭示了多Walker-δ子星座构型存在的问题,研究了星链Ⅲ期拟采用的回归共地面轨迹星座构型的实现机理,并对其覆盖特性进行了仿真分析。结果表明:不同倾角的回归共地面轨迹卫星链可以在轨道高度差异很小的情况下实现同步进动,相对于多Walker-δ子星座的构型具有构型更稳定、覆盖性能更优的明显优势,特别适合巨型低轨互联网卫星系统。该研究可为加速推进我国同类卫星系统建设提供借鉴。

采用有限元分析方法,建立了国产5 A空心阴极的热仿真模型,并进行了模型校验和典型工况下的温度场分析。结果显示:模型能够较好地反映空心阴极内部的能量传动过程,温度的仿真结果与试验比对误差小于5%；加热电流是造成空心阴极温度差异的主要原因；环境温度主要影响着空心阴极的外部部件温度,并且在太阳辐照影响时的高温环境更有利于推力器的启动；空心阴极加热且处于自持放电状态时,发射体温度在环境温度0 ℃和94 ℃下分别达到2 122 ℃和2 126 ℃,已接近发射体材料的耐温极限,因此空心阴极必须避免此极端使用工况。

针对轻质铝锂合金服役环境下的疲劳断裂问题,将第三代铝锂合金2195-T8作为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和等效裂纹模型方法对含缺陷2195-T8 铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与数值仿真分析。研究结果表明:疲劳裂纹萌生于缺陷底部,裂纹扩展速率在表面长度方向最快,而在深度方向扩展最慢；2195-T8 铝锂合金疲劳断口具有典型的分层现象,且合金的分层极大地阻碍裂纹尖端深度方向扩展,导致裂纹分叉；裂纹分叉后扩展速率急剧升高,尖端塑性区域体积迅速增加,使合金进入快速断裂区。以上结果综合说明,含缺陷2195-T8铝锂合金疲劳寿命受裂纹扩展倾向性、分层影响而减少。

为研究火箭发动机横向不稳定燃烧特性,采用详细化学反应机理(GRI Mech 3.0)建表的小火焰生成流型,对模型火箭发动机中出现的横向不稳定燃烧进行数值模拟。通过与实验数据对比验证了模型的准确性；采用动态模态分解对压力场进行分析,研究了流场的动态特性；结合瑞利因子定量分析了不稳定燃烧的驱动特性。结果表明,数值模型能够有效捕捉横向不稳定燃烧,其主频与实验值相差不到1%；燃烧室横向压力振荡与喷嘴氧管纵向压力振荡相耦合,引起推进剂质量流量振荡；不稳定燃烧的驱动源主要位于燃烧室两侧,最边缘喷嘴对维持不稳定燃烧的贡献最大；推进剂与燃烧室侧壁面的相互作用极大增强了释热脉动,周期性释热为压力振荡提供能量,形成了不稳定燃烧极限环。

在依据时间敏感网络(time-sensitive networking, TSN)标准估算相邻节点之间的最大传输延迟Δt时,将不可避免地引入额外的无效等待时间,这种等待时间被称为“泡沫延时”。分析了泡沫延时对增加端到端延时和降低规划成功率的负面影响,并通过细粒度地分析Δt的延时组成,首次提出Δt的精确测量方法。基于精确的Δt,消除了TSN规划时产生的泡沫延时。基于两款定制的TSN交换设备搭建了真实的测试环境,测试结果显示,泡沫延时至少占端到端延时的26.4%,并且消除泡沫延时后规划成功率提升了8.9%~39.1%。

可重构匹配表(reconfigurable match table, RMT)是一种可编程的数据包处理流水线架构。为了实现可编程数据平面对更多不同网络协议的支持,在该架构的基础上扩展逆解析器,使用扩展后的逆解析器以及两个RMT流水线组成一个协议无关的网络切片可编程数据平面模型。由于RMT架构中采用精简指令集,扩展后的逆解析器采用复杂指令集,因此称扩展后的架构为混合指令RMT(hybrid-instruction RMT, HiRMT)。HiRMT能够支持基于IPv6转发平面的段路由、SID(segment ID)的多语义、微分段技术、多协议标签交换技术,以及虚拟扩展局域网技术。该架构具有广阔的应用场景。在Corundum原型平台上进行了逆解析器模块的性能测试,结果表明扩展后的逆解析器能够使用较少的资源在数据包大小达到512 B时以100 Gbit/s的吞吐量进行处理。

提出一种适用于大规模异构计算平台训练MiniGo智能体的高效多级并行训练方法,包括节点间任务级并行、中央处理器-数字信号处理器(central processing unit-digital signal processor, CPU-DSP)异构并行、DSP核内并行。实现了高效的输入/输出部署,消除网络通信瓶颈。提出了面向CPU-DSP共享内存结构的异构计算内存管理,减少异构设备间的数据搬运。实现了共享内存编程优化,并利用DSP实现密集卷积计算算子加速优化。结果表明,与16核CPU计算相比,单核DSP算子加速最大加速比达16.44；该方法实现计算节点规模从1 067扩展至4 139,得到达到给定终止条件所需时间从43.02 h降至16.05 h,可扩展效率为69.1%。评估表明,该方法能够实现MiniGo在大规模异构计算平台的高效并行训练。

针对大规模粒子高表现可视化需求,提出基于包络面重构的大规模粒子并行绘制算法。该算法以连续曲面的形式表示,绘制大规模粒子的团簇表面及其物理量分布。对算法进行了分布式并行化,从而可以通过大规模并行来处理亿以上规模的粒子数据。在算法实现上,还解决了并行计算时的块间裂缝问题,并提出了快速查找邻域粒子的方法,同时,基于可见性对粒子数据进行剔除,提高了绘制效率。由此,可以通过带光照效果的光滑曲面来高表现展示大规模粒子数据中的团簇结构及其物理量分布。实验结果表明,该算法在512核上可在5 s内完成上亿粒子的绘制,并行效率可达60%。该算法已成功应用到大规模并行非平衡分子动力学模拟等实际模拟应用中。

针对工作流作业调度问题,提出使用关键路径法进行工作流的执行时间预测和资源分配。工作流执行时间预测算法使用并行应用有向无环图描述工作流中子作业的执行顺序。基于此顺序,为子作业进行系统资源的逻辑分配。根据子作业的特征和资源分配信息,使用梯度提升决策树进行子作业执行时间预测,并计算工作流的关键路径。关键路径上所有子作业的完成时间之和即为工作流的执行时间。若预测的工作流执行时间满足用户要求,则根据子作业执行顺序和资源分配方案进行作业调度,执行工作流。对比实验表明,两个工作流的执行时间预测误差分别为5.72%和1.57%。与Spark默认调度算法相比,工作流调度算法将两个工作流的完成时间分别缩短了15.71%和15.44%。