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2020年  第42卷  第5期 刊出日期 2020-10-28   目次   上一期   下一期
     
信息与通信工程·物理学
  • 干扰抑制类生成式对抗网络
  • 李春腾,蒋宇中,刘芳君,贾书阳,李松林
  • 2020,42 (5):1-8[摘要](303) [PDF  5122K](227)
    为进一步改善超低频频段的通信质量,在传统改进广义旁瓣抵消算法的基础上,提出新的超低频干扰抑制算法——生成式旁瓣抵消算法。该算法将人工智能研究热点之一的生成式对抗网络模型引入广义旁瓣抵消算法中,通过优化设计生成模型的网络结构及相关超参数,有效地解决了原算法存在的期望信号残留问题,为旁瓣抵消通道中的后级滤波算法提供了与主通道相关性更强的干扰参考信息,从而提高了算法对主通道干扰估计的准确性。为了验证优化后生成模型的有效性以及所提算法对不同类别干扰的抑制能力,在实验室环境下搭建实验平台,设计了多组对照实验。实验结果表明:优化后的生成模型具有较好的生成能力、较好的鲁棒性以及相对较低的运算复杂度;相比于传统改进的广义旁瓣抵消算法,所提算法进一步提高了信号带宽内的信干噪比。
  • TDS-OFDM雷达通信共享信号波形设计
  • 左家骏,杨瑞娟,罗少华,李晓柏
  • 2020,42 (5):9-15[摘要](184) [PDF  6680K](163)
    在使用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号的雷达通信一体化系统中,循环前缀(Cyclic Prefix, CP)和导频的存在,使得共享信号在自相关运算中出现较高的副瓣电平,严重影响雷达检测性能。针对这个问题,提出一种新的基于时域同步OFDM(Time Domain Synchronization OFDM, TDS-OFDM)的共享信号形式,该信号利用训练序列填充保护间隔,同时完成同步与信道估计,从而避免了CP副瓣和导频副瓣的出现。首先分析TDS-OFDM共享信号的模糊函数,然后通过训练序列的优化设计,有效降低TDS-OFDM信号的距离峰值副瓣,同时保持训练序列自身良好的自相关性能。理论分析与仿真表明,相对于CP-OFDM,TDS-OFDM共享信号更加适用于雷达通信一体化系统。
  • 基于正态分布曲线的分段式变步长LMS算法
  • 王平波,马凯,武彩
  • 2020,42 (5):16-22[摘要](175) [PDF  8527K](152)
    针对传统最小均方误差(Least Mean Square, LMS)自适应滤波算法由于步长固定,在解决稳态误差与收敛性之间的关系时,始终处于矛盾状态的问题,在对传统的固定步长LMS自适应滤波算法分析的基础上,根据变步长LMS自适应滤波算法的步长调整原则,通过构造步长因子与误差信号的非线性函数,提出了一种基于正态分布曲线的分段式变步长LMS自适应滤波算法,并分析了参数取值对算法性能的影响。针对实际信号处理过程中参考信号难以选取的问题,提出了一种基于分裂阵的参考信号选取方法。理论和海试数据分析结果表明:该算法的收敛速度和稳态误差明显优于固定步长的LMS自适应滤波算法和基于Sigmoid函数的变步长LMS自适应滤波算法。
  • 基于切比雪夫神经网络的软件定义卫星网络智能路由策略
  • 梁俊,孙伟超,肖楠,陈威龙,郭子桢
  • 2020,42 (5):23-30[摘要](168) [PDF  5705K](147)
    针对现有的软件定义卫星网络中流表占用的三态内容寻址存储器空间不断增加,复杂的流表项查找、匹配过程导致路由转发效率降低,无法满足多样化应用需求的问题,提出基于神经网络的软件定义卫星网络智能路由架构。控制器通过训练神经网络获取数据流的传输模式,并用训练后的神经网络代替流表,在此基础上提出基于Chebyshev神经网络的智能路由策略,交换机根据数据流的业务类型预测其转发路径,以满足卫星网络应用的服务质量要求。仿真结果表明:所提路由策略显著减少了占用的三态内容寻址存储器存储空间,提高了路由效率。
  • 基于粒子群算法的宽带真延时平面阵列方向图综合
  • 丛雯珊,余岚,杜鹏飞,罗雄,杨海达
  • 2020,42 (5):31-36[摘要](176) [PDF  6748K](145)
    针对大阵元间距平面阵列方向图综合问题,提出基于粒子群算法的宽带真延时平面阵列方向图综合方法。该方法根据真延时条件下阵列方向图主瓣和栅瓣指向的特点,采用宽带真延时抑制阵列方向图的栅瓣;利用粒子群优化算法优化阵列结构,得到具有较高主副瓣比的平面阵列方向图。通过对8×8的矩形平面阵进行仿真,验证了所提方法的有效性,在此基础上,还仿真研究了该方法对栅瓣的抑制性能与信号带宽之间的关系。
  • 利用阵列协方差矩阵稀疏性的到达角估计方法
  • 邱伟,包长春
  • 2020,42 (5):37-45[摘要](169) [PDF  7844K](153)
    为了解决传统基于阵列协方差矩阵稀疏性到达角估计方法计算复杂度高的问题,提出基于直接二维稀疏重构思想的高效到达角估计方法。该方法利用阵列输出数据的协方差矩阵构造二维稀疏表示模型,对协方差矩阵进行特征值分解以实现噪声功率估计,从而降低噪声对到达角估计的影响。在求解稀疏表示模型时,直接对该二维稀疏重构问题进行求解,避免了矩阵矢量化操作。仿真实验结果表明,该方法运行效率大大提高,并且在低快拍数、低信噪比和稀疏阵元等条件下估计性能优于传统方法。
  • 海水电场受物体电导率及其形状影响分析
  • 嵇斗,王立祝,张建春
  • 2020,42 (5):46-51[摘要](161) [PDF  8316K](136)
    海水中电场测量体会对目标电场产生影响,为了提高电场测量的准确度,利用有限元分析的方法研究了物体对海水电场分布的影响因素,并确定畸变电场的分布规律。仿真结果表明:海水电场畸变峰值大小及其畸变区域受物体的电导率及其形状影响,物体电导率小于或大于海水电导率时对电场分布的影响截然相反,物体形状的曲率越大,电场畸变的峰值越大,但畸变区域越小。
  • 运动流体介质和剪切层共同作用下平面近场声全息技术改进
  • 周鹤峰,赵云,田章福,曾新吾,蒋伟康
  • 2020,42 (5):52-59, 73[摘要](169) [PDF  8027K](153)
    传统的平面近场声全息将全息面置于射流内部。为了降低窗效应和卷绕误差对重建精度的不利影响,一般要求全息面尺寸为声源的2倍以上,而较大尺寸的传声器阵列放在射流内部会干扰射流的稳定。针对这一问题,提出将整个全息面置于射流外部的方法。根据经典的剪切层修正理论,首先分析声波由声源传播至全息面过程中路径和幅值的改变,继而推导出修正后的声场传播公式,最终建立起马赫数小于0.3的运动流体介质和剪切层共同作用下的平面近场声全息理论模型。数值仿真表明,改进后的平面近场声全息技术能够得到高分辨率的重建声场,对气动噪声源的定位精度较高,并且具备一定的抗干扰能力。
材料科学与工程·电子科学与技术
  • 纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体高应变率压缩吸能机理
  • 周晓松,梅志远
  • 2020,42 (5):74-80[摘要](157) [PDF  10136K](144)
    为研究纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能元件在高应变率冲击压缩载荷作用下的变形损伤模式和能量吸收机理,采用ABAQUS商用有限元软件和分离式Hopkinson压杆装置开展数值模拟分析和试验验证研究。对比分析宏观力学响应规律和微观损伤破坏机理,可知吸能结构元件在高应变率压缩载荷下的力学响应具有典型的弹塑性特征,内部芯材主要产生压缩塑性损伤,而表层复合材料沿环向产生拉伸断裂破坏。研究表明,该吸能元件冲击压缩吸能特性优异,可满足水下结构平台的冲击防护和浮力储备要求。
  • 鱼雷电磁引信作用距离模糊分析及抑制方法
  • 唐波,谭思炜,张静远
  • 2020,42 (5):81-84[摘要](167) [PDF  2666K](155)
    从鱼雷电磁引信收发线圈垂直配置方法基本原理出发,分别分析了位于鱼雷轴线和偏离鱼雷轴线的双接收线圈产生作用距离模糊的原理。对于第一种情况,提出了对双路线圈输出信号进行取模处理的方法,消除了作用距离模糊;对于第二种情况,提出了通过增加对称位置的接收线圈,并对对称位置线圈输出信号求平均后,再进行取模处理,消除了作用距离模糊。仿真结果表明,该方法可有效消除作用距离模糊,提高电磁引信作用距离。
  • 高功率微波径向线连续横向枝节阵列天线设计
  • 孙云飞,贺军涛,袁成卫,张强,张泽海
  • 2020,42 (5):85-89[摘要](163) [PDF  6305K](147)
    为了实现Ku波段高功率微波的定向发射,研究并设计了新型高功率径向线连续横向枝节阵列天线。该天线采用圆极化同轴TE11模式进行馈电,经双层径向线波导传输后,通过连续横向枝节单元向外辐射。天线工作在驻波模式,相邻两圈缝隙的径向间距为一个波导波长,在上层径向线末端放置短路金属杆,金属杆表面到最内侧缝隙的径向间距为半个波导波长,整个天线具有较高的增益和功率容量。仿真研究了一个工作在14.25 GHz的天线,天线的高度为80 mm,半径为285 mm。仿真结果表明:该天线具有35.3 dBi的增益和47%的口径效率,反射系数小于-25 dB,辐射效率超过99.0%,同时具有吉瓦级的功率容量。
  • 基于灰色模型的电磁轨道发射装置温度研究
  • 李松乘,鲁军勇,程龙,吴羿廷
  • 2020,42 (5):90-97[摘要](166) [PDF  6782K](140)
    在电磁发射过程中导轨温度受众多因素影响,而其中部分因素很难进行精确分析,为此运用灰色系统的分析方法对电磁轨道发射装置温度进行研究。为获取模型所需实验数据,搭建电磁轨道发射装置测试系统,并借此测量发射过程中的电流、导轨温度、出口速度等数据。由于测量仪器限制,借助ANSYS有限元仿真对测得的导轨温度数据进行修正,以获得导轨内表面温度。基于经典GM(1,N)模型与Simpson公式,提出一种改进型灰色模型,并以此方法对导轨温度展开研究,进一步选取同能级试验,对不同位置处各因素温升贡献度进行讨论。结论为进一步深入研究导轨温度提供参考和依据。
控制科学与工程·航天工程·管理科学与工程
  • 基于矢量分配的组合导航容错联邦滤波算法
  • 何广军,康旭超
  • 2020,42 (5):98-106[摘要](173) [PDF  6664K](157)
    针对高动态环境下飞行器组合导航系统因不确定故障导致导航精度下降的问题,提出了一种基于矢量信息分配的容错联邦滤波算法。设计矢量形式的故障检测函数,对各观测量进行单独的故障程度划分,克服了将故障子系统所有观测量同时隔离的缺陷;根据观测量是否异常,重构时变量测噪声矩阵和信息分配矢量系数,对子滤波器的状态变量进行信息分配,在隔离故障子系统异常观测量的同时,最大限度地利用正确观测信息。仿真结果表明,采用该算法能够充分发挥各导航子系统的优势,极大提高了导航子系统信息利用率,具有较高的精确性和容错性。
  • 高超声速滑翔飞行器滑翔段初始状态的唯一性和最优性分析
  • 孟繁卿,田康生
  • 2020,42 (5):115-125[摘要](175) [PDF  7799K](203)
    临近空间高超声速滑翔飞行器的弹道特性主要受滑翔段初始状态和飞行器控制律影响。在飞行器控制律确定的情况下,研究了滑翔段初始状态对高超声速滑翔飞行器弹道特性的影响规律。按照滑翔弹道的不同形式,在纵向平衡滑翔条件下,通过理论推导得出飞行器状态变量的解析式,结合平衡滑翔条件分析平衡滑翔弹道滑翔段初始状态的唯一性;在纵向跳跃滑翔条件下,构建弹道性能评价指标,利用群智能算法,寻找弹道性能最优时的滑翔段初始状态。利用单因素敏感性分析方法,分别对两种滑翔弹道的滑翔段初始状态进行敏感性分析,初始状态中初始速度对弹道特性的影响最大。对高超声速滑翔飞行器初始状态唯一性与最优性的分析,可为高超声速滑翔飞行器的弹道设计、弹道跟踪、轨迹预测和轨迹优化提供借鉴。
  • 装备维修器材生产路径决策的两阶启发式算法
  • 滕尚儒,何成铭,丛彬
  • 2020,42 (5):126-135[摘要](170) [PDF  5717K](144)
    当前装备供应保障系统中维修器材存在短缺、积压以及配送系统效率低下等问题,亟须对生产、库存和配送作业环节进行集成优化。为客观反映各个决策环节,将该问题公式化为一个混合整数线性规划模型,针对该模型多变量、多约束的特点,提出了一个基于数学规划的两阶启发式算法对其进行求解。结合算例,检验模型的可行性,并选取求解器CPLEX和一个类似的迭代算法与该算法在求解质量和运算时间方面进行对比与分析。结果表明,提出的模型是合理可行的,该算法在求解不同规模实例时表现出优异的性能。
  • 基于随机搜索策略的中继卫星调度方法
  • 姚锋,罗启章,朱燕麒,陈盈果
  • 2020,42 (5):136-142[摘要](182) [PDF  4163K](155)
    高质量的调度方案不仅能满足用户的需求,还能为中继卫星系统的计划编制提供科学的决策手段和依据。针对日益多样化的用户需求,采用全新的中继卫星调度应用模式,允许用户提交多个可以滑动的时间窗口。面向这种调度模式,考虑中继业务中任务调度的灵活性和任务间的冲突,构建考虑多滑动窗口的中继卫星调度模型,并设计基于随机搜索策略的中继卫星调度算法。算法包括任务资源匹配与邻域生成、可用时间段生成、任务冲突分析、邻域搜索与冲突消解以及资源与任务集更新5个算子。通过仿真实验将该算法与基于时间自由度的启发式算法进行对比,验证了算法的有效性。
  • 面向卫星的在轨服务任务规划方法
  • 刘晓路,许英杰,贺仁杰,路帅
  • 2020,42 (5):143-150[摘要](173) [PDF  5379K](157)
    针对空间在轨服务日趋成熟以及在轨服务现实需求增长的背景,以在轨服务航天器为研究对象,研究面向卫星的在轨服务任务规划问题,探讨如何合理安排与调配在轨服务资源。将问题分解为在轨服务资源分配和在轨服务路径规划两层,并建立双层优化数学模型。设计在轨服务任务规划算法求解问题,包括基于多种群并行进化的混沌遗传算法和基于全局坐标转换的NSGA-Ⅱ+GSDE算法,并通过仿真结果对比分析,验证算法的可行性和有效性。