基于蝙蝠算法的粒子滤波法研究

标准粒子滤波容易出现粒子贫化问题,滤波精度不稳定,并且需要大量粒子才能对非线性系统进行准确估计,降低了算法的综合性能.针对该问题,本文提出了一种基于蝙蝠算法的新型粒子滤波算法.该算法用粒子表征蝙蝠个体,模拟蝙蝠群体搜索猎物的过程,粒子群体通过调整频率、响度、脉冲发射率,追随当前最优粒子在解空间中进行搜索,并可以动态控制全局搜索及局部搜索的相互转换,进而提髙粒子整体的质量和分布的合理性;此外,改进算法引入Levy飞行策略,从而避免局部极值的不良吸引.实验表明新型粒子滤波方法提高了粒子多样性和滤波预测精度,同时大大降低了对非线性系统进行状态预测所需的粒子数量.     

一种有源加性复合干扰的对抗算法研究

针对雷达有源加性复合干扰对抗的情况,传统的抗干扰算法只针对单一样式干扰进行抑制,很难做到有效权衡。由于有源复合干扰噪声功率高、欺骗性强的特点,为此提出了一种基于相位扰动的有源加性复合干扰对抗算法,该算法在斜变线性调频信号（SV LFM）信号的基础上,先对发射雷达信号的前后沿脉冲附加上一个扰动的相位,再通过与前一脉冲的匹配滤波,限幅处理和逆匹配,最后与当前脉冲进行匹配滤波处理,附加扰动的相位和限幅处理减弱了距离假目标信号的增益,而经过三次匹配滤波的作用,同样有效的削弱了大部分压制性干扰信号的成分,从而恢复出比较纯净的目标回波信号。通过实验仿真手段验证了相位扰动抗干扰算法的有效性,与传统直接匹配滤波的抗干扰算法相比,接收信号的信噪比提升了约25dB。     

基于多速率交互式多模型的快速光电跟踪算法

针对交互式多模型粒子滤波算法运算量大的问题,提出了一种基于多速率跟踪思想的交互式多模型算法.该算法根据各模型假定的机动性,采用不同的数据更新速率,实现了模式空间和测量空间的混合滤波.同时,多模型综合选配了不同的滤波算法,其中,弱机动模型匹配卡尔曼滤波器,强机动模型匹配粒子滤波器.仿真结果表明,与传统的交互式多模型粒子滤波算法相比,本文算法在保证滤波精度的基础上,具有较低的计算复杂度,降低了约38.9%,能够有效地改善光电目标跟踪系统的可靠性和实时性.     

基于压缩感知和粒子滤波的OFDM超宽信道估计

针对通信系统中的正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)超宽信道具有的稀疏多径和含噪声特征,将信道估计问题转换为稀疏信号的重构和优化问题,设计了一种基于压缩感知理论和粒子滤波的OFDM信道估计方法。首先定义和描述了OFDM数学模型;然后在对压缩感知理论模型研究的基础上,采用改进的正交匹配算法对OFDM超宽信道进行重构,为了进一步减少信道重构的误差,将由于正交匹配算法得到的重构信道作为初始的粒子,并将OFDM数学模型转换为动态参数模型,并通过粒子滤波来更新模型中的参数和频率响应,通过不断迭代获得信道的估计值。为了验证文中方法的优越性,将文中方法与经典的正交匹配算法与粒子滤波算法进行比较,结果表明：文中方法能有效地对含噪声的稀疏信号进行估计,具有较小的重构误差,且与其它方法相比,具有较小的归一化均方误差。     

区间衍生粒子滤波器

针对非线性、非高斯环境下具有不确定动态模型参数的系统状态估计问题,提出了一种新颖的区间衍生粒子滤波算法.该算法利用区间滤波生成的重要性密度函数,在系统状态转移概率密度的基础上,融入最新的系统观测数据,从而提高了对系统状态后验概率的逼近程度.为了进一步提高算法的实时性,提出一种类似光子衍射的粒子衍生过程,进而缓解了滤波精度与运算量之间的矛盾.通过陀螺/星敏感器组合定姿问题验证了该算法的有效性和鲁棒性.     

红外搜索系统中弱小目标检测算法研究

 复杂背景下低信噪比弱小目标的检测是红外搜索系统中的重点和难点,为解决红外搜索系统中杂波干扰多、目标信噪比低等问题,提出一种模板匹配滤波的目标检测方法。该算法在预测背景的同时,通过对图像背景灰度值进行动态的阈值处理,自适应地进行背景抑制。当背景包含较多复杂因素时,采用模板匹配滤波的目标检测方法,消除背景抑制后的残留杂波,实现弱小目标的提取。试验结果表明：当场景较复杂且图像信噪比较低时,使用该算法处理后可使图像信噪比达到4 dB以上,从而提高了弱小目标的检测概率。     

基于积分直方图的粒子滤波跟踪算法

在目标模型的建立过程中,将积分直方图引入到粒子滤波跟踪框架中,提出了一种快速的颜色直方图计算方法,极大地提高了粒子滤波跟踪算法的实时性。为了进一步提高算法的鲁棒性,引入了一种基于邻域颜色特征的匹配搜索机制,当跟踪精度下降时,能够对跟踪结果进行优化,减小跟踪误差。实验结果表明了该算法的有效性。     

一种基于融合反馈的改进粒子滤波行人跟踪算法

针对一般粒子滤波算法容易受到相似背景干扰和遮挡影响的问题,提出一种新的融合反馈的改进粒子滤波跟踪算法。该算法将最近的观测信息融入建议分布函数,便于粒子搜索目标最可能的位置,根据相对位移的变化自适应调整跟踪窗口尺度的变化,降低了计算的复杂度,一定程度上保持了粒子的多样性。实验结果表明:该算法有效地解决了遮挡、相似背景混乱以及目标尺寸变化问题,整体跟踪性能优于粒子滤波算法。     

一种改进Census变换与梯度融合的立体匹配算法

针对现有立体匹配算法对噪声敏感、易失真、在视差不连续区域与弱纹理区域误匹配率高的问题,提出一种改进Census变换与梯度融合的多尺度立体匹配算法。采用支持窗口内所有像素的加权平均灰度值作为Census变换的参考值,将Census代价与由水平和垂直方向归一化结合的梯度代价进行加权融合,通过设置噪声容限获得稳定的代价,提高了单像素匹配代价的可靠性;在多分辨率尺度下,采用改进引导滤波算法完成对匹配代价的聚合;通过视差提取获得视差图。实验结果表明,该算法在Middlebury测试平台上对标准立体图像对的平均误匹配率为4.74%,对27组扩展立体图像对的平均误匹配率为8.67%。该算法使得视差不连续区域与弱纹理区域的误匹配率进一步降低,且对噪声和光照等干扰表现出较好的稳健性。     

基于Stiefel流形的粒子滤波器研究

为了解决粒子滤波的粒子退化和粒子多样性丧失问题,提出了一种基于Stiefel流形的粒子滤波算法.该算法将系统模型置于Stiefel流形上,用朗之万分布描述过程转移概率分布,用矩阵正态分布表示似然函数分布,在流形分布上进行粒子采样.在计算加权粒子的均值时,将流形嵌入到欧氏空间中,先计算欧氏空间中的粒子均值,再将计算结果投影到嵌套流形上,这就排除了噪声统计特性对粒子权重方差的影响,得到了一种受系统状态模型限制较少的重要性概率密度函数通用选择方案.仿真时选取单变量非静态增长模型,仿真结果验证了该算法的实时性、鲁棒性,滤波精度和滤波效率均比无味粒子滤波算法更好.     

混沌信号在无线传感器网络中的盲分离

混沌信号在本质上属于非线性非高斯信号,它在无线传感器网络下的应用还涉及到信号量化问题,这使得混沌信号在此应用环境下的信号盲分离更为棘手.针对此问题,本文在容积卡尔曼粒子滤波的框架下提出一种解决方法.文中首先推导出观测信号的概率密度函数,在量化比特有限的情况下,采用最优量化器,获得最优的量化结果.在此基础上,使用容积卡尔曼滤波器产生粒子滤波中的重要性概率密度函数,融入最新的观测值,提高粒子对系统状态后验概率的逼近,提高信号盲分离的精度.仿真结果表明算法能够有效地分离混合混沌信号,参数估计的精度及其运算量均优于已有的无先导卡尔曼粒子滤波算法,其运行时间为无先导卡尔曼粒子滤波算法的88.77%.     

战场电磁环境中有源干扰定量表征研究

战场电磁环境日益复杂、多变,对武器装备的正常使用带来很大影响。针对其中影响最剧烈的有源干扰,分别联系时域、频域和能量域三个方面对其进行分析,提出定量描述干扰的方法。通过能谱图结合能量计算公式的方式完成了对压制干扰的表征,通过相关性算法以及提出的频谱重叠度概念完成了对欺骗干扰的表征。同时,基于Simulink/Matlab仿真的结果分别验证了所提出的几种表征方法具有一定的有效性与可行性,该定量描述方法对于战场电磁环境的评估具有参考意义。     

交指型腔体滤波器设计

为抑制EAST装置现场的电磁信号对低杂波系统运行的干扰,设计了一个交指型腔体滤波器,其中心频率为2.45GHz,带宽为0.245GHz。介绍了交指型腔体滤波器的设计思路和方法,利用高频电磁仿真软件HFSS仿真提高了设计效率和精度。     

航空通信网络中复杂干扰过滤技术研究

航空通信环境中存在复杂的干扰信号,对正常的通信信号造成强烈的干扰。利用传统算法进行干扰信号过滤,无法避免由于干扰信号过于复杂导致过滤不充分的缺陷。提出一种基于加权残差优化算法的航空通信网络中复杂干扰过滤方法。对原始信号进行降频处理,能够消除峰值干扰信号,提高了信号的准确性。根据加权残差修正优化算法的相关原理,对通信信号进行残差优化处理,经过处理后的通信信号在受到干扰时会形成零陷,实现了对复杂干扰信号的过滤。实验结果表明,利用该算法进行航空通信网络中复杂干扰信号过滤,能够有效提高过滤的准确性,效果令人满意。     

基于蒙特卡洛方法的四元探测器干扰效果分析

正交四元探测器是第3代红外导引头的核心传感器,为了对该型导引头实施有效干扰,探讨了其探测工作机理,有针对性地提出影响其自动增益控制(AGC)电路工作的干扰策略,对干扰实施过程进行了仿真分析。采用蒙特卡洛方法模拟了在干扰存在频差,干扰占空比改变,干扰相位变化条件下的平均有效干扰率。仿真结果表明:以同频或倍频、0.25占空比、较高功率激光可影响导引头AGC电路正常工作,适时通过调整干扰相位可以影响干扰效果,最终破坏其信号提取逻辑,实现欺骗干扰。分析结果对于激光定向红外对抗系统的研制具有一定理论指导意义。     

自调整平滑区间粒子滤波平滑算法

针对非线性系统的状态估计问题, 提出了一种自调整平滑区间粒子滤波平滑算法. 该算法的显著特点是根据采样粒子观测值与系统状态观测值之间的偏差动态修正滤波平滑区间的长度, 有效抑制了传统的粒子滤波平滑算法中因区间长度固定可能造成粒子权重重新赋值带来误差增大的问题. 该算法的原理是依据粒子滤波器的工作机理, 把系统状态信息和热槽组成一个抽象的整体, 将粒子滤波平滑过程类比为观测信息和热槽交互的统计力学系统. 在无新的观测信息时, 整个系统遵循热力学第二定律, 即无论从任何初始状态出发, 整个力学系统的熵是非减的; 而当出现新的观测信息时, 粒子滤波器像麦克斯韦妖从新的观测信息中抽取能量传送给热槽, 使整个抽象系统的熵减少, 根据系统熵的递变规律变化对滤波平滑区间的长度加以动态修正, 优化粒子的权重赋值, 进而提高系统状态的估计精度. 利用matlab进行了仿真分析, 验证了该算法的有效性.     

Jamming effectiveness analysis of quad-element detector based on Monte Carlo method北大核心CSCD

Quad-element detector is a key sensor of the third generation infrared seeker. In order to implement effective jamming to the seeker, this paper firstly discusses the detection mechanism, and secondly proposes the interference strategy which disturbs the auto gain control (AGC) circuit working.The jamming process is then simulated and analyzed.Finally, the average effective jamming ratio is acquired by Monte Carlo method when frequency difference exists, or duty cycle varies, or phase changes on jamming laser.The simulation conclusions are as follows: at the same or multiple frequency with the seeker and 0.25 duty cycle, high power jamming laser can lead the AGC circuit working abnormal; moreover, adjusting the pulse laser phase can influence the jamming effect and destroy the signal extraction logic, finally, the deception is achieved.The analysis and results of this paper are of theoretical significance for the development of laser directional infrared countermeasure system. © 2018, Editorial Board, Journal of Applied Optics. All right reserved.     

激光欺骗干扰技术研究

激光欺骗干扰技术能有效对抗激光测距机、激光制导武器等激光威胁源，确保军事平台的安全。对激光欺骗干扰技术，包括激光测距距离欺骗干扰、激光制导武器有源欺骗干扰和激光近炸引信干扰技术等进行了分析和讨论。     

基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲对地面接收机干扰技术

随着抗干扰技术的不断发展和进步,以阻塞式和欺骗式干扰为代表的传统干扰技术面临挑战。为此,提出了一种基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰技术,相比于传统干扰机,超宽带电磁脉冲干扰是一种新型电磁攻击体制。首先,理论推导了重频超宽带电磁脉冲的功率谱;其次,对分布式干扰技术可行性进行分析,并计算了基于低轨卫星平台的分布式干扰所需的发射功率;最后,开展了针对导航接收机低噪放的超宽带电磁脉冲效应实验,并利用STK(Satellite Tool Kit)设计了中低纬度下用于搭载超宽带电磁脉冲干扰机的低轨卫星星座布局。实验结果表明,UWB电磁脉冲可以使低噪声放大器出现暂时增益压缩现象,脉宽为0.7 ns的单脉冲可以使导航信号经过低噪声放大器后被压制近400 ns,重频形式下可以实现信号的完全压制。因此,基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰体系可以有效增强干扰效果,有望实现目标区域的全覆盖。     

Signal reconstruction in wireless sensor networks based on a cubature Kalman particle filter

For solving the issues of the signal reconstruction of nonlinear non-Gaussian signals in wireless sensor networks(WSNs), a new signal reconstruction algorithm based on a cubature Kalman particle filter(CKPF) is proposed in this paper.We model the reconstruction signal first and then use the CKPF to estimate the signal. The CKPF uses a cubature Kalman filter(CKF) to generate the importance proposal distribution of the particle filter and integrates the latest observation, which can approximate the true posterior distribution better. It can improve the estimation accuracy. CKPF uses fewer cubature points than the unscented Kalman particle filter(UKPF) and has less computational overheads. Meanwhile, CKPF uses the square root of the error covariance for iterating and is more stable and accurate than the UKPF counterpart. Simulation results show that the algorithm can reconstruct the observed signals quickly and effectively, at the same time consuming less computational time and with more accuracy than the method based on UKPF.