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一种面向隐身目标跟踪的雷达组网系统资源优化分配算法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：黄洁瑜张浩为谢军伟李正杰齐铖丁梓航中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所空军工程大学防空反导学院

传统集中式多输入多输出(Multiple-input Multiple-output， MIMO)雷达组网探测过程中，通常利用雷达散射截面积(Radar Cross Section， RCS)统计模型进行资源优化。但隐身目标RCS具有动态起伏特性，这会导致目标跟踪精度下降甚至是目... 详细信息

传统集中式多输入多输出(Multiple-input Multiple-output， MIMO)雷达组网探测过程中，通常利用雷达散射截面积(Radar Cross Section， RCS)统计模型进行资源优化。但隐身目标RCS具有动态起伏特性，这会导致目标跟踪精度下降甚至是目标丢失。针对此问题，提出了一种面向隐身目标跟踪的集中式MIMO雷达组网系统资源优化算法。首先，利用协方差交叉(Covariance Intersection， CI)融合滤波算法对目标状态进行估计，推导了CI融合准则下的预测贝叶斯克拉美罗下界(Bayesian Cramér-Rao Lower Bound， BCRLB)。之后，基于目标RCS与雷达预测观测角度相关的特性对目标RCS进行了预测，并以各个目标BCRLB加权和为目标函数，建立了RCS预测模型下的波束及功率优化算法。随后，提出一种基于贡献度的快速求解算法对模型进行求解。仿真结果表明，在隐身目标RCS动态起伏场景下，相比于RCS统计模型策略，所提方案能有效利用目标RCS信息实现更优的资源分配，进而提升隐身目标跟踪精度。

关键词：集中式MIMO雷达组网预测克拉美罗下界 RCS预测快速求解算法波束及功率分配多目标跟踪

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飞机机载线槽结构对电磁防护性能的影响研究

电子测量技术 2024年第1期47卷 38-45页

作者：庞思宇钱宇琛肖海建卢翔丁梓航中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

针对雷击环境下,飞机机载平台内的线束易受到连接设备及外部辐射源的复杂电磁干扰问题,考虑线槽不同结构对线槽防护性能的影响,基于三同轴法,结合Van Helvoort形状系数,推导出线槽转移阻抗从低频到高频状态下的理论表达式。进而建立含... 详细信息

针对雷击环境下,飞机机载平台内的线束易受到连接设备及外部辐射源的复杂电磁干扰问题,考虑线槽不同结构对线槽防护性能的影响,基于三同轴法,结合Van Helvoort形状系数,推导出线槽转移阻抗从低频到高频状态下的理论表达式。进而建立含不同高宽比线槽防护仿真模型,研究不同形状、尺寸的线槽防护性能。最后建立复合材料机身内线槽的雷击电磁防护仿真模型,分析机身不同位置、不同形状线槽的防护作用,进一步验证了不同结构线槽防护性能的差异性。结果表明:高宽比每增加1/2,线槽屏蔽效能约增加5 dB,且有效保护区域逐渐扩大;随着与机身蒙皮间距增大,机身内部线缆感应电流线性减小;线槽密封性与防护性能成正比。

关键词：飞机机载线槽结构转移阻抗电磁防护场线耦合等效模型

基于强化学习的频控阵-多输入多输出雷达发射功率分配方法

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电子与信息学报 2023年第2期45卷 550-557页

作者：丁梓航谢军伟齐铖空军工程大学防空反导学院西安710051

当前电磁环境日益复杂多变,新式干扰手段层出不穷,对雷达系统带来了极大的挑战和威胁。该文引入频谱干扰模型并提出了一种在频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达与干扰机动态博弈框架下基于强化学习(RL)的发射功率分配优化方法,使雷达系... 详细信息

当前电磁环境日益复杂多变,新式干扰手段层出不穷,对雷达系统带来了极大的挑战和威胁。该文引入频谱干扰模型并提出了一种在频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达与干扰机动态博弈框架下基于强化学习(RL)的发射功率分配优化方法,使雷达系统能够获得最大的信干噪比(SINR)。在此基础上,构造了频谱干扰模型。其次,雷达和干扰机之间存在一种Stackelberg博弈关系,且将雷达作为领导者,干扰机作为跟随者,建立动态博弈框架下的发射功率分配优化模型。采用深度确定性策略梯度(DDPG)算法,结合功率约束设计了奖赏函数,对雷达发射功率进行实时分配来获得最大的输出SINR。最后,仿真结果表明,在雷达与干扰机博弈的框架下,所提优化算法能够有效地对雷达发射功率进行优化,使雷达具备较好的抗干扰性能。

关键词：频控阵强化学习博弈论功率分配

基于深度学习的FDA-MIMO雷达协方差矩阵缺失数据恢复方法

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雷达学报（中英文） 2023年第5期12卷 1112-1124页

作者：丁梓航谢军伟王博空军工程大学防空反导学院西安710051 空军工程大学空管领航学院西安710051

频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达通过波束形成技术实现抗干扰的研究已经十分丰富。然而,在实际工作中,受元器件老化和存储设备容量等硬件因素的影响,计算得到的信号协方差矩阵可能会出现数据缺失的情况。为了克服协方差矩阵数据缺失... 详细信息

频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达通过波束形成技术实现抗干扰的研究已经十分丰富。然而,在实际工作中,受元器件老化和存储设备容量等硬件因素的影响,计算得到的信号协方差矩阵可能会出现数据缺失的情况。为了克服协方差矩阵数据缺失对波束形成算法性能的影响,该文提出了一种基于深度学习的FDA-MIMO雷达协方差矩阵数据恢复方法,并建立了协方差矩阵恢复-自适应波束形成的两阶段处理框架;提出了一种双通道生成对抗网络(GAN)来解决矩阵数据恢复问题,该网络主要由鉴别器(D)和生成器(G)两部分组成:生成器主要功能是输出完整的矩阵数据,鉴别器则是判别数据为真实数据还是填补数据。整个网络通过鉴别器和生成器之间相互对抗使生成器生成样本接近于真实数据的分布,从而实现对协方差矩阵缺失数据的恢复。此外,考虑到协方差矩阵数据为复数,分别构造两个独立的GAN网络以满足矩阵数据实部和虚部的训练。最后,数值实验结果表明,协方差矩阵真实数据与恢复后的数据平均均方根误差仅为0.01量级,验证了所提方法能够有效恢复协方差矩阵的缺失数据。

关键词：数据恢复生成对抗网络 FDA-MIMO雷达深度学习波束形成

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基于梳状式电容传感器的滑油磨粒检测方法

仪器仪表学报 2022年第12期43卷 49-57页

作者：贾宝惠丁梓航肖海建耿亚南中国民航大学航空工程学院天津300300

航空发动机旋转部件的磨损是影响其寿命的重要因素,而滑油内磨粒的参数能直接反映部件的磨损状态,磨粒监测已是发动机智能诊断的关键技术。提出一种梳状式电容传感器,采用内置多平行板电极结构,分析磨粒检测机理,通过数值模拟分析结构... 详细信息

航空发动机旋转部件的磨损是影响其寿命的重要因素,而滑油内磨粒的参数能直接反映部件的磨损状态,磨粒监测已是发动机智能诊断的关键技术。提出一种梳状式电容传感器,采用内置多平行板电极结构,分析磨粒检测机理,通过数值模拟分析结构优化方向,确定最佳参数。搭建实验平台进行试验,结果表明,当铁磨粒直径从0.3 mm增至0.9 mm时,电容差值从3 Ff增至17 Ff;当磨粒个数从1增至4时,差值与数量近似成正线性关系,最大增幅在200%~350%左右;电源频率从10 kHz增至100 kHz时,差值降幅在36%~67%。研究表明梳状电容传感器内部电场均匀度较好,利于提高结果一致性与磨粒检出率,可在10 mm管路中检测200μm以上的磨粒,具有较好的区分度,可为航空发动机滑油磨粒监测研究提供技术支持。

关键词：润滑油磨粒检测在线监测电容传感器

基于目标检测的混合分布式PA-MIMO雷达系统阵元优化部署

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雷达学报（中英文） 2023年第3期12卷 576-589页

作者：齐铖谢军伟张浩为丁梓航杨潇空军工程大学防空反导学院西安710051

该文建立混合分布式相控阵-多输入多输出(PA-MIMO)雷达系统模型,推导出基于Neyman-Pearson(NP)准则的似然比检测(LRT)器,在收发两端实施子阵级和阵元级优化部署,达到对雷达系统中相参增益和空间分集增益协调优化的目的。针对整数规划的... 详细信息

该文建立混合分布式相控阵-多输入多输出(PA-MIMO)雷达系统模型,推导出基于Neyman-Pearson(NP)准则的似然比检测(LRT)器,在收发两端实施子阵级和阵元级优化部署,达到对雷达系统中相参增益和空间分集增益协调优化的目的。针对整数规划的子阵、阵元部署模型,提出基于量子粒子群优化的随机取整(SR-QPSO)求解算法,在较少的迭代步骤内获得最优阵元配置策略,实现子阵级和阵元级之间的联合优化。最后,通过对3个典型优化问题进行数值仿真,所提出的混合分布式PA-MIMO雷达系统优化配置较其他典型雷达系统有较大提升,探测概率达到0.98,有效距离达到1166.3 km,探测性能得到显著提升。

关键词：雷达资源优化目标检测阵元部署 PA-MIMO雷达相参增益空间分集增益

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粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法研究

岩土力学 2024年第1期45卷 164-172页

作者：张丹邱子源金伟张梓航罗玉龙中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072 河海大学水利水电学院江苏南京210024

目前还未建立适用于粗粒土渗透及渗透变形试验的缩尺方法,遵循缩尺前后粒径小于d30(颗粒级配中质量百分含量30%所对应的颗粒粒径)以及粒径小于5 mm的颗粒含量及组成不变的原则,基于等量替代法,提出了一种粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方... 详细信息

目前还未建立适用于粗粒土渗透及渗透变形试验的缩尺方法,遵循缩尺前后粒径小于d30(颗粒级配中质量百分含量30%所对应的颗粒粒径)以及粒径小于5 mm的颗粒含量及组成不变的原则,基于等量替代法,提出了一种粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法:如果原级配中5 mm以下的颗粒含量大于等于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于5 mm的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒;如果原级配中5 mm以下的颗粒含量小于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于d30的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒。利用多组粗粒土渗透及渗透变形试验,论证了缩尺方法的可靠性。研究表明:提出的缩尺方法合理可行。缩尺后,土体渗透破坏型式未发生变化,渗透系数与原级配比较接近,渗透变形临界坡降和破坏坡降与原级配基本一致,缩尺级配的渗透及渗透稳定特性能够较好地反映原级配的渗透及渗透稳定特性。

关键词：粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法等量替代法

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城际铁路桥上新型双块式无砟轨道力学特性

铁道工程学报 2024年第2期41卷 44-49页

作者：王伟华高梓航张乾中国铁路设计集团有限公司天津300308 北京交通大学北京100044

研究目的:为优化城际铁路无砟轨道结构设计,本文提出一种桥上新型双块式无砟轨道结构。该结构采用单层道床板形式,同时配以新型角钢-双块式轨枕。通过建立桥上新型双块式无砟轨道空间耦合力学模型,分析典型荷载作用下轨道静力学特性与... 详细信息

研究目的:为优化城际铁路无砟轨道结构设计,本文提出一种桥上新型双块式无砟轨道结构。该结构采用单层道床板形式,同时配以新型角钢-双块式轨枕。通过建立桥上新型双块式无砟轨道空间耦合力学模型,分析典型荷载作用下轨道静力学特性与动力学响应。研究结论:(1)角钢-双块式轨枕与道床板连接良好,在承受荷载作用时,角钢、轨枕与道床板协同变形,且角钢和轨枕的受力均不超过其材料的极限强度;(2)新型双块式无砟轨道在承受列车荷载、温度梯度荷载及整体温度荷载作用时,道床板的受力及变形情况较好,结构强度满足城际铁路设计要求;(3)新型双块式无砟轨道可以给列车提供平顺稳定的运行面,列车动力响应较小,安全性与平稳性指标均小于限值;(4)单层无砟道床可以提供足够的支承刚度,钢轨垂向位移较小,且由于道床板与梁面连接紧密,道床板动力响应较小;(5)本研究结论可为城际铁路轨道结构的优化设计提供理论支撑。

关键词：城际铁路新型双块式无砟轨道角钢-双块式轨枕静动力分析

基于改进双智能体D3QN的电网N-1新增风险防控策略

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中国电机工程学报 2024年

作者：安军黎梓聪周毅博石岩毕建航现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)

城市电网在发生N-1故障后，极可能新增运行风险，导致N-1-1时出现大面积停电事故。为管控城市电网N-1后运行风险，本文提出一种改进双智能体竞争双深度Q网络(Dueling Double Deep Q Network，D3QN)的城市电网N-1风险管控转供策略。根据... 详细信息

城市电网在发生N-1故障后，极可能新增运行风险，导致N-1-1时出现大面积停电事故。为管控城市电网N-1后运行风险，本文提出一种改进双智能体竞争双深度Q网络(Dueling Double Deep Q Network，D3QN)的城市电网N-1风险管控转供策略。根据风险管控原则，提出一种无需额外历史数据、考虑备自投装置、单供变电站风险和单供负荷母线风险的N-1场景指标；建立了计及动作次序、指标间关系的负荷转供三阶段求解模型。以含预动作-变化探索值选择策略的改进双智能体D3QN方法，将负荷转供分为多个子转供环节学习，使转供思路清晰化，对动作空间进行降维，提高训练寻优效果，得到管控N-1风险的负荷转供策略。通过城市电网多场景算例分析，验证了本文模型和方法的有效性。

关键词：城市电网负荷转供深度强化学习 N-1新增风险双智能体