基于模式物理量参数的云南雷暴大风概率预报技术研究

利用2019—2021年云南125个国家站大风数据和云南省地闪资料,统计云南雷暴大风个例,并挑选对雷暴大风有重要意义的物理量参数,结合NCEP再分析资料确定云南雷暴大风个例的物理量阈值,再基于ECMWF数值模式预报产品及确定的阈值,采用二分法进行云南雷暴大风概率预报。结果表明:在云南三次雷暴大风过程预报检验中,8月4日云南中部及东北部雷暴大风均命中,但在云南西部及西南部出现大范围的虚警,导致此次过程虚警率较高和临界成功指数较低;8月5日云南中部、东北及西北部雷暴大风预报正确,且云南西部及南部虚警范围小,虚警率较8月4日明显降低;7月7日云南自东北向西南出现大范围的雷暴大风天气过程,雷暴大风预报落区与实况基本吻合,呈现命中率高、虚警率较低的特征;三次过程命中率、临界成功指数、虚警率平均为0.873、0.203、0.789。

基于杂波拖尾分布的雷达无人机检测性能分析

固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)给雷达低空监视提出了严峻挑战。分析雷达对固定翼UAV的检测性能,可为雷达UAV检测能力评估和技术升级提供重要参考。本文结合雷达探测低空固定翼UAV外场实测数据,首先分析了低空固定翼UAV雷达接收信号幅度统计分布,采用多项式对杂波拖尾导致的虚警概率进行拟合建模;然后,根据虚警概率分布得到雷达检测门限;进而根据UAV回波+杂波幅度分布理论推导得到雷达检测概率;最后,将理论分析性能与传统性能分析结果、雷达实际检测性能进行对比。结果表明,采用多项式对杂波拖尾导致的虚警概率进行单独建模,由此获得的雷达检测门限精度更高,从而使雷达UAV检测性能分析结果较传统性能分析结果更准确。

湿式报警阀组的要求时平均失效概率计算方法研究

受腐蚀、老化、堵塞等累加因素影响,火灾时自动喷水灭火系统的湿式报警阀组有概率无法按需运行。为科学评估湿式报警阀组在执行预定功能方面的能力,对阀组的安全失效模式和危险失效模式进行分析,通过引入功能安全评估方法,使用JMP数据分析软件对区间删失型失效数据的分布情况进行拟合。实例分析表明,湿式报警阀的失效概率函数符合威布尔分布,进而计算获得PFD_(avg),评估阀组的SIL等级。研究方法可为其他固定消防设施的功能安全评估提供借鉴,有助于提升消防系统安全管理水平。

基于主用户信号占空比的频谱感知阈值优化

传统的频谱感知决策阈值设置仅与虚警概率或检测概率有关,但实际中主用户信号的占空比也会影响阈值。针对该情况,提出了与占空比有关的频谱感知阈值优化函数,并推导了优化后的能量检测法阈值理论表达式。仿真结果表明,与能量检测法在传统阈值下的性能相比,主用户信号存在概率较高时,优化后的阈值具有更高的检测概率;当主用户信号存在概率较低时,优化后的阈值具有更低的虚警概率。

超声红外热像检测条件的优化方法研究

在超声红外热像检测中,激励强度、激励时间和工具杆与被测对象之间的预紧力等检测条件是影响缺陷热信号的重要因素。实验和仿真分析表明:激励时间和激励强度的增加将使裂纹生热增强,而预紧力的增加却使得裂纹生热呈现先增强后减弱的趋势,且检测条件对裂纹生热存在交互影响;另外,不恰当的检测条件将导致超声激励系统报警。基于检测条件对裂纹热信号和报警数据的影响分析,文中提出了采用多元非线性回归模型和Logistic回归模型以估算特定检测条件下裂纹检出概率和检测报警概率,最终确定了检测条件的选择范围。上述检测条件的优化方法能够为超声红外热像检测技术中检测方案的制定提供理论指导。

红外成像系统作用距离的估算

在红外成像系统中 ,任何虚假和不需要的信号统称为噪声。噪声的存在干扰了有用信号的探测 ,减少了系统的作用距离。从信号和噪声的统计特性出发 ,文中详细推导了虚警概率与门限信噪比、探测概率与信噪比的关系 ,基于此推导了红外成像系统对点源目标的作用距离公式。对面源目标 ,重新确定了温差的概念 ,综合考虑目标的面形尺寸、观察等级和探测概率的要求 ,以MRTD为基准计算作用距离。编制了相应的软件 ,可以快速计算出不同探测概率下的作用距离。

雷达网检测概率计算及性能评估

基于雷达方程,推导了任意虚警概率下的目标距离、雷达散射截面积、检测概率与脉冲积累数之间的关系,建立了一种高精度的雷达检测概率计算模型。根据该检测概率模型,提出了评估雷达网综合检测性能的方法。研究成果既可用于防御方对雷达网的优化部署,也可用于进攻方的突防路径规划。仿真结果验证了模型和方法的有效性。

一种改进的跳频信号信道化检测方法

在通信对抗中,对目标跳频信号进行有效检测是对该信号进行后续处理及实施干扰的前提,利用信道化检测方法实现对跳频信号的盲检测。侦察方作为通信非协作接收者,无法与目标信号发送端实现时间同步,导致信道化检测方法性能不佳,针对此问题,提出一种简单高效的判决门限改进算法。仿真结果表明:采用改进算法,虚警概率显著降低,在信噪比大于-2 dB时检测概率有一定的提高。最后给出了关于进一步提高信道化检测方法性能的几点策略。

对低信噪比下的红外点目标高检测率的研究

低信噪比 (≤ 2 )条件下的低虚警率、高发现率点目标检测是对常规检测方法的挑战 ,必须采取边检测边跟踪边确认的方法才能达到所要求的性能指标。利用二项分布的理论 ,解决了该方法中的相关帧数和门限的确定问题。为确保低虚警率、高发现率检测识别问题提供了理论保证。仿真结果验证了理论分析的正确性。

DSP预警卫星探测能力评估

为合理评估DSP预警卫星的探测能力,提出了以卫星规定的探测概率、虚警概率、目标首次捕获时间和最低探测高度为指标并对卫星探测过程进行系统建模的仿真评估方法。通过建立卫星与导弹间位置参数模型、导弹目标红外辐射模型、导弹弹道模型、大气背景辐射模型和卫星探测器噪声模型,并结合STK软件构建了DSP预警卫星探测能力仿真评估系统。利用该系统开展仿真研究得出如下结论:在保持天气状况和卫星与导弹间的位置关系不变的前提下,卫星系统规定的探测概率越大或虚警概率越小,DSP预警卫星的可靠性越高,探测能力先减弱后保持不变;在保持卫星规定的探测概率和虚警概率以及卫星与导弹间的位置关系不变的前提下,DSP预警卫星晴天在2.7μm波段的探测能力比云天强;在保持卫星规定的探测概率和虚警概率以及天气状况不变的前提下,DSP预警卫星对高纬度目标的探测能力比对低纬度目标弱。

四Gm-APD探测器提高激光雷达探测性能的研究

提出了一种四Gm-APD单次探测的激光雷达系统,该系统采用2×2的光纤阵列同时接收回波脉冲,利用四通道实时比对得到目标的距离信息。计算了该系统探测概率、虚警概率和测距精度,并与传统单Gm-APD四次累积探测激光雷达系统进行相互比较。结果表明,四Gm-APD激光雷达系统不仅能够使探测速度提高到4倍,其探测性能也都明显优于单Gm-APD四次累积探测的激光雷达。探测概率从60.6%提高到了91.6%,虚警概率从1.9%下降到了0.2%,测距精度从1.771 m提高到了0.440 m。最后,分别对两个系统进行了64×64像素的距离像仿真,仿真结果验证了该方法的正确性。

几种经典相似性度量的比较研究

以图像匹配概率和匹配精度为准则,对几种经典的相似性度量进行了比较研究。得出绝对差(AD)与平均绝对差(MAD)算法等价;平方差(SD)、平均平方差(MSD)、积相关(Prod)与归一化积相关(Nprod)算法等价的结论。当图像信噪比较低时,Prod/Nprod/SD/MSD算法优于AD/MAD算法;否则,后者优于前者。相似性度量的比较研究可为实际应用中图像配准或景象匹配问题中相似性度量的选择提供重要的参考依据。

通信距离受限条件下的无人机集群协同区域搜索

针对通信距离受限条件下的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)集群协同搜索任务,考虑防相撞约束,定制了一种能够在搜索过程中根据机间距离切换交互方法的UAV交互决策机制,实现了动态环境中的搜索航迹规划。首先,运用栅格化方法建立包含3种属性的环境认知地图对任务区域进行表征。其次,考虑多种搜索任务需求,以最大化搜索效率为目标建立UAV集群协同搜索模型。然后,根据机间有效通信距离定义了UAV协同搜索过程中的通信状态,设计了一种能够在通信完全有效、局部有效以及完全失效3种典型场景下切换信息交互方法的信息交互与决策机制。最后,采用滚动时域优化方法,实现集群各成员的自主决策与交互行为。仿真结果表明,所提算法能够在通信距离受限条件下有效完成协同搜索任务,在完成覆盖搜索任务时能够有效兼顾对动目标的搜索。

一种大步进伪码快速捕获方法的研究

在无线电导航系统中,低信噪比的情况下长伪码序列的快速捕获和重捕成为系统必须解决的一个重要问题.针对该问题,提出了一种大步进伪码快速捕获方法,并给出了大步进伪码快速捕获的原理和实现方法,详细分析了该方法的检测概率、虚警概率和平均捕获时间.该方法易于采用大规模集成芯片和数字信号处理算法实现且已经应用到实际接收机系统中,仿真结果和实践证明该方法具有较快的捕获速度,捕获灵敏度高,能够在低信噪比下稳定工作.

匹配滤波器解扩方式及性能

介绍了数字匹配滤波器解扩电路的结构和特点 ,研究了高斯白噪声信道下基于数字匹配滤波器的PN码捕获方式 ,并根据匹配滤波器相关处理时间的不同 (部分周期和全周期 )推导了PN码同步检测和虚警概率 ,最后对数字匹配滤波器的相关输出进行了仿真 ,给出了检测、虚警概率数值分析结果 。

一种改进的GPS信号捕获策略的性能分析

针对一种克服位翻转设计的GPS信号捕获策略缺乏理论评估,以及判决门限计算公式失配的问题,对该策略下的接收机捕获性能做了理论分析及定量评估,给出了虚警概率和检测概率的解析表达式,以及修正的判决门限计算公式。从理论上证明了这种策略在存在数据位翻转时的有效性,并指出当利用传统判决门限计算公式对该策略进行设计时,预期性能与实际捕获性能间存在较大偏差,而给出的修正计算公式可以得到与真实值吻合的分析结果。该结论对接收机研制有指导意义和实用价值。

基于化工生产过程历史数据的报警优化方法研究

为了有效降低报警装置漏报率和误报率,基于化工生产的过程历史数据,探讨了报警优化的两种方法。以误报率和漏报率为优化指标,建立报警阈值目标函数,从最小化目标函数的角度出发,采用数值优化的方法进行报警阈值的优化设计。基于报警时长的变异系数,应用自适应报警延时方法来降低报警数量。实例研究表明,应用基于化工生产过程历史数据的方法,可有效减少无效报警数量,降低误报率和漏报率,提高报警质量,对于提高石化生产过程的安全性具有积极意义。

基于Geiger-mode APD的激光雷达性能分析

针对基于盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)阵列的激光雷达,提出一种分析其探测性能的方法。以分析单个Gm-APD像元产生的初始光电子和暗计数噪声为基础,对Gm-APD像元的探测概率、虚警概率和漏警概率进行研究,并进一步提出一种多脉冲阈值探测法,并对其探测概率、虚警概率进行了研究和仿真。结果表明,对2～10 km外的目标,采用128×128像元面阵探测器,单脉冲能量小于200 mJ时,探测概率随脉冲能量提高而提高;单脉冲能量大于200 mJ时,探测概率保持不变;当采用多脉冲阈值探测、信号较弱时,探测概率总是随脉冲能量提高而提高,虚警概率总是随脉冲能量提高而降低。

弹道导弹激光引信测距性能研究

激光引信在弹道导弹上被用于测量并控制弹头的爆炸高度。为研究激光引信的测距性能,在给定引信的测量高度指标后,基于脉冲激光测距方程及雪崩光电二极管输出信噪比计算公式,仿真得到了在不同探测器接收口径及不同大气能见度条件下,激光引信接收信噪比随激光器峰值功率变化曲线,确定了满足一定虚警概率和发现概率条件下所需激光器的最小峰值功率值,并分析了接收口径及大气能见度对激光引信测距性能的影响。

IR-UWB能量检测接收机中基于门限的TOA估计

为提高能量检测模式下脉冲超宽带(IR-UWB)测距的精度和可行性,该文提出基于最优门限和次优门限的两种到达时间(TOA)估计算法。最优门限算法以接收机信号统计特性与UWB小尺度衰减特性关系式为基础推导出门限选择的闭合表达式,并在最小均方误差(MMSE)指标下求解TOA估计值;次优门限算法以最优门限分析为基础,在虚警概率约束下使用牛顿迭代给出求解门限的递推算法。仿真表明,与同类算法相比,最优门限算法测距精度有较大提升;次优门限算法易于实现,且性能无明显下降。