兵工学报

2018, 39(11): 0.

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多匝串联并列轨道炮U形电枢接触界面熔蚀规律分析

邢彦昌，吕庆敖，雷彬，向红军，陈建伟，苑希超

2018, 39(11): 2081-2091. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.001

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针对一种多匝串联并列轨道炮U形电枢与轨道接触界面的熔蚀问题，通过电磁-结构-热多物理场耦合分析，对不同电流峰值、不同过盈量的膛内电枢速度、界面接触压力、界面温度等进行了数值仿真，并开展了相关验证试验，得到了接触界面熔蚀规律。仿真和试验结果表明：发射过程中电枢与轨道间的接触压力随电流波动而变化；接触压力越大，摩擦热功率越大，而接触电阻的焦耳热功率越小；合理设计电枢过盈量参数，可进一步改善滑动接触界面的环境温度；由于滑动过程中不可避免的磨损，电枢接触面熔蚀区域从初始接触区域逐渐向尾部转移，试验结果验证了仿真方法的有效性。

单气缸自由活塞膨胀机-直线发电机试验研究

田亚明，张红光，李健，赵腾龙，王焱

2018, 39(11): 2092-2099. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.002

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为了提高内燃机能量利用率，自主研发了1台可用于有机朗肯循环余热回收系统的单气缸自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG)。在压缩空气试验平台上实现了FPE-LG的连续稳定运行，验证了单气缸FPE-LG工作原理的可行性。在大量试验基础上，分析了驱动压力、外接负载电阻对单气缸FPE-LG输出特性的影响机制。研究结果表明：FPE-LG输出功率呈现较为规律的正弦波动，对于该试验样机而言，当驱动压力为0.6 MPa、外接负载电阻为50 Ω时，峰值输出功率可达到58.7 W；提高驱动压力可以明显提高均方根电压和峰值电流，但驱动压力的提高对FPE-LG自由活塞膨胀机膨胀功-直线发电机输出电能转换(简称功-电转换)效率影响很小；当外接负载电阻小于60 Ω时，随着外接负载电阻的增大，FPE-LG的功-电转换效率从13.4%上升到24.7%；对于该FPE-LG而言，当外接负载电阻为60 Ω时，单气缸FPE-LG的实际膨胀功最大，功-电转换效率最佳。

基于未知输入观测器的车载炮电液位置伺服系统故障检测

田灵飞，钱林方，陈龙淼，岳才成

2018, 39(11): 2100-2108. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.003

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针对车载炮电液位置伺服系统在运行时存在大惯量、负载非线性、参数不确定性和干扰等特点，提出一种基于非线性未知输入观测器的故障检测方案。在对系统建模后进行观测器设计，借助李雅普诺夫稳定性理论证明观测器稳定性并给出了存在条件，观测器产生用于故障检测的残差信号。在故障检测台上在线检测观测器的观测能力以及对故障的检测能力，设计了基于统计的动态阈值故障决策机制，消除了固定阈值在过渡阶段系统出现的误报警现象。实验结果表明：所提出的故障检测方案有效，可用于电液位置伺服系统在线故障的检测。

某输弹机开式链传动建模及动力学特性分析

刘太素，钱林方，陈光宋，吉磊

2018, 39(11): 2109-2117. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.004

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为分析某输弹机开式链传动机构在工作过程中的运动学精度和动力学特性，描述了滚轮与链轮齿槽之间的几何关系和接触模式以及链节之间的接触。针对不同的接触位置和接触模式分别建立了法向接触力模型和平面接触力模型，建立了某输弹机开式链传动机构多刚体动力学模型。分析了不同滚轮与链轮齿槽之间的接触特性，讨论了滚轮与链轮齿槽之间间隙变化对系统运动学精度及动力学特性的影响。研究结果表明：滚轮与链轮齿槽之间间隙的存在及大小变化对某输弹机开式链传动机构动力学特性具有很大影响，在工程实际中需要合理控制间隙。

双旋弹道修正弹弹体非对称载荷的数值研究

冯斌，于纪言，鞠潭，王晓鸣，王钰

2018, 39(11): 2118-2126. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.005

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固定鸭舵双旋弹道修正弹的弹体受到鸭舵非对称尾流的影响，其载荷具有非对称特性。为了研究该非对称特性，通过计算流体力学(CFD)仿真和风洞实验的结果对比验证CFD方法的有效性。对0°舵偏、2°舵偏、4°舵偏的双旋弹道修正弹模型在多马赫数、多攻角下进行CFD仿真，并通过绘制鸭舵尾流的流线图和弹体压力系数云图对流场进行定性分析，通过对比弹体截面压力系数和弹体法向力、侧向力系数对弹体受力的非对称性进行定量分析。结果表明： 0°舵偏模型的弹体压力系数呈面对称，2°舵偏模型、4°舵偏模型弹体压力系数呈非对称；在给定马赫数下，3种模型弹体法向力系数随攻角变化的曲线高度重合； 0°舵偏模型的弹体侧向力系数在0附近，2°舵偏模型、4°舵偏模型的弹体侧向力随攻角近似线性变化，随马赫数先增大、后减小；给定攻角时，4°舵偏模型对应曲线峰值约为2°舵偏模型的2倍。

无线电近炸引信混沌码调相与线性调频复合调制波形设计与分析

陈齐乐，晏祺，郝新红，杜涵宇

2018, 39(11): 2127-2136. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.006

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为提高复杂战场环境下的无线电引信探测性能和抗干扰性能，设计一种混沌码调相与线性调频复合调制无线电引信发射波形。以模糊函数为工具，理论推导了复合调制波形的模糊函数，定量分析与计算了发射波形分辨性能及抗有源欺骗式干扰性能,并进行了抗干扰性能的实验验证。仿真分析与测试结果表明,混沌码调相与线性调频复合调制信号波形具有更好的分辨性能以及更强的抗有源欺骗式干扰性能。

40CrMnSiB钢圆柱壳体膨胀断裂中间状态回收试验研究

陈志闯，李伟兵，朱建军，王晓鸣，李文彬

2018, 39(11): 2137-2144. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.007

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针对回火温度条件对金属圆柱壳体膨胀断裂动态过程的影响问题，设计了冻结回收试验，用于回收处于膨胀断裂状态的金属壳体断裂形貌。以200 ℃、350 ℃、500 ℃和600 ℃ 4种回火温度处理下的40CrMnSiB钢为研究对象，通过冻结回收试验获得了4种回火温度状态下壳体断裂中间状态，分析了不同回火温度对壳体断裂、裂纹萌生、扩展及分布的影响，揭示了回火温度对40CrMnSiB钢圆柱壳体宏观断裂特性的影响规律。研究结果表明：随着回火温度从200 ℃上升到600 ℃，初期受动态塑性及断裂韧性改善的影响,壳体的断裂相关参量变化明显，后期材料动态强度减小造成的影响更突出，断裂相关参量基本不变；在500 ℃回火状态下的壳体断裂应变最大，相对于200 ℃回火状态提高了48.1%.

一种考虑燃气性质变化的喷管型面优化方法

孙得川，于泽游

2018, 39(11): 2145-2152. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.008

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空间火箭发动机喷管具有大面积比，提高其性能是发动机设计的目标之一。以Rao方法为基础，提出一种考虑真实燃气性质变化的喷管扩张段设计修正方法。以某远地点发动机为研究对象，给出了Rao方法设计的初始喷管型面，计算了燃气比热函数，设计了新的喷管扩张段型面。通过数值仿真对比了新型面与初始型面的真空比冲。仿真结果表明：所提出的计算燃气比热容方法可有效用于喷管流场仿真；燃气比热变化对扩张段型面的影响较大，对于具有相同长度的喷管，当考虑燃气比热变化时，扩张段型面出口面积比较小，真空比冲提高，但幅度小于1 s；对于推力不太大的空间发动机，边界层厚度修正带来的性能增益很小。

质量效应及热历史对硝酸铵热分解特性的影响研究

曹雄，张云，曹卫国，张玉龙，戴鹏，薛晨露，谭迎新

2018, 39(11): 2153-2158. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.009

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为了研究质量效应对硝酸铵热分解特性的影响，分别采用小质量的差示扫描量热仪、中质量的微热量热仪和大质量的烤燃箱对其热分解特性进行实验研究；采用差示扫描量热仪和微热量热仪进一步研究了热历史对硝酸铵热分解特性的影响。结果表明：质量效应对硝酸铵的热稳定性有显著影响，随着样品质量的增加，样品分解温度（包括初始分解温度和最高分解温度）会逐渐降低，发生燃烧爆炸的危险程度进一步增加；经过热历史的硝酸铵分解温度会逐渐降低，且随着回归温度的增大，分解温度向低温方向的偏移越来越大。这主要是因为在热历史实验过程中，硝酸铵分解产生了一定量的中间产物，这些中间产物将对硝酸铵二次加热过程中的热分解产生催化作用，导致硝酸铵的分解温度降低。在实际工业生产存储过程中，应尽量避免大质量存放硝酸铵且存放场所防止出现热源。

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

陈尔康，廖欣，高长生，荆武兴

2018, 39(11): 2159-2171. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.010

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旋转导弹结构细长，具有较大弹性，结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性，对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系，在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响，能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下，将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明：相对于其他两种简化模型，惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动，而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略，需要加以考虑；在旋转导弹运动稳定情况下，3种模型的差别主要体现在姿态运动上，而在弹性变形上的差别可以忽略。

无人机编队保持反步容错控制

李炳乾，董文瀚，马小山

2018, 39(11): 2172-2184. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.011

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针对领导-跟随无人机编队中的执行器故障、不确定气动参数和外界扰动等问题，设计了无人机编队保持反步容错控制。建立了编队纵向、编队横向和编队高度三维误差模型，并将无人机本体方程分为快慢两个回路，建立包含外界扰动、不确定气动参数及执行器故障的无人机运动模型；设计内环容错控制系统，对编队外环控制器产生的指令信号进行跟踪。内环容错控制系统主要由3个部分组成：一是基于滑模观测器的故障检测和辨识，实现对故障执行器的定位和故障参数的辨识；二是将故障参数及干扰观测器与反步容错控制相结合，实现包容外界扰动、不确定气动参数和执行器故障的容错控制；三是内环容错控制系统稳定性分析。仿真结果表明，所提容错控制方法能够有效地实现无人机编队的飞行容错控制。

基于2阶锥规划的雷达干扰宽带数字波束形成优化设计

张鸿伟，汤建龙，冯宗盛，柯小梅

2018, 39(11): 2185-2191. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.012

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针对现有宽带数字波束形成方法在雷达干扰技术领域的工程应用中存在适用信号单一、干扰效果差、实现难度高等缺点，采用一种基于2阶锥规划(SOCP)理论的雷达干扰宽带数字波束形成方法，在波束形成器的每个阵元通道各自使用1个对应的宽带有限长单位冲激响应滤波器对待发射宽带干扰信号进行整体幅相调制。为获得最佳滤波器系数，采用线性约束最小功率准则对波束形成器进行设计及优化。通过消除旁瓣约束式的频率依赖性，并将滤波器系数求解问题的解析形式转化为相应的SOCP形式，降低了优化难度。仿真结果表明，该方法可以较好地解决相应约束条件下雷达干扰宽带数字波束形成优化设计问题。

基于多目标局部变异-自适应量子粒子群优化算法的复杂地形多传感器优化部署

徐公国，段修生，单甘霖，童俊

2018, 39(11): 2192-2201. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.013

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对复杂地形下的多传感器部署问题进行研究，提出了基于多目标局部变异-自适应量子粒子群优化（LM-AQPSO）算法的多传感器多目标优化部署方法。该方法对复杂地形进行多属性网格建模，给出了传感器探测模型和优化目标。引进局部变异和参数自适应策略对量子粒子群优化算法进行改进，并提出了基于LM-AQPSO的多目标Pareto最优解集优化算法。考虑多目标部署需求，构建了基于Pareto最优解集的多传感器优化部署模型。仿真实验结果表明：相对于经典的改进非支配排序遗传算法，所提算法优化的Pareto最优解有着更好的收敛性和分布性，且寻优时间更短；所提模型能有效解决多目标多传感器部署问题，并能同时提供更多的决策方案。

强剩磁条件下磁性目标三维正则化聚焦反演方法

李金朋，张英堂，范红波，李志宁，张光

2018, 39(11): 2202-2210. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.014

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针对强剩磁条件下铁磁物质反演中存在磁化方向发生改变的问题，提出了强剩磁条件下磁性目标三维正则化聚焦反演方法。对于孤立磁源，首先估计其磁化方向，然后利用磁化方向估计值对磁性体进行反演；对于多目标磁源，利用弱敏感于磁化方向的磁总场模量数据进行反演。在迭代过程中，通过深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化框架下的反演模型进行约束并得到目标函数，有效解决了反演解的多解性问题。对目标函数进行迭代奇异值分解，根据无偏风险估计准则自适应地确定正则化参数，实现了迭代过程的自动化。仿真和实验结果表明：在强剩磁条件下，该方法能够准确还原磁性异常体的轮廓形态，具有较好的模型分辨率。

磁屏蔽装置结构参数的组合优化方法

吕志峰，赵欣，张金生，王仕成，李婷

2018, 39(11): 2211-2219. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.015

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针对磁屏蔽装置结构参数优化问题，将解析法计算简单和数值法计算精确的优点相结合，提出一种“解析+数值”组合优化方法。确定装置的磁屏蔽性能计算是否存在解析表达式，若难以得到解析表达式，则采用人工神经网络建立其磁屏蔽性能计算模型，得到其“黑箱解析式”；采用智能优化算法在短时间内对解析式或“黑箱解析式”进行快速“粗”寻优，进而以此为基准，再采用数值法在一次寻优结果附近进行小步长精细扫描计算，实现“精”寻优；采用交互验证的方式确认寻优结果的可信度。对双层圆柱形和单层矩形磁屏蔽装置的结构参数进行优化，结果表明“解析+数值”这种从“粗”到“精”的组合寻优方法是正确的，该方法得到的优化结果比纯解析优化得到的结果具有更高的可信度。

多跳分簇自组网络的最优簇内跳数分析

张文庆，李旭，黄文俊

2018, 39(11): 2220-2227. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.016

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多跳分簇自组网络的网络规模扩展性差、开销大，簇内跳数的选取是影响分簇网络性能的关键。综合考虑路由层簇维护和媒体介入控制层调度的开销，利用硬核泊松点过程推导网络的干扰与容量，进一步建立网络吞吐量与信道利用率模型，以吞吐量最大化为目标，以信道利用率为约束，得到最优的簇内跳数。仿真结果表明，所建立的模型能有效反映簇内跳数、节点密度等参数对干扰强度、网络吞吐量和信道利用率的影响，簇内跳数的最优值取决于路径损耗系数和节点密度。

水下连发射弹的超空泡流动特性研究

施红辉，周东辉，孙亚亚，贾会霞，侯健

2018, 39(11): 2228-2235. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.017

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基于Fluent流体仿真软件，采用用户自定义函数控制的动网格技术，对水下连发射弹的超空泡流场进行了数值模拟。通过与1组实验工况的比较，证实了所采用的数值模拟计算方法的可靠性。分析了两连发和3连发射弹情况下，超空泡流场的相互作用及其变化机理；得出了射弹超空泡无量纲长度在超空泡流场作用下的变化特点，计算出了流场的速度变化曲线和速度矢量等。研究结果表明：两射弹间的超空泡融合后，会在超空泡尾部区产生高速回射流并产生大量旋涡。这些旋涡引起的扰动能致使后续超空泡快速溃灭，表明了超空泡的极其不稳定性。后面的射弹进入前面射弹的空泡内后，其阻力系数达到最小值。当两连发超空泡射弹通过扰动区域时，前后超空泡都受到干扰，从而造成了它们的阻力系数增减。

水下弹性角反射器声散射特性

陈鑫，罗祎，李爱华

2018, 39(11): 2236-2242. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.018

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计算水下弹性角反射器声散射问题，需要考虑声波多次散射以及结构和水的流固耦合作用。针对现有水下弹性角反射器声散射特性分析方法的不足，利用结构有限元耦合流体间接边界元法对水下弹性角反射器的远场散射声场进行仿真计算。分析了入射波频率为5.0～20.0 kHz范围内，平板材料、厚度、入射角度及角反射器类型等因素对目标强度的影响及其散射机理。结果表明：水下弹性角反射器的散射声场具有很强的频率特性，且随材料、平板厚度和入射波频率的变化而改变；多次散射波对角反射器的反向散射声场具有重要贡献，仿真数据和实测数据基本一致。进一步提出了角反射器结构设计和优化方法，为水下无源声反射器的论证与设计提供了理论参考依据。

基于首达波与次达波到达时差的深海浅层移动声源定位

高飞，孙磊

2018, 39(11): 2243-2248. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.019

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为克服海洋环境不确定性、信号接收及处理偶然误差对定位精度的影响，基于单水听器多途声到达时差，利用扩展卡尔曼滤波（EKF）算法对深海浅层移动声源进行定位研究。结合Butterworth带通滤波算法及Bellhop射线模型识别水声试验数据中的多途到达波，对比分析各到达波间的相对能量大小，并确定信噪比较大的首达波与次达波为研究对象；以单频信号作为匹配序列，计算时域相关性大小，得到首达波与次达波的声到达时差；以首达波与次达波的声到达时差为观测值，构建EKF声源定位模型，得到移动声源的深度、水平距离及速度等信息。研究结果表明：在深海水声信道中，当声源和水听器都位于浅表水层时，直达波与海面反射波重合，首达波与第1次海底反射波能量相对较大；滤波结果与实测数据吻合较好，验证了EKF算法可较好地实现对水下移动目标定位。

超高分子量聚乙烯材料软质防弹衣抗弹性能老化衰减规律研究

孙非，曲一，徐诚

2018, 39(11): 2249-2255. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.020

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超高分子量聚乙烯材料目前被广泛用于软质防弹衣，但其老化过程中抗弹性能的衰减规律还不完全清楚,尚未建立定量预测公式。为分析实际使用环境和贮存条件对该类材料软质防弹衣抗弹性能的影响，通过对防弹衣材料进行不同时间的高温、高湿热及氙弧灯光照射等人工加速老化试验，进行弹道极限测试，得到各条件下的弹道极限速度数值，获得不同人工加速老化因素对防弹衣抗弹性能的影响规律。研究发现：高温、高湿热及氙弧灯光照射3种人工加速老化因素对防弹衣防弹性能影响可通过线性回归方程进行较为准确的预测，采用回归分析的方式获得高温、高湿热及氙弧灯光照射3种老化过程中进口和国产两种材料的弹道极限速度衰减经验公式，该公式可以用于估计与判断超高分子量聚乙烯材料软质防弹衣长期贮存情况下是否可以使用。

50CrV钢激光填丝焊焊缝成形多元非线性回归模型

张川，张福隆，李跃峰，刘双宇，薄洪雨，张宏，李彦清

2018, 39(11): 2256-2266. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.021

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在焊接50CrV薄板时，焊缝熔深要求控制在2 mm.为获得特定要求的熔深，基于响应面设计方法，采用实验设计软件Design-Expert 8.0对50CrV钢激光填丝焊焊接工艺进行了实验设计。实验过程中，以特定的焊缝熔深(2 mm)、最小化熔宽及余高为响应；以激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量作为控制变量，测量描述焊缝特征的响应数据，并建立其与焊接参数之间相关性的数学模型，通过方差检验确定了所建立的数学模型准确性。模型分析结果表明：激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量4个主因素对焊缝成形有直接的影响；根据优化结果得到最佳焊接条件，激光功率3.17～3.33 kW，焊接速度1.30～1.40 m/min，送丝速度4.0～4.23 m/min，离焦量3.1～4.5 mm，此时可获得满足焊接要求的熔深、熔宽和余高；实验验证了预测结果与实际焊接结果相一致，可用于指导实际生产。

一种考虑多种保障因素的作战任务间歇期战备完好率评估模型

高龙，宋太亮，曹军海，邢彪，闫旭

2018, 39(11): 2267-2279. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.022

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科学合理的战备完好性评估对于准确掌握部队实战能力，优化保障体系结构，提高装备作战能力与保障效能具有重要意义。针对现有评估模型注重维修保障因素而忽略供应保障因素、无法处理结构和状态较复杂的装备体系与保障体系问题，提出一种新的综合考虑多种保障因素的作战任务间歇期战备完好率评估模型。分析装备体系与保障体系之间的交互关系和保障过程，从装备保障需求角度出发构建装备体系中单个装备作战单元的战备完好率评估模型，在此基础上进一步构建共享同一保障体系多个装备作战单元的战备完好率评估模型。该模型考虑了装备作战单元装备保障需求相同与不同两种情况，并针对模型求解时装备体系状态难以确定的问题，给出一种基于向量通用函数的装备体系状态确定方法。通过实例分析验证了所提模型定量评估战备完好率的有效性和优越性。

基于图形轮廓的雷达信号模糊函数主脊切面特征提取方法

田春瑾，普运伟，郭媛蒲，时羽

2018, 39(11): 2280-2288. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.023

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从复杂体制雷达辐射源信号中提取有效的特征参数，是解决复杂雷达信号分选问题的有效方法。鉴于模糊函数(AF)的主脊切面能很好地描述信号的模糊能量分布信息，提出一种基于图形轮廓的AF主脊切面特征提取方法，该方法提取了反映切面图形轮廓变化剧烈程度的累积角度和反映切面图形轮廓固有特征的单位累积长度作为信号分选的特征向量。模糊C均值聚类实验结果表明：当信噪比不低于12 dB时，常规信号、线性调频信号、二相编码、四相编码、M伪随机序列和二频编码6种典型雷达信号的分选成功率均为100%，即使在信噪比为0 dB时，平均分选成功率也能达到93.5%；在0～20 dB动态信噪比环境中平均分选成功率达到98.9%. 理论分析与分选耗时比较实验结果表明，所提方法具有较低的算法复杂度，证实了其有效性和时效性。

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