A novel gradient approach for optimal design and sensitivity analysis of EWMA control charts

Conventional control charts are often designed to optimize out‐of‐control average run length (ARL), while constraining in‐control ARL to a desired value. The widely employed grid search approach in statistical process control (SPC) is time‐consuming with unsatisfactory accuracy. Although the simulation‐based ARL gradient estimators proposed by Fu and Hu [Manag Sci 45 (1999), 395–413] can alleviate this issue, it still requires a large number of simulation runs to significantly reduce the variance of gradient estimators. This article proposes a novel ARL gradient estimation approach based on integral equation for efficient analysis and design of control charts. Although this article compares with the results of Fu and Hu [Manag Sci 45 (1999), 395–413] based on the exponentially weighted moving average (EWMA) control chart, the proposed approach has wide applicability as it can generally fit into any control chart with Markovian property under any distributions. It is shown that the proposed method is able to provide a fast, accurate, and easy‐to‐implement algorithm for the design and analysis of EWMA charts, as compared to the simulation‐based gradient estimation method. Moreover, the proposed gradient estimation method facilitates the computation of high‐order derivatives that are valuable in sensitivity analysis. The code is written in Matlab, which is available on request. © 2014 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 61: 223–237, 2014     

空时频方位关联算法

针对跳频组网通信中不同信号间的时频分隔特点,利用时频重心进行目标方位数据关联,提出了空时频方位关联算法。根据提取的时频特征设计空时频测向的核函数,实现了简化的空时频测向算法。根据时频距离设计代价函数,基于匈牙利算法实现了方位关联结果的最优化二维分配。根据时频距离选择窗函数的类型和长度,有效避免了信号旁瓣泄露对测向精度的影响,显著提高了密集目标条件下的关联正确概率。数值仿真验证了上述观点。     

FQPSK和SOQPSK信号的通用准最优解调设计

FQPSK-JR和SOQPSK-TG是IRIG-106遥测标准中可以互换的两种信号体制,两种信号有着近乎相同的功率效率和带宽效率。尽管两种信号都可以采用常规的OQPSK接收机进行解调,但是基于OQPSK结构的接收机忽略了两种信号固有的记忆特性,其解调性能损失相比最优解调达2dB之多。在遥测链路中,受设备体积及电源限制,2dB的功率损失是至关重要的。虽然基于其调制体制相对应的最优接收机都能提高功率效率,但信号产生体制的不同导致了其对应的最优接收机结构不同。将IRIG-106标准中的FQPSK-JR信号用CPM调制来近似表示,将SOQPSK-TG信号的频率成型脉冲进行了截短近似,设计了基于CPM的通用准最优解调器。基于CPM近似设计出的解调器与OQPSK解调器一样无须对两种信号进行识别,仿真表明基于CPM设计的通用解调器对两种信号进行解调的渐进损失都很小,对复杂度也进行了分析对比。     

用于消除缓变伪距偏差的抗差扩展卡尔曼滤波方法

针对卫星导航系统中伪距观测量存在缓变伪距偏差,导致定位精度下降的问题,提出了一种基于滑动积累的抗差扩展卡尔曼滤波方法。该方法在抗差扩展卡尔曼滤波算法的基础上,通过滑动窗口内多个历元残差矢量的累积,增大标准化残差矢量的伪距偏差,来提高对缓变伪距偏差故障的抗差能力。仿真表明,该方法能有效消除或者减弱微小伪距偏差和缓慢增长伪距偏差造成的位置误差,与传统抗差扩展卡尔曼滤波算法比较,定位精度得到明显改善。     

装备技术体系网络建模与结构优化方法

针对装备技术发展管理的重用度和冗余度问题,研究了体系网络建模与结构优化方法。将装备技术抽象为节点,技术关系抽象为边,提出了基于装备技术描述属性框架和技术关系分析的体系网络建模方法;将3种经典的网络社团探测方法应用于装备技术聚类,通过比较评估指标,生成了技术聚类优化方案;基于加权网络中心度算法,识别了对体系冗余影响最大的装备技术。以包含235项激光武器装备技术的技术体系为例,验证了方法的有效性,总结了体系结构的优化结论。     

基于遗传算法的无线通信节点部署优化策略

根据无线通信节点部署过程中网络受到区域环境影响和电波传播损耗等实际问题,建立了考虑区域影响的信号衰减模型和无线通信网络覆盖模型,提出了一种综合考虑网络覆盖和通信干扰的优化部署策略。该策略采用了加速遗传算法,大大降低了计算量。基于该优化策略,通过仿真实验得到了特定区域的最优通信节点数和节点部署位置图。     

基于Powell法的GNSS卫星轨道拟合算法

针对GNSS导航信号模拟源中卫星轨道计算的高精度实时性要求,提出了一种基于Powell最优化理论的卫星轨道拟合算法。该算法将有限点卫星位置拟合问题转化为无约束极小值问题,使用最优化理论求解卫星轨道模型参数,从而可以方便计算任意时刻的卫星速度、加速度等高阶量。算例结果表明计算卫星星历时,位置误差小于1×10-4m,速度误差小于1×10-6m/s,计算量为广播星历直接计算的1/3;计算精密星历时,位置精度在2cm左右,拟合精度较拉格朗日插值算法提高了大约1倍。通过实际应用,充分验证了算法的有效性。     

舰船目标角跟踪新方法研究

相参雷达可获取舰船目标回波的距离-多普勒图(R-D图),由于舰船目标的散射点相对于雷达视线角存在多普勒的差异,于是舰船目标在R-D图上一般要跨越几个多普勒单元,传统选信号的最大点作为跟踪点不能完全使用R-D图信息,而合理使用R-D图信息才可减小目标的幅度起伏、角闪烁等的影响,为此研究无偏几何中心法目标跟踪点的选择方法.实验表明:当目标有起伏或角闪烁时,所提无偏几何中心法优于最大值法.     

各向异性材料的有效弹性模量

在夹杂理论的基础上,采用用自洽法导出了含分布夹杂的各向异性弹性体的本构关系和有效弹性模量的细观力学表达式。本文得到的公式不仅可以处理含缺陷和损伤的材料的有效弹性模量,而且还可处理诸于纤维复合材料等各向异性材料的理论及有效弹性模量,从而为建立材料细观结构与宏观性能之间的关系提供了理论基础。     

基于功能角色模型的反馈系统故障模式影响分析

从系统功能设计过程出发,在分析反馈系统工作原理及其功能角色模型构造特点的基础上,认为反馈信号在输入端可等效为正、负、零三种误差信号。以此为基础,提出了反馈系统基于该理论的故障传播分析方法和技术。最后以飞机发动机燃料计量系统为例,阐述该方法在反馈系统中应用的可行性。经案例分析表明,该方法可以比较有效地解决一类带反馈环的故障分析问题,大大提高了功能角色模型的应用范围。