2021年第09期-《电子技术应用》杂志

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2021年第09期

刊出日期：2021-09-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-面向6G的关键技术

基于NOMA的RIS与DF中继对比研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212020

作者：李小双1，刘秋妍1，张忠皓1，李福昌1，李佳俊2

作者单位：1.中国联合网络通信有限公司研究院，北京100048；2.中国联通华盛通信有限公司，北京100031

摘要：面向5G-Advanced和6G移动通信系统深度覆盖需求，提出基于非正交多址接入(NOMA)的智能超表面(RIS)和解码转发(DF)中继解决方案，通过系统建模、容量分析和能效分析，对比基于NOMA的RIS和DF中继方案的性能增益。典型场景下的数值仿真与对比分析表明，随着阵元数目的增大，相比于DF中继，RIS方案的能效增益逐渐增大。

关键词：
无线通信

6G

智能超表面

转发中继

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6G通信感知一体化架构与技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212078

作者：杨艳，张忠皓，马静艳

作者单位：中国联合网络通信有限公司研究院，北京100048

摘要：从2019年5G标准和设备逐步成型，通信业务向着产业化、多元化的趋势逐渐清晰化，从而催生了新通信系统研究。6G作为新一代通信系统，从服务全面性和精细度都进行了深度和广度的扩展。目前6G备选技术已经有THz技术、大规模天线、IRS和通信感知融合等，其中通信和感知一体化在2021年初成为6G重点研究技术，其通过复用通信和感知架构与信号进行一体化通信和感知，可以极大地减少系统的冗余部署。从6G通信感知一体化的研究需要性、架构和技术研究几个方面展开分析，从而可以较为全面地介绍6G通感融合的可行性及重点研究方向。

关键词：
通感融合

6G

架构

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综述与评论

意图网络研究综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201193

作者：徐丹，白燕南，王峰，曾宇

作者单位：中国电信研究院AI研发中心，北京102209

摘要：为应对快速变化的业务和用户需求，业界提出了意图网络。意图网络使用自然语言直接描述“业务意图”并将其自动转译为网络可执行的策略及操作，从而降低了网络管理的复杂性，大幅提高了运维效率，也很大程度上节省了人工。广泛和深入地调研了意图相关的项目和研究，介绍了意图的概念和描述、意图的北向接口、意图和策略的关系以及具有代表性的意图网络框架，并讨论了意图网络部署和应用所面临的主要挑战，旨在为读者研究意图网络提供一个综合视图。

关键词：
业务意图

北向接口

策略

意图网络框架

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人工智能

基于背景直方图的Staple目标跟踪算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201258

作者：孟令军，尚桠朝

作者单位：中北大学电子测试技术国防科技重点实验室，山西太原030051

摘要：针对Staple算法在由于相机运动出现模糊情况下跟踪精度下降的问题，提出一种基于背景权重直方图的改进Staple目标跟踪算法。首先，针对传统颜色直方图忽略空间性的问题，提出对直方图引入位置权重；其次，利用背景区域颜色直方图抑制背景信息对目标区域直方图的影响，提出引入背景权重直方图，并完成直方图分类器的构建。该算法在OTB2015测试集上与其他5个先进算法进行实验比较，结果表明在距离精度和成功率上总体效果相对Staple分别提升了3.7%和2%。

关键词：
背景权重直方图

目标跟踪

Staple

运动模糊

相关滤波

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基于CNN-LSTM的支撑电容容值软测量

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201128

作者：杨培盛1，付宇1，李鸿飞2，初开麒2，王梦谦2，李政达2

作者单位：1.济南轨道交通集团建设投资有限公司，山东济南250014； 2.中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛266033

摘要：实时监测功率变流器中支撑电容的老化状态，及时发现并更换存在缺陷的电容，对提高功率变换器的可靠性具有重要意义。基于相关电压电流数据，通过建立数据集，确定网络模型参数和模型训练，最终得到基于CNN-LSTM的神经网络模型，并通过不同工况下的数据集对神经网络模型的准确性进行了验证。结果表明，该模型可对电容容值进行可靠预测。

关键词：
支撑电容

CNN-LSTM

可靠性

神经网络

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微电子技术

低噪声低功耗3阶复数滤波器的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211278

作者：张旭东1，雷倩倩1，张芳玲1，李弦2，李连碧1

作者单位：1.西安工程大学理学院，陕西西安710000；2.深圳市纽瑞芯科技有限公司，广东深圳518000

摘要：采用UMC 40 nm CMOS工艺，设计了一款低噪声低功耗的3阶复数滤波器。利用FLFB(Follow-the-Leader-Feedback)结构良好的噪声特性，并以劳斯-霍尔维茨稳定性判据为理论依据，采用相位裕度仅为36.8°的运放，达到低噪声低功耗的优化目的。仿真结果表明：滤波器的带宽可调范围为0.98～1.92 MHz，中心频率0.68～1.34 MHz可调，通带内噪声90.6 μV，无杂散动态范围73.7 dB，镜像抑制比28.4 dB，此时总功耗为1.33 mW。

关键词：
复数滤波器

低噪声

低功耗

稳定性判据

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一种带有DAC失配整形的高精度Sigma-Delta调制器

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211398

作者：刘铭扬1，2，3，王小松1，2，3，刘昱1，2，3

作者单位：1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049； 3.新一代通信射频芯片技术北京市重点实验室，北京100029

摘要：为减小生理信号采集应用中仪表放大器的设计难度，需在低功耗、小信号带宽的前提下大幅度提高模数转换单元的精度和动态范围以作补偿。为此，面向生理信号采集应用，实现了一种带前馈结构的高精度三阶五比特Sigma-Delta调制器，其不需要复杂的OTA结构和过高的过采样率，且功耗较低，并将二阶噪声整形动态元件匹配方案应用于DAC中，以避免多比特量化造成的非线性谐波失真。该Sigma-Delta调制器采用SMIC 0.18 μm CMOS标准工艺，在1 MHz的采样率，1 kHz的信号带宽内，峰值SNDR达到111 dB，动态范围达到120 dB，有效位数达到18 bit，工作电源电压为1.8 V，整体功耗为0.87 mW。

关键词：
Sigma-Delta调制器

多比特量化器

二阶动态元件匹配

逐次逼近

前馈结构

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测控技术与仪器仪表

基于无线通信的智能家居设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201051

作者：邓怀俊，柳琳娜，张忠禺，史世阳

作者单位：中原工学院电子信息学院，河南郑州451191

摘要：随着科技的迅速发展以及物联网时代的到来，人们对居住的环境也有了更高要求，智能家居技术日新月异。提出一款结合STM32开发平台和中国移动云平台的无线通信智能家居设计，相比传统智能家居，本设计采用串口、Wi-Fi相结合的方式，摆脱了有线传输的复杂性，通过MATLAB对监控到的数据采用归一化算法分析，用户可通过云平台实时监控传感信息，实现对家庭设备的智能控制。

关键词：
智能家居

Wi-Fi技术

云平台

STM32

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基于平移窗运动想象脑电信号活动段提取

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201223

作者：张莉1，王凯瑞1，李杨1，汪清山1，蔡靖1，王钢2

作者单位：1.吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春130026；2.北华大学，吉林吉林132013

摘要：为了迅速、准确地识别运动想象的脑电信号，提出了一种基于平移窗的运动想象脑电信号活动段提取方法。该方法对运动想象脑电信号Mu/Beta节律的事件相关同步化/去同步化(ERS/ERD)特征进行检测，提取ERS/ERD特征明显的时段；再利用统计量进行特征提取，通过Classify分类器进行信号分类。利用2003年BCI竞赛data set Ⅲ进行测试，分类准确率达到83.571 4%。该方法可以评价受试者的脑活动状态，提高运动想象脑电信号的识别准确率，对脑-机接口实时控制系统的研究有一定的帮助。

关键词：
脑电信号识别

活动段检测

事件相关同步化去同步化

MuBeta节律

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通信与网络

基于证据理论的特征值之比协作频谱感知算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201131

作者：石新，刘顺兰，张无际

作者单位：杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018

摘要：针对单节点频谱感知容易受到多径效应、隐蔽终端、路径损耗等因素影响，提出了一种基于证据理论的特征值之比协作频谱感知算法。该算法以特征值之比检测法作为本地感知结果，通过基础概率分配(BPA)函数计算出可信度发送给融合中心，融合中心根据D-S证据理论融合规则进行数据融合与判决。仿真结果表明,该算法对比于相关算法，在一定程度上抵抗恶意攻击性能，具有较高的安全性，在低信噪比的环境下或者虚警概率高于0.6的环境下时，该算法的检测概率更加突出，并且该算法还具有较高能效。

关键词：
D-S证据理论

随机矩阵

协作频谱感知

认知无线电

特征值

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基于单因素方差分析的密码算法统计检验

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211329

作者：朱玉倩，王超，张艳

作者单位：华北计算机系统工程研究所，北京100083

摘要：在密码学范畴中，随机序列常作为密钥、初始向量或算法参数使用。随机序列的随机性最终决定了整个密码系统的安全性，因此在密码技术中占有重要位置。对于良好的密码算法产生的密文序列，应无法通过统计学方法进行区分。首先对7种经典密码算法生成的密文序列进行NIST随机性检验，统计失败次数；然后关于密码算法进行单因素方差分析，检验结果在统计学上无显著差异。此统计检验可作为评价密码算法好坏的指标之一。

关键词：
单因素方差分析

密码算法

统计检验

NIST随机性检测

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计算机技术与应用

高吞吐率低时延图像DCT处理器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200814

作者：刘思军1，2，秦明伟1，刘多强1，2

作者单位：1.西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621010；2.中国直升机设计研究所，江西景德镇333000

摘要：针对高分辨率、高帧率图像实时压缩问题，设计了一种应用于高速图像JPEG压缩编码系统的离散余弦变换(DCT)处理器。设计的DCT处理器基于Virtex-7系列FPGA，充分利用并行和流水线处理技术，采用基于蝶形流图结构的行列分解算法，实现了快速二维离散余弦变换(2D-DCT)。为了提高数据吞吐率，设计了双核DCT处理单元，可同时处理16个像素，从整体上提高处理速度和降低时延。板级测试表明，高速图像DCT处理器数据计算结果正确，在200 MHz系统时钟下，吞吐率高达3 GB/s，此时平均每帧图像处理时间不超过10 ms，实现了高速图像的实时处理。

关键词：
图像压缩

DCT

FPGA

并行流水结构

高吞吐率

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科研数据共享建设研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201015

作者：仲妍，钟艳玲，郭文思

作者单位：军事科学院防化研究院，北京100028

摘要：科研数据是教学和科研工作中极有价值的资源，为实现科研数据的集成融合与共享应用，按照制度化、标准化、集中化思想，研究建立覆盖建设、运行、管理全流程的数据监管体制，以及符合利益主体权利和义务的数据共享机制。以标准化管理、服务为特征的数据资源管理平台架构，以及面向专业科研应用、综合科研应用的科研数据应用架构，推动科研数据由分散管理向集中管理转变，数据质量由主观控制向标准控制转变，数据维护由简单工具向综合平台转变，数据应用由孤立应用向体系应用转变，彻底解决各信息系统中涉及的基础数据、共用数据存在内容描述不一致、表达方式不相容、组织方法不清晰等问题，为信息系统互联互通和数据综合分析应用提供制度保障和技术支撑。

关键词：
科研数据

数据共享

监管体制

共享机制

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一种面向智能网络系统的自主计算能力分析方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200811

作者：孙日明，胡先浪

作者单位：江苏自动化研究所，江苏连云港222061

摘要：目前各类智能网络系统已被广泛地应用，但是由于节点众多、外部环境复杂，自我管理具有很大挑战。而自主计算系统(ACS)具有根据策略和目标实现自主管理的能力，在复杂的智能网络系统中具有广阔的应用前景。然而，目前自主计算的评价方法缺乏准确的量化来评估ACS的自我管理水平。首先提出了基于PEPA(Performance Evaluation Process Algbra)的自主计算评价模型。然后，根据自主计算的核心思想(较少或无人干预)提出了一种自我管理的评价指标。此外，为了避免ACS的巨大规模导致传统马尔可夫链的状态空间爆炸，采用连续状态空间近似方法从PEPA模型中生成 ODEs(Ordinary Differential Equations)。实验结果表明，提高检测成功率和self-*变迁速率对提高自主计算具有重要意义，为自主计算提供了一种评价方法，可以自动测量自我管理的能力。

关键词：
自主计算

PEPA

连续状态空间近似

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具有固定长度密文的广播加密方案

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200857

作者：国佃利1，杨鹏飞1，刘家磊2，王萍3，宋宁宁1

作者单位：1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京100083； 2.安阳师范学院软件学院，河南安阳455000；3.中国联合网络通信有限公司北京市分公司，北京100052

摘要：广播加密方案可建立一对多的密态数据传输通道，消息发送者可在执行加密操作前创建授权用户集合，惟有授权用户才能对接收到的广播密态数据进行解密。利用素数阶非对称双线性映射构造了标准模型下静态安全的公钥广播加密方案，密文扩展量与用户密钥扩展量为O(1)，公钥扩展量为O(N)(N表示广播加密系统内用户总数)。与之前相关方案相比，该方案能够在简单的非交互式安全假设下取得标准模型下静态安全性，并且取得最优化的密文与用户密钥扩展量。

关键词：
广播加密

标准模型

静态安全性

参数扩展量

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面向OSD语言检测对照表的匹配定位算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200932

作者：滕斌1，2，林珊玲2，3，林志贤1，2，郭太良1，2

作者单位：1.福州大学物理与信息工程学院，福建福州350116； 2.中国福建光电信息科学与技术创新实验室，福建福州350116；3.福州大学先进制造学院，福建泉州362200

摘要： OSD语言自动化检测系统需要将识别输出与标准对照表进行比对来确定最终结果，关键就在于能否实现精确匹配定位。因此，对经典的单模式匹配BM算法和多模式匹配AC算法分析研究，结合Excel表的编码方式和特点，提出了一种针对Excel表的精准匹配定位算法。该算法利用Excel表成行成列的使用特点，将表格单列内容以三行并一组方式组合，根据三行总字数N和中间行字数M进行分类，利用单模式匹配方法进行匹配定位。分析验证表明，该算法相对于BM算法、AC算法匹配次数更少，定位精确度更高。

关键词：
匹配定位

单模式匹配

多模式匹配

BM算法

AC算法

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嵌入式技术

基于HDMIRx CEC的电视待机唤醒方案的软件设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211482

作者：吕亮1，龙华2

作者单位：1.东南大学微电子学院，江苏南京210000；2.华为技术有限公司，广东深圳518000

摘要：为减少在TV待机唤醒场景下遥控器的使用次数，且满足低功耗的需求，在分析CEC1.4协议的基础上，使用CPU与MCU协同工作的方式设计了一种HDMI_CEC待机唤醒软件实现方案，并在单板上实现了方案中描述的具体功能。最后使用SL309仪器对实际功能进行了验证。从验证的结果来看，其完全符合TV待机唤醒的要求。该方案为低功耗场景下的TV待机唤醒提供了方法与思路。

关键词：
HDMI

消费电子控制

电视

待机唤醒

低功耗

查看(17470)

基于FPGA的相控阵天线波束控制算法优化研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211372

作者：高嵩，胥剑涛

作者单位：成都理工大学信息科学与技术学院(网络安全学院、牛津布鲁克斯学院)，四川成都610059

摘要：目前FPGA是开发波束控制系统的首选控制芯片，但FPGA在计算浮点数据时存在耗时长并且资源占用大的问题，对波束控制算法的实现存在一定限制。基于此提出一种查表与FPGA计算相结合的优化型波束控制算法，以8×8矩形相控阵天线为控制对象，详细介绍了该优化型算法以及FPGA算法模块的逻辑设计，优化型算法降低FPGA资源占用率，节约系统功耗的同时又规避了FPGA难以计算三角函数的问题，最后基于Vivado/Xsim搭建仿真平台，仿真与测试结果证明了该方案的正确性和高效性。

关键词：
FPGA

波束控制系统

波束控制算法

相控阵天线

三角函数

查看(15672)

基于STM32的大功率LED阵列高精度制冷控制系统

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211353

作者：钱依凡，薛凌云，洪哲扬

作者单位：杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州310018

摘要： LED结温动态严重影响其光学特性变化规律，针对大功率LED阵列散热需求，利用半导体制冷器(Thermoelectric Cooler，TEC)设计一套制冷控制系统。开关电源易产生较强电磁干扰，设计具有快响应时间、高稳定度特点的可编程线性电源驱动TEC稳定工作。针对常规线性PID对具有非线性特征的TEC制冷控制系统存在快速性和超调量难以兼得的问题，于STM32嵌入式实现模糊RBF神经网络PID控制，并用6×3 W大功率LED阵列进行测试，实验结果证明相比于常规线性PID控制，调节时间缩短，超调量减少，温度波动仅为±0.1 ℃，该系统在保持大功率LED阵列工作环境温度稳定的同时可提升其输出光效。

关键词：
STM32

大功率LED阵列

半导体制冷器

模糊RBF神经网络PID

查看(12970)

电路与系统

面向干式水表产品追溯的RFID标签天线设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201197

作者：王翠，洪涛

作者单位：中国计量大学质量与安全工程学院，浙江杭州310018

摘要：为了实现干式水表制造过程产品追溯，以便对干式水表的质量和数量进行有效监测，根据干式水表的内部结构，设计了一款性能满足干式水表产品追溯的小型化抗金属超高频PCB RFID标签。该标签天线采用弯折偶极子结构，可嵌入到水表中。为改善金属环境中RFID标签天线的性能，基于干式水表的内部结构和尺寸的约束，通过对天线电小环进行内凹弯折结构设计、调试与仿真，发现对天线中心频点和回波损耗的影响程度，实现对标签天线的小型化设计。对标签天线样品实物进行实际距离测试和天线最低激活功率测试，验证了所设计的标签天线嵌入水表后的最大识读距离为3.2 m，实际中心频点为900 MHz，满足产品追溯的识读要求。

关键词：
弯折偶极子天线

干式水表

抗金属

小型化

PCB

查看(13084)

20 kHz脉冲偏压控制系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201274

作者：王壮1，许海鹰1，桑兴华1，杨波1，张伟2

作者单位：1.中国航空制造技术研究院高能束流发生器实验室，北京100024； 2.北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191

摘要：为提高电子束熔丝增材的成形质量，基于偏压调节束流的原理，开发了一种20 kHz脉冲偏压控制系统。通过对其工作环境深入分析，选取高速DSP数字处理芯片实现脉冲束流基值、峰值向偏压基值、峰值的转化，根据输入脉冲频率、占空比，可以调节脉冲束流的输出；并通过PWM发生芯片，输出100 kHz以上的基波，由DSP输出脉冲合成的模式，再经由大功率运放、基值、峰值串联整流电路可以获得脉冲偏压输出，继而实现对脉冲束流输出的调控，从而获得一熔滴一脉冲的熔丝成形效果。

关键词：
熔丝增材制造

偏压电源

脉冲束流

查看(12358)

谐振高压等离子球磨电源研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201266

作者：袁松，曾敏，李阳，胡子鑫

作者单位：华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510641

摘要：等离子辅助球磨技术需要高压电源激发等离子场，而目前高压等离子球磨电源存在开关管数目多、控制时序复杂、可靠性低等问题。研制了采用单管结构的谐振高压等离子球磨电源。首先介绍了主电路的工作原理，详细分析了初级谐振网络的固有谐振频率及谐振参数选择；利用变压器与负载的串联谐振网络进一步提高输出电压幅值；通过Simulink仿真，验证了主电路工作波形以及谐振电压增益，其输出电压峰峰值可达到24 kV以上。在此基础上，研制了一台输出功率3 kW样机，并成功激发等离子场用于辅助球磨。

关键词：
可控硅

外场辅助球磨

高压电源

谐振

等离子体

查看(13258)

雷达与导航

超宽带室内定位无线时钟同步设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211545

作者：冯帆，王军，陈小磊，吴春

作者单位：中电海康集团研究院，浙江杭州310015

摘要：为解决基于到达时间差(TDOA)的超宽带(UWB)室内定位系统中不同定位基站的本地时钟不同步问题，设计并实现了一种单区域定位的无线时钟同步方式，并在此基础上进行了多区域定位无线时钟同步的扩展。首先利用UWB定位基站和待定位节点之间的无线通信，获取各基站的时间戳数据，之后服务器端的时钟同步模块利用该时间戳数据和基站位置数据，计算基站间的时钟偏差系数用于计算待定位节点信号到达不同基站的时间差TDOA，最后服务器端的定位模块利用TDOA数据对待定位节点进行定位。

关键词：
室内定位

超宽带UWB

无线时钟同步

定位区域扩展

查看(14428)

一种时变交互多模型融合目标跟踪方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211555

作者：栾铸徵，俞成龙，顾兵，赵先涛

作者单位：中国船舶重工集团公司第723研究所，江苏扬州225101

摘要：针对交互多模型(IMM)目标跟踪理论采用不变的马尔可夫转移概率矩阵以及在模型概率更新中采用的是残差模型，缺乏实时适应性，提出了以多模型滤波结果为中心，以贝叶斯估计理论融合多模型跟踪结果来更新目标状态分布，并根据模型似然函数更新下一时刻模型概率,以当前滤波模型目标状态分布似然函数来更新模型间马尔可夫转移概率矩阵。采用蒙特卡罗仿真与常规IMM方法进行了对比，对强机动目标和扰动静态目标场景进行了仿真，结果表明该方法航迹误差精度优于常规IMM,可以有效地对机动目标跟踪。