基于能量最优的室内可见光通信LED布局EI北大核心CSCD

LED兼具照明和数据通信功能,在室内可见光通信(VLC)中,LED的布局对维持接收面上接收功率的稳定分布有重要作用。室内LED矩形布局下的接收功率分布并不能覆盖整个接收面,存在接收功率中断区,无法实现最优的VLC系统性能。考虑室内墙面及地板的一次反射,研究LED在不同位置的布局方案,采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案,设计了能耗最小的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形布局和圆形布局下的接收功率分布、信号中断率、能量损耗以及信噪比分布,仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局,需要的LED数量几乎为矩形布局的一半,减小了VLC系统的码间干扰。     

室内多输入多输出可见光通信系统接入点与功率分配优化

针对室内用户在非均匀分布时选择最高信号强度接入点（AP）导致系统总速率和用户服务质量较低的问题,提出联合AP和功率分配的方法。考虑多个LED作为AP的可见光通信（VLC）网络,根据用户分布设计了一个基于用户信道增益权重回溯（BM）的AP分配算法,使权重较低的用户接入到其他AP,降低资源竞争严重的LED上的用户负载;为了使所有用户均能满足通信需求,提出改进逐维动态正余弦算法（IDDSCA）的转换参数,并引入基于最优解方向的自适应搜索策略。利用IDDSCA动态调整每个AP下行链路的功率分配,同步优化系统总速率和用户服务质量。仿真结果表明,所提BM-IDDSCA方案相较于BM-DDSCA、SLCG-IDDSCA、BM-αPA、MT-PA与SLCG-QTPA方案在总速率方面分别提升2.94%、4.20%、2.03%、62.90%、4.89%。     

基于能量最优的室内可见光通信LED布局

LED兼具照明和数据通信功能,在室内可见光通信(VLC)中,LED的布局对维持接收面上接收功率的稳定分布有重要作用。室内LED矩形布局下的接收功率分布并不能覆盖整个接收面,存在接收功率中断区,无法实现最优的VLC系统性能。考虑室内墙面及地板的一次反射,研究LED在不同位置的布局方案,采用粒子群优化(PSO)算法分析LED布局方案,设计了能耗最小的LED圆形布局方案。仿真分析了LED矩形布局和圆形布局下的接收功率分布、信号中断率、能量损耗以及信噪比分布,仿真结果表明LED圆形布局的VLC系统性能优于矩形布局,需要的LED数量几乎为矩形布局的一半,减小了VLC系统的码间干扰。     

基于非正交多址接入的室内可见光通信系统EI北大核心CSCD

白光发光二极管(LED)的窄调制带宽限制了可见光通信(VLC)的系统容量。非正交多址接入(NOMA)技术通过功率复用可提高系统通信容量。结合直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和NOMA技术,设计了NOMA-DCO-OFDM系统。基于递归法给出了单个LED时VLC多径信道建模方法。在考虑限幅噪声影响时,推导了用户的信干噪比。采用分数阶功率分配、增益比功率分配和静态功率分配方法,研究系统平均和速率随LED半功率角、光电检测器的视场角(FOV)和功率分配因子的变化规律。仿真结果表明,系统平均和速率随着半功率角、FOV和功率分配因子的变化而变化,可以通过优化半功率角、FOV和功率分配因子达到系统平均和速率最大化。     

基于改进克隆选择算法的统一混沌系统同步控制与参数辨识

提出一种改进的克隆选择算法用于解决混沌系统的参数辨识问题.该算法利用抗体的高频变异和受体编辑两种机制有效平衡算法的全局探索与局部开发，并引入向精英抗体学习策略进一步提高算法的收敛质量.对10个优化问题的实验表明：所提出算法在求解精度、收敛速度以及稳定性方面具有更好的性能.以参数未知统一混沌系统的同步控制为研究对象，合理设计同步控制器，并对同步系统的稳定性进行理论分析.通过对同步比例因子的设置，实现统一混沌系统的完全同步、反同步、投影同步等多种同步方式.仿真实验结果表明该方法能够实现对未知系统参数的精确辨识以及驱动-响应系统的有效同步控制，验证了所提方法的可行性与有效性.     

室内可见光通信系统的光源布局优化及性能分析

在基于白光发光二极管(LED)的室内可见光通信系统中,考虑墙面的一次反射,研究了不同LED拓扑方式下的布局方案。通过调整拓扑分布提出了方阵+圆环布局模型,该模型可以降低系统的功耗,在满足室内照明的要求下,通过功率分配实现了照度和接收面信噪比的动态范围压缩。仿真分析了基于功率分配的方阵+圆环布局模型的照度分布、接收功率分布、信噪比分布及误码率性能,仿真结果表明:方阵+圆环布局所用光源数虽然比传统方阵布局减少了48个,但性能仍得到了改善。给出了室内可见光通信链路系统带宽、误码率、距离与信噪比的关系,可为用户搭建VLC链路提供参考。     

紫外光通信用日盲型LED研究进展

紫外光通信在激光雷达、战术通信、航空航天内部安全通讯和片上集成通信等领域有着重要应用前景。传统的紫外光通信LED光源的调制带宽窄、输出光功率低和制造工艺复杂等缺点限制了它在长距离、高速率通信和片上集成通信领域的广泛应用。实验表明，增加单个器件发光面积可提升光输出功率，但增加的器件电容对带宽提升是不利的，因此紫外光通信LED未来的重要研究方向是提升并优化带宽的同时增加器件的光功率密度。UVC Micro-LED器件有着光提取效率高、时间常数小、载流子寿命短、调制速率快及工作电流密度高等出色性能，因此在通讯领域受到科研界和工业界的广泛青睐。本文总结了紫外LED、特别是UVC MicroLED的相关研究进展，并重点介绍了它们在光通信及其片上集成互联方面的应用。研究发现，对UVC MicroLED及其阵列制备与性能提升加强研究，是未来提升自由空间和片上互联紫外通信系统性能的最佳解决方案之一。     

基于改进粒子群算法的LED光源阵列优化

为了提高发光二极管（light emitting diode,LED）光源阵列的光照均匀度,提出一种改进粒子群算法和新型等差LED阵列排布方式。根据光照分布模型建立了照射面的光照均匀度评价函数,使用改进的粒子群算法对新型等差LED阵列、矩形及圆形阵列进行优化。将优化后的LED阵列数据导入光学软件TracePro中进行仿真验证,得到优化后等差、矩形及圆形LED阵列的光照均匀度分别为82.89%、73.31%及78.56%,比优化前LED阵列的光照均匀度分别提高了15.84%、10.65%及15.57%。研究结果表明,改进后的粒子群算法收敛速度更快、精度更高,且提出的新型等差LED阵列有着更好的光照均匀度。     

粒子群优化算法在自适应偏振模色散补偿中的性能研究

反馈控制算法是偏振模色散的自适应补偿器的关键组成部分,将粒子群优化算法(PSO)引入到偏振模色散自适应补偿系统中。该算法的优点是具有快速收敛到全局最佳值的能力、避免搜索陷入局部极值的能力、抗噪声能力和多自由度控制能力。理论上分析了粒子群优化算法的两个分类———全局邻居结构粒子群优化(GPSO)和局部邻居结构粒子群优化(LPSO)在搜索全局最佳值方面的能力优劣,给出了局部邻居结构粒子群优化算法成功率达100%的三种邻居拓扑结构。实验表明:在补偿一阶偏振模色散时,全局邻居结构和局部邻居结构搜索全局最佳的成功率都能满足要求,全局邻居结构算法收敛速度快。而在补偿二阶偏振模色散时,全局邻居结构成功率降低,而局部邻居结构仍可以满足要求。     

热电制冷LED自然对流散热的设计与优化

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能,以一款基于热电制冷（TEC）的单颗LED小型灯具模组为研究对象,在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上,建立了有无TEC参与散热的等效热路模型,并选择合理的数学公式对其进行性能描述,进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下,施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能;LED热功率越低,安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大,能满足LED更高功率的散热需求;当LED为0.493 W时,优化后结构的最佳结温仅为15.66℃,远低于30℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型,能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。     

红/绿/蓝/暖白4色LED白光温度光谱优化方法

研究了一个基于高斯模型和双高斯模型的温度变化光谱模型,并基于脉冲宽度调制（PWM）调光的红/绿/蓝/暖白（R/G/B/WW） 4色LED混合白光进行了实验验证。结果表明,在20～90℃温度范围内,当相关色温为3000、5000、6500 K时,光源参数（照度、显色指数、相关色温、蓝光危害因子和节律因子）的最大相对误差为3.79%。基于该模型,采用自适应差分进化（JADE）算法获取R/G/B/WW发光二极管在不同温度下的补偿占空比,并建立光谱优化模型以消除温度对光源光谱及其光源参数的影响。结果表明,优化补偿后的光谱与初始温度光谱基本一致,光源参数最大相对误差为2.62%。     

混沌系统的变论域模糊控制算法研究

混沌运动和混沌控制受到广泛关注,本文利用模糊控制实现混沌系统的控制.针对模糊控制器精度不高,模糊控制中规则数量与控制精度之间的矛盾,提出了一种基于蚁群优化算法的变论域模糊控制器.通过分析变论域模糊控制中的2类伸缩因子,指出其中1类并不能满足广义伸缩因子条件.提出利用蚁群优化算法对伸缩因子智能寻优的方法,在对蚁群算法改进的基础上,构成一种基于蚁群算法的变论域模糊控制,将设计的控制器用于Duffing混沌系统的控制.仿真结果表明,提出的控制算法在收敛速度和稳态性能上要略优于其他控制方式. 关键词： 混沌 变论域模糊控制 伸缩因子 蚁群优化算法     

基于混合群智能优化算法的混沌系统参数估计

混沌系统的未知系统参数估计是实现混沌控制和同步的首要问题,通过构造一个合理的适应度函数,可将其转化为一个多维搜索空间的优化问题.提出一种融合改进骨干粒子群算法与改进差分进化算法的混合群智能优化方法来解决上述优化问题.对骨干粒子群算法中的粒子位置更新机制以及差分进化算法中的变异操作、交叉操作、交叉概率因子的设计等进行改进,有效兼顾了种群的多样性与算法的收敛性.在此基础上,讨论骨干粒子群优化算法与差分进化的融合优化策略,实现两个算法的协同进化,进一步提高算法的综合优化性能.用6个基准测试函数以及Lorenz混沌系统为例进行仿真实验,结果表明该方法具有全局寻优能力强、收敛速度快、搜索精度高、稳健性好等优点.     

基于多目标人工鱼群算法的光疗LED照度优化研究

提高发光二极管（light emitting diode,LED）组成的光疗光源在照射平面上的照度均匀分布水平,对于光疗设备发展具有重要的价值。提出了一种基于多目标人工鱼群算法的光疗LED光源的照度优化方法。设计了2种不同组合模式的光疗LED光源阵列。结合多目标人工鱼群算法对光疗LED光源阵列组合数据进行优化,使光疗LED光源阵列的照度分布更加均匀。将优化设计后的光疗LED 光源芯片组合数据,导入光学仿真软件TracePro实现仿真验证,得到经优化的圆形光源排列的照度均匀程度较未优化圆形光源排列提升0.104,矩形光源排列的照度均匀程度较未优化矩形光源排列提升0.148。对比分析最终数据,验证了该优化方法是可行的,可以提高光疗LED光源的照度分布水平。     

一种通用的反馈式波前整形优化算法改进策略

提出一种通用式突变算子用于增强反馈式波前整形系统的调控效率,进而实现激光透过散射介质后的高效聚焦。为验证该突变算子提高聚焦效率的有效性,在经典优化算法,包括遗传算法、粒子种群算法、蚁群算法、模拟退火算法等四种算法的基础上引入突变算子,以优化结束后的增强因子和达到最高增强因子时的迭代周期数来表征聚焦效率。经过数值仿真和实验验证,该突变算子的引入使得四种经典优化算法的聚焦效率均得到大幅提升,增强因子提升了25%以上,同时迭代周期数减少了63%以上。当增加调控单元数量时,突变算子的高效性将更为显著。为进一步验证该突变算子的通用性,对二元振幅型调制以及多点聚焦进行了数值模拟分析,结果表明该突变算子有效增强了聚焦效率。该研究为反馈式波前整形的多种经典算法与多种调控方式提供了更高效的聚焦策略,实现了散射介质后更快更强的光斑聚焦,在光捕获、光遗传学等领域具有潜在的应用价值。     

OVMD-ICA算法用于光纤电流传感器降噪

提升数据处理能力是实现光纤电流传感器（FOCS）在微弱电流检测领域中应用的重要支撑。针对独立成分分析（ICA）算法对信源数量的要求和变分模态分解（VMD）对冲击噪声处理能力不足的问题，采用优化参数的变分模态分解与独立成分分析联合算法（OVMD-ICA算法），提升微弱电流检测能力。首先，在分析全光纤电流传感器输出信号的特征和噪声特性的基础上，以能量谱熵为目标函数，采用捕食者算法（HPO算法）获取模态参数K和二次惩罚因子α，完成变分模态分解。然后，通过设置相关系数阈值，对各模态函数分类并构建虚拟通道，以满足ICA对信源数量的要求，并采用FastICA算法实现盲源分离。最后，通过对比实验确定了该方法的有效性，发现采用所提方法能够实现3 mA微弱电流的识别检测。     

在线轨面伤损检测软件系统优化设计与实现

针对实际应用中轨面伤损检测系统检测速度较慢的问题，在保证检测精度的前提下，结合轨面图像特点及软件工程的思想，提出了面向算法、编程技术和存储介质3个层面的优化方法。算法优化通过重新设计算法流程，合理取舍步骤，实现算法到CPU的高效映射；编程技术优化使用多线程编程，通过并行运算充分利用处理器的多核优势；存储介质优化通过使用读写快、质量轻、能耗低、体积小的固态硬盘进行图像读写，有效地提升了硬件效率。实验结果表明，优化后平均每幅轨面图像检测耗时由17.94 ms降低到仅8.33 ms，速度提升了53.57%，在分辨率为1 mm的精度下换算成车速约为207 km/h，可以满足铁路轨面伤损在线检测需求。     

低复杂度室内超密集可见光通信网络频谱资源分配算法

针对室内超密集可见光通信网络多小区资源分配算法中存在的吞吐性能与算法复杂度之间的矛盾,提出一种吞吐性能近似最优且复杂度低的资源分配算法。通过建立各小区资源分配问题的最优化模型,得出该问题是凸优化问题的结论;在合理近似处理后,推导了终端资源分配归一化比例因子的解析式,在此基础上提出一种资源分配算法;算法复杂度分析表明本文算法具有多项式复杂度,低于经典最优化内点法。仿真表明,相比于请求速率占比分配法,本文算法的吞吐量性能提升了57%,服务质量满意度性能提升了67%。     

基于非正交多址接入的室内可见光通信系统

白光发光二极管(LED)的窄调制带宽限制了可见光通信(VLC)的系统容量。非正交多址接入(NOMA)技术通过功率复用可提高系统通信容量。结合直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和NOMA技术,设计了NOMA-DCO-OFDM系统。基于递归法给出了单个LED时VLC多径信道建模方法。在考虑限幅噪声影响时,推导了用户的信干噪比。采用分数阶功率分配、增益比功率分配和静态功率分配方法,研究系统平均和速率随LED半功率角、光电检测器的视场角(FOV)和功率分配因子的变化规律。仿真结果表明,系统平均和速率随着半功率角、FOV和功率分配因子的变化而变化,可以通过优化半功率角、FOV和功率分配因子达到系统平均和速率最大化。     

基于联合干扰的室内可见光通信安全系统

研究了典型室内办公场景下,多用户多输入单输出（MISO）可见光通信（VLC）系统的物理层安全问题。针对未知数量的窃听者有可能出现在公共区域内任意位置的场景,提出了一种基于联合干扰的人工噪声生成方案以提高系统的保密安全性能。该方案利用用户所在区域的发光二极管（LED）作为信号源的同时,联合窃听者所在区域的LED一起发送干扰信号。由于窃听者位置随机且未知,故所提方案以最小化最坏情况下窃听者的信干噪比（SINR）为目标,通过干扰形成器的协作优化与设计使得干扰信号在不影响合法用户信号正常接收的前提下,最大程度地扰乱窃听者的接收。仿真结果表明,与传统的人工噪声方案相比,所提的联合干扰策略能明显降低窃听者的信干噪比和提高系统的保密速率,从而使得VLC系统的安全性能得到显著提升。