相控阵超声二维稀疏阵列的优化设计应用研究

在相控阵超声检测中,稀疏阵列是利用较少阵元数目获得大阵列孔径的有效办法。目前一些稀疏阵列没计的方法,并没充分利用有效阵元。本文首先采用遗传算法没计二维稀疏阵列,发现遗传算法设计的稀疏阵列,一致性较差。主要原因是在没有任何限制的条件下,寻优搜索空间大,遗传算法参数往往难于控制。针对此问题,受十字形稀疏阵列和最小冗余度阵列的启发,本文将最小冗余度阵列拓展到二维稀疏阵列的设计中。计算机模拟和实验都表明,利用最小冗余度阵列和遗传算法设计的二维稀疏阵列具有很好的空间分辨率和对比度分辨率。     

基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化

人工蜂群算法作为一种新兴的群体智能算法,在解决复杂连续问题时表现突出。但是由于算法本身内在运行机制的原因,算法在搜索上表现出优异的性能,却疏于开发。为了平衡搜索和开发二者之间的矛盾,提出了一种基于遗传模型改进的人工蜂群算法,并成功运用到了阵列综合领域。算法先将全局最优解引入邻域搜索过程,指导蜂群寻找最佳蜜源,加速算法收敛。为了避免人工蜂群算法陷入局部最优,需要提高其开发能力,通过借鉴遗传算法中的进化机制,建立了遗传模型,对采取最佳保留后的蜜源进行遗传操作,丰富蜜源的多样性。在一组广泛使用的数值函数上对改进人工蜂群算法进行了测试,实验数据表明,该算法相较于其他算法具有很强的竞争力。将该算法运用于线性阵列的稀疏优化,旨在降低阵列的峰值旁瓣电平,在同样的阵列约束下与其他算法进行了优化对比,仿真结果进一步证明了算法的有效性。     

基于光纤阵列的二维微角位移传感器

提出了一种基于光纤阵列的二维微角位移传感器.该传感器采用由十字形排列的光纤阵列构成的轮辐式探头结构.各接收光纤接收光强随被测角位移改变.通过对各光纤接收光强进行高斯拟合确定反射光斑中心位置.这种测量方法可以有效降低表面反射系数变化、光源波动以及环境光对测量结果的影响.由于各接收光纤对应光路损耗不同对微角位移测最精度产生影响.提出了光路损耗的归一化修正方法.实验证明系统测量角度范围-0.16 rad～O.16 rad,归一化修止方法使系统测量分辨率提高到了3.8X 10-4rad.     

基于耦合双环阵列的二维相干光码分多址编解码器

可集成、易调谐的光编解码器是光码分多址(OCDMA)系统集成化的关键模块之一。基于耦合双环阵列提出了一种新型的光编解码器。该编解码器通过调谐双环下载端反射波长以及集成于总线的相移器的相位,实现了OCDMA系统的二维相干编解码。基于耦合模理论,建立了耦合双环阵列的传输矩阵方程。用于编解码器的双环半径分别为50μm和48μm,阵列中四组双环的反射中心波长分别为1535,1535.2,1535.4,1535.6nm,信道宽度为17GHz,反射谱3dB带宽约为0.14nm,信号基本上不会出现干扰,保证了用户发送和接收信号的准确性。相应的自相关峰值旁瓣比(P/W)约为5,互相关峰值比(P/C)约为7,可以容纳用户数为96个。     

基于实际空间截止频率的稀疏孔径双圆周阵列的优化

提出了一种新的稀疏孔径光瞳结构-两个圆周阵内外嵌套而成的双圆周结构,并研究了该结构的调制传递函数.该结构以实际空间截止频率作为约束条件,保证调制传递函数在最小截止频率以内无零频,以阵列的u-v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,并采用这种优化方法对3-3、5-3以及6-3双圆周阵列进行了优化排列.将优化结果与相同子孔径数目的均匀圆周阵以及Golay结构进行仿真实验和比较.结果表明,优化后的双圆周阵列,具有最大的实际空间截止频率和实际等效口径.     

二维产品二维预防性维修间隔期优化研究

针对故障受日历时间与使用时间共同影响的二维产品,传统的一维预防性维修已不能满足实际需求,鉴于此,本文创新性的提出了二维预防性维修的概念,以日历时间与使用时间对二维产品进行维修决策。首先建立二维产品故障率函数表达式,对二维预防性维修的过程进行具体的分析,然后以单位时间费用最小为约束目标,建立了无限使用期二维预防性维修模型,提出了最佳二维预防性维修间隔期,并通过实例对比分析了该模型的适用性与有效性,最后对未来的二维维修提出了展望。     

基于遗传算法的贯流风机蜗壳型线优化研究

建立了贯流风机蜗壳型线的自动优化平台,结合遗传算法和数值模拟,以贯流风机静压P_s作为优化目标,对贯流风机的蜗壳型线进行了优化,并研究了蜗壳周向位置θ_0对风机性能的影响。结果表明,优化后的蜗壳型线与主流区气流更加贴合,风机静压略有提升。蜗壳周向位置θ_0减小时,风机静压增加,效率先升后降;θ_0越小,效率特性曲线越陡。蜗壳间隙下游涡流区随着θ_0的减小而增大,随着流量的降低而增大。存在一个最优的θ_0值获得较高的风机静压和效率。     

基于实际空间截止频率的稀疏孔径双圆周阵列的优化

提出了一种新的稀疏孔径光瞳结构—两个圆周阵内外嵌套而成的双圆周结构,并研究了该结构的调制传递函数.该结构以实际空间截止频率作为约束条件,保证调制传递函数在最小截止频率以内无零频,以阵列的u－v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,并采用这种优化方法对3-3、5-3以及6-3双圆周阵列进行了优化排列.将优化结果与相同子孔径数目的均匀圆周阵以及Golay结构进行仿真实验和比较.结果表明,优化后的双圆周阵列,具有最大的实际空间截止频率和实际等效口径.     

二维阵列狭缝阿达玛光谱仪波长准确度研究

二维阵列狭缝模板是阿达玛编码模板的一种新的设计思想,分析了模板上同列狭缝的加工误差对仪器波长准确度的不利影响,在此基础上,给出了减少同列狭缝高度、垂直光谱维方向上位置不一致性误差对仪器波长准确度影响的方法,以及同列狭缝在光谱维方向上位置不一致导致解码所得谱线产生的光谱偏移量的粗略估计方法,并建立模型进行仿真,计算了当模板上某列狭缝存在宽度、光谱维方向上位置不一致性误差时,解码所得其他各列狭缝谱线分布上测量误差的大小,根据仿真结果可以初步确定模板的加工精度。通过该研究有助于合理设计MEMS(微机电系统)二维阵列狭缝模板,获得对系统误差的有效补偿,提高仪器的波长准确度。     

基于旋转二维发光二极管阵列的体三维显示系统

利用发光二极管 (LED)的高速发光特性 ,以旋转的二维发光二极管阵列为显示载体 ,通过时分寻址电路快速显示三维形体的二维截面序列。受调制的离散二维图像信息 ,因视觉暂留而形成深度效应 ,将被整合感知为一幅连续的三维图像。成功实现了具有 4 915 2个体像素 ,尺寸为14 4 .6mm× 110mm的柱体空间内的三维显示 ,图像具有双目视差、调节、会聚等常规视差信息 ,能提供真实的深度暗示 ,可同时从任意角度直接观察。论述了系统的显示原理及图像编码分解方法 ,分析和讨论了显示质量与体像素优化选取、起始位置显示信息的关联程度     

Optimal design of loudspeaker arrays for robust cross-talk cancellation using the Taguchi method and the genetic algorithm

An optimal design technique of loudspeaker arrays for cross-talk cancellation with application in three-dimensional audio is presented. An array focusing scheme is presented on the basis of the inverse propagation that relates the transducers to a set of chosen control points. Tikhonov regularization is employed in designing the inverse cancellation filters. An extensive analysis is conducted to explore the cancellation performance and robustness issues. To best compromise the performance and robustness of the cross-talk cancellation system, optimal configurations are obtained with the aid of the Taguchi method and the genetic algorithm (GA). The proposed systems are further justified by physical as well as subjective experiments. The results reveal that large number of loudspeakers, closely spaced configuration, and optimal control point design all contribute to the robustness of cross-talk cancellation systems (CCS) against head misalignment.     

基于遗传算法的减反射膜的优化设计

为了研究膜系设计领域内的全局性优化方法,提出了基于遗传算法的膜系设计方法。编制了用遗传算法进行膜系设计的通用程序,并在各种类型的减反射膜设计中取得了成功。结果表明：基于遗传算法得到的减反射膜具有与近期发表的膜系结果相一致或更好的光谱性能和全局性。同时在应用遗传算法进行膜系设计时,不需要给定初始膜系,可以设定膜层厚度边界和膜层数,这对于设计和镀制有现实意义的光学薄膜极为有利,并且只要改变目标反射率就能推广到其他膜系的设计中,具有良好的可移植性。     

Optimal design of acoustical sandwich panels with a genetic algorithm

An optimization study is performed to design a sandwich panel with a balance of acoustical and mechanical properties at minimal weight. An acoustical model based on higher-order sandwich beam theory is used with mechanical analysis of the maximum deflection at the center of the sandwich panel under a concentrated force. First, a parametric study is performed to determine the effects of individual design variables on the sound transmission loss of the sandwich panel. Next, by constraining the acoustical and mechanical behavior of the sandwich panel, the area mass density of the sandwich panel is minimized using a genetic algorithm. The sandwich panels are constructed from eight face-sheet and sixteen core materials, with varying thicknesses of the face sheets and the core. The resulting design is a light-weight, mechanically efficient sound insulator with strength and stiffness comparable to sandwich structures commonly used in structural applications.     

基于遗传算法的金属辐射冷板换热性能优化研究

通过对金属辐射冷板传热数学模型的简化,得出影响辐射冷板换热性能的五个重要参数(冷水供回水平均温度、水流速度、管径、板厚、管间距)的数学描述。其次通过编写MATLAB遗传算法的金属辐射冷板目标函数优化代码,经遗传迭代求出辐射冷板换热性能目标函数的最值,及其对应的最优解组合。通过分析可知遗传算法能够有效的搜索到目标函数最优解,由于数学问题的提出是基于金属辐射冷板的基本原理,因此该算法具有一定的推广性,可用于多种形式的辐射冷板设计,能够有效、方便的提高辐射冷板的换热性能。     

Optimal design of optical reference signals by use of a genetic algorithm

A new technique for the generation of optical reference signals with optimal properties is presented. In grating measurement systems a reference signal is needed to achieve an absolute measurement of the position. The optical signal is the autocorrelation of two codes with binary transmittance. For a long time, the design of this type of code has required great computational effort, which limits the size of the code to approximately 30 elements. Recently, the application of the dividing rectangles (DIRECT) algorithm has allowed the automatic design of codes up to 100 elements. Because of the binary nature of the problem and the parallel processing of the genetic algorithms, these algorithms are efficient tools for obtaining codes with particular autocorrelation properties. We design optimum zero reference codes with arbitrary length by means of a genetic algorithm enhanced with a restricted search operator.     

Chaotic signal denoising algorithm based on sparse decomposition

Denoising of chaotic signal is a challenge work due to its wide-band and noise-like characteristics. The algorithm should make the denoised signal have a high signal to noise ratio and retain the chaotic characteristics. We propose a denoising method of chaotic signals based on sparse decomposition and K-singular value decomposition(K-SVD) optimization. The observed signal is divided into segments and decomposed sparsely. The over-complete atomic library is constructed according to the differential equation of chaotic signals. The orthogonal matching pursuit algorithm is used to search the optimal matching atom. The atoms and coefficients are further processed to obtain the globally optimal atoms and coefficients by K-SVD. The simulation results show that the denoised signals have a higher signal to noise ratio and better preserve the chaotic characteristics.     

基于粒子模拟和并行遗传算法的高功率微波源优化设计

提出了基于粒子模拟和并行遗传算法的高功率微波源优化设计方法, 以全电磁粒子模拟软件UNIPIC模拟的高功率微波器件输出功率作为适应度函数, 采用浮点数编码的遗传算法对高功率微波源器件进行优化. 采用该算法, 对相对论返波管的布拉格反射器位置以及高度进行了浮点数编码,然后在巨型机上进行参数的全局优化, 获得了该返波管布拉格反射器的全局最优参数. 关键词： 并行遗传算法 相对论返波管 粒子模拟 高功率微波源     

一种双重变换的二维图像加密算法

提出了一种改进的双重加密算法,利用新构造的位置置乱方法将二维矩阵中行和列映射到一维向量中,然后采用Logistic映射产生一组伪随机序列,将伪随机序列由小到大进行排序,对排序后的位置以集合序列的形式记录下来,形成密钥流;最后对一维向量按照密钥流形成的索引值进行重新排列,重排后的一维向量转换为与原始图像矩阵大小相同即得到加密图像。实验结果表明,该算法具有密钥空间大,加密后直方图分布具有白噪声的特性,提高了图像传输的安全性。     

基于文化遗传算法的水浴温度模糊控制器设计

水浴温度控制普遍存在滞后、超调、波动性大等特点,且难以建立精确的数学模型,一般采用模糊控制器实现对水浴温度的控制,但模糊控制规则具有较强的主观性,其控制性能往往达不到客观要求。研究遗传算法在模糊控制规则寻优上的应用,将其和文化算法相结合,构成一种具有双层协同进化机制的文化遗传算法,采用专家经验的知识信息构成信仰空间作为指导方向,然后在群体空间中进行遗传算法操作,选取群体中适应度值较高的个体更新信仰空间,再通过迭代优化,得到适应度值高的个体,将其作为优化的模糊控制规则。仿真实验表明,优化后的规则在控制过程中的动态温度跟踪和稳态误差方面均具有较好的效果。     

基于双向稀疏表示的鲁棒目标跟踪算法

目前,基于稀疏表示的目标跟踪通常为在目标模板集上重构候选样本的正向模型或者在候选样本集上描述目标模板的反向模型.两个模型的共同点是均需计算候选样本与模板集合之间的稀疏相关系数矩阵.基于此,建立了一个双向联合稀疏表示的跟踪模型,该模型通过L2范数约束正反向稀疏相关系数矩阵达到一致收敛.与之前的单向稀疏表示模型相比,双向稀疏表示跟踪模型在正反向联合求解框架下可以更加充分地挖掘所有候选样本与模板集之间的稀疏映射关系,并将稀疏映射表上对正负模板区分度最好的候选样本作为目标.基于加速逼近梯度(accelerated proximal gradient)快速算法,以矩阵形式推导了双向稀疏表示模型的求解框架,使得候选样本集和目标模板集均以矩阵方式并行求解,在一定程度上提高了计算效率.实验数据表明所提出的算法优于传统的单向稀疏表示目标跟踪算法.