基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计

在窄带阵列天线正交频分复用系统的到达时间和波达方向联合估计中, 针对阵元数目较少时波达方向估计精度不高, 特别是多径数目大于阵元数目导致的波达方向无法估计问题, 提出一种基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计算法. 该算法首先利用各阵元上的频域信道估计构成扩展信道频域响应矢量, 然后计算扩展信道频域响应矢量自相关矩阵, 并进行特征值分解得到哈达玛积扩展噪声子空间, 最后构造伪谱函数并进行二维谱峰搜索, 从而实现到达时间和波达方向的联合估计. 仿真结果表明, 与现有算法相比, 在复杂度没有大幅提高的前提下, 该算法的估计结果均方根误差更加接近克拉美罗界, 且到达时间和波达方向估计能够自动配对, 在多径数目大于阵元数目时依然适用.     

Legendre函数加权的声纳宽频带恒定束宽波束特性分析*

为了处理水声信号,声纳阵列通常需要形成宽频带恒定束宽的波束。采用两种阵元加权方法分析二维圆弧形恒定束宽换能器声纳阵列:球面Legendre函数加权方法和柱面Legendre函数加权方法。分别对球面阵、柱面阵和平面阵这三种几何结构的声纳阵列进行分析,并且计算波束宽度和波束方向。结果表明,在宽频带范围内,除了柱面Legendre函数加权的球面阵之外,其余Legendre函数加权的声纳阵列均能利用简单的、不随频率变化的阵元权重和阵元延时,形成恒定束宽的波束,并且具有较小的旁瓣,此外波束方向与预设方向也较为一致。相对于其他恒定束宽波束形成方法,Legendre函数加权方法能利用较低的计算复杂度来实现良好的宽频带恒定束宽的波束特性。     

斜置平面天线阵的近场-远场方向图分析

从平面近场扫描数据处理原理和平面天线阵方向图理论出发,分析了相对于平面近场扫描平面斜置的平面天线阵方向图.基于斜置平面天线阵的空间结构关系,选择阵面旋转轴与阵面法线形成的平面为性能评估考察平面,发展了一种快速计算性能评估平面方向图的方法.得出该平面与平面近场扫描坐标系单位方向球相交曲线的轨迹参数方程.利用快速傅里叶变换技术,计算出斜置平面天线阵平面近场扫描空间方向图,在此基础上结合轨迹参数方程和二维插值方法解出对应该性能评估平面的方向图数据.数值仿真和实际应用结果表明该分析结论和方法的可靠性与实用性.     

一种基于声矢量传感器阵的宽带源二维波达方向估计算法

提出一种基于声矢量传感器阵的宽带源二维波达方向估计算法,在宽带相干源条件下实现了二维波达方向估计参数的自动配对。克服了通常声矢量传感器阵波达方向估计中存在的谱峰搜索和参数配对问题。分析表明:该算法能够可靠判定目标源的个数,具有较高的估计精度;不受目标波达方向角度间存在兼并(入射源含有相同的方位角或俯仰角)的影响;当存在阵列误差时,算法的稳健性好。     

时空混沌序列的局域支持向量机预测

结合局域预测法计算速度快的优点和支持向量机的泛化性能好、全局最优、稀疏解等特性，用局域支持向量机预测研究了时空混沌序列的局域预测性能，并用局域支持向量机预测模型讨论了嵌入维数、邻近个数选择以及时空混沌的耦合方式和格子间的耦合强度变化对时空混沌局域预测性能的影响.研究结果表明：局域支持向量机不仅比全局支持向量机、局域零阶预测、局域线性预测等方法具有更好的预测性能，且具有对嵌入维数和邻近个数不敏感的优点；时空混沌的耦合方式和格子间的耦合强度对时空混沌序列的预测性能有明显影响.     

一种二维光栅结构衍射场计算中的快速收敛方案

基于Lalanne经验法与Gtz法向矢量法的傅里叶因式分解过程,给出了傅里叶模态层吸收法的一个快速收敛方案.通过求解解析边界轮廓函数的梯度矢量,简化了Gtz法向矢量法的傅里叶因式分解过程,使其单波长点计算时间降低两个量级.通过距离反比权重法构造4个典型方向的法向矢量场,降低了法向矢量法在傅里叶因式分解过程中的不确定性.根据这4个典型法向矢量场与Lalanne经验法,提供了5个傅里叶模态层吸收法的收敛性改进矩阵.预先对5个收敛性改进矩阵优选分析,选择一个最优矩阵进行傅里叶模态层吸收法的衍射模拟计算,可以实现快速收敛.计算结果表明,对于硅材料简单结构,优选的改进矩阵相比于非优选矩阵收敛性提高2阶左右,能有效提高衍射场计算速度.该方案可提高光栅设计和集成电路结构分析/测试的效率.     

光纤延迟线噪音对相控阵波束指向的影响

基于相位噪音和相控阵理论,运用线阵天线原始方向图函数和光纤链路噪音系数公式,根据天线波束指向实际误差进行合理近似,推导了光延迟线链路噪音系数、天线阵元数与波束指向误差的理论公式.采用常规光纤链路参量进行了仿真研究,结果表明:相控阵天线波束指向误差均方差随光纤链路噪音系数增大而增加,随天线阵元数增加而减小,指向误差与光纤延迟线链路噪音系数的1/2次方成正比,与阵元数的3/2次方成反比.在相控阵天线工作频段内,低频波段受噪音系数影响更加明显.     

对称旋转不变相干分布式非圆信号二维波达方向估计

在相干分布式非圆信号二维波达方向估计中,利用信号非圆特性可提升估计精度,但现有的低复杂度算法利用泰勒级数近似建立的旋转不变关系会引入额外误差.针对该问题,考虑中心对称的三维立体线阵,提出了一种基于对称旋转不变关系的二维波达方向估计算法.算法首先利用信号非圆特性建立了扩展阵列模型;然后证明了对于任意的中心对称阵列,相干分布源的确定性角信号分布函数矢量具有对称特性,利用此特性在三维立体线阵的三个子阵中分别建立了扩展广义方向矢量的对称旋转不变关系;基于此,通过无须搜索的多项式求根方式分别得到中心方位角和俯仰角估计;最后利用整个阵列广义方向矢量的对称旋转不变关系构造代价函数实现了参数匹配.理论分析和仿真实验表明,相比于现有的低复杂度算法,所提算法避免了泰勒级数近似引入的额外误差,以较小的复杂度代价获得了性能的较大提升.同时,所提算法能够实现三维空间全方位的角度估计.     

二维矢量的极坐标表示及其合成快速计算法

提出把二维矢量表示成极坐标式,能把矢量的大小和方向同时表示出来的概念.通过举例说明在矢量合成或分解的计算公式中,把各矢量用极坐标式的数值代入计算,对列和解矢量方程,都会带来极大方便,是矢量合成的快速计算法.     

X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明:馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。     

用直接方法和希耳伯变换计算二维瞬态势及其梯度

本文用直接方法和希耳伯变换给出了计算二维瞬态势及其梯度的新方法.这种方法可以计算复杂度从传统的O(N_t²)降低到O(N_t).在计算势及其梯度时,该方法的直接计算中所用的权重因子不随时间变化,因此它们只需在第一个时间步长时计算一次.所以,当用于二维瞬态散射的时间推进算法中时,该方法可节省大量的CPU时间.数值结果表明该方法的精度非常高.     

单深度传感器的矢量拖曳阵阵形估计

在二维平面内,假设为抛物形阵形,利用矢量拖曳阵的姿态数据和一个深度传感器的深度数据,研究了矢量拖曳阵的阵形估计问题。通过研究姿态数据中的姿态角与水听器所在阵位置上切线方向数的关系,利用最小二乘法建立了一个等式约束的非线性优化模型,并通过参数转化方法,给出了该模型的解析算法。数值仿真结果表明,在阵形为抛物形的假设下,利用一个深度传感器的深度数据和若干水听器的姿态数据可以进行拖曳阵的阵形估计。对于同样的阵元数,随着姿态数据误差的增大,阵形估计的误差增大。对于同一姿态数据误差分布,随着阵元数的增加,阵形估计的误差减小。     

学得浅碎不如无——四元数、矢量分析与线性代数关系剖析

四元数是哈密顿对二元数,即复数,的推广,其成功开启了近世代数的大门。哈密顿将四元数的纯虚部称为vector,汉译矢量。由三维世界矢量的四元数乘积引入了点乘和叉乘的概念。麦克斯韦从泰特那里学会了四元数,针对微分矢量运算发明了散度和旋度的概念,三分量的普通四元数世界矢量被麦克斯韦和亥维赛德用于电磁学的表述,于是有了我们今天熟悉的麦克斯韦方程组的形式,吉布斯和亥维赛德由此各自独立地发展出了矢量分析。矢量分析是对严谨的四元数代数的实用主义裁剪,用处是明显的,危害也是巨大的。乱糟糟的?点乘-叉乘让电-动力学成为大多数物理类学生的噩梦。泰特为捍卫四元数进行了艰苦卓绝的斗争,但结果还是矢量分析大行其道。哈密顿追求建立一般的多重代数,吉布斯试图将三维矢量分析推广,加上格拉斯曼创立的线性展开的学问以及佩尔斯创立的线性结合代数,于是有了线性代数。差不多同时期诞生的矩阵理论、格拉斯曼代数和克利福德代数同它们都有亲密的内在联系,也都是物理表述的数学基础。弄清楚四元数、矢量分析和线性代数背后的代数学知识和相互间的关系,普通物理教科书中的数学表述可能就不那么令人迷惑了,也能理解为什么电-动力学里的矢量叉乘又叉乘怎么在量子力学里——据说波函数也是矢量——咋就不见了。顺便说一句,矢量之所以是矢量在于它所遵循的代数结构,它无需有方向、甚至也可以没有长度。     

低复杂度的MIMO声呐协方差矩阵重构方法*

多输入多输出声纳在对目标进行测向时会产生复杂的运算量,从而降低算法的测向效率。针对这一问题,提出了一种基于降维变换方法的低复杂度协方差矩阵重构方法。该方法能够抑制噪声,提高目标侧向性能。首先利用降维变换方法对接收信号进行波束形成,获得低维度的协方差矩阵,再对矩阵进行Toeplitz处理,抑制矩阵的相干性。所得到的新的协方差矩阵,通过特征分解获得噪声子空间和信号子空间,利用MUSIC方法进行测向。为了进一步降低运算复杂度,利用阵型所满足的旋转不变性,可以采用ESPRIT算法对目标进行波达方向估计。理论分析和实验结果表明,该方法有效降低了运算复杂度,提高了算法的测向性能。在有限快拍数的情况下,与传统测向方法相比,具有运算速度快,目标分辨力强的特点。     

低复杂度的盲源分离和去混响联合优化方法

提出了一种低复杂度的基于加权预测误差(WPE)的独立低秩矩阵分析(ILRMA)方法。与现有的WPE-ILRMA方法把预测矩阵当成一个整体来处理不同,所提方法将预测矩阵展开来推导代价函数,利用不同声源的混合滤波器和分离滤波器之间的正交性简化代价函数的优化过程,进而以更低的计算复杂度对混合信号去混响。通过利用解耦预测矩阵和分离滤波器之间的关系,所提方法将维数较大的矩阵求逆转化为维数较小的矩阵求逆,从而取得了比WPE-ILMRA方法更低的计算复杂度。在最大似然框架下推导了所提方法的代价函数,并采用坐标梯度下降算法来估计参数。实验结果表明,所提方法能以更低的计算复杂度和更高的稳定性取得与WPE-ILRMA方法相似的分离性能。     

圆弧形面阵自适应波束形成快速计算方法

针对圆弧形面阵估计水下目标二维波达方向的问题,提出一种降维处理的自适应波束形成方法。利用圆弧形面阵模型简化阵列内插矩阵的计算,通过垂直和水平两阶段波束加权,降低自适应波束形成维数,从而实现快速估计声源二维波达方向的目的。仿真结果表明,所提改进方法的计算量较传统二维最小方差无失真波束形成方法降低约一个数量级,且在低快拍条件下具有更明显的噪声抑制优势。湖上实验数据处理结果验证,在复杂水声环境下,所提方法具有较好的目标分辨性能。      

离散速度方向模型在微尺度气体流动中的应用

离散速度方向模型是一种简化Boltzmann方程的新方法。该方法通过减少Boltzmann方程的维数来降低数值求解的计算量。在DVD模型中,分子速度的方向是离散的,而分子的速率仍然是连续的,这样就可以用一组三维的速率分布函数来代替Boltzmann方程中六维的速度分布函数。由于减少了三个动量维,同Boltzmann方程相比,DVD模型的数值计算量可以降低几个数量级。本文用数值的方法对DVD模型进行了研究。数值结果显示,在广泛的Knudsen数下,DVD方法可给出精确的计算结果。同线性化Boltzmann方程的计算结果相比,最大的误差不超过6%,在连续介质领域中,误差甚至不超过1%。     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

4单元YBa2Cu3O7薄膜超导微带天线阵列的研究

本文用并矢格林函数—矩量法设计并制作了２×２四单元ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７超导微带天线阵列．设计频率为７．８８ＧＨｚ．实验结果表明，天线阵匹配良好，超导天线阵的工作频率，Ｅ平面方向图及其相对于Ａｇ天线阵的增益改善与理论计算值一致．     

实时优化与分布式控制集成算法

预测控制作为一种以预测模型为基础的先进控制算法,分布式预测控制广泛应用于复杂高维的复杂大系统控制中。提出了针对大规模过程的实时优化与分布式预测控制集成算法,包含稳态目标计算层和动态分布式控制层。在稳态目标计算层根据当前系统的运行状况进行集中优化,在系统运行的每一时刻计算出相对的全局最优值,并将其传递到下层进行控制。在动态控制层将复杂的大系统分为若干个相对独立的子系统,并且充分考虑各个子系统之间的关联和耦合,用分布式预测控制算法对上层计算得到的相对的全局最优值进行跟踪,提高系统在动态情况下的控制性能。仿真应用表明,此方法的优点在于保证全局最优的同时,降低了计算的复杂度,并且实现了经济目标。