数据含期望信号的重构稳健波束形成

研究稳健波束形成问题.样本数据含期望信号时,若存在导向矢量误差,常规MVDR波束形成会在期望信号方向上产生期望信号对消,性能损失严重.针对上述问题,提出了一种在对称干扰环境下的稳健MVDR波束形成方法.首先消除数据协方差矩阵的实部得到期望信号分量,进而重构出期望信号协方差矩阵,然后从数据协方差矩阵中减去重构的期望信号协方差矩阵,得到仅含有干扰和噪声的协方差矩阵,并以此来实现MVDR的权向量设计.仿真结果表明,改进方法消除了期望信号分量的不良影响,提高了波束形成对系统误差的稳健性.     

超增益低频接收基阵仿真研究

研究一种具有超增益性能的单向水听器作阵元的基阵的性能.为改善海水中信号的精度和分辨率,对小尺度阵列稳健的波束形成方法进行了研究.采用不同的算法,求出相应的权矢量,从而得出不同条件下的波束图及阵增益.通过比较优选出所需的权矢量,完成波束形成器的设计.通过仿真比较了四种不同的波束形成算法,分别得出不同信噪比条件下小型化线列阵的波束图.通过对基阵的波束图、增益及稳健性等特性的研究,分析比较了几种波束形成方法的优缺点.仿真结果表明,改进的白噪声增益约束法既可获得高的增益,又具有好的稳健性.     

基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法综述

Capon波束形成器作为理论上最优的波束形成器具有良好的干扰抑制能力。然而Capon波束形成器对于模型失配误差非常敏感,尤其是针对协方差矩阵和期望信号导向矢量误差,波束形成器的性能会严重下降,这大大降低了波束形成器的稳健性。目前,一系列基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法被提出,这些算法核心思想都是利用Capon功率谱一定的角度范围内积分来重构出协方差矩阵。本文首先介绍了波束形成的信号模型,然后在Capon波束形成器的基础上,介绍了4种基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成技术,最后对未来波束形成技术的研究热点进行了展望。     

压差矢量水听器阵波束形成的优化

以各向同性噪声作为背景噪声场,对矢量水听器阵波束形成的优化方法进行了系统的研究.在分析各向同性噪声场中声压、振速相关性的基础上,利用最大信噪比准则推导了基阵的最佳增益与噪声场特性和阵列流形之间的关系,提出利用最佳增益权对阵列接收信号进行波束形成处理.通过对矢量水听器阵进行分解,将最佳增益波束形成引入矢量阵信号处理中.以二维压差矢量水听器阵作为接收基阵进行了仿真计算和湖上试验,结果表明,矢量阵的最佳增益波束形成可以获得性能更优的波束和更大的空间处理增益.     

一种基于协方差矩阵重构和EMP的宽带波束形成算法

在宽带波束形成中,若干扰信号从主瓣方向进入,会引起主瓣畸变、旁瓣电平抬高,从而使波束性能严重恶化。为了解决波束形成中的这些问题,研究了一种基于协方差矩阵重构和特征投影预处理（EMP）的宽带波束形成算法。该算法首先通过EMP算法求取阻塞矩阵,对接收信号进行干扰相消预处理阻塞掉主瓣干扰;然后通过相干信号子空间（CSM）方法、协方差矩阵重构求取合理的协方差矩阵;最后进行波束形成。在主瓣干扰、旁瓣干扰同时存在的情况下,该算法能够自适应地阻塞主瓣干扰、抑制旁瓣干扰,解决了存在主瓣干扰情况下宽带波束形成的波形畸变问题。计算机仿真验证了该算法有效性。     

基于特征投影预处理抗主瓣干扰的改进算法

针对基于特征投影预处理后旁瓣干扰偏移的问题,提出一种基于特征投影预处理和协方差矩阵修正重构的主瓣干扰抑制算法。该方法首先通过最大相关系数法确定特征投影矩阵,对接收数据进行预处理充分去除主瓣干扰,然后对主瓣干扰信号功率置零,重新构造旁瓣干扰加噪声协方差矩阵,进一步进行波束形成,方向图在偏移旁瓣干扰处形成较深的零陷。仿真实验表明,提出的方法在接收数据含有期望信号的条件下能够有效地抑制主瓣干扰和旁瓣干扰,并且具有良好的稳健性。     

基于DEnKF的背景误差协方差局地化和协方差膨胀研究

尽管DEnKF同化不会引入观测采样误差,但小集合仍会造成背景误差协方差矩阵存在伪相关,出现滤波发散。为了减少小集合对数据同化结果的影响,结合Lorenz96模型和DEnKF同化方案分析了协方差局地化和协方差膨胀方法对背景误差协方差矩阵、增益矩阵及同化结果的影响。实验表明:协方差局地化方法能消除背景误差协方差矩阵和增益矩阵中的伪相关,增大背景误差协方差矩阵的秩,有助于滤波算法收敛到真实解;而协方差膨胀方法不能消除背景误差协方差矩阵和增益矩阵中的伪相关,只能改善在每个同化周期内背景误差协方差系统性被低估的现象;同化过程中采用合适的局地化半径和方差膨胀因子能够较好地改善同化结果的精度。     

基于Toeplitz化的单快拍稳健波束形成

现有的单快拍波束形成算法多是基于空间平滑原理提出的,缺点是损失了阵列孔径,且降低了系统的自由度。对此提出了一种基于Toeplitz化的单快拍稳健波束形成方法:首先Toeplitz化接收数据的协方差矩阵,然后根据约束准则得到实际期望信号的导向矢量,利用Capon法得到最优权。该方法充分利用了阵列的孔径和自由度,保证了期望信号方向的增益,且对阵列误差具有一定的稳健性。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

一种用于GPS抗干扰的稳健盲波束形成算法

导航系统中接收信号微弱,到达GPS接收机天线的有用信号十分微弱,很容易受到各种人为和非人为干扰的影响.循环自适应波束形成(CAB)算法作为一种盲波束形成算法,具有较低的计算复杂度和较快的收敛速度,因此,是一种有效的盲波束形成算法,算法非常适用于GPS抗干扰.但是,CAB算法的稳健性不足,为了提高原算法的稳健性,在约束的循环自适应波束形成(C-CAB)算法的基础上,结合正交投影和协方差矩阵加权提出一种新的稳健算法,仿真结果证明了算法的有效性.     

基于子矩阵波束形成输出直流响应加权的目标检测方法

针对同一单频带内未知目标检测中强、弱目标不能同时被检测问题,依据不同子矩阵波束形成输出直流响应值不同,提出一种基于子矩阵波束形成输出直流响应加权的目标检测方法。首先,利用特征分析技术对线列阵接收数据协方差矩阵进行特征分解;然后,对各特征向量进行共轭相乘得到相应子矩阵,并对子矩阵进行波束形成,利用各子矩阵波束形成输出直流响应值的差异形成加权因子;最后,利用该加权因子对各子矩阵波束形成输出结果进行加权统计得到最终合成结果,提升弱目标子矩阵波束形成输出结果在最终合成结果的比重,实现对同一单频带内未知目标的有效检测。理论分析、数值仿真和实测数据处理结果均证明了,在仿真条件下,相比常规波束形成和常规子空间重构法,所提方法使弱目标子矩阵波束形成输出结果在最终合成结果的比重由0.09%变为45.36%,降低了背景噪声和强目标对未知目标检测的影响,减小了目标间输出直流响应值的差异,改善了对同一单频带内未知目标的检测性能。     

大规模带状矩阵的存取

本文给出了国民经济规划或国家级能源规划中大规模带状矩阵的存取方法。带状矩阵按一维数组存放,按行号、列号、带参数与矩阵阶数的二次函数访问矩阵元素。访问一行或一列的元素时,只需计算一次地址。     

大规模带状矩阵的存取

本文给出了国民经济规划或国家级能源规划中大规模带状矩阵的存取方法。带状矩阵按一维数组存放，按行号、列号、带参数与矩阵阶数的二次函数访问矩阵元素。访问一行或一列的元素时，只需计算一次地址。     

基于数组的增量式属性约简研究*

为了在动态变化的决策表中,快速方便地获得新的属性约简,利用数组元素对差别矩阵中的属性组合进行计数,提出一种基于数组的增量式属性约简更新算法。当决策表动态变化时,根据数组元素的取值变化,获得差别矩阵中增加和减少的元素,依据这些元素更新原属性约简,快速得到新的最小属性约简。理论分析及实例验证了提出的算法是有效的。     

基于判断矩阵一致性程度的专家权重确定方法

判断矩阵的一致性程度可以反映专家思维的一致性水平,是基于判断矩阵确定专家权重的一个重要因素。针对传统欧氏距离方法对元素间相对差异关注不够,以及判断矩阵相似度（或差异程度）的度量易受1-9标度影响的问题,研究基于判断矩阵一致性程度的专家权重确定方法,分别提出基于欧氏距离与灰色关联度的专家权重确定方法和基于相对距离的专家权重确定方法。前者通过引入灰色关联度,计算得到的是各专家判断矩阵一致性程度比较意义上的相对值;后者通过采用相对距离方法来减弱1-9标度的影响。算例分析中,基于一致性检验指标CR验证了本文2种方法得到的专家权重排序较传统欧氏距离方法得到的排序结果合理,并分析了各种方法在专家权重具体取值上的不同特点,为今后实际应用中的方法选择提供参考。     

基于波场模型的宽带相干源方位估计优化方法

阵列流形内插方法（AMI）是一种基于波场模型的宽带聚焦方法。它无须角度预估, 可以应用于任意已知结构的阵列, 但其采样矩阵的截断点数通常选取较大, 尤其在均匀线阵列下大大增加了运算量。针对这个问题, 提出了一种采样矩阵优化方法, 该方法利用贝塞尔函数的性质, 重新构造了采样矩阵, 使得新的采样矩阵在不损失信号信息的前提下, 最大限度地降低运算量, 从而有效缩短了运算时间。计算机仿真实验结果表明了该方法只需和阵元个数相同的截断点数就可以有效地实现方位估计, 并获得与阵列流形内插方法相当的方位估计性能。     

基于增广矩阵束方法的平面天线阵列综合

针对平面阵列的稀布优化问题,提出了一种基于增广矩阵束方法的减少阵元数目、求解阵元位置和设计幅度激励的优化方法。首先对期望平面阵的方向图进行采样并由采样点数据构造增广矩阵,对此矩阵进行奇异值(SVD)分解,确定在误差允许范围内所需的最小阵元数目;然后基于广义特征值分解分别计算两组特征值,并根据类ESPRIT算法对特征值进行配对;最后在最小二乘准则条件下根据正确的特征值对求解平面阵列的阵元位置和激励。仿真结果表明该算法具有较高的计算效率和数值精度。     

基于优化可辨识矩阵和改进差别信息树的属性约简算法

运用可辨识矩阵表示信息系统中所有对象的区分信息,为研究属性约简提供了新方向。然而,传统的可辨识矩阵在构造结束后才利用核属性消除冗余元素项,忽略了核属性在矩阵构建过程中的作用。针对这一问题,文中做了以下研究:1)优化可辨识矩阵的构造方式,在计算任意两个对象的区分信息之前,先判断核属性上的取值是否相等,如果不相等,则直接将对应元素项记为Φ,忽略对其他条件属性的判断;2)提出属性加权重要度的概念,综合考虑每个条件属性占可辨识矩阵中非空元素项的比率(称为宏观重要度)与每个属性对区分对象的贡献程度(称为微观重要度),并通过例子说明了该度量方法的合理性;3)针对优化后的矩阵仍然存在大量冗余元素和空集这一缺陷,结合差别信息树的概念提出基于优化可辨识矩阵和属性加权重要度的差别信息树。按照属性加权重要度对优化可辨识矩阵中所有非空元素项进行排序,使得重要度高的属性被更多的节点共享;且在构建过程中将不包含核属性的元素项映射到树中的一条路径上,而包含核属性的元素项则被直接忽略。最后,提出基于优化可辨识矩阵和改进差别信息树的约简算法HSDI-tree。在UCI的5个数据集上分别比较了HSDI-tree算法与CDI-tree,DI-tree和IDI-tree算法的约简结果和节点个数,实验结果表明HSDI-tree算法能有效找到最小属性约简且空间压缩能力更好。     

基于MapReduce的增量矩阵乘法设计

矩阵乘法是许多应用中的核心计算,在这些应用中只是少量矩阵元素发生改变,如果全量重新计算则工作量很大,因此增量计算是解决该问题的有效手段. 本文提出了一种基于MapReudce模型的增量矩阵乘法计算方法,以及计算矩阵中变化元素的高效识别方法,通过利用矩阵元素的摘要信息快速计算出变化元素,然后将矩阵乘法计算过程转换为一系列等价的连接问题,实现了一种有效的矩阵乘法增量计算. 对于矩阵元素变化率较小的情形,计算实验表明提出的方法计算时间上明显优于全量重新计算方法.     

Compact circularly polarized beam‐switching wireless power transfer system for ambient energy harvesting applications

In this work, we propose a circularly polarized (CP) beam‐switching wireless power transfer system for ambient energy harvesting applications operating at 2.4 GHz. Beam‐switching is achieved using a low profile, electrically small CP antenna array with four elements and a novel miniaturized 4× 4 butler matrix. The CP antenna is designed with an e‐shaped slot and four antennas. The CP antenna measures 0.32 λ₀× 0.32 λ₀× 0.006 λ₀ at 2.4 GHz. The antenna has a gain of 3 dBic and an axial ratio less than 3‐dB at 2.4 GHz. A linear antenna array consisting of four elements is designed with the CP antenna element with an inter‐element distance of 0.29 λ₀ . A 4× 4 butler matrix with miniaturized couplers and crossovers are used to feed the four antenna array elements. Based on the input port of excitation, the main beam of the antenna array is demonstrated to be switched to four directions: ?5°, 65°, ?55°, and 20°. A CP rectenna is used to demonstrate the wireless power transfer capability of the combination of the butler matrix and the CP‐antenna array. The rectenna consists of a Teo‐shaped CP antenna and a rectifier. The open circuit voltage at the output of the rectenna is found to peak value of 30 mV at ?3°, 61°, ?53°, and 17°. Thus a complete system for CP wireless power transfer including the power transmission system as well as the RF energy harvesting sensor is designed and experimentally verified.     

在幺模矩阵加密方法下的安全外包算法

关于大规模矩阵相乘(MMC)、矩阵求逆(MIC)和矩阵行列式(MDC)的算法在安全外包计算中得到广泛研究与运用,其存在的问题也日益凸显,隐藏原始矩阵中零元素的数目问题就是其中之一。然而,目前学术界关于保护零元素数目的研究较少,现有的研究也仅能保护零元素的位置,没有针对保护零元素的数目同时又能达到高效性的加密方法,这在大规模云计算环境中是很不安全的。针对这个问题,从算法的角度出发,改进了原有的置换矩阵的加密方法,并设计了一种新的安全外包MMC、MIC和MDC的算法。该算法将代数结构扩展到有限域中,首先对初始矩阵进行随机置换,然后进行幺模矩阵变换,并将加密后的矩阵发送给云服务端;云经过计算之后把结果返回给客户端,随后客户端进行解密和验证。通过理论证明,设计的三个协议不仅保护了原始矩阵零元素的数目,而且实现了正确性、隐私性和可验证性的目标。最后,通过实验证明了基于幺模矩阵的加密方法是高效的。