New Channel Simulator for Adaptive HF Communication Systems

The high frequency (HF) channel simulators with time-varying parameters based on the Watterson model are analyzed. The methods of simulating the HF channel with time-varying parameters are proposed. The linearly time-varying delay spread is introduced into the channel simulators to simulate the transition states between two channel modes of CCIR520-1. Two signals, including a 500 Hz and a 1 000 Hz bandwidth signal are respectively input into the standard Watterson HF channel model and the proposed channel model with time-varying parameters. Some simulation results prove that the proposed HF channel model with time-varying parameters can reflect the time-varying characteristics of frequency selected fading of HF channel.     

ICA Based Identification of Time-Varying Linear Causal Model

基于ICA的时变因果模型辨识

陈红霞,冶继民

（西安电子科技大学 数学与统计学院,西安 710126）

创新点说明：

1）将已有模型推广为具有时变的因果系数和非高斯噪声的新模型,具有非高斯噪声的时变因果模型具有更加广泛的应用。

2）针对新模型,提出基于ICA的两步估计方法,且与基本ICA模型不同的是,本文中时变因果模型蕴含的是混合矩阵随时间变化的ICA问题,这增加了一定的估计难度,也开拓了新的应用及研究方向。

研究目的：

将已有具有时不变的因果影响系数或者高斯噪声的模型推广为更一般的具有时变因果影响系数和非高斯噪声的因果模型。针对新模型,提出基于ICA的两步估计方法来估计新模型,第一步利用解卷积算法求解卷积混合系数,第二步利用求解时变ICA模型的方法求解系数。最后将新模型与新方法应用于实际问题的估计与求解中。

研究方法：

1）将提出的TVLC模型变形为带噪声的卷积模型;

2）利用解卷积算法估计转化卷积模型的卷积混合系数,将原数据和卷积混合模型的估计结果数据作差得到噪声数据;

3） 对噪声数据利用时变ICA模型的估计方法估计瞬时影响系数,两步综合,得到本文所提模型中的所有影响系数。

4）通过MATLAB软件、R软件、Eviews7软件编程实现,利用人工产生数据验证提出方法的正确性。

结果：

在提出新模型后,提出基于ICA的两步估计方法估计模型中瞬时影响系数和时延影响系数,然后给出仿真验证,仿真实验的人工数据估计过程证明了所提方法的有效性。最后,将模型和方法运用于经济学中的实际股票数据分析研究,得到了三支股票数据间的因果影响强度并给出解释。

结论：

本文所提模型具有时变因果影响系数和服从非高斯分布的噪声变量,在实际中的运用更为广泛。根据模型特点,提出基于混合系数时变的ICA的两步估计方法是本文亮点。从人工数据的模拟实验看出,ICA模型中存在的符号不确定性在时变ICA模型中也存在,但该不确定性不会影响估计效果。

本文所提模型和基于ICA的两步估计方法应用于经济中,得到正确、合理、易于解释的股票间因果影响关系,除经济学之外,所提模型及其估计方法可广泛应用于天气分析、神经系统科学等领域。

关键词：时变因果模型;独立成分分析(ICA);格兰杰因果检验;因果推断

     

循环前缀不足的OFDM信号检测方法

提出了一种适用于正交频分复用（OFDM）系统循环前缀（CP）不足情况下的新型信号检测方法。时变信道以及信道冲激响应超过CP会带来子信道间干扰（ICI）和残留码间干扰（ISI），产生误码率平台。本文方法结合ICI消除，利用判决数据，通过快速傅立叶（FFT）变换和反快速傅立叶（IFFT）变换，估出残留ISI，恢复信号循环性。该方法适用于非采样间隔信道且计算量较低。在静态及缓时变信道条件下的仿真结果表明，应用该方法可使CP不足的OFDM系统性能得到改善。     

基于广义正交多项式级数的迭代学习算法

针对一类受扰动的线性时变系统的轨迹跟踪控制问题,提出了基于广义正交多项式的迭代学习算法.该算法首先利用广义正交多项式展开技术将系统参数化,运用其乘积和积分运算矩阵,将微分方程化为代数方程.在此基础上,用迭代学习的方式来修正控制量的广义正交多项式展开系数.这种算法的优点是当系统不满足正则性或无源性时,仍可以用输出误差信号来构造学习律.最后将该方法运用到电液位置伺服系统的控制中,仿真结果表明了此算法能明显地提高电液位置伺服系统的控制精度.     

非一致节点的未知复杂动态网络的自适应同步

对非一致节点的非线性耦合时变时滞未知复杂动态网络,运用学习控制方法实现自适应同步．采用信号置换技术对系统方程进行重构,将所有的未知时变项合并为1个周期时变向量,设计周期自适应学习律估计该向量 ．通过构造复合能量函数,得到同步的1个充分条件和所有信号的有界性．通过1个数值算例证明了所提出方法的有效性．     

基于时变AR模型的雷达ESM信号多径抑制

针对雷达ESM信号存在多径干扰,从而影响信号特征提取以及辐射源识别的问题,提出了一种多径抑制新方法．首先采用非线性能量算子方法对多径时延进行粗估计,再利用基于时间函数扩展的时变AR模型方法对信号进行预测．然后根据多径时延粗估计和预测序列,采用最小二乘方法精确估计时延和多径幅度因子．在此基础上,提出一种逐级抑制的多径信号滤波方案．对仿真信号和实测雷达辐射源信号进行实验,结果证明该方法可有效实现信号多径估计与抑制．     

基于傅立叶分析的非均匀采样信号内插重构方法

针对实际采样过程中出现的采样非均匀性,从随机过程的角度研究非均匀采样信号的谱特性,提出频域均匀抽样傅立叶逆变换的非均匀时域采样信号重构方法。将非均匀采样信号描述为不均匀采样时刻冲激函数代数和的形式,利用傅立叶变换得到非均匀采样信号的频谱曲线,由采样时刻随机均匀分布的特点,得到反应原信号频谱特性的非均匀采样信号频谱数学期望,再由频域抽样理论重构原信号。MATLAB仿真实验验证了这种非均匀采样信号分析与重构方法的正确性,将这一研究成果应用到机械抖动激光陀螺输出信号处理中,得到了可靠的符合实际的机械正弦抖动幅频曲线并重构出激光陀螺正弦抖动机构的输出信号。     

基于时变时延辨识的双向遥操作控制方法

遥操作中通信时延的时变性一直是遥操作控制中的难点。为了解决此问题,首先分析了遥操作中通信时延变化的原因,然后针对这种时变时延给出了一种能够快速跟踪时变时延参数的在线辨识方法,最后给出了一种专门针对遥操作中时变时延的控制方法。仿真结果证明了控制方法的有效性。     

时变时滞广域电力系统稳定性分析

针对含有时变时滞的广域电力系统稳定性进行了分析。首先,建立含有时变时滞的广域电力系统模型,构建新型L-K泛函。然后,引入一个关于时变时滞的二次函数,再通过积分不等式得到更低保守性的时变时滞广域电力系统的稳定性判据。最后,采用典型的二阶系统和四机十一节点系统,在Matlab上进行仿真,并将所得结果与其他文献结果进行比较分析,证明了所提出方法的可行性和优越性。     

一种逆变弧焊电源系统H∞鲁棒控制器设计

针对逆变弧焊电源系统参数时变和外界干扰的特点,就逆变弧焊电源的燃弧状态模型,基于模型跟踪技术指标,选择加权函数,设计了最优H∞鲁棒控制器,该控制器不仅有较好的抗干扰能力,而且对参数时变有较强的抑制作用。仿真结果表明了设计方法的有效性。     

Adaptive robust control for electrical cylinder with friction compensation using modified LuGre model

The position tracking control problem of an electrical cylinder in the presence of dynamic friction nonlinearities in its transmission process is addressed in this paper. First, a torque decou- piing approach is proposed to formulate the dynamic model. Secondly, to compensate the friction in the case of servo motion, a modified LuGre model is designed to make a continuous transition be- tween a static model at a high speed and a LuGre model at a low speed to avoid instability due to dis- cretization with a finite sampling rate. To accelerate the speed of estimating time-varying parame- ters, a fast adaption law is proposed by designing an attraction domain around a rough value related to the load force. Finally, a discontinuous projection based adaptive robust controller is synthesized to effectively handle parametric uncertainties for ensuring a guaranteed robust performance. A Lya- punov stability analysis demonstrates that all signals including tracking errors have the guaranteed convergent and bounded performance. Extensive comparative simulations with sinusoidal and point- point tracks are obtained respectively in low and high speeds. The results show the effectiveness and the achievable control performance of the proposed control strategy.     

Multi-channel sampling theorems for band-limited signals with fractional Fourier transform

Multi-channel sampling for band-limited signals is fundamental in the theory of multi-channel parallel A/D environment and multiplexing wireless communication environment. As the fractional Fourier transform has been found wide applications in signal processing fields, it is necessary to consider the multi-channel sampling theorem based on the fractional Fourier transform. In this paper, the multi-channel sampling theorem for the fractional band-limited signal is firstly proposed, which is the generalization of the well-known sampling theorem for the fractional Fourier transform. Since the periodic nonuniformly sampled signal in the fractional Fourier domain has valuable applications, the reconstruction expression for the periodic nonuniformly sampled signal has been then obtained by using the derived multi-channel sampling theorem and the specific space-shifting and phase-shifting properties of the fractional Fourier transform. Moreover, by designing different fractional Fourier filters, we can obtain reconstruction methods for other sampling strategies. Supported partially by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60232010 and 60572094) and the National Natural Science Foundation of China for Distinguished Young Scholars (Grant No. 60625104)     

The Design and Its Application of Cross-Coupled Controller in X-Y Table

In conventional cross-coupled controller design,the method usually ignored the inherent characteristic of time-varying parameters and model uncertainties in system.In this paper,a cross-coupled controller (CCC) using an H∞ control scheme has been proposed to reduce the contouring error for an X-Y table. Furthermore, the proposed CCC design, which is a typical Multi-Input Multi-Output (MIMO) system with linear time varying (LTV) characteristics, has been verified as being internally stable.The simulations are carried on Matlab simulink to verify the proposed method, and the results showed that the proposed method can reduce the contouring error significantly compared with the conventional one.     

Dynamic programming algorithm for economic lot-sizing problem with bounded inventory and out-sourcing

This paper addresses a single item dynamic lot-sizing model with inventory capacity and out-sourcing. The goal is to minimize the total costs of production, setup, inventory holding and out-sourcing. Two versions of an out-sourcing model with time-varying costs are considered： stock out case and conservation case. Zero Inventory Order property has been found and some new properties are obtained in an optimal solution. Dynamic programming algorithms are developed to solve the problem in strongly polynomial time respectively. Furthermore, some numerical results demonstrate that the approach proposed is efficient and applicable.     

频率选择性信道下的多天线信号分量合成算法

信道的多径效应和噪声会严重地影响信号的通信质量,可以通过空间分集技术提高信噪比和降低多径的影响。针对频率选择性信道下的多天线信号合成问题,给出了一种在未知信道下无需进行符号同步的多天线信号分量合成算法。在频域,该算法按照每频点信噪比最大化准则对信号进行加权合成,提高合成输出信号的每个频点信噪比,降低合成信号的衰弱特性。另外,分析了采用FFT实现时的相关问题,并利用常用的QPSK和16QAM信号进行仿真验证,最后对合成前后的信号进行解调。结果表明该算法能够有效地提高信号的接收质量,无需信号的定时同步和载波同步,对信号调制方式透明,为频率选择性信道下的低信噪比信号合成提供了新的解决思路,具有较强的实用价值。     

一种时变系统模型结构确定和参数估计新算法

将参数检测技术和辨识方法相结合，系统结构在线辨识和参数跟踪相结合，基于Ｕ－Ｄ分解技术，提出一种时变系统结构确定和参数估计的最小二乘辨识新算法。该算法不仅可实现系统阶次和参数的同时估计，而且通过对损失函数的实时监测，实现协方差阵的自适应调整，使辨识算法收敛速度快，对时变系统阶次和参数变化均有很强的跟踪能力。     

带有输入死区的航天器姿态有限时间控制

死区非线性是航天器姿态控制系统中一种普遍存在的执行机构非线性,它的存在会降低姿态控制系统的性能,甚至可能破坏系统的稳定性.为了解决带有输入死区非线性的航天器的高精度姿态控制问题,给出了一种有限时间控制方法,并且考虑航天器姿态控制模型中含有有界的不确定性且输入死区非线性仅部分信息已知.通过引入一个在指定时间内收敛到零的期望姿态变化曲线,并基于时变滑模控制理论设计鲁棒控制算法使得实际姿态和期望姿态之间的偏差始终保持足够小,从而保证实际姿态在指定的时间内收敛到原点附近.严格的理论分析表明,所设计控制律不仅可以保证闭环系统的信号有界而且可以使得实际姿态在指定的时间内收敛到并以指定的精度保持在原点附近.数值仿真结果表明,所提控制方法是有效的,该方法不仅能够保证系统状态具有很快的收敛速度、很高的控制精度,而且对于系统的不确定性具有很强的鲁棒性和抗干扰能力,因而在航天器的姿态控制中具有良好的潜在应用价值.     

基于多源数据特征融合的球磨机负荷软测量

针对磨矿过程球磨机负荷(ML)难以实时检测,生产中主要依靠人工经验判断负荷状态的难题,依据磨机筒体振动、振声、电流等信号与磨机负荷间存在相关性、信息互补与冗余的现象,提出基于多源数据特征融合的球磨机负荷软测量新方法.该方法由时域滤波、时频转换、特征提取、特征选择及软测量模型5部分组成.采用快速傅里叶变换(FFT)将滤波后的筒体振动及振声时域信号转换成频域信号,根据研磨机理将频域信号划分为低、中、高3个频段,采用核主元分析(KPCA)分别提取各个频段的非线性特征,选择振动、振声频域特征与电流时域特征的融合信号作为模型输入,建立基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的磨机负荷软测量模型.实验结果表明,该方法与基于主元分析-最小二乘支持向量机(PCA-LSSVM)方法和单传感器方法相比,磨机负荷参数预测精度较高.     

具有模型动态补偿的内模控制

本文提出了一种模型动态补偿方法,以减小模型与对象之间的失配,改善内模控制器对付时变系统的能力。该模型动态补偿器依据波波夫超稳定理论进行设计,保证了模型补偿结构的稳定性。仿真实验证明,该方法有较强的鲁棒性,能对付在一定范围内变化的时变系统,改进了内模控制器的性能。     

基于离散数学模型的时域EMI接收机检波器建模研究

针对接收机电磁传导干扰问题,分析了中频滤波器的带通特性,选用汉宁窗函数,便于选取任意频率间隔的中频特性,其次通过快速傅里叶变换得到频域特性,再将此信号进行快速傅里叶逆变换得到时域最大值; 最后对通过快速傅里叶变换得到的离散频域信号进行最大值和平均值检测. 仿真结果表明,所提方法可以有效实现EMI接收机检波器模型的搭建.