Efficient analysis of wireless communication antennas using an accurate [Z] matrix interpolation technique

An accurate impedance matrix interpolation technique based on the surface integral equation (SIE) is presented for the analysis of wireless communication antennas over wide frequency bands. The first‐order derivative of the impedance matrix at the internal frequency is considered in the cubic polynomial‐based interpolation scheme, thus the novel impedance matrix interpolation scheme will provide high accuracy and high efficiency over a frequency band. To demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed method, numerical results for planar inverted F antennas (PIFA) and a wideband E‐shaped patch antenna are presented. Good agreement among the interpolation results, exact MoM solutions, finite element method (FEM) solutions, and measured data is observed over the bandwidth. Besides, dimensions of the feeding probe are also studied to investigate their effect on the input impedance and radiation patterns. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2010.     

矩形网格上二元矩阵切触有理插值的新方法

熟知的矩阵切触有理插值的方法都与连分式有关,不仅计算繁琐,而且难以避免出现“极点、不可达点”。用网格点构造有理插值基函数,用型值点构造具有承袭性的各阶矩阵插值算子,通过插值基函数与插值算子作线性运算,构造出二元矩阵各阶切触有理插值函数,有效避免了有理插值的“极点、不可达点”问题。若选择适当的参数,还可以任意降低插值函数的次数,数值例子表明了该方法简单、有效、实用性强。     

LTE-A系统中基于小区参考信号的信道估计算法

增强型长期演进（LTE-A）系统中,通常利用插值算法估计出所有数据位置的信道频率响应值。针对传统的线性最小均方误差（LMMSE）算法需要预先获取信道统计特性,矩阵实时求逆运算量大的问题,提出了一种改进的频域LMMSE信道估计插值算法。首先通过导频插值来增加虚拟导频,以此提升算法性能;然后借助时域内的信道能量比较集中的优势,给出了自相关矩阵和信噪比的近似估计方法;最后采用滑动窗方法进一步简化算法复杂度,从而完成频域LMMSE插值。仿真结果表明,所提算法总体性能优于线性插值以及基于离散傅里叶变换（DFT）的插值方法,且与传统LMMSE插值算法具有相近的误码率（BER）和均方误差（MSE）;但与传统算法相比,运算次数降低了98.67%,实现了算法性能与复杂度的较好折中,适用于实际的工程应用。     

Fast method for calculation of mutual coupling in planar microwave circuits on general multilayer substrates

In this article a new fast method for the calculation of mutual coupling in planar microwave circuits is described. The circuit is divided into three component classes: lines, small discontinuities and larger, meshed, structures. Modules are proposed to calculate the intra‐ and inter class couplings. The first two models take full advantage of the specific properties of lines and small discontinuities to speed up calculations. For lines, this means using the traveling waves and for small discontinuities the radiation behavior is approximated by that of an elementary dipole. The third module is the regular method of moments (MoM), which has been altered in such a way that solving the integral equation matrix immediately yields the S‐parameters on the lines that feed the structure. The new method uses far less unknowns and needs far less CPU time than the traditional MoM. The advantage over other circuit simulators such as Advanced Design System (ADS) and Microwave Design System (MDS) is that the new method includes the parasitical coupling effects in the entire circuit that are ignored in these commercial packages. These parasitical couplings can sometimes have a large effect upon the circuit. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE 13: 378–388, 2003.     

积分二次约束下系统鲁棒镇定的凸参数化方法

研究了积分二次约束下不确定系统的鲁棒控制器设计问题. 通过将控制器的Youla参数化方法与鲁棒稳定性频域判据相结合, 将鲁棒控制器设计问题转化为RH∞空间的凸可行性问题, 进而将该问题转化为求解频域线性矩阵不等式的可行解问题. 在此基础上, 利用有理函数矩阵边界插值方法求得鲁棒控制器.     

空间插值分析算法综述

空间插值分析算法是一种应用于将离散点的测量数据转换为连续数据表面的算法,能够将连续数据曲面与其他空间现象的分布情况进行比较,它在空间信息方面具有广泛的应用场景,尤其是地理信息方面.对泰森多边形法、反距离权重插值法、样条函数插值法、克里金插值法等空间插值算法的插值原理和应用场景进行综述,对空间插值分析算法的进展和未来研究方向进行了探讨.     

基于自迭代主元抽取的工作模态参数识别

针对传统批处理主成分分析工作模态参数识别中存在的矩阵奇异值或特征值分解病态问题,本文提出了一种基于自迭代主元抽取的工作模态参数识别方法。与传统批处理主成分分析通过矩阵分解一次获得所有主成分不同,该方法通过自迭代逐一抽取主成分从而实现主要贡献工作模态的逐一识别。理论分析表明,该方法的时间复杂度和空间复杂度比传统批处理主成分分析工作模态参数识别方法更低。在简支梁仿真数据集上的识别结果表明,自迭代主元抽取算法可以从平稳随机响应信号中有效地识别出线性时不变结构的主要贡献模态振型和固有频率,在响应测点和采样时间较多时其时间开销较传统方法也更小。     

改进的沃尔什图像插值方法

为了更好地进行快速插值,提出一种改进的沃尔什滤波器：首先研究了传统的Walsh变换及其性质,在此基础上推导出Walsh滤波模板的设计方法;其次由于Walsh模板仅有4×4大小,因此给出一种基于权值矩阵的拼合方法;最后,对上千幅图像进行测试,求解出最佳权值a=1.6,b=0.8。实验将5幅标准测试图像分为两组,分别进行1/2抽取与1/4抽取,得到的插值结果均表明算法的插值效果优于最近邻插值、三次插值、区域坐标三次插值法、Walsh插值。同时,时间分析表明,算法的运行时间与三次插值相当。     

A closed‐form analysis of printed wide‐slot antennas

A mixed‐potential integral equation is formulated for the wide‐slot antenna, fed by a microstrip line, and solved using the method of moments (MoM). Our MoM implementation makes use of the Ge and Esselle (G–E) closed‐form Green's functions for layered substrates. The key advantage of this new approach is that all the MoM matrix elements are evaluated using closed‐form expressions, without any numerical integration, and with minimal approximations. Hence a significant increase in computational efficiency has been achieved while maintaining the high precision of the full‐wave MoM. The numerical results obtained from the new method are compared with measured results, and good agreements are observed. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE 13, 389–397, 2003.     

基于PCL的三维流体载荷向结构载荷转换方法

为在MSC Patran中实现三维流体载荷向结构载荷的转换,分别基于反距离加权（InverseDistance Weighted,IDW）插值法和薄板样条（Thin Plate Spline,TPS）法,用PCL编写载荷转换程序.在MSC Patran中通过创建空间场来调用该程序,再通过创建压力载荷来调用所创建的空间场,从而实现转换.用该程序对内部受流体压力的管道进行结构分析,结果表明IDW插值法和TPS法都能很好地实现载荷转换,运算耗时相当;使用IDW插值法时,若插值点过多则会降低插值精度.     

基于宽带聚焦矩阵和高阶累积量的OFDM信号的来波方向估计

为了解决正交频分复用(OFDM)宽带信号处理的问题,研究了基于宽带聚焦矩阵和高阶累积量的波达方向(DOA)估计方法。前者是通过傅里叶变换将宽带阵列数据分解为若干窄带信号,再利用一种聚焦矩阵将不同频带下的方向矩阵变换到同一参考频率下,然后用多重信号分类(MUSIC)算法来估计DOA;高阶累积量算法是通过聚焦操作,把各个窄带频率处的阵列输出矢量变换到聚焦频率处,然后求其累积量矩阵。对各个累积量矩阵进行加权平均并特征值分解,再应用MUSIC算法估计DOA。理论分析和仿真结果表明,两种方法都能够精确地估计OFDM信号的DOA,四阶累积量方法的空间分辨率比聚焦矩阵方法有所提高。四阶累积量算法扩展了阵列孔径,信噪比(SNR)较低的时候也有很好的适应性。     

Frequency response computation via rational interpolation

A simple rational interpolation method is given for estimating a frequency response matrix. The method is based on a generalization of the resolvent identity that avoids the potential inaccuracies introduced by the subtraction of nearly equal values in the calculation of the difference terms. When coupled with a pole cancellation method, the resulting interpolation algorithm is accurate and efficient. The error in this procedure has the form of a modified response matrix, which means that the interpolation algorithm can be used to approximate both the response matrix and the error     

基于非局部低秩矩阵重建的图像插值

传统图像插值方法往往只考虑了图像局部相邻像素之间的关系进行插值,而忽略了图像中广泛存在的非局部自相似性。为了充分利用图像中的这种非局部自相似性以提高插值图像质量,本文提出了基于图像非局部低秩重建模型的图像插值方法,为低秩重建模型提出了一种基于分解为子问题交替迭代求解的高效求解算法。提出的算法能获得更高的主观与客观重建图像质量,实验表明,相对于Bicubic、SAI等图像插值方法能取得平均1.37dB和0.77dB的PSNR增益。     

基于时空Kriging方法的时空数据插值研究

在对气象数据进行插值的过程中, 如果只考虑数据的空间信息而忽视数据在时间上的关联, 必然影响插值的精度.针对具有时空特性的气象数据, 提出一种将时空Kriging方法与弹性网方法相结合的新方法.该方法主要利用弹性网算法解决时空Kriging算法中的时空变异函数矩阵为病态矩阵而无法求逆的问题, 通过弹性网算法获得变异函数矩阵方程的稀疏解, 从而提高时空插值的精度.在实际观测的气温数据和AQI数据上的仿真实验验证了该方法对气象时空数据插值的准确性.     

基于边缘移动匹配法的图像插值

论文介绍了一种保持图像边缘特征的插值方法。经典的插值算法常常使插值后图像边缘部分出现模糊或锯齿现象。为了获得图像边缘部分较好的视觉质量,算法对处于图像边缘部分的象素点首先在原图上寻找边缘方向,即利用边缘移动匹配法计算各象素点之间的相似程度来寻找到边缘方向,再使插值沿边缘方向进行。模拟试验证明,无论对机器生成的图像还是对自然图像,这种方法均能很好地保持图像边缘特征,从而使插值后整幅图像的视觉效果大大改善。该算法运算并不复杂,并且对于任何形式的图像几何变形都适用。     

高阶矩量法的超级电磁计算研究

矩量法是广泛使用的高精度电磁数值算法之一。在仿真复杂电磁问题时,该算法需要处理大型复数稠密矩阵方程,这导致其面临内存需求高、计算时间长的问题。与传统基函数相比,本文采用的高阶多项式基函数能够在保证计算精度的前提下大幅度降低未知量,进而降低矩阵阶数。在此基础上,本文设计了基于分块矩阵的高效并行策略,在国内超级计算机平台开展了并行高阶矩量法的超级电磁计算研究,大幅度提升了矩量法的仿真能力。在国产神威蓝光超级计算机上,以机载天线阵列的辐射特性计算为例,对并行规模高达30720 CPU核时的算法性能进行了评估,测试结果表明算法在并行规模扩大20倍以上时仍可获得50%以上的并行效率。在当前排名世界第一的天河2号超级计算机上,以飞机散射特性计算为例,对并行规模高达201600 CPU核时的算法性能进行了评估,测试结果表明算法在并行规模扩大约8倍时可获得50%以上的并行效率。数值仿真结果表明并行高阶矩量法可以在不同架构的超级计算机上高效完成复杂电大目标的精确电磁计算。     

Max-margin non-negative matrix factorization with flexible spatial constraints based on factor analysis

Non-negative matrix factorization (NMF) is a popular feature encoding method for image understanding due to its non-negative properties in representation, but the learnt basis images are not always local due to the lack of explicit constraints in its objective. Various algebraic or geometric local constraints are hence proposed to shape the behaviour of the original NMF. Such constraints are usually rigid in the sense that they have to be specified beforehand instead of learning from the data. In this paper, we propose a flexible spatial constraint method for NMF learning based on factor analysis. Particularly, to learn the local spatial structure of the images, we apply a series of transformations such as orthogonal rotation and thresholding to the factor loading matrix obtained through factor analysis. Then we map the transformed loading matrix into a Laplacian matrix and incorporate this into a max-margin non-negative matrix factorization framework as a penalty term, aiming to learn a representation space which is non-negative, discriminative and localstructure- preserving. We verify the feasibility and effectiveness of the proposed method on several real world datasets with encouraging results.     

针对Kriging插值结果的空间查询方法

Kriging插值方法及其各种改进模型已被广泛应用,但由于其插值结果是栅格形式,因此不利于与矢量数据叠加分析。为了更加便捷地使用插值结果,在衡量Voronoi图和最小外接矩形特点的基础上,提出了适用于Kriging插值结果的数据结构及空间查询方法。查询某一点位的特征值时,先通过区域的最小外接矩形初步判断出该位置可能存在的区域,进而逐一判断点与所选区域的空间关系,根据点所在区域的属性值得到该点位的特征值。该方法实现了对Kriging插值结果的空间查询,其正确性通过某露天矿的实际运行数据得到了验证。实验结果表明,该方法的查询效率控制在毫秒级,能够满足矿区车载终端程序及类似应用的需求。     

频域结构不确定性模型有效性分析——正切结构Nevanlinna-Pick 插值法

利用正切结构Ｎｅｖａｎｌｉｎｎａ－Ｐｉｃｋ插值理论,研究了扰动集有结构的具有线性分式传递函数的模型有效性分析问题。模型有效性与参数辨识相结合晃本领域目前的研究热点问题,故这里讨论的模型集的不确定性不仅仍扰动集的不稳定,还有不易观测的部分名义模型的不确定。我们将这类模型集的有效性分析问题转化为双线性矩阵不等式（ＢＭＩ）求解问题,构造了双迭代算法进行求解,并给出了算法的理论分析,提到了在有限步迭代后可     

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。