偏置相位中心方位多波束SAR天线姿态误差分析

偏置相位中心多波束合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)解决了分辨率和测绘带宽之间的矛盾,但在应用中会出现新的误差。提出并分析了天线长度方向偏离飞行方向(方位向)所引起的回波信号相位误差及对成像的影响,给出了计算机仿真结果。并提出了可以应用天线姿态误差来解决方位向非均匀采样问题的可能性。     

基于地形平均斜率的多波束数字水深处理

根据多波束系统水深测量受地形影响的特点,提出了基于沿船体横纵两个方向地形平均斜率的水深校正算法,给出了 5个水深校正因子,设计了水深平滑模板.以5个校正因子对初始扫描水深数据进行校正,以所设计的模板对校正后的数据进行滤波.仿真结果表明:校正后极大减小了水深测量误差,所设计的模板相对传统的高斯模板具有更高的平滑精度,更适应水深数据的滤波,通过两种处理方式,测量精度获得了明显提高,海底地形精度和光滑度都获得了较好的改善.     

基于抗差最小二乘配置的海底地形生成研究

最小二乘配置算法能同时顾及测深数据的系统性和随机性影响,提高海底地形的生成精度。根据该算法建立了海洋测深多波束数据的函数模型和随机模型,并构建海底地形。为避免测深数据的异常值影响,进一步推导了基于抗差估计的协方差函数求解公式,提出抗差最小二乘配置算法生成海底地形。利用多波束数据生成海底,结果显示抗差最小二乘配置算法能在构建海底地形的同时准确剔除测深异常。将构建的地形与双线性多项式内插生成的海底进行比较,进一步说明了该算法具有较高的海底地形生成精度。

Abstract：

Seabed terrain generating precision can be improved by least-squares collocation algorithm which takes the systematic and stochastic effects in the bathymetry data. The functional model and stochastic model of the algorithm were created by multibeam bathymetry data,and the method of creating seabed terrain by Least-squares Collocation was researched. To avoid the effect of outliers in bathymetry data,covariance function was calculated by robust estimation,and the Robust Least-squares Collocation algorithm for terrain generation was proposed. It was applied to the real bathymetry data set,and the results indicate that the outliers are detected by the algorithm while the seabed terrain is generated. In the remainder,the terrain grids was compared with which created by bilinear polynomial interpolation algorithm,and it is proved that the Robust Least-squares Collocation algorithm can get higher precision of seabed terrain generation while detecting outliers.     

基于多载波信号的确定型自适应阵列波束形成方法

确定型波束形成方法利用单次采样数据完成波束形成,不需要信号的统计特性.该类方法在雷达系统中均需要两个步骤:波达方向估计和波束形成.一般为了保证系统稳定性,需要保持一定的主瓣宽度,其代价是牺牲部分波束形成自由度.研究了确定型波束形成算法在多载波扩频通信系统中的应用,提出了利用多载波调制信号的频率分集特性完成波束形成,不需要波达方向估计过程,也不需要牺牲波束形成自由度以保证系统稳定性,同时还获得相干多径合并.给出了相应的仿真实验及相关分析,验证了算法的有效性.     

融合位置和姿态信息的模型概率估计

为了利用目标的姿态信息来提高机动目标跟踪的精度,提出一种融合位置和姿态信息的模型概率估计算法。该算法采用模糊关联的方法,实现了基于姿态信息的模型概率估计;根据离散点过程滤波的基本理论,对其进行滤波;采用贝叶斯推理方法,对来自姿态的模型概率和来自位置的模型概率进行了信息融合,并将融合后的模型概率应用到IMM算法。仿真表明,改进的IMM在保持传统IMM实时性的基础上提高了跟踪精度,从而验证了姿态信息对目标跟踪的辅助作用。     

基于AccelDSP的MM-MUSIC算法实现及其在多波束测深声纳中的应用

常规的多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法计算量庞大,难以应用于多波束测深声纳(multi-beam bathymetry sonar, MBBS),而现有的波束域MUSIC算法仍需要进行协方差矩阵估计和特征值分解而造成系统规模复杂。将基于多级维纳滤波器(multiple stage Wiener filter, MSWF)的快速子空间估计与多子阵波束域MUSIC (multiple subarray beamspace MUSIC, MSB RMU)算法相结合提出MM-MUSIC算法。和MSB-RMU算法相比,该算法用较小的性能损失换来大大降低的计算量和高度的可并行性,基于Xilinx AccelDSP综合工具的快速子空间估计的实现和实验数据的处理证明了该算法的有效性与实用性。     

基于多分辨率遮挡剔除的复杂地形绘制框架的研究

基于复杂地形实时绘制的特性,分析了地形多分辨率建模与遮挡剔除技术结合的必要性,提出了一种将地形多分辨率建模与基于最小二次方平面的地形遮挡剔除相结合的地形绘制框架及其设计原则.基于该框架的地形绘制算法除了能有效减少送入绘制管道的多边形数量之外,还充分考虑了算法性能的最优化及地形的动态扩展.实验表明了基于多分辨率遮挡剔除的地形绘制框架的可行性和有效性.     

基于Farrow结构的宽带同时多波束形成方法

提出基于Farrow结构的宽带同时多波束算法。在不更新固定加权端权值的情况下,仅在波束指向控制端进行多组加权,便在通带内实现了同时多波束。所提算法在满足恒定束宽的同时,降低了波束旁瓣。考虑到Farrow阵列结构存在抽头数过多、实现难度大的问题,引入了抽头稀疏优化设计思想,经过稀疏优化之后,Farrow结构的有效阶数减小,降低了工程实现的复杂度。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于姿态库和PIK算法的虚拟人全身姿态生成

当前,虚拟人的全身关键帧姿态主要通过手工方式设计生成,耗时费力,将以姿态样本为基础的数据驱动方法和以直观的高层任务约束为基础的目标驱动方法相结合,实现了虚拟人全身姿态的自动交互生成。首先构建姿态样本库,依据特定任务约束,对全身关节进行分组并提出了参数化姿态拼接方法用于虚拟人全身姿态的估计生成,随后以估计值为初始姿态,利用带优先级的逆向运动学（PIK）算法对所有任务约束按优先级顺序进行IK迭代求解,实现对全身姿态的进一步优化生成。在姿态迭代求解过程中,将静态平衡约束和其它任务约束分层单独求解,解决了平衡约束优先级难以设置的问题并可确保姿态结果的静态平衡性。实验结果表明,通过将姿态样本库和PIK算法相结合,既克服了已有基于数据样本的逆向运动学算法只能生成与原有姿态样本差别不大的姿态的限制,又可解决PIK算法的初值选取问题,相应地减少了PIK算法所需的迭代求解次数,提高了求解计算效率,并可适度保证最终姿态结果的逼真自然性。     

基于博弈论的自适应波束成形算法

针对自适应波束成形算法中用户之间的动态相互干扰,提出了一种基于博弈论的自适应波束成形算法,构建了波束成形博弈算法数学模型。该算法将不同用户的发射权值调整描述为一个多用户的博弈过程,通过数学推导论证了基于博弈论的自适应波束成形算法纳什平衡点的存在性和唯一性,设计了收敛的发射权值更新算法。通过仿真实验验证了算法的性能以及讨论了代价因子、可调参数和收敛精度等参数对算法的影响。     

基于自适应四叉树视相关的多分辨率地形简化

提出了一基种于自适应四叉树结构视相关的动态多分辨率地形简化算法。主要讨论了地形简化中多分辨率地形网格生成、节点评价函数、多分辨率LOD转化时的图像跳跃以及多分辨率地形纹理映射着等关键技术问题，有效地解决了多分辨率地形网络拼接中的裂缝问题和层次细节转化中的图像跳跃现象。     

基于对角负载的波束空间波束合成器

同传统的阵元空间波束合成器相比,波束空间波束合成器通过减少自由度来实现运算量的减少。但该方法由于阵列失配的影响,会使系统性能大大降低。从理论上证明了在波束空间自适应阵列中,同样可以采用对角负载技术克服阵列失配,同时给出了此时对角负载方法的实现步骤、负载值的选择及阵列的增益参数。仿真结果证明了对角负载方法对波束空间波束合成器稳健性提高的有效性。     

全球多分辨率虚拟地形环境的金字塔模型研究

针对全球多分辨率地形环境的数据特点和渲染需要，结合多分辨率LOD（MRLOD）模型技术，设计并实现了一种面向全球的金字塔模型，并详细说明了金字塔模型的构建规则。在分析传统分层分块方案的不足的基础上，提出了设计的分层分块方案，并分析了方案的可行性和分层分块后的结构组织。     

多波束卫星通信功率分配算法与仿真分析

在多波束卫星通信系统中,星上的资源(功率和带宽等)是有限的。提高资源的利用率显得至关重要。针对现有的多波束卫星通信系统各个点波束下行功率分配采用固定的等功率分配方式与实际中不断变化的业务需求不相匹配,未能充分地利用有限的功率资源。通过构建多波束卫星通信系统下行点波束容量模型,提出了一种基于业务需求的有效功率分配算法,利用拉格朗日对偶理论和次梯度法解决了该功率分配问题。仿真结果分析表明,该有效的功率分配算法可以获得灵活的系统可用容量,可以满足不同的业务需求,能够有效地利用有限的功率资源,提高了资源的利用率。     

基于快速模型匹配的飞行目标三维姿态角估计算法

采用动态模型匹配的基本原理,提出了一种基于二维图像序列的飞行目标三维姿态角估计算法。算法根据目标机动特点和姿态角约束关系,建立了降维动态模型库,在保证模型库完备性的同时减小了规模。根据相似性矩阵的分布规律提出了十字搜索法,加快了最佳匹配模型的搜索速度。仿真表明,该算法具有较好的准确性和实时性,对提高机动目标跟踪性能具有一定的理论意义。     

基于波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法

传统的MIMO雷达的发射阵列通常进行全向发射,而感兴趣的目标往往集中在较小的空域范围内,全向发射就造成了大量的功率浪费,从而导致波束形成器的输出信干噪比降低,针对这一不足,提出了一种基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法.该算法首先利用二阶锥规划设计出波束域矩阵,通过发射波束域预处理使发射功率聚集在感兴趣的区域,同时保持预处理后的导向矢量的旋转不变性,然后利用MVDR算法进行自适应波束形成.仿真结果表明:波束域预处理提高了发射功率的利用率,因此,在发射功率相同的条件下,基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成器具有更高的输出信干噪比.     

基于改进粒子群算法的平面阵同时多波束赋形方法

针对当下平面阵同时多波束赋形需求, 提出基于改进粒子群算法的平面阵同时多波束赋形方法。将自适应操作粒子结构、反梯度加权用于粒子群搜索算法作为创新点, 根据粒子群收敛度自适应调整操作粒子结构的概率, 以平衡粒子群全局探索和局部利用能力, 根据多目标优化程度对各优化指标反梯度加权, 以抑制多目标优化失衡, 对阵列相位、幅度优化实现低旁瓣、窄波束宽度和高增益的效果。实验表明, 在传统非线性智能优化方法效果不好的情况下, 该方法对阵元数较多的任意平面阵同时多波束赋形效果较好。     

LTE-A中的SLNR联合校准多用户多流波束赋形方案

提出了一种长期演进项目的后续演进（long term evolution-advanced, LTE-A）中的信漏噪比联合校准多用户多流波束赋形方案。基于信漏噪比准则进行波束赋形消除多用户间干扰,实现LTE A下的多用户多流波束赋形传输;建立信道校准机制,补偿实际通信系统中的射频增益影响,恢复信道互易性,提升实际通信系统中的误码率性能。在适用于LTE-A的空间信道扩展模型(spatial channel model extension, SCME)信道环境下进行了仿真,仿真结果表明,该方法相比常用的基于信干噪比准则的块对角化方案误码率性能有明显提升,且能在存在射频增益影响的非理想环境中恢复信道互易性,提升系统传输性能。     

基于焦面场的多波束反射面天线二维DOA估计

利用致密焦面阵列馈源,通过二维来波方向（direction of arrival,DOA）估计算法判别干扰信号的方向,是多波束反射面天线设计中的一个重要环节。由于阵列馈源接收的信号由源信号在反射面焦平面上的电场决定,其阵列流形与常规DOA估计平面阵列的阵列流形不相同;焦面场一般是不均匀的,因此选用的阵列单元接收的信号幅度也不相同,部分阵列单元接收的信号会比较微弱;不同的焦面场选用的阵列单元不同,对应的阵列结构也不相同,且其往往是不规则的;源信号经过反射面反射后,阵列单元接收的信号之间的相关性会降低。这些因素决定了阵列馈源的DOA估计具有特殊性。因此结合焦面场,设计了多波束反射面天线二维DOA估计方法,并进行了仿真,仿真结果证明了该方法的有效性和实用性。     

滞空状态下超小型旋翼机系统的姿态模型辨识

采用机理分析和系统辨识相结合的方法,以直升机机体和伺服小翼的力矩平衡方程为基础,根据滞空状态的特性,建立含有未知参数的超小型旋翼无人机姿态模型,由飞行数据采用预测误差法(PEM)对上述姿态模型进行了辨识,从而得到了完整的滞空状态下超小型旋翼机系统的姿态模型,最后验证了辨识模型的正确性。