基于共轭梯度的宽带相关处理快速算法

宽带主动信号处理是以宽带相关计算为基础的,通常采用目标尺度-时延二维搜索的计算结构。要达到较高的参数估计精度,处理结构就必须采用高密度搜索,但这同时会带来系统难以承受的大运算量。提出了基于共轭梯度的宽带相关处理快速算法,通过以较大的时延-尺度扫描间隔对目标参数进行粗略估计,得到参数估计的初值,并采用共轭梯度法构造一组共轭方向,由初值出发作迭代运算实现对峰值的搜索。仿真计算表明：基于共轭梯度的宽带相关处理快速算法能以较小的运算量得到对参数的精确估计,并具有较高的参数估计精度。参数估计误差的方差接近宽带相关处理的克拉美-罗下限（Crame-Rao low bound, CRLB）。     

基于自适应共轭梯度算法的高分辨率谱估计器

基于AR模型的功率谱估计是现代谱估计应用非常广泛的一种方法。通过对一全极点模型的参数估计来实现功率谱估计。提出了一种采用自适应共轭梯度算法来进行参数估计的方法。由于共轭梯度算法采用迭代运算求解Yule-Walker方程,同现有的谱估计算法相比,大大减小了谱估计算法的计算复杂度;随着自相关矩阵阶数的增大,该方法谱估计精度在小信噪比下提高显著。仿真结果表明,这种方法和基于AR模型的其它谱估计方法在不同信噪比下具有几乎相同的分辨率。因此,该谱估计算法具有重要的实用意义,有助于谱估计算法的实时实现。     

基于非线性共轭梯度法的唯相直接数据域算法

提出一种基于非线性共轭梯度法的唯相直接数据域最小二乘算法。根据标准直接数据域算法得到代价函数,由小相位扰动效应和泰勒展式推导得到代价函数的梯度,使用非线性共轭梯度法对代价函数进行优化,最终确定最优唯相权值向量。作为一种唯相自适应算法,它在硬件实现上比传统算法更具简单性。同时,它只对单快拍数据进行处理,避免了样本协方差矩阵的构造以及矩阵求逆运算,更适合于实时处理。仿真结果表明,算法具有良好的信号恢复和干扰置零性能。     

基于高分辨距离像的MIMO雷达波形设计

波形设计关系到多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标检测和参数估计的性能,设计与目标高分辨距离像相匹配的发射波形可以提高雷达目标探测效果。在建立单站MIMO雷达模型的基础上,以最大化系统输出信号与干扰噪声比为准则,研究了波形设计的目标函数和约束条件,并在推导目标函数相位梯度的基础上提出了一种相位域恒模共轭梯度算法来解决该波形设计问题。仿真实验表明,由该算法设计的MIMO雷达相位编码信号可以在多次迭代后逼近理论最优波形的性能,该算法具有收敛速度快、性能稳定、运算量低的特点。     

最小二乘支持向量机的预优共轭梯度法

针对Suyken等人提出的最小二乘支持向量机的共轭梯度法在输入样本的个数较大时,需要求解高阶线性方程组这一缺陷,提出了一种新算法。该算法利用分块矩阵的思想将该高阶线性方程组系数矩阵降阶,为了提高收敛速度,克服数值的不稳定性,采用条件预优共轭梯度法求解低阶的线性方程组。通过仿真试验证明用本文方法训练最小二乘支持向量机比共轭梯度法的训练速度提高了将近一倍。     

地面站数传系统的RBFNN模型及算法

针对难以建立精确数学模型的地面站数传系统,提出改进梯度迭代学习的径向基神经网络建模方法。改进梯度学习算法通过训练样本相关性矩阵的主成分分析确定网络隐含层初始节点数;改进迭代过程中网络参数的梯度信息计算方式,加快了迭代收敛速度;并增加结构调整过程,实现对网络规模的精简。通过采集地面站数传系统输入-输出数据,将改进梯度学习算法应用于网络离线训练,并给出具体实现步骤。地面站数传资源配置优化实例验证了模型具有较高泛化能力,且算法稳定性较佳。     

基于软约束模式的加权最小二乘节点定位算法

当节点初始坐标精度较差时,大多数基于负梯度搜索的最小二乘类迭代定位算法容易陷入局部最优,产生较大的定位误差.作者通过引入网络部署时先验的限制性条件,提出了一种基于软约束模式的加权最小二乘节点定位算法(SCLS).该算法根据2跳邻居节点问必须满足的最小和最大测距限制性条件,在加权最小二乘优化代价函数中引入惩罚项,迫使负梯度搜索往节点真实位置方向前进,从而提高定位算法精度.仿真实验结果显示,SCLS定位算法精度明显优于经典加权最小二乘定位算法.在测距误差较大或节点初始坐标精度较低情况下,SCLS算法具有良好鲁棒性.     

萤火虫群算法优化高斯过程的网络安全态势预测

针对共轭梯度法获取高斯过程超参数存在迭代次数难以确定及预测不精准等问题,提出一种萤火虫群算法优化高斯过程的预测方法,并将其应用于网络安全态势预测研究。采用萤火虫群优化算法对高斯过程超参数进行智能寻优,建立基于高斯过程回归的网络安全态势预测模型。实验结果表明新方法的平均相对预测误差较共轭梯度法、粒子群优化算法和人工蜂群优化算法分别降低了近29.46%、10.37%和4.22%,且新方法收敛较快。另外,分析对比了3种单一类型和2种复合类型的协方差函数对高斯过程预测的影响,实验结果表明采用神经网络与有理二次的复合协方差函数(neural network and rational quadratic composite covariance function, NN-RQ)的平均相对预测误差较其他4类协方差函数降低了1.65%~7.51%。     

点到三维隐式曲线的正交投影算法

针对点到三维(3D)隐式曲线的正交投影问题,提出了一种稳定的几何迭代算法.算法首先给出了基于二阶泰勒逼近的投影点追踪公式;通过将给定点向初始点处的曲率圆作投影,提出了基于曲率的步长控制策略;考虑到迭代过程中存在的误差,给出了基于梯度的迭代误差矫正方法;最后,给出了计算点到三维隐式曲线的正交投影的完整算法实现步骤.仿真结果表明,算法对初始值的敏感性较低,算法稳定、高效,收敛性良好.     

基于集员共轭梯度的约束自适应波束成形算法

针对传统波束成形计算复杂度过大的问题,提出一种基于集员共轭梯度的约束自适应波束成形算法。运用共轭梯度算法原理,在期望信号功率保留的约束条件下使输出方差最小,得到权重向量,避免计算输入信号的协方差逆矩阵,有效达到收敛。集员方法运用时变边界约束条件,实行数据选择性更新,减少计算复杂度。该算法运用集员方法和共轭梯度,避免重复计算,得到有效的权重向量,保证良好的收敛性能。又对算法进行计算复杂度和收敛性能分析。仿真结果表明,与其他传统算法相比,该算法在保证良好的收敛性能的同时,大大减少了计算复杂度。     

基于MUSIC对称压缩谱的快速DOA估计

为提高波达方向（direction of arrival, DOA）估计的速度、降低运算量,在分析多重信号分类（multiple signal classification, MUSIC）算法原理的基础上,利用噪声子空间降维的思想构造一维MUSIC对称压缩谱(MUSIC symmetrical compressed spectrum, MSCS)。MSCS通过构造共轭噪声子空间并对噪声子空间及其共轭子空间的交集进行奇异值分解得到,其物理实质等效于在空间辐射源的对称位置添加相同数目的镜像辐射源。理论分析和仿真实验表明,MSCS不受实际阵型的限制,能将DOA估计的计算量降至传统MUSIC算法的50%,并具有与MUSIC相当的估计精度。     

FOPEN UWB SAR 抑制窄带干扰的波形设计及处理

针对叶簇穿透超宽带合成孔径雷达面临其他多种电子系统的频谱干扰问题,提出一种在干扰频带设计陷波的相位调制雷达波形设计及频域处理方法。在建立最大化使用频带和干扰频带能量之比的模型基础上,通过相位域求解共轭梯度以较快的收敛速度得到近似最优相位调制波形。基于发射信号频谱研究了频域匹配处理和距离旁瓣频域抑制加权技术。通过该波形设计及处理方法,可以灵活并有效地完成抗窄带干扰,且易于工程实现。     

基于广义近似消息传递的快速DOA估计方法

针对稀疏恢复类波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法中计算复杂度高的问题, 提出了一种基于广义近似消息传递(generalized approximate message passing, GAMP)方法的稀疏贝叶斯学习算法。该算法在现有双基地无源雷达系统模型基础上, 构建了多快拍下的GAMP信号统计模型, 将高维联合后验概率密度的计算简化为标量运算, 提高了算法的计算效率。对于离网目标, 利用梯度下降方法推导了角度空间网格更新策略, 进一步提高了角度估计的精度。仿真结果表明, 该算法在有限快拍、低信噪比情况下, 估计精度较高, 计算复杂度较低, 适用于实时性要求高的应用场景。     

基于高斯-勒让德积分的鲁棒波束形成算法

针对矩阵重构类波束形成算法在协方差矩阵重构过程中计算复杂度较高的问题, 提出一种基于高斯-勒让德积分重构协方差矩阵的鲁棒波束形成算法。该方法首先根据信号导向矢量之间的正交性, 利用高斯-勒让德积分构建干扰信号空间; 然后将快拍数据投影到干扰信号空间, 剔除期望信号, 完成干扰噪声协方差矩阵重构; 最后将准阵列权矢量投影到信号空间, 修正导向矢量失配。仿真结果表明本文方法在视向误差、导向矢量随机误差条件下具有较好的鲁棒性, 且有效地降低了计算复杂度, 验证了算法的有效性。     

高效的多跳频信号2D-DOA估计算法

为了利用跳频信号的空域特征参数辅助多跳频信号的网台分选,在空时频分析的基础上,提出一种基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)对称压缩谱(MUSIC symmetrical compressed spectrum, MSCS)的多跳频信号二维波达方向(two dimensional direction of arrival, 2D-DOA)高效估计算法。首先根据跳频信号的时频域特征,构建每一跳的空时频矩阵(spatial time frequency distribution, STFD),获取时频域的协方差矩阵;然后将共轭子空间的思想引入到MUSIC算法中,通过对噪声子空间及其共轭的交集进行奇异值分解,实现噪声子空间的降维;最终通过半谱搜索实现2D-DOA的高效估计。同时为了提高低信噪比条件下算法的性能,在时频图处理过程中采用形态学滤波进行去噪,并在修正的时频图上完成了跳频信号每一跳的提取。通过理论论证和实验仿真表明,本文算法相比于MUSIC算法,在保证均方根误差相当和估计成功率有所提高的情况下,计算复杂度降低了一半。     

基于优化BP算法的精馏塔预测模型

针对建立精馏塔严格动态机理模型的复杂性以及机理模型应用的诸多不便,提出了一种综合共轭梯度和自适应变步长的优化ＢＰ算法,并利用该优化ＢＰ算法建立了精馏塔的预测模型。仿真结果表明,该算法不仅收敛速度快,学习精度高,而且有效避免了常规ＢＰ算法的局部极小值问题。     

基于双层符号常数模的多径水声信道盲均衡算法

针对常数模算法(CMA)及符号常数模算法(SCMA)迭代中的大量乘法运算会产生延时的不足，提出了双层符号常数模算法(DSCMA)。该算法采用逐级取符号的办法，将迭代过程中的大量乘法运算转化为比较运算，大大减少了计算量。而基于双层符号常数模的多径水声信道盲均衡器，具有收敛速度快，超量均方误差和计算复杂度小等特点。用负声速梯度信道及深海信道对该盲均衡器性能进行的仿真研究表明：该盲均衡器对多径干扰有良好的抑制作用，对水下数据通信有很强的实用价值。     

三维局部多层快速多极子算法

为了进一步加速多层快速多极子算法求解电大尺寸目标电磁散射,提出了一种基于局部耦合技术计算矩阵矢量相乘的多层快速多极子方法。通过在迭代过程中设置与迭代误差相关的最初层,每次迭代仅仅需要考虑局部的耦合区域。该方法在保证合理计算精度的同时大大降低了迭代过程中矩阵矢量相乘的计算复杂度,提高了多层快速多极子方法计算效率。数值结果说明了所提方法的有效性。