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认知无线电频谱检测技术研究

认知无线电频谱检测技术研究

作者：堵威东华大学

学位级别：硕士

随着无线通信的发展,多种多样的无线业务如雨后春笋般出现,例如视频电话,手机电视等,都对数据传输率具有较高的要求,而原来仅仅满足语音服务的数据传输速率已不能满足现有业务的要求;并且,各种无线电设备的大量使用使得频谱资源变得越... 详细信息

随着无线通信的发展,多种多样的无线业务如雨后春笋般出现,例如视频电话,手机电视等,都对数据传输率具有较高的要求,而原来仅仅满足语音服务的数据传输速率已不能满足现有业务的要求;并且,各种无线电设备的大量使用使得频谱资源变得越来越稀缺。然而,经过调查检测发现,出现这种情况的原因并不是频谱资源被过度利用;恰恰相反,由于频谱管理部门静态分配的频谱得不到充分利用,才造成了如今频谱紧缺的困境。因此,Mitola博士提出了认知无线电的概念,这是一种能够检测周围的电磁环境,并且能够根据所处环境动态地改变工作参数的无线电设备或系统。在认知无线电网络中,频谱检测是实现认知无线电技术以及应用、构建认知无线电网络的核心技术,是保护授权用户避免有害干扰、提高认知网络频谱利用率的重要前提。本文对认知无线电频谱检测技术进行研究。首先,对频谱检测四种经典能量检测模型进行了仿真,分析了在AWGN信道和Rayleigh信道下四种模型的N-SNR关系;其次,提出了一种线性频谱检测算法,并与传统的检测算法进行比较和分析;最后,将混沌系统利用在频谱检测中,利用混沌系统的优势对传统的频谱检测系统进行改进。论文的主要研究工作和创新点如下:(1)能量检测模型在不同信道下的性能分析本文对精确模型、Edell模型、Torrieri模型以及Berkeley模型在AWGN信道和Rayleigh信道下的性能进行了数学模型的推导及分析,仿真结果表明,AWGN信道下,Torrieri模型与精确模型最接近,性能最好,而Edell模型性能最差;而Rayleigh信道下,Edell、Torrieri以及Berkeley模型均能较好地代替精确模型。(2)基于能量检测的频谱检测线性算法本文根据传统检测方法CFAR和CDR的不足,提出了一种基于能量检测的频谱检测线性算法,该算法将频谱检测中两个重要参数虚警概率Pfa和检测概率Pd进行线性组合,作为目标函数,在给定约束条件的情况下,求得统计判决的最佳门限值,从而解决了传统检测算法中门限值不是最优的问题。仿真结果表明,线性算法的性能优势非常明显,同样是在信噪比较低的情况下,远远优于传统算法。(3)混沌系统在频谱检测中的应用本文将混沌系统利用在认知无线电的频谱检测中,其中,选用的混沌系统是Duffing系统,待检测的信号是微弱的正弦信号。首先,我们验证了混沌系统对周期信号具有敏感性,对噪声信号的免疫性。其次,通过加入不同频率的信号和对应的高斯白噪声,经过多次计算机仿真,我们可以得到系统的输入信噪比门限,约为-20dB,令人满意。

关键词：认知无线电频谱检测能量检测经典模型线性算法混沌系统

基于多层级领域自适应网络和置信度约束的道路场景语义分割方法

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华东理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：万才路堵威能源化工过程智能制造教育部重点实验室华东理工大学

语义分割旨在为图像中的每个像素分配一个类别标签，具有广泛的应用，比如自动驾驶。在实际应用中，一个在某一场景训练的语义分割模型无法有效地应用到其他场景，这成为其实际应用中的一个关键问题。像素级域内自适应方法已被证明是一... 详细信息

语义分割旨在为图像中的每个像素分配一个类别标签，具有广泛的应用，比如自动驾驶。在实际应用中，一个在某一场景训练的语义分割模型无法有效地应用到其他场景，这成为其实际应用中的一个关键问题。像素级域内自适应方法已被证明是一种解决这个问题的有效方法。然而，这种方法不能有效地利用空间位置信息，并且容易受到噪声伪标签的影响。为了解决这些问题，首先提出了一个多层级领域自适应网络和一个置信度约束的方法。然后利用空间先验知识提出了一种阈值方法，以提高在域内自适应中使用的伪标签的质量。

关键词：道路场景语义分割领域自适应自训练对抗学习

基于扩张状态观测器的四旋翼积分滑模反步控制

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东华大学学报（自然科学版） 2020年第2期46卷 260-268页

作者：姚达琛堵威唐漾华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室上海200237

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机... 详细信息

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机控制模型;设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并构建了积分滑模控制器以估计扰动观测误差;设计了基于反步法的抗干扰路径跟踪控制算法,利用扩展状态观测器估计的扰动信息,通过补偿方式较好地消除了扰动影响。仿真试验表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力。

关键词：积分滑模控制器扩张状态观测器反步法四旋翼路径跟踪

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基于偏好的原油移动路径多目标优化

基于多时间尺度协同的大规模原油调度进化算法

自动化学报 2024年第12期50卷 2380-2391页

作者：王舒涵堵威唐漾钟伟民华东理工大学工业控制技术全国重点实验室上海 200237 华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室上海 200237 华东理工大学信息科学与工程学院上海 200237 华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室上海 200237 华东理工大学信息科学与工程学院上海 200237

原油移动路径规划是原油调度中至关重要的子任务,直接影响到生产过程中原油供给的稳定性和付油的高效性.由于此任务需要考虑大规模罐区内复杂的设备条件,并受到严格的工业生产约束,同时需要兼顾途径阀门数量与泵机组运力,导致目前依然... 详细信息

原油移动路径规划是原油调度中至关重要的子任务,直接影响到生产过程中原油供给的稳定性和付油的高效性.由于此任务需要考虑大规模罐区内复杂的设备条件,并受到严格的工业生产约束,同时需要兼顾途径阀门数量与泵机组运力,导致目前依然倚重调度人员的人工经验来制定路径规划方案,对传统算法和进化算法的应用提出了挑战.据此,本研究基于有向图结构对大规模原油罐区进行细致数学建模,并提出一种基于偏好的原油移动路径多目标优化(Preference-based multi-objective optimization for crude oil movement path,PB-MOO)算法,突破了过去高度依赖人工方法的局限性,为原油移动路径规划提供智能化解决方案.实验证明该算法能够在满足实际约束的条件下,找到复杂任务的高质量候选解,验证了其在此领域的可行性和有效性.

关键词：大规模原油调度路径规划多目标优化偏好策略

来源：博看期刊评论

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计算机应用 2024年第5期44卷 1355-1363页

作者：张莞婷杜文莉堵威能源化工过程智能制造教育部重点实验室(华东理工大学) 上海200237

针对原油调度过程存在的资源规模庞大、约束条件复杂、多时间尺度决策衔接困难等问题,提出一种基于多时间尺度协同的进化算法(MTCEA)。首先,根据炼油企业的规模结构和实际需求,建立了一种大规模多时间尺度原油调度优化模型,该模型由面... 详细信息

针对原油调度过程存在的资源规模庞大、约束条件复杂、多时间尺度决策衔接困难等问题,提出一种基于多时间尺度协同的进化算法(MTCEA)。首先,根据炼油企业的规模结构和实际需求,建立了一种大规模多时间尺度原油调度优化模型,该模型由面向资源的中长期调度模型和面向操作的短期调度模型构成,通过引入原油资源动态分组策略,实现原油资源的合理配置,以满足不同的调度规模、多时间尺度的特征和精细化生产的要求;其次,为促进不同时间尺度调度决策的融合衔接,设计基于多时间尺度协同的进化算法,并针对不同时间尺度调度模型中的连续决策变量构造子问题进行求解,以实现不同时间尺度调度决策之间的协同优化;最后,在3个实际工业案例进行了算法性能验证。结果表明,与3种具有代表性的大规模进化优化算法(即竞争性粒子群优化算法(CSO)、基于多轨迹搜索的自适应差分进化算法(SaDE-MMTS)和基于混合模型的进化策略(MMES))以及3种高性能混合整数非线性规划(MINLP)数学求解器(即ANTIGONE(Algorithms for coNTinuous/Integer Global Optimization of Nonlinear Equations)、SCIP(Solving Constraint Integer Programs)和SHOT(Supporting Hyperplane Optimization Toolkit))相比,MTCEA的求解最优性指标和稳定性指标分别提高了30%和25%以上。这些显著的性能提升验证了MTCEA在大规模多时间尺度原油调度决策中的实际应用价值和优势。

关键词：进化算法大规模优化协同优化原油调度多时间尺度

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面向大规模重叠问题的两阶段差分分组方法

计算机应用 2024年第5期44卷 1348-1354页

作者：田茂江陈鸣科堵威杜文莉能源化工过程智能制造教育部重点实验室(华东理工大学) 上海200237

大规模重叠问题在实际工程应用中普遍存在,重叠问题子组间的共享变量给大规模重叠问题的优化带来了很大困难。基于分解的协同进化(CC)算法在解决大规模重叠问题上表现良好。然而,一些针对重叠问题设计的新型CC框架依赖问题分解方法获得... 详细信息

大规模重叠问题在实际工程应用中普遍存在,重叠问题子组间的共享变量给大规模重叠问题的优化带来了很大困难。基于分解的协同进化(CC)算法在解决大规模重叠问题上表现良好。然而,一些针对重叠问题设计的新型CC框架依赖问题分解方法获得重叠问题结构,而目前针对大规模重叠问题设计的分解方法不能同时兼顾高效性和准确性。为此,提出一种两阶段差分分组(TSDG)方法,在实现精确分组的同时显著减少了计算资源消耗。在第一阶段,采用基于有限差分原理的分组方法高效地识别子组集和共享变量集;第二阶段则提出一种分组改善方法检查前一阶段得到的子组集和共享变量集的信息,改正不准确的分组结果,以提高分组的稳定性和准确性。利用两阶段的协同作用,TSDG实现了对大规模重叠问题高效准确的分解。实验结果表明,TSDG能够在消耗较少计算资源的同时准确地分解大规模重叠问题。在优化实验中,TSDG在大规模重叠问题上的表现也优于对比算法。

关键词：大规模重叠问题差分分组协同进化计算资源消耗进化算法

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论高等工程教育范式的嬗变机理及实现方式

教育教学论坛 2024年第13期 133-136页

作者：堵威卢成华东理工大学信息科学与工程学院上海200237 南通大学电气与自动化学院江苏南通226019

高等工程教育的“融合创新范式”是对以往高等工程教育的技术范式、科学范式、工程范式的扬弃,是新经济发展趋势下新工科建设的必然选择,它将创新精神培养贯穿高等工程教育始终,凸显跨界、渗透、融合、交叉的融合本质,主要以课程的跨界... 详细信息

高等工程教育的“融合创新范式”是对以往高等工程教育的技术范式、科学范式、工程范式的扬弃,是新经济发展趋势下新工科建设的必然选择,它将创新精神培养贯穿高等工程教育始终,凸显跨界、渗透、融合、交叉的融合本质,主要以课程的跨界安排、专业的跨界设置、知识的跨界渗透、能力的跨界综合为主要途径,进而生成培养学生综合能力和创新能力的崭新功能,形成培养具有新工科特质的工程人才的完整系统,最终实现培养具有创新能力及素养的新工科专业人才的目标。

关键词：工程教育教育范式融合创新运行机理

大型炼化一体化过程全流程低碳运行分析与决策优化综述

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中国科学基金 2024年第4期38卷 571-582页

作者：彭鑫沈菲菲张庭伟堵威钟伟民钱锋华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室上海200237

石化工业是国民经济支柱产业,也是高能耗高排放行业。面向双碳背景下传统石化行业低碳化、智能化转型需求,针对碳排与工艺耦合机理复杂的炼化一体化全流程碳足迹表征精度低问题、耦合互联多装置生产流程碳排异常环节难追溯问题以及实际... 详细信息

石化工业是国民经济支柱产业,也是高能耗高排放行业。面向双碳背景下传统石化行业低碳化、智能化转型需求,针对碳排与工艺耦合机理复杂的炼化一体化全流程碳足迹表征精度低问题、耦合互联多装置生产流程碳排异常环节难追溯问题以及实际工业环境下全流程优化方案不收敛问题,本文以大型炼化一体化全流程为研究对象,描述了利用过程机理、工业大数据和人工智能技术,研究炼化一体化全流程碳足迹建模理论、全流程碳排异常环节溯源理论以及全流程装置分布式协同决策优化理论,实现炼化一体化全流程低碳优化。在为流程工业碳足迹建模、溯源和优化提供方法的同时,也为实际炼化一体化企业高效、低碳、智能生产提供指导建议。

关键词：炼化一体化过程碳足迹建模低碳运行决策优化分布式协同优化

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集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统

分析化学 2014年第10期42卷 1393-1399页

作者：赵树弥朱灵朱灿灿李阳王华东张龙堵棣威邓国庆王安刘勇中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心

集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统将核酸提取、PCR扩增与实时荧光检测进行整合,在同一块微流控芯片上实现了核酸分析过程的全自动和全封闭,具有试剂用量少、分析速度快、操作简便等优点。本研究采用微机械加工技术制作集成核酸提... 详细信息

集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统将核酸提取、PCR扩增与实时荧光检测进行整合,在同一块微流控芯片上实现了核酸分析过程的全自动和全封闭,具有试剂用量少、分析速度快、操作简便等优点。本研究采用微机械加工技术制作集成核酸提取微流控芯片的阳极模,使用组合模具法和注塑法制作具有3D通道的PDMS基片,与玻璃基底通过等离子体键合封装成集成核酸提取芯片。构建了由微流体速度可调节（0;0 mL/min）的驱动控制装置、温控精度可达0.1℃的TEC温控平台、CCD检测功能模块等组成的微全分析系统。以人类血液裂解液为样品,采用硅胶膜进行芯片上核酸提取。系统根据设置好的时序自动执行,以2 mL/min的流体驱动速度完成20μL裂解液上样、清洗;以1 mL/min的流体驱动速度完成DNA洗脱,抽取PCR试剂与之混合注入到反应腔。提取的基因组DNA以链上内参基因GAPDH为检测对象,并以传统手工提取为对照,在该系统平台上进行PCR扩增和熔解曲线分析实验。片上PCR扩增结果显示,扩增曲线明显,Ct值分别为25.3和26.9。扩增产物进行熔解曲线分析得到的熔解温度一致,均为89.9℃。结果表明,此系统能够自动化、全封闭的在微流控芯片上完成核酸提取、PCR扩增与实时定量分析。

关键词：核酸提取微全分析系统实时荧光PCR 微流控芯片