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多策略融合改进的飞蛾火焰优化算法

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2862-2871页

作者：何加文许贤泽高波武汉大学电子信息学院武汉430072

针对飞蛾火焰优化算法容易出现局部最优解、接近全局最优时开发能力不足等问题,提出一种多策略融合改进的飞蛾火焰优化(RGMFO)算法。在每次迭代开始时,使用随机反向学习策略获得高质量飞蛾种群;利用高斯变异将较差的火焰个体替换为优秀... 详细信息

针对飞蛾火焰优化算法容易出现局部最优解、接近全局最优时开发能力不足等问题,提出一种多策略融合改进的飞蛾火焰优化(RGMFO)算法。在每次迭代开始时,使用随机反向学习策略获得高质量飞蛾种群;利用高斯变异将较差的火焰个体替换为优秀个体;使用阿基米德螺线、权重因子和围绕最优火焰飞行3种方式改进飞蛾更新机制。为验证所提算法的有效性,与11个不同类型的基准函数进行寻优测试,基准函数实验结果与秩和检验表明:相较于其他优化算法及其他MFO改进算法,所提算法具有更好的全局搜索能力与更高的寻优精度。将所提算法应用于减速器设计和槽形舱壁设计的实际工程场景中,以进一步验证算法的实用性与可行性。

关键词：飞蛾火焰优化算法多策略融合随机反向学习高斯变异智能优化

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融合模型求解与深度学习的可见光通信非线性均衡器

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兵工学报 2024年第2期45卷 466-473页

作者：田大明苗圃青岛大学电子信息学院山东青岛266071

沃尔特拉非线性后均衡器(Volterra Series Nonlinear Post-Equalizer,VS-NPE)可以补偿可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的非线性失真和多径效应,但其结构复杂且均衡精度有限。在VS-NPE内核求解基础上,提出一种基于阈值自学... 详细信息

沃尔特拉非线性后均衡器(Volterra Series Nonlinear Post-Equalizer,VS-NPE)可以补偿可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的非线性失真和多径效应,但其结构复杂且均衡精度有限。在VS-NPE内核求解基础上,提出一种基于阈值自学习近似消息传递(Learned Threshold Approximate Message Passing,LTAMP)网络的非线性均衡器。修正样本观测矩阵以克服其列高度相关的缺陷;在改进近似消息传递(Approximate Message Passing,AMP)算法迭代的基础上,将算法每一次迭代的计算过程映射为一层特殊的神经网络,经逐层展开后构建出完整的LTAMP均衡器。所提方法融合了模型求解和深度学习的优势,可从样本中学习最佳的AMP参数,以克服其对噪声敏感且输出不稳定的缺陷,进而提升内核求解稳定性与计算精度。仿真结果表明,与稳固阈值AMP算法相比,所提方法在误码率为1×10^(-3)时能取得2 dB的信噪比增益,且对样本噪声具有较强的自适应性,展现出优异的非线性失真补偿能力。

关键词：沃尔特拉非线性后均衡器可见光通信近似消息传递算法深度学习

面向外辐射源雷达发射站定位的合作无人机航迹规划方法研究

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2057-2064页

作者：万显荣武冰倩易建新胡仕波武汉大学电子信息学院武汉430072

在广域未知环境中,外辐射源雷达机动部署常面临难以及时获取第三方发射站精确位置信息的难题。为此,该文提出一种基于合作无人机航迹规划的发射站定位方法。首先,利用单个无人机作为合作目标,建立2维场景下的定位模型和量测方程,并采用... 详细信息

在广域未知环境中,外辐射源雷达机动部署常面临难以及时获取第三方发射站精确位置信息的难题。为此,该文提出一种基于合作无人机航迹规划的发射站定位方法。首先,利用单个无人机作为合作目标,建立2维场景下的定位模型和量测方程,并采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, LM)算法进行解算。然后,构建融合Fisher信息和控制参数约束的优化函数,对无人机航迹进行动态规划,从而提高发射站定位的精度和方法的实用性。最后,仿真实验表明,在最大控制距离约束下,所提方法的定位结果优于直线航迹和经典优化航迹,最终发射站定位精度小于双基距离差量测标准差,能够满足外辐射源雷达系统目标探测定位的应用要求。

关键词：外辐射源雷达发射站定位无人机航迹规划

SAMI2模型理论研究顶部电离层分季夜间中纬电离峰的形成机制

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地球物理学报 2024年第8期67卷 2875-2885页

作者：胡坤蔡红涛张宏杨璐冰陈睿一武汉大学电子信息学院武汉430072

近年来多种观测表明夜间中纬电离层存在电离密度峰值,但是夜间中纬电离峰(Mid-latitudinal Ionization Peak,MIP)结构的形成机制尚不完善.利用Swarm-A卫星观测数据,本文首先统计了地磁平静期分季夜间中低纬电离层电离密度的空间分布,结... 详细信息

近年来多种观测表明夜间中纬电离层存在电离密度峰值,但是夜间中纬电离峰(Mid-latitudinal Ionization Peak,MIP)结构的形成机制尚不完善.利用Swarm-A卫星观测数据,本文首先统计了地磁平静期分季夜间中低纬电离层电离密度的空间分布,结果表明夜间MIP结构在低太阳活动强度和午夜后最显著,主要出现在磁纬±40°附近.然后,本文首次使用SAMI2模型成功重现了低太阳活动强度春分日地磁平静期夜间MIP结构,模拟结果表明MIP结构在午夜后和顶部电离层-等离子体层最显著.通过重构SAMI2模型中电离层电离密度连续性方程的计算揭示了各种物理过程对于450 km高度顶部电离层夜间MIP结构的贡献.日落前后东太平洋扇区率先形成南半球MIP结构,中纬电离层较长时间的光电离、东向磁偏角导致的赤道向中性风和较弱的PRE电场均有利于其形成.深夜MIP结构的形成机制主要是西向纬向电场导致的向内E×B漂移,通过快速降低低纬电离层电离密度形成MIP结构.模拟结果还表明中性风对于夜间MIP结构的贡献取决于其等效垂直风的地方时-纬度分布.

关键词：中纬电离峰 Swarm-A卫星 SAMI2模型理论研究

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基于多初级假设的FM广播外辐射源雷达网航迹起始算法

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雷达学报（中英文） 2024年第3期13卷 601-612页

作者：胡越洋易建新万显荣程丰徐苏霖武汉大学电子信息学院武汉430072

基于调频(FM)广播信号的外辐射源雷达有着检测概率低、虚警率高、量测精度差的特点,这给组网目标跟踪带来了极大挑战。一方面,较高的虚警率使计算量增加,组网算法的实时性受到考验;另一方面,检测概率低、方位角精度差造成冗余信息缺乏,... 详细信息

基于调频(FM)广播信号的外辐射源雷达有着检测概率低、虚警率高、量测精度差的特点,这给组网目标跟踪带来了极大挑战。一方面,较高的虚警率使计算量增加,组网算法的实时性受到考验;另一方面,检测概率低、方位角精度差造成冗余信息缺乏,量测关联与航迹起始变得困难。为解决这些问题,该文提出初级假设点和初级假设航迹的概念,以及基于此概念的FM广播外辐射源雷达网航迹起始算法。首先构造可能的低维关联假设,并解算出与其对应的初级假设点;随后关联不同时刻的初级假设点,形成多条可能的初级假设航迹;最后联合多场雷达网数据进行假设航迹判决,真实目标对应的初级假设航迹会得到确认,错误关联导致的虚假初级假设航迹会被剔除。相比于已有算法,所提算法有着更低的计算量,更快的航迹起始速度,仿真与实测结果均验证了所提算法的有效性。

关键词： FM广播外辐射源雷达初级假设航迹起始雷达网信息融合

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地磁平静期赤道电集流的建模研究

地球物理学报 2024年第7期67卷 2519-2527页

作者：文昕周云良熊超武汉大学电子信息学院武汉430072

本文利用Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月近十年观测的赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)数据,挑选地磁活动平静时(Kp≤3)EEJ的峰值电流密度为研究对象,构建了一个以经度、地方时、季节、太阳辐射通量和月相为参数的EEJ经验模... 详细信息

本文利用Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月近十年观测的赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)数据,挑选地磁活动平静时(Kp≤3)EEJ的峰值电流密度为研究对象,构建了一个以经度、地方时、季节、太阳辐射通量和月相为参数的EEJ经验模型.将模型计算的EEJ与上述建模所用的Swarm-A卫星实测的EEJ进行比较发现,两者的相关系数约为0.76,平均绝对误差(均方根误差)约为20.91(27.32)mA·m^(-1).该模型可较好地反映Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月观测到的EEJ典型特征,比如,EEJ的幅度随着太阳辐射通量的增加而增加;EEJ有明显的日变化特征,在正午出现峰值,日出附近常出现反向EEJ;EEJ随经度变化呈现显著的波状结构;EEJ的季节变化特征明显,二分季节附近出现峰值,二至季节附近出现谷值;月相对EEJ产生明显影响,正午的EEJ在新月和满月附近出现极大值.为了进一步检验上述建立的EEJ模型的性能,我们利用Swarm-B卫星2013年11月到2023年2月期间地磁平静条件下观测的EEJ数据,对上述模型进行了验证,结果表明本文所建立的EEJ模型能较好地重现Swarm-B卫星观测的EEJ变化.

关键词：赤道电集流 Swarm星座经验模型

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多策略融合改进的自适应蜉蝣算法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1416-1426页

作者：蒋宇飞许贤泽徐逢秋高波武汉大学电子信息学院武汉430072

为改进蜉蝣算法全局搜索能力较差、种群多样性较小和自适应能力弱等问题,提出一种多策略融合改进的自适应蜉蝣算法(MIMA)。采用Sin混沌映射初始化蜉蝣种群,使种群能够均匀分布在解空间中,提高初始种群质量,增强全局搜索能力;引入Tent混... 详细信息

为改进蜉蝣算法全局搜索能力较差、种群多样性较小和自适应能力弱等问题,提出一种多策略融合改进的自适应蜉蝣算法(MIMA)。采用Sin混沌映射初始化蜉蝣种群,使种群能够均匀分布在解空间中,提高初始种群质量,增强全局搜索能力;引入Tent混沌映射和高斯变异对种群个体进行调节,增加种群多样性的同时调控种群密度,增强局部最优逃逸能力;引入不完全伽马函数,重构自适应动态调节的重力系数,建立全局搜索和局部开发能力之间更好的平衡,进而提升算法收敛精度,有利于提高全局搜索能力;采用随机反向学习(ROBL)策略,增强全局搜索能力,提高收敛速度并增强稳定性。利用经典测试函数集进行算法对比,并利用Wilcoxon秩和检验分析算法的优化效果,证明改进的有效性和可靠性。实验结果表明:所提算法与其他算法相比,寻优精度、收敛速度、稳定性都取得了较大提升。

关键词：蜉蝣算法混沌映射高斯变异自适应动态调节随机反向学习

基于数据失真的雷达通信一体化OFDM波形设计方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 160-173页

作者：刘燕万显荣易建新武汉大学电子信息学院武汉430072

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据... 详细信息

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据失真的一体化波形设计方法。该文还将通信数据的误差矢量幅度作为优化目标之一,降低了数据失真引起的通信误码率。首先,构建了PAPR约束下最小化积分旁瓣比和误差矢量幅度的优化模型。其次,根据调制星座图特点,通过外围星座调制的数据失真和所有调制数据失真,将多目标高维非凸优化问题转化为两个单目标优化子问题,分别采取凸松弛操作和交替方向乘子法(ADMM)求解简化后的子问题,得到低积分旁瓣比波形和PAPR约束下的低误差矢量幅度波形。仿真结果表明该方法设计的一体化波形可满足PAPR要求,同时具有良好的感知和通信性能。

关键词：波形设计雷达通信一体化正交频分复用(OFDM) 峰均功率比(PAPR) 旁瓣误差矢量幅度

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光在多层半无限厚生物组织中传输的P3方程

光学学报 2024年第11期44卷 169-178页

作者：王喜昌烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005

为了提取生物组织的光学特性,需要建立光在生物组织中传输的方程。P3方程是对波尔兹曼传输方程的三阶近似,相比一阶近似的扩散方程,P3方程更加准确。本文基于多层扩散方程,建立了在任意多层半无限厚介质中光传输的P3方程的稳态解和时域... 详细信息

为了提取生物组织的光学特性,需要建立光在生物组织中传输的方程。P3方程是对波尔兹曼传输方程的三阶近似,相比一阶近似的扩散方程,P3方程更加准确。本文基于多层扩散方程,建立了在任意多层半无限厚介质中光传输的P3方程的稳态解和时域解,并提供了空间分辨漫反射和时间分辨漫反射的计算方法。与光在多层介质中传播的蒙特卡罗模拟进行比较,结果显示,P3方程的稳态和时域解正确地描述了光在混浊介质中的传输。对比P3稳态方程和扩散稳态方程,在吸收系数较小时,发现在近光源处,P3稳态方程比扩散方程更加准确,远离光源处,P3方程与扩散方程结果一致。在吸收系数较大时,P3方程精度更高。对比P3时域方程和扩散时域方程,多层介质的P3方程在峰值附近比扩散时域方程更接近蒙特卡罗模拟。这表明多层介质的P3方程为研究更加复杂的生物组织的正向和逆向问题奠定了基础。

关键词：生物医学光学 P3方程辐射传输方程扩散方程蒙特卡罗模拟