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光频梳下变频信号光纤延时频率恢复方法

强激光与粒子束 2024年第4期36卷 63-68页

作者：王天恒谢树果北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映... 详细信息

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系,利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响,估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求,最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出,因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下,本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制,因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法,在多信号频率恢复方面更具有优势。

关键词：微波光子光频梳下变频频率恢复光纤延迟线

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面向艇载气象雷达的稀疏相控阵优化设计

信号处理 2024年第9期40卷 1569-1586页

作者：王向荣黄嘉怡谢晋东曹先彬北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

台风是一种持续性的热带气旋,常带来狂风、暴雨等灾害天气。平均每年约有七次台风登陆我国,对我国人口密集的东南沿海和部分内陆地区带来严重影响。气象雷达具有对台风等灾害天气的探测和预警能力,但现有的气象雷达多为地基相控阵雷达,... 详细信息

台风是一种持续性的热带气旋,常带来狂风、暴雨等灾害天气。平均每年约有七次台风登陆我国,对我国人口密集的东南沿海和部分内陆地区带来严重影响。气象雷达具有对台风等灾害天气的探测和预警能力,但现有的气象雷达多为地基相控阵雷达,距离远且分辨率低,对台风内部结构观测不清,导致在台风强度和路径的预测上存在着较大的不确定性。为降低台风灾害带来的损失,北京航空航天大学承担的国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(简称“大仪器”项目)提出由临近空间飞艇搭载气象雷达对台风进行追踪抵近探测,提供台风内部结构长时、精细的观测数据。不同于地基雷达,临近空间飞艇独特的平台限制约束了气象雷达的重量、功耗、尺寸等成本参数,而实现台风探测的高性能亟须大孔径阵列。因此,艇载台风探测雷达的技术难点在于:如何用最低的成本实现最高的性能。在“大仪器”项目的资助下,本文提出一种稀疏相控阵气象雷达,可以在降低系统成本的同时实现高分辨率探测。本文的主要贡献总结如下:首先,对单天线气象回波的时间序列进行模拟仿真,扩展至多天线相控阵气象雷达的回波数据模拟,并通过多普勒分析验证其准确性;然后,考虑稀疏化均匀间隔的相控阵列,通过减少阵元数降低硬件成本的同时,保持高分辨率的波束扫描与接收;最后,联合优化阵列构型和权重系数,权重系数满足恒模约束以最大化雷达发射功效,从而进一步压低副瓣电平来改善气象雷达的抗干扰性能。仿真和实验结果表明,相控阵雷达能够实现准确高效的气象探测,稀疏阵的引入使系统在维持高分辨率的同时降低了硬件成本。具体地,在相同阵元数的条件下,稀疏阵在对气象回波反射率、多普勒频率及谱宽的估计上,都展现明显优于均匀阵的效果。

关键词：相控阵雷达气象回波仿真空间分辨率稀疏阵列波束合成

圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维设计

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声学学报 2024年第3期49卷 587-597页

作者：张展陈华伟冯从威南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106

针对现有圆阵多项式结构宽带波束形成器频域设计方法在短抽头长度条件下性能严重下降的问题,提出了一种时域降维优化设计方法。首先,利用圆阵的对称性特点,理论分析了多项式结构宽带波束形成器权系数存在的对称性,继而导出圆阵多项式结... 详细信息

针对现有圆阵多项式结构宽带波束形成器频域设计方法在短抽头长度条件下性能严重下降的问题,提出了一种时域降维优化设计方法。首先,利用圆阵的对称性特点,理论分析了多项式结构宽带波束形成器权系数存在的对称性,继而导出圆阵多项式结构宽带波束形成器时域设计的降维形式,剔除了优化问题中近一半的冗余波束形成器权系数,有效降低了时域优化问题的维度。然后,结合交替方向乘子法进一步导出了圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维优化方法。仿真结果表明,所提时域降维设计方法在短抽头条件下显著优于现有的频域设计方法,且在提升时域优化效率方面也具有明显优势。

关键词：传声器圆阵宽带波束形成多项式结构波束形成器阵列对称性交替方向乘子法

无人机航拍影像目标检测与语义分割的深度学习方法研究进展

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航空学报 2024年第6期45卷 235-264页

作者：罗旭东吴一全陈金林南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106

无人机(UAV)因其小型轻便、操作简单等优点获得了广泛的应用。将深度学习方法与无人机系统相结合,有助于在清晰度高、视野范围广的无人机航拍影像上快速准确地检测出所需目标,相关课题已成为当前的研究热点之一。对近十年来无人机航拍... 详细信息

无人机(UAV)因其小型轻便、操作简单等优点获得了广泛的应用。将深度学习方法与无人机系统相结合,有助于在清晰度高、视野范围广的无人机航拍影像上快速准确地检测出所需目标,相关课题已成为当前的研究热点之一。对近十年来无人机航拍影像目标检测与语义分割的深度学习方法研究进展进行了综述。首先概述了无人机及其航拍影像的特点和广泛的应用场景,简述了无人机航拍影像目标检测与语义分割方法的发展历程。然后对基于深度学习的无人机航拍影像目标检测与语义分割方法按照不同的网络模型进行分类,分别总结了它们的改进策略、应用场景、贡献和局限性。随后收集梳理了近些年无人机航拍影像的数据集,归纳了常用的卷积神经网络模型的评价指标。最后指出了本领域目前存在的相关问题,并对未来的研究趋势进行了展望。

关键词：无人机航拍影像深度学习目标检测语义分割数据集性能评价指标

基于动态分治的大规模多场站无人机应急救援优化方法

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北京邮电大学学报 2024年第1期47卷 65-71页

作者：苏立晨赵浩然郭通杜文博李宇萌北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

面对应急救援任务时间紧、需求量大、待救援点数量规模较大等特点,提出了基于动态分治的大规模多场站无人机应急救援优化方法。在充分考虑无人机平台约束和应急救援任务约束的基础上,以最小化累计救援时间为目标函数,建立了多场站无人... 详细信息

面对应急救援任务时间紧、需求量大、待救援点数量规模较大等特点,提出了基于动态分治的大规模多场站无人机应急救援优化方法。在充分考虑无人机平台约束和应急救援任务约束的基础上,以最小化累计救援时间为目标函数,建立了多场站无人机应急救援模型。基于该模型,提出了基于路径相似度的动态分治策略,根据救援点的耦合关系进行空间聚类,将大规模问题分解为若干个规模较小、且耦合度较低的子问题;提出了自适应扰动邻域的变邻域搜索算法,通过多维邻域的协同搜索和动态交互,实现大规模应急投送方案的高效寻优。以典型样本为例,与先进元启发算法在不同规模的数据集上进行了对比,结果验证了所提方法能够有效地缩短应急投送的时间,为高效的灾后应急救援任务提供技术支撑。

关键词：无人机任务规划车辆路径问题混合整数规划邻域搜索算法

融合多尺度特征卷积神经网络的多光谱图像压缩方法

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光学精密工程 2024年第4期32卷 622-634页

作者：张丽丽陈子坤潘天鹏屈乐乐沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110136

不同于普通图像压缩,多光谱图像压缩除了需要去除空间冗余同时还需要去除光谱间冗余,近年来研究表明端到端的卷积神经网络模型在图像压缩方面具有很好的性能,但对于多光谱图像压缩其编解码器并不能有效解决同时高效提取到多光谱图像空... 详细信息

不同于普通图像压缩,多光谱图像压缩除了需要去除空间冗余同时还需要去除光谱间冗余,近年来研究表明端到端的卷积神经网络模型在图像压缩方面具有很好的性能,但对于多光谱图像压缩其编解码器并不能有效解决同时高效提取到多光谱图像空间和光谱间特征的问题,同时也会忽略图像局部特征信息。针对以上问题,本文提出了一种融合多尺度特征卷积神经网络的多光谱图像压缩方法。所提出网络在压缩模型的编解码器中嵌入了可以提取出不同尺度下空间和光谱间特征信息的多尺度特征提取模块,以及可以用来捕捉局部空间信息和光谱信息的空间光谱间非对称卷积模块。实验表明,与传统算法如JPEG2000和3D-SPIHT以及深度学习方法相比,在Landsat-8的7波段和Sentinel-2的8波段数据集上所提出模型的峰值信噪比(PSNR)指标高于传统算法1-2dB。在平均光谱角度(MSA)指标的衡量下,所提出的模型在Landsat-8数据集上优于传统算法约8×10^(-3)rad,在Sentinel-2数据集上优于传统算法约2×10^(-3)rad。满足了多光谱图像压缩对空间和光谱间特征提取以及局部特征提取的要求。

关键词：空间光谱间特征非对称卷积卷积神经网络多光谱图像压缩

TSN网络时间触发流的启发式约束转化调度方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：周子燕李峭时启栋北京航空航天大学电子信息工程学院

针对时间敏感网络（TSN）的时间触发流通信，提出了一种启发式约束转化调度方法（HCCS）。该方法依据路径和单流时序约束确定端口优先序，使流实例在高优先序端口的转发时间不受低优先序端口影响；对于经过相同端口的流实例，再考虑所... 详细信息

针对时间敏感网络（TSN）的时间触发流通信，提出了一种启发式约束转化调度方法（HCCS）。该方法依据路径和单流时序约束确定端口优先序，使流实例在高优先序端口的转发时间不受低优先序端口影响；对于经过相同端口的流实例，再考虑所属流的优先级和超周期内释放的先后关系，形成流实例的调度次序；依次将流实例的约束转化为可调度时间区间，在区间内启发式搜索足够长度的空时隙，确定相应端口中的门控转发时间。每次转化仅需考虑单个流实例的约束，且转化所得的时间区间限定了搜索范围，大幅度提高了约束求解效率；并且，约束转化使HCCS方法既可以设置单队列也可以设置多队列，既适用于零抖动也适用于抖动在一定范围内的调度。与已有的HERMES算法进行仿真对比，发现HCCS能使更大比例的流获得可调度性，且在不同的流量规模下计算速度提升约3～25倍。

关键词：时间敏感网络时间触发调度启发式方法约束规划

基于空时谱熵的分布式阵列雷达同步误差估计方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：耿雪胤王俊杨彬孙进平北京航空航天大学电子信息工程学院

分布式阵列雷达是将多个空间分散的小孔径阵列雷达通过相参合成替代大孔径阵列雷达的一种新体制雷达，具有空域高分辨率、部署机动灵活等优点。然而各单元雷达配置独立的时钟和振荡器以及触发信号在馈线链路传输的不稳定性，引入时间和... 详细信息

分布式阵列雷达是将多个空间分散的小孔径阵列雷达通过相参合成替代大孔径阵列雷达的一种新体制雷达，具有空域高分辨率、部署机动灵活等优点。然而各单元雷达配置独立的时钟和振荡器以及触发信号在馈线链路传输的不稳定性，引入时间和相位同步误差，这导致分布式阵列雷达相参合成精度降低。本文提出一种基于空时谱熵的时间、相位同步误差估计方法，首先建立含有时间和相位同步误差的空时协方差矩阵，以此构造距离-角度空时二维谱，接着依据熵理论建立同步误差与空时谱形状不确定度的对应关系，通过优化空时谱熵数值使其达到最小来估计时间和相位同步误差。仿真实验验证了所提方法的准确性，尤其在低信噪比时有良好的估计性能。

关键词：分布式阵列雷达时间相位同步误差空时谱熵空时二维谱同步误差估计

IRS辅助的毫米波MIMO系统多目标波束赋形算法

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北京邮电大学学报 2024年第3期47卷 124-129页

作者：王晓辉许鹏常文慧沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳110136

针对分布式智能反射面(IRS)辅助的毫米波多输入多输出(MIMO)系统中无法兼顾能量效率和频谱效率的问题,提出一种基于能量效率和频谱效率权衡的多目标优化的主、被动波束赋形算法。首先,利用线性加权法建立能量效率和频谱效率的多目标优... 详细信息

针对分布式智能反射面(IRS)辅助的毫米波多输入多输出(MIMO)系统中无法兼顾能量效率和频谱效率的问题,提出一种基于能量效率和频谱效率权衡的多目标优化的主、被动波束赋形算法。首先,利用线性加权法建立能量效率和频谱效率的多目标优化框架;其次,利用交替优化算法联合优化主动波束赋形和被动波束赋形;最后,利用半正定松弛算法解决非凸的单位模约束问题。仿真实验结果表明,所提算法可以根据实际通信业务灵活调节权衡系数,以实现能量效率与频谱效率之间的均衡。

关键词：毫米波多输入多输出智能反射面波束赋形能量效率频谱效率