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合成孔径雷达快速后向投影算法综述

雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 1-22页

作者：邢孟道马鹏辉楼屹杉孙光才林浩西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院西安710071

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算... 详细信息

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算法,包括距离-方位平面坐标系、地平面坐标系和非欧氏坐标系。该文首先简要介绍了原始BP算法的原理和不同坐标系对加速BP算法的影响,并对BP算法的发展历程进行梳理。然后讨论了基于不同成像面坐标系的快速BP算法的研究进展,并重点介绍了作者所在研究团队近年来在快速BP成像方面完成的研究工作。最后介绍了快速BP算法在工程上的应用,并展望了未来快速BP成像算法的研究发展趋势。

关键词：合成孔径雷达快速后向投影算法成像面坐标系运算效率

基于改进遗传算法的SAR多星协同复杂区域观测规划

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遥感学报 2024年第7期28卷 1822-1834页

作者：石鑫邢孟道张金松刘会涛王虹现西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院西安710071

遥感卫星大范围区域观测在地图绘制、灾害救援等领域均具有重要作用。SAR遥感卫星具有不受云雾夜间环境影响的特点,研究SAR多星协同区域观测技术具有重要意义。针对当前缺乏SAR多星协同对复杂区域快速观测规划方法的问题,本文首先对大... 详细信息

遥感卫星大范围区域观测在地图绘制、灾害救援等领域均具有重要作用。SAR遥感卫星具有不受云雾夜间环境影响的特点,研究SAR多星协同区域观测技术具有重要意义。针对当前缺乏SAR多星协同对复杂区域快速观测规划方法的问题,本文首先对大范围复杂区域覆盖率计算进行分析,提出了结合高斯投影、网格划分与几何运算的复杂区域覆盖率计算方法;然后对SAR条带成像模式进行覆盖分析,提出了结合角度限制和两维分解的候选区域分解方法;最后提出了结合贪婪算法初始化、精英保留策略和3次适应度函数的改进遗传算法用于区域覆盖率优化。本文选取4颗在轨SAR卫星和3个区域目标进行仿真实验,实验结果证明本文方法在北京市、天津市、上海市3个区域都能够实现优异的区域覆盖率优化,相比贪婪算法,本文方法在上述3个区域的覆盖率分别提升3.17%、2.94%、9.02%。该算法可为SAR多星协同区域观测系统的建立提供技术基础。

关键词：遥感星载SAR 多星协同区域观测覆盖计算区域分解遗传算法

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面向演化计算的群智协同研究综述

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1716-1741页

作者：公茂果罗天实李豪何亚静西安电子科技大学协同智能系统教育部重点实验室西安710071

演化计算为代表的群体智能的迅速发展引发了人工智能领域新一轮技术变革。为满足多样化复杂系统应用需求,人工智能越来越趋向于跨级别的智能化、协同化研究。该文提出面向演化计算的群智协同的概念,根据群智协同层级将人工智能跨级别的... 详细信息

演化计算为代表的群体智能的迅速发展引发了人工智能领域新一轮技术变革。为满足多样化复杂系统应用需求,人工智能越来越趋向于跨级别的智能化、协同化研究。该文提出面向演化计算的群智协同的概念,根据群智协同层级将人工智能跨级别的智能化、协同化研究分为微观协同、中观协同与宏观协同,以群智协同视角对近年来上述分支领域相关研究做出了总结。首先,通过分析决策变量级协同、全局与局部级协同对微观协同进行了阐述。其次,从目标级协同和任务级协同两个维度对中观协同进行了总结。再次,以智能协同系统中存在的空天地海协同、车路云协同和端边云协同对宏观协同展开分析。最后,该文指出了面向演化计算的群智协同领域的研究挑战,并对相关领域发展方向进行了展望。

关键词：协同优化群体智能演化计算

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无人机集群编队自组网可靠性评估

控制与决策 2024年第2期39卷 689-696页

作者：齐小刚吴相远刘立芳西安电子科技大学数学与统计学院西安710071 西安电子科技大学计算机学院西安710071

针对无人机集群编队自组网的可靠性评估问题,考虑无人机集群编队在执行任务时对信息交互的时效性需求,提出一种自组网可靠性评估方案.首先,分析消息传输的可用时间;其次,通过排队论建立消息传输延迟模型以计算消息传输所需时间;然后,以... 详细信息

针对无人机集群编队自组网的可靠性评估问题,考虑无人机集群编队在执行任务时对信息交互的时效性需求,提出一种自组网可靠性评估方案.首先,分析消息传输的可用时间;其次,通过排队论建立消息传输延迟模型以计算消息传输所需时间;然后,以消息传输所需时间小于可用时间的概率作为评估指标建立消息传输可靠性计算模型,进而为无人机集群编队提供一个动态可靠性评估框架以适应集群编队体系配置和环境变化的随机性与时变特性;最后,仿真分析在不同传输任务需求下,编队构型、无人机数量、编队缩放因子、传输速率、信息交互强度以及环境干扰对消息传输可靠性的影响.仿真结果可以为集群编队的队形设计以及集群编队的体系配置提供一定参考依据.

关键词：可靠性评估无人机集群编队自组网传输延迟排队论

基于谱压缩的大斜视TOPS BP图像自聚焦算法

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西安电子科技大学学报 2024年第1期51卷 1-10页

作者：周生威李宁邢孟道西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院陕西西安710071

在机动平台大斜视TOPS模式SAR成像时,通过使用地平面直角坐标系BP成像算法,能够在短时间内获取地距平面无畸变的宽幅SAR图像,但实际应用中如何对BP图像快速完成运动误差补偿与旁瓣抑制仍是一个难点。针对此问题,提出了一种改进的谱压缩... 详细信息

在机动平台大斜视TOPS模式SAR成像时,通过使用地平面直角坐标系BP成像算法,能够在短时间内获取地距平面无畸变的宽幅SAR图像,但实际应用中如何对BP图像快速完成运动误差补偿与旁瓣抑制仍是一个难点。针对此问题,提出了一种改进的谱压缩方法,基于此能够快速实现机动平台大斜视TOPS模式地平面BP图像自聚焦等后续操作。首先,考虑到传统BP谱压缩方法仅适用于聚束成像模式,结合大斜视TOPS SAR虚拟旋转中心理论与波数谱分析,推导出了改进的精确谱压缩函数,能够通过全孔径压缩获得无模糊的地平面TOPS模式BP图像频谱。在此基础上,利用相位梯度自聚焦(PGA)能够快速完成全孔径运动误差估计与补偿。此外,基于提出的改进谱压缩方法得到的无模糊对齐BP图像频谱,可以在方位频域统一加窗实现图像旁瓣抑制。最后,通过仿真数据处理验证了所提算法的有效性。

关键词： TOPS模式地平面BP成像谱压缩运动误差补偿旁瓣抑制

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无人机集群任务分配的多目标算法研究

西安电子科技大学学报 2024年第2期51卷 1-12页

作者：高卫峰王琼李宏谢晋公茂果西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710071 西安电子科技大学协同智能系统教育部重点实验室陕西西安710071

针对目标识别场景下的无人机集群协同任务分配问题,建立了以识别代价和识别收益为目标的优化模型,设计了基于分解的多目标差分进化算法求解该模型。首先,提出了精英初始化方法,在保证所得非支配解分布均匀的基础上,筛选初始解以提高解... 详细信息

针对目标识别场景下的无人机集群协同任务分配问题,建立了以识别代价和识别收益为目标的优化模型,设计了基于分解的多目标差分进化算法求解该模型。首先,提出了精英初始化方法,在保证所得非支配解分布均匀的基础上,筛选初始解以提高解集的质量;其次,结合模型特性构造整数编码下的多目标差分进化算子,提高算法的收敛速度;最后,设计了带限制的禁忌搜索策略,使得算法具有跳出局部最优的能力。该算法为问题的求解提供一组非支配解集,使得可以根据实际需求选择更加合理的最优解。通过上述方法获得分配方案后,基于拍卖算法设计任务重分配策略,进一步调整分配方案,以应对无人机损毁的突发情况。仿真实验验证了所提算法在求解小、中、大规模任务分配问题上的有效性。相比于其他算法,文中算法所得非支配集具有更高的质量,可以消耗更少的识别代价来获取更高的识别收益,说明算法具有一定的优越性。

关键词：任务分配无人机多目标算法进化算法禁忌搜索

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一种新的基于预测的动态多目标进化算法

西安电子科技大学学报 2024年第3期51卷 124-135页

作者：万梦依武燕西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710071 西安电子科技大学协同智能系统教育部重点实验室陕西西安710071

动态多目标优化问题(DMOPs)是指目标函数随时间变化的一类问题,算法求解的目标是持续跟踪移动的Pareto最优解集或Pareto最优前沿。基于预测的方法受到格外的关注,然而这些方法多使用历史环境信息进行预测,考虑到使用历史信息预测会存在... 详细信息

动态多目标优化问题(DMOPs)是指目标函数随时间变化的一类问题,算法求解的目标是持续跟踪移动的Pareto最优解集或Pareto最优前沿。基于预测的方法受到格外的关注,然而这些方法多使用历史环境信息进行预测,考虑到使用历史信息预测会存在预测不准确的问题,加强新环境信息的挖掘和利用,提出了一种新的基于预测的动态多目标进化算法,该算法主要包括两个核心部分,分别记为响应机制和加速机制。响应机制在环境变化后重新初始化群体,一部分的个体由预测策略产生,以生成靠近下一环境Pareto最优解集的个体来提高算法的寻优能力,剩余部分个体采用局部搜索策略生成以增加种群多样性。加速机制用于静态优化过程以提高算法收敛速度。最后,将动态多目标进化算法与其他3种先进的动态多目标优化算法在具有不同动态特征的一系列测试函数上进行实验对比,结果表明,动态多目标进化算法相比其他3个算法在求解动态多目标优化问题中更具有优势。

关键词：进化算法动态多目标优化预测策略新环境信息

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基于改进SP算法的多目标DOA估计方法

系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2294-2300页

作者：曹若石赵永波邱雨铖西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071

稀疏重构类算法在雷达目标参数估计中的应用一直是近年来的热门,但由于稀疏重构类算法的局限性,在进行目标波达方向(direction of arrival,DOA)估计时受到原子间的互相影响,从而使多目标测角精度降低。针对此问题,提出一种基于信号分离... 详细信息

稀疏重构类算法在雷达目标参数估计中的应用一直是近年来的热门,但由于稀疏重构类算法的局限性,在进行目标波达方向(direction of arrival,DOA)估计时受到原子间的互相影响,从而使多目标测角精度降低。针对此问题,提出一种基于信号分离迭代思想的松弛子空间追踪算法。首先求出回波信号与归一化后字典矩阵相关性最强的多个原子作为初步估计值,再利用初步估计的角度构建代价函数,反复估计直至代价函数收敛。仿真结果表明,所提算法减小了目标个数和相位差的影响,提高了多目标DOA估计的测角精度,同时相较于传统的松弛算法减少了运算量。

关键词：波达方向估计稀疏重构子空间追踪松弛算法

多逻辑比特表面码结构设计及其逻辑CNOT门实现

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物理学报 2024年第4期73卷 47-59页

作者：权东晓吕晓杰张雯菲西安电子科技大学通信工程学院西安710071 西安电子科技大学量子信息协同创新中心西安710071

量子计算因具有并行处理能力,相比于经典计算有着指数级的加速,但量子系统具有脆弱性,极易受到噪声的影响,量子纠错码是克服量子噪声的有效手段.量子表面码是一种拓扑稳定子码,由于其结构上的最近邻居特点和较高的容错阈值,表面码在大... 详细信息

量子计算因具有并行处理能力,相比于经典计算有着指数级的加速,但量子系统具有脆弱性,极易受到噪声的影响,量子纠错码是克服量子噪声的有效手段.量子表面码是一种拓扑稳定子码,由于其结构上的最近邻居特点和较高的容错阈值,表面码在大规模容错量子计算方面具有巨大的潜力.目前已有的基于边界的表面码均为编码一个逻辑比特的表面码,本文主要研究基于边界如何实现多逻辑量子比特的编码,包括设计表面码的结构,根据结构找出对应的稳定子和逻辑操作,进一步根据稳定子设计出基于稳定子实现的编码线路;在研究基于测量和纠正的单量子比特间CNOT实现原理和基于融合操作和分割操作的单逻辑量子比特表面码间CNOT门实现原理的基础上,优化了基于融合操作和分割操作的单逻辑量子比特表面码间CNOT门实现方案,将其扩展到所设计的多逻辑量子比特表面码上实现了多逻辑量子比特表面码之间的CNOT操作,并通过仿真验证量子线路的正确性.本文设计的多逻辑比特表面码克服了单比特表面码不能密铺于量子芯片的缺点且提高了某些逻辑操作的长度,提高了容错能力.基于联合测量的思想降低了对辅助比特的要求且减小了实现过程中对量子资源的需求.

关键词：量子表面码多逻辑比特编码逻辑CNOT门融合操作分割操作