优化阵列在寄生式星载SAR系统抗干扰中的应用

针对寄生式星载SAR系统抗干扰时编队构形的限制,研究了优化阵列在超稀疏构形抗干扰中的应用。使用优化阵列确定编队小卫星的相对位置,可以提高方向分辨率,减小达到相同波束形成性能所需要的孔径长度,减小所需小卫星数目,降低硬件开销。仿真证明,优化阵列可以使寄生式星载SAR系统获得良好抗干扰性能。

一种基于四相编码和优化阵列的MIMO STAP实现方法

多输入多输出(MIMO)雷达多信号间正交性和天线阵列结构影响空时自适应处理(STAP)性能。为了提高多信号间正交性,提出了基于遗传算法优化提高四相编码的自相关峰值并降低互相关峰值方法,保证了多发射信号间良好正交性,基本抑制了盲速影响。针对天线阵列稀疏导致盲速、阵元密布导致天线孔径过小的问题,基于最大连续孔径思想,提出了一种优化阵列结构,在不显著增加天线阵列长度和阵元数目条件下,与四相编码信号结合,实现了动目标检测。仿真实验证明,基于四相编码正交信号和收发阵列设计,MIMO STAP可实现良好动目标检测性能。

基于改进蜜獾算法的波能转换器阵列优化

针对波浪能转换器(WEC)阵列发电效率提升问题,提出一种基于改进蜜獾算法的三系WEC阵列优化方法.首先,为克服原始蜜獾算法(HBA)收敛速度慢、收敛精度低等缺陷,引入佳点集初始化、混沌机制和蜜獾种群变异3种策略对原始HBA进行改进.此外,为了验证改进蜜獾算法(IHBA)的先进性和有效性,开展2个浮标、10个浮标和20个浮标3个不同规模的WEC阵列优化实验.2浮标阵列仿真结果表明,WEC阵列优化存在多组最优解,且IHBA、HBA、遗传算法和粒子群优化算法都能以不同速度找到最优解.然而,随着WEC阵列规模的增大,3种对比算法都会陷入局部最优解.相反地,IHBA依然表现出较强寻优能力并能搜寻到全局最优解.最后,IHBA所获10浮标和20浮标的阵列q因子分别高达1.059和0.968,远优于其他3种算法.

基于DIR-QPSO的弹丸落点定位声阵列优化布设方法

为了满足有限测点下声阵列定位精度提升的需求,提出了基于双种群量子粒子群(dual-group interaction quantum particle swarm optimization, DIR-QPSO)联合到达时差定位技术(time difference of arrival, TDOA)的单基站声阵列拓扑结构优化布设方法。首先,将声阵列中的声传感器作为粒子,利用Logistic混沌模型全局遍历性的优势初始化种群;其次,利用双种群之间信息共享优势,消除迭代过程中陷入局部最优点;再次,以TDOA模型构建适应度评价函数,得到声传感器最优布设位置;最后,通过仿真验证,得到优化后的声阵列拓扑结构。仿真结果表明,与传统六元正四棱锥阵列及QPSO优化后的阵列相比,方法将几何精度因子减小至1.351 8 m,克拉美罗下界减小至0.481 7 m,均方根误差减小至0.556 4 m。最后进行实验对比验证,实验结果表明,提出的单基站阵列具有更高的定位精度,极大提升了弹丸落点定位精度。

潮流能水轮机阵列水动力与布局优化研究进展

概述了潮流能水轮机阵列的水动力特性,总结了不同横向、纵向间距下水轮机尾流变化的一般规律,梳理了水轮机阵列布局的优化方法,从人工传统优化阵列布局与计算机自动优化阵列布局两方面回顾了水轮机阵列单目标优化与多目标优化的研究进展。人工传统布局结构简单且易于操作,有比较强的工程实践性,但物理试验可限制的约束条件有限,难以模拟阵列在真实海况下的发电情况;自动优化布局相比于人工传统布局更具有现实意义,但依然面临经济模块因素缺乏、多目标内容待完善、理论与实践未统一、前期准备时间较长等诸多挑战。

检测多种VOCs的高选择性MEMS气体传感器阵列构建与优化

针对挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)快速准确检测与识别需求,首先制备了贵金属Pt、Ru和Pd负载的SnO2纳米颗粒,以及稀土元素Ce掺杂的In2O3纳米结构等四种高性能的气敏材料。基于微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)微热板,通过点胶法组装成微型化、低功耗的气体传感器,并构建材料和工作温度不同的多通道气体传感器阵列。然后对甲苯、丙酮、甲醇、乙酸乙酯和乙醇五种VOCs气体进行了气敏特性测试,采用Wilks’Λ统计量方法对传感器进行特征选择和阵列优化。对比了不同传感器组合时线性判别分析(linear discrimination analysis,LDA)对气体种类的识别效果,最后确定材料、温度优化的11个传感器形成最优阵列,作为判别指标的轮廓系数从0.597提升至0.965,对5种气体的识别能力显著提高。本文基于材料和温度对气敏选择性的影响,构建多通道MEMS传感器阵列,为实际应用中多种VOCs的检测与识别提供了依据与支撑。

太阳能光伏发电系统阵列布局优化与发电效率分析

以太阳能光伏发电系统阵列布局优化与发电效率分析为研究对象,概述光伏发电原理和系统组成,分析太阳能光伏发电系统的优势与挑战。在此基础上,针对阵列布局优化展开研究,考虑设计因素、模拟工具、地形及气候等条件的影响,提出相应的优化策略。通过分析光伏电池效率、光伏组件损耗以及系统整体效率,探讨影响发电效率的关键因素。通过典型案例介绍和实际实践,验证了布局优化对发电效率提升的实际效果,对于推动可再生能源的应用具有积极意义。

基于混合整数有向差分进化算法的平面麦克风阵列几何优化

针对多约束条件下阵列优化过程中运算复杂和波束指向固定的问题,提出一种基于混合整数有向差分进化(mixed integer directed differential evolution, MIDDE)算法的综合方法。首先,通过几何变换减少优化目标数量,缩小寻优空间,降低运算复杂度;其次,对差分进化(differential evolution, DE)算法的变异过程引入随机选择与排序策略,提高搜索速度与精度,并改进边界约束处理方式,提高边界搜索能力。最后,用MIDDE算法优化基于正则化稳健超指向波束形成器的目标函数。仿真结果表明,在白噪声增益(white noise gain,WNG)受约束的情况下,优化阵列可在宽波束指向角范围内获得较高的方向性因子(directivity factor,DF),且显著高于相同阵元数的规则阵列,该方法可有效提高阵列性能。

基于改进整型遗传算法的稀疏矩形平面阵列优化

为了降低固定稀疏率、固定孔径的稀疏矩形阵列的峰值旁瓣电平,提出一种改进整型遗传算法。该算法在整型遗传算法的基础上,提出了等间隔采样的交叉策略、多点变异策略以及优良基因重组的策略。采取等间隔采样的基因交叉方式,可以有效发挥整型编码的优势,从而提高算法的运行效率;为了提高种群的多样性,防止算法陷入局部最优,采用了多点变异策略;采用优良基因重组技术,加快了算法的收敛速度。仿真结果表明,相比传统的二进制和实数编码,整型编码更为直接高效;与用于稀疏矩形阵列优化的相关算法相比,本文所提算法获得了更优的旁瓣电平,证实了算法的有效性和优越性。

基于对消盲区的极化敏感阵列分析与优化

为了提高极化敏感阵列应对任意来向、任意极化状态干扰的抑制能力,提出了一种基于对消盲区最小化的极化敏感阵列分析和优化方法。首先,基于干扰信号的空域信息和极化域信息,提出了对消盲区概念,建立了共点双极化线阵的对消盲区模型。然后,基于对消盲区模型,推导了对消盲区的数学表达式,量化了阵列的有效对消范围,并给出了一种基于微元法的求解方法。之后,提出了基于对消盲区的极化敏感阵列优化方法,该方法能够通过优化阵元间距使对消盲区最小化。最后,通过数值仿真表明,在探测阈值为12.6 dB、干扰频率为3 GHz、干噪比(interference to noise ratio,INR)为50 dB、信噪比(signal to noise ratio,SNR)为20 dB条件下,该方法可以将四元共点双极化线阵的联合域对消盲区占比降至0.217%,证明了优化方法的有效性。

井间ERT电极阵列优化及监测实验系统设计与开发

为了开发用于地层中CO_(2)运移监测的井间ERT系统,研究了ERT电极阵列和工作模式优化设计方法并研制了井间ERT监测模拟实验系统;基于COMSOL平台构建了模拟井间ERT测量响应的有限元数值模型,利用数值模型分析了电极间距和宽度等参数对监测区域电场灵敏度的影响规律以及不同电极阵列工作模式下场域灵敏度的分布特征,确定了井间ERT实验系统中最优的电极参数,即电极间距、宽度与监测范围的比值分别为0.200、0.025,电极阵列的工作模式为AM-BN;在对实验系统进行功能需求分析、总体设计以及上述优化设计的基础上,分别对系统硬件部分和软件部分进行了开发,采用多路切换开关并配合精密电桥仪实现了对电阻抗参数的测量,利用以LabVIEW为平台开发的测控软件实现了对实验系统的自动化控制;以埋放绝缘物体来模拟注入地层CO_(2)的方式开展了实验测试,结果显示测量到的电阻抗数据可以灵敏地反映出监测区域电参数的变化且能够用于定位绝缘物体的位置,从而验证了所开发系统的可用性;所建立的电极阵列优化设计方法以及开发的井间ERT监测模拟实验系统为下一步深入研究基于复电导率参数的CO_(2)饱和度评价模型和开发现场适用的井间ERT监测系统提供了实验平台。

空调室外机阵列方式的优化分析

通过对某高校实验楼空调室外机组的换热过程及通风效果进行实测,利用源汇模型分析其速度场,得出使进风不"短路"的机组布置最佳间距。探讨了在室外空间受限的条件下,空调室外机阵列方式的优化布置方案。通过对比优化阵列方式前后气流组织的CFD模拟结果,表明优化阵列方式的进风温度较原阵列方式有较大改善。在节约建筑空间的前提下,更加体现了节能的优势。

基于椭圆约束的风机阵列优化

风电因其清洁且可再生的特性,成为适合大规模开发的重要发电方式之一。风电场规划与设计中,风机阵列优化是重要环节,直接决定风场开发的经济性。风机间距是影响风机阵列优化的关键因素之一。为保障风机安全运行的同时加强风能资源的利用,提出了基于椭圆约束的风机阵列优化模型及相应的算法,在主风向和其他方向考虑了不同的风机间距约束。基于该方法,进一步研究了不同间距约束对风机阵列优化的影响,为风场工程设计提供直接的借鉴。

基于漂浮平台的潮流能水轮机阵列优化

为开展基于漂浮式电子信息平台的潮流能提取装置(水轮机)的布置方式优化研究,本文建立潮流与水轮机阵列及漂浮电子信息平台立柱相互作用的三维计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型,考虑漂浮平台水轮机组阵列并列和错列两种布置方案,分析立柱扰流对水轮机阵列流速的干扰和水轮机间尾流的相互影响,为后续的潮流能发电装置在海洋装备上的一体化设计提供数据支撑。对比分析结果表明:在设计流速0.8 m/s下,当来流角度达20°时,并列布置的平均功率系数下降35.97%,最小功率系数为0.023;而错列布置平均功率系数下降24.70%,最小功率系数为0.071。同时,结合水轮机组的设计流速下叶轮横截面流场速度分布图和水轮机尾流场水平面流速分布情况,水轮机阵列采用错列布置比并列布置布局方式更优,尾流效应影响更小,潮流能利用效率更高。

基于FK能量聚束的传感器阵列优化布设方法

针对地下浅层震源远场震动信号拾取的需求,开展了震动传感器阵列分布式优化布设方法研究;首先提出了一种基于频率-波数(F-K)分析的能量聚束算法,拾取了远场微弱的震动信号;其次,分析了能量聚束效果的评价指标;最后,利用MATLAB进行了仿真验证,得出了不同步站方式下模拟震源对应的功率谱,并对比分析了它们的聚束效果;经仿真结果表明,在远程震动信号拾取过程中,正六边形阵列这种布站方式聚束效果最好。

任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列优化波束形成方法

针对常规波束运用到实际传感器阵列时旁瓣较高这一缺点,提出了适用于任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列的两种旁瓣约束优化波束形成方法。一种是主瓣宽度约束条件下的最低旁瓣波束形成,另一种是在所能允许的最高旁瓣约束条件下的高增益波束形成。通过对加权向量范数进行约束,提高波束形成的稳健性。这两种优化波束形成问题都可以写成二阶锥(Second-OrderCone)约束优化的形式,然后利用已有的内点方法(Interior-PointMethods)求出其数值解。计算机仿真和湖上实验数据处理结果表明,该低旁瓣波束形成方法相比于常规波束和其它基于自适应波束形成的旁瓣控制方法,在同等主瓣宽度的情况下可以获得更低的旁瓣级;该高增益波束形成方法在同等旁瓣级约束条件下可以获得更高的阵增益,而且旁瓣级能够满足设定要求。

光伏阵列改进优化设计方法与应用

光伏阵列设计主要包括阵列间距、高度、倾角、光伏模块的选择以及安装方向的确定,设计方案的优劣直接关系到场地与光照的有效利用和投资效益。在场地尺寸给定条件下,这些因素相互牵制、共同影响光伏系统电能的输出,因此光伏阵列设计的优化十分必要。首先提出计算光伏阵列自身阴影损失的改进模型;然后在该模型的基础上,建立以最大发电量和最大收益为目标的阵列设计优化模型,运用粒子群算法求解,分析各参数对年发电量的影响;最后将该方法用于实际光伏屋顶电站系统设计,并获得满意效果,验证了该设计方法的合理性与工程实用价值。

二维圆周综合孔径阵列优化及其毫米波成像特性研究

运用模拟退火算法对由20—30根天线组成的二维圆周综合孔径阵列进行优化排列,得到优化排布结果。在此基础上依据综合孔径成像的基本原理,分析了毫米波的成像算法,在u-v域运用了栅格化处理(G ridd ing方法)和线性插值方法。运用该成像算法对已优化排布的阵列进行了仿真,并进一步讨论了天线数目、插值方法等因素对成像特性的影响。

近场条件下的MIMO雷达阵列优化

在近场条件下运用遗传算法对MIMO雷达阵列进行优化.构造优化MIMO阵列近场方向图旁瓣的适应度函数,提出一种基于FFT的快速算法用以高效评估适应度,采用"成对交叉策略"保证遗传算法进化过程中阵列稀疏率恒定.对有无对称约束两种情况下的阵列优化结果进行比较,分析表明,若在MIMO阵列优化中加入对称约束,则优化针对的聚焦点所在距离上所有角度均小于该点的目标,用优化所得之阵列扫描它们时可保持性能.

基于改进自适应遗传算法的MIMO雷达阵列优化

针对传统遗传算法在全局搜索和收敛方面的不足,提出一种改进自适应遗传算法。算法改进了自适应规则,采用随迭代次数和种群适应度自适应变化的交叉、变异操作,同时采用新的选择算子和改进后的最优精英保留策略,摒弃了传统轮盘赌博选择法,增加了收敛于全局最优解的概率,加快了收敛速度。通过测试函数优化求解试验证明,改进算法能够有效提高搜索过程种群的多样性,具有更快的收敛性和更好的全局最优性。在此基础上,将改进的自适应遗传算法应用到MIMO雷达阵列优化设计,通过稀疏栅格编码,采用同时考虑副瓣电平与波束宽度的双适应函数,使优化得到的MIMO雷达方向图具有更好的综合性能,更利于实际工程应用。最后仿真实验结果进一步验证了本文改进算法的有效性。