合成孔径雷达快速后向投影算法综述

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。

泰勒展开与交替投影最大似然结合的离网格DOA估计算法

针对最大似然DOA估计算法需要多维搜索、计算量大且面临着在网格估计的问题,该文提出一种基于泰勒展开的离网格交替投影最大似然算法。该方法首先利用交替投影将多维搜索转化为多个1维搜索,获得对应预设大网格的粗估计结果;再利用矩阵求导理论将1维代价函数在粗估计结果处进行2阶泰勒展开;最后通过对2阶泰勒展开求偏导并令导数等于零,求得离网参数的闭式解。与交替投影最大似然算法相比,该方法突破了搜索网格大小的限制,在保证算法精度的同时,有效减少了算法的在网格计算点数,提升了运算效率。仿真结果证明了该算法的有效性。

基于蜣螂算法优化的投影寻踪生态环境评价方法构建

矿山开采会破坏和占用大量土地资源,对生态环境造成持久的负面影响,因此评价矿区生态环境质量变化迫在眉睫。为了准确监测矿区生态环境质量,以陕煤集团张家峁矿区2000—2023年24期逐年的Landsat影像为基础数据,通过计算绿度(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、湿度(Humidity Index,WET)、热度(Land Surface Temperature,LST)、干度(Normalized Differential Build-up and bare Soil Index,NDBSI)4项生态指标,并采用基于果蝇优化算法的投影寻踪(Fruit Fly Optimization Algorithm-Projection Pursuit Clustering,FOA–PPC)、基于粒子群优化算法的投影寻踪(Particle Swarm Optimization-Projection Pursuit Clustering,PSO–PPC)、基于灰狼优化算法的投影寻踪(Grey Wolf Optimizer-Projection Pursuit Clustering,GWO–PPC)和基于蜣螂优化算法的投影寻踪(Dung Beetle Optimizer-Projection Pursuit Clustering,DBO–PPC)4种群智能优化算法构建矿区生态环境质量评价方法,并利用平均相关度进行精度验证。结果表明:①DBO–PPC模型的平均相关度和类内聚集度均高于PSO–PPC模型、FOA–PPC模型和GWO–PPC模型,且与EI指数更接近,表明DBO–PPC能更好的评估研究区生态环境;②基于DBO–PPC模型的张家峁矿区2000—2023年生态环境质量均值为0.4,生态环境质量以差和较差等级为主,面积占比约55.94%,空间上呈西部差东部好,常家沟水库的生态环境在研究期内表现为优等级,矿区东北部和中部区域的生态环境较好,植被覆盖较多;③矿区发生沉陷面积占比为81.28%,沉陷最大值达−0.15 m;采区发生沉陷现象面积占比明显高于矿区,占采区面积的89.56%,生态环境质量以−0.0004的速率下降,表明采矿活动使得研究区的地表发生了沉陷,进而影响到生态环境。综上所述DBO–PPC模型在监测评价矿区生态环境质量方面具有较强的合理性,从而为矿区生态环境可持续发展提供技术手段。

基于双阵元天线的ADS-B解交织投影算法

随着广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveil lance-Broadcast,ADS-B)技术的普及,交通密集区域内多条ADS-B信号的交织问题难以避免。为了降低设备成本并提高系统在低成本条件下的可用性,针对双阵元天线三条ADS-B信号交织问题,提出了双阵元天线投影算法。首先,上述方法基于频域插值理论与最小描述长度准则进行信源数估计;然后,采用功率倒置算法进行空域滤波,在未知信号波达方向的条件下抑制非期望信号,从而将双天线三信号的解交织问题转化为单天线双信号的解交织问题;最后,由虚拟多通道法扩维后,基于改进的投影算法分离交织信号。仿真验证了以上算法的有效性。

基于相位补偿核的GNSS-SAR改进后向投影成像算法

在利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)的无源合成孔径雷达体制中,目前常采用后向投影算法进行成像处理,但该算法逐点精确聚焦的处理过程使得算法的运算量大。针对上述问题,提出了一种数据分块和构造相位补偿核的改进后向投影算法。改进算法对回波矩阵进行分块,将目标区域成像网格点的最长延迟距离与最短延迟距离等间隔划分,建立相位补偿核,通过距离向搜索操作得到各网格点的相位补偿结果,在方位向相干叠加形成子图,递归合并得到最终图像。定量分析得出,改进算法可有效降低运算量,同时节省内存。仿真结果验证了所提算法的有效性。

连续非单调变分不等式的一种惯性投影算法

一种求解非单调变分不等式问题的投影算法(IPA)由Ye (2022)提出。IPA无需变分不等式的映射具有任何的单调性,仅在映射连续且对偶变分不等式解集非空的条件下得到了算法的全局收敛性。本文提出了惯性的IPA算法,并在相同的假设下证明了新算法的全局收敛性。数值实验表明,惯性方法能加速IPA。

红黑着色的相场两相流并行投影算法

提出一种交错并行的有限体积投影算法求解基于相场法的两相流控制方程组。该算法的实施主要依赖于压力泊松方程的显式推进设计,从而突破投影算法求解不可压Navier-Stokes方程的效率瓶颈。同时,提出了一种交错扫描策略来更新节点上的变量,以实现更紧凑的时空耦合。本算法与相场模型相结合,能够高效、准确地捕获相界面的动态拓扑变化。测试算例结果表明:网格量为131 072,采用8线程CPU并行时,新提出并行算法的效率达到串行标准投影算法的80倍以上。

面阵投影增材制造技术自适应分层算法

增材制造采用“逐层叠加”的原理来成型制件,层厚越小,制件的表面质量越高,成型效率越低。为了调节制件成型效率与表面质量之间矛盾的问题,提出了基于STL制件法矢量的自适应分层算法。该算法先计算出与切面层相交的三角面片的法矢量与制造方向的夹角集,然后对夹角集的均值与最小值进行加权求和,依据加权求和后的角度关系,实现对制件进行自适应调整分层厚度。对同一制件分别采用本文算法及已知的4种算法进行分层,实验结果表明,这里算法能够有效平衡制件表面质量与成型效率之间的关系,较其余4种自适应分层算法,阶梯体积误差小且制件成型时间短。

基于PPF投影算法和高光谱技术的卷烟牌号识别模型

针对卷烟成分复杂、牌号识别难度大的问题,提出了一种基于PPF投影算法和高光谱技术的卷烟牌号识别模型。首先,采用PPF投影算法对原始光谱及经多元散射校正(MSC)、一阶微分(1^(st)D)、二阶微分(2^(nd)D)处理后的数据进行光谱相似度表征;然后,通过连续投影算法(SPA)和遗传算法(GA)进行特征波长选取,以利于后续分类性能的提升;最后,分别采用支持向量机(SVM)、极限梯度提升(XGBoost)算法建立牌号识别模型,并进行性能评价。结果表明:在高光谱技术结合PPF投影算法中,2ndD为最佳波段处理方法,能够显著增强光谱可分性;基于2ndD-SPA-SVM建立的识别模型为最佳模型,训练集、测试集的总体分类精度(OA)分别为94.58%、92.50%;不同牌号卷烟配方烟丝的叶丝和膨胀丝占比差异越大,类别之间的相似度越小,识别准确率越高。该模型可为不同牌号的卷烟提供一种新的高效快速、准确无损的分类判别方法,为高光谱技术在卷烟品牌维护、叶组配方设计等中的应用提供参考。

变分不等式问题和不动点问题的公共元的新投影算法

在Hilbert空间中针对求解变分不等式问题和不动点问题的公共元给出一种新的投影算法,在适当的条件下,采用粘性逼近方法和投影算子的技巧证明了由该算法生成的迭代序列强收敛于伪单调变分不等式解集和两个半压缩映射公共不动点集的公共元。最后,给出数值实验说明该算法的有效性优于已有算法。

基于投影寻踪优化算法的自然资源与经济高质量发展关系研究——以桂西南喀斯特—北部湾为例

开展自然资源利用综合研究,对于实现自然资源统一管理、服务高质量发展与实现中国式现代化具有重要意义。运用基于遗传算法的投影寻踪模型测算桂西南喀斯特-北部湾2005-2020年自然资源利用与经济高质量发展水平,结合Tapio脱钩模型和对数平均迪氏指数(LMDI)分解模型揭示其驱动效应。结果表明:①桂西南喀斯特-北部湾自然资源利用水平与经济高质量发展水平均上升且空间特征明显,自然资源利用呈现自西北向东南递减的空间特征,经济高质量发展表现为中部与东南高、西北低的时空特征;②自然资源利用与经济高质量发展的脱钩关系波动变化,以弱脱钩为主,伴有增长连结、扩张型负脱钩和强负脱钩类型;二者之间的可持续性减弱;脱钩程度表现为由西北喀斯特地区向东南沿海地区减弱的空间特征;③空间效应具有抑制作用,技术效应具有促进作用,人口效应与经济效应对自然资源利用的影响方向和强度不稳定;各因素的驱动作用排序为:空间效应>经济效应>基数效应>人口效应。未来应坚持“两山论”的思想为统领,以规范化的评价体系、创新性的经济手段为重要抓手,全面提高桂西南喀斯特-北部湾自然资源利用效率与助推经济高质量发展。

求解分裂可行问题的次梯度投影松弛算法

在无限维Hilbert空间中,区别于现有许多算法中的正交投影,采用次梯度投影法,提出求解分裂可行问题的次梯度投影松弛算法,并利用次梯度算子的cutter性质以及分类讨论的思想,证明了次梯度投影松弛算法生成的序列弱收敛于分裂可行问题的解.

基于高光谱和连续投影算法的猕猴桃叶片氮平衡指数的估测

通过研究猕猴桃叶片氮平衡指数(Nitrogen balance index,NBI)与高光谱反射率之间的关系,建立合适的遥感估算模型,以期为指导陕西咸阳地区猕猴桃生长监测及田间精准施氮奠定理论基础。以陕西省咸阳市杨凌区的徐香猕猴桃为主要研究对象,测定其高光谱反射率、叶片氮平衡指数,通过一阶导数、二阶导数、连续统去除和标准正态分布光谱变换,分析包含原始光谱在内的5种不同光谱与叶片氮平衡指数之间的关系;进一步通过连续投影算法,剔除冗余信息,筛选出特征波长,并基于不同光谱的特征波长,使用单因素回归模型、随机森林回归(Random forest regression,RF)模型、支持向量机回归(Support vector regression,SVR)模型和偏最小二乘回归(Partial least square regression,PLSR)模型进行建模,比较模型精度。结果表明,当NBI值不同时,猕猴桃叶片相关指标的变化趋势类似:可见光波段的反射率随NBI值的增加呈现下降的趋势,而近红外波段反射率的变化趋势则与之相反,表现出随NBI值的增加而上升的趋势;部分光谱变换可以增加通过0.01水平显著性检验的波段数,提升与NBI值的相关性,其中连续统去除光谱的敏感波段数增加得最多,增加了190个,一阶导数光谱相关系数的绝对值最大值为0.77;连续投影算法可最大限度地减少数据的冗余,最高降维比达99%,在大幅提高计算效率的同时提高了模型的精度;与单因素回归模型相比,多因素机器学习模型对猕猴桃氮平衡指数的估算能力较高,其中SNV-SVR的表现最好,决定系数(R 2)为0.82,相对百分比差异(RPD)为2.34。在今后对猕猴桃氮平衡指数的估测中,可优先考虑本研究模型。

低密度校验码ADMM译码的2种欧几里德投影算法复杂度研究

目的 理清低密度校验(Low-Density Parity-Check, LDPC)码的交替方向乘子(Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM)译码方法中向量到校验多胞体投影操作的复杂度。方法 比较基于割查找的欧几里德投影算法和快速近似欧几里德投影算法2种典型投影算法的投影结果、算法特点、时间复杂度以及基本操作次数。结果与结论快速近似欧几里德投影算法各种操作的次数低于基于割查找的欧几里德投影算法,表明前者的时间复杂度低于后者。

基于点云投影的货物盘点机器人目标识别算法

针对物流仓储中常见的非标仓库货物盘点问题,提出一种基于激光雷达点云投影的货物识别算法。首先对采集到的货物点云数据采用RANSAC(随机采样一致性)和ICP(迭代最近点)算法进行点云数据拼接,同时基于改进欧式聚类方法实现货物错层处理;其次将货物点云投影至二维平面并采用点云z轴法向量作为特征信息,形成特征灰度图像;最后借助改进分水岭算法对特征灰度图进行图像分割。通过实物平台及现场数据测试,该算法货物识别精度达到90%以上,相较基于深度学习YOLOv5算法的图像识别方法具有稳定的识别率,且有效避免依赖大规模公共数据集的问题。

一类集值混合变分不等式的自适应投影算法与收敛性

给出求解一类集值混合变分不等式的自适应投影算法。在算法的步骤中引入含非线性泛函g的邻近算子并改进步长,在一定条件下,证明该算法的强收敛性。在特殊情形下,算法即为通常集值变分不等式的自适应投影算法,因而推广相关结果。

基于加速分层遗传算法-投影寻踪模型的三峡水质评价

针对基于遗传算法的投影寻踪模型的不足,提出了基于加速分层遗传算法的投影寻踪模型,提高了全局搜索能力和收敛速度。并将其应用于长江流域水体水质的评价中。利用长江三峡库区8个断面的水质指标监测数据,建立基于加速分层遗传算法的投影寻踪模型,对各断面水质展开评价。结果显示:该段流域内水体质量整体良好,水质等级主要分布在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类等级中。该模型能够合理的评价水质等级,值得广泛推广应用。

求解伪单调变分不等式的一种自适应投影算法

Pham等(Optimization,2022,71(3):505-528.)提出了一种求解伪单调变分不等式的自适应算法.在该算法的基础上提出一种具有更大步长的新算法,并在相同的假设条件下证明算法的强收敛性.

一种新的求解拟单调变分不等式的压缩投影算法

2020年Liu和Yang提出了求解Hilbert空间中拟单调且Lipschitz连续的变分不等式问题的投影算法,简称LYA。本文在欧氏空间中提出了一种新的求解拟单调变分不等式的压缩投影算法,简称NPCA。新算法削弱了LYA中映射的Lipschitz连续性。在映射连续、拟单调且对偶变分不等式解集非空的条件下得到了NPCA所生成点列的聚点是解的结论。当变分不等式的解集还满足一定条件时,得到了NPCA的全局收敛性。数值实验结果表明NPCA所需的迭代步数少于LYA的迭代步数,NPCA在高维拟单调例子中所需的计算机耗时也更少。

紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法的水体磷酸根离子检测研究

在工业锅炉中随着水蒸气蒸发,大量的钙镁离子留在炉水中,如果不加处理,在水冷管中会形成水垢,造成爆管停炉。为了保障设备的安全运行,消除安全隐患,工业上通过维持水中一定含量的磷酸根离子来去除锅炉中的钙、镁水垢。传统的磷酸根离子检测技术主要有比色法、分光光度法、色谱法、电位法等,这些方法前期处理步骤较繁琐且耗时较长。光谱法是通过测定物质的吸收光谱并建立和浓度关系的数学模型,对物质浓度定量的一种分析方法。为了满足磷酸根离子快速、实时测量的要求,提出了一种基于紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法快速测量磷酸根离子的方法。按照我国《工业锅炉水质GB/T 1576—2018》中所规定的进入热水锅炉前的水质参数要求,配置37份浓度范围在5~100 mg·L^(-1)磷酸根溶液,使用搭建的实验装置,采集紫外吸收光谱。使用SPXY将样品按照7∶3的比例随机划分训练集、测试集;使用Savitzky-Golay(S-G)滤波对数据预处理以提高光谱的信噪比;通过连续投影算法(SPA)压缩光谱数据,筛选出5个与磷酸根强相关的特征波长;使用极限学习机(ELM)将特征波长处的吸光度与样本浓度进行拟合,以决定系数R2和均方根误差RMSE作为模型评价指标,建立磷酸根离子的回归模型。采用所提出的建模方法所建立的模型训练集的R2与RMSE分别为0.9972和1.3015 mg·L^(-1),测试集的R^(2)与RMSE分别为0.9995和0.5174 mg·L^(-1)。为了验证所提出的SPA-ELM预测模型效果,另外建立了LASSO-ELM、PCA-ELM、SPA-PLS和SPA-SVR四种预测模型进行对比。实验结果表明,SPA-ELM建立的预测模型的R2和RMSE均优于其他四种预测模型,说明采用的特征选择方法和回归方法均为最优,能够对磷酸根浓度范围为5~100 mg·L^(-1)的水体进行准确预测,为水中磷酸根离子的检测提供了一种新的解决方法。