桥函数及广义桥函数的研究进展

桥函数和广义桥函数均为三值函数系,都是将初始序列经复制方式和移位方式变换后而形成的.它们包括了一些常见的非正弦正交函数,如沃尔什函数和方波函数等.简要介绍了近10年来北京航空航天大学通信与电子系统博士点在非正弦正交函数方面研究的一些新进展,重点介绍了复制理论和广义复制方法,桥函数、广义桥函数的复制生成方法、性质及其应用等专题.      

沃尔什函数与部分桥函数的关系

本文利用平移复制理论,阐述了沃尔什(Walsh)函数与har函数、ter函数和her函数之间的内在联系。由此证明了在沃尔什函数与哈尔函数之间存在着一系列正交函数集。并由沃尔什函数利用压缩移位推导出了这些正交函数集。     

一种新型沃尔什函数发生器

采用Ｔ触发器建立了一个新型沃尔什函数发生器的软硬件统一模型，并对设计时所需要的多路激励信号作了较深入的分析，归纳并证明了它们的两个重要特性－反对称特性和递推特性，实验证明，按照统一模型设计沃尔什函数发生器，可以使设计过程大为筒化，而且输出的沃尔直函数具有最小正交误差。     

十六路沃尔什复用系统的高频传输

本文介绍一个在一般遥测用射频信道上实现16路沃尔什复用(序率分割复用)系统(SDM)的实验。沃尔什函数作为付载波经带限信道后其波形要产生上升、下降沿,这将导致各路间的正交误差。为此引进间断开关将脉冲上升下降沿部分切除,得到间断沃尔什付载波,它仍是一组正交函数。这样在视频带宽320KHz的通道上传输16路沃尔什多路信号时其正交误差可忽略不计。而误差的主要来源是射频通道非线性引起的交叉干扰,但在目前射频通道的一般水平上交叉干扰最大值小于5％,这已满足一般的工程要求。因此SDM作为一个与FDM和TDM相平行的多路复用系统是完全能用于遥测中的。     

WAM—FM遥测系统

根据正交分割理论,现在流行的频率分割制(FDM)和时间分割制(TDM)都属于正交分割的范畴。满足正交条件的信号不仅仅只有频分和时分两种形式。1923年美国数学家沃尔什(WALSH)提出的沃尔什函数就是一种正交完备的函数系。本文在理论上提出了一种以沃尔什函数为基础的序率分割制(SDM),并以实验证明了新方案可行。文中详细地介绍了这种SDM系统的设计思想、方框图、工作原理以及具体实施中的技术问题。实验室研制成的样机是沃尔什调幅—调频制的,称为WAM—FM遥测系统。为了阐明新系统的优越性及其潜力,把它与现行的频分遥测系统作了简单的比较。说明新系统不仅具有一定的学术价值,而且具有一定的实用价值。     

基于非正交干涉矩阵的飞机装配序列规划方法

针对飞机装配中外形曲面特征多、装配关系复杂、连接方式多样等带来的装配工艺设计问题,提出了一种基于非正交干涉矩阵的飞机部件装配序列规划方法.通过分析被装配零件的结构特点,增加非正交的装配坐标方向,构建了非正交干涉矩阵;给出了装配可行性的推导方法,实现了装配序列的自动生成.并以装配时间为目标函数,采用遗传算法对装配序列进行了优化.基于MATLAB仿真平台,对某型号飞机舱门装配过程进行了模拟.仿真结果表明,该方法简单易行.与传统的基于正交干涉矩阵的方法相比,对于可装配性和装配效率都有显著提高.     

基于非正交干涉矩阵的飞机装配序列规划方法

针对飞机装配中外形曲面特征多、装配关系复杂、连接方式多样等带来的装配工艺设计问题,提出了一种基于非正交干涉矩阵的飞机部件装配序列规划方法.通过分析被装配零件的结构特点,增加非正交的装配坐标方向,构建了非正交干涉矩阵;给出了装配可行性的推导方法,实现了装配序列的自动生成.并以装配时间为目标函数,采用遗传算法对装配序列进行了优化.基于MATLAB仿真平台,对某型号飞机舱门装配过程进行了模拟.仿真结果表明,该方法简单易行.与传统的基于正交干涉矩阵的方法相比,对于可装配性和装配效率都有显著提高.     

一个新的频率源短期稳定度的表征式—沃尔什正弦方差

通过村频率源稳定度的时域测量来进行极低频频谱分析是一种有效的方法。哈达玛方差的传递函数由于具有选频特性,被人们用来进行频率源相对频率噪声谱S_y(f)的分析。本文从最佳“频窗”传递函数出发,结合微型计算机控制的计算计数器的特点,利用沃尔什函数的性质,经理论推导,获得了一个频率源稳定度的新表征式——沃尔什正弦方差。理论分析与计算机验证结果表明,该式充分发挥了微型计算机优良的数值计算和系统控制功能,能灵活而方便地获得频率源短期稳定度的各种表征量。特别是在用于S_y(f)测试时。它基本克服了哈达玛方差传递函数的谐波及其旁瓣所带来的误差,并通过测试数据的复用,使得此时测试时间大为缩短。文中给出了沃尔什正弦方差和阿仑方差与啥达玛方差的关系,指出沃尔什正弦方差在表征频率源短期稳定度方面有其内在含义。     

一种基于生成对抗网络的卫星异常检测方法

针对卫星地面测控中心在异常检测时面临的遥测数据不平衡和缺乏异常标签等问题,提出了一种基于时序生成对抗网络的异常检测方法.首先对卫星遥测数据进行预处理,剔除原始数据中的噪声和野值.然后使用长短时记忆网络构建生成模型的生成器和判别器,使得模型可以学习到历史数据的时间依赖关系.采用改进的生成对抗损失函数,使得生成模型在训练时可以保证生成序列与输入序列的潜在空间分布一致.最后,使用残差作为测试序列的异常分数,通过阈值自适应方法判断测试序列是否异常.经真实卫星遥测数据进行实验验证,表明该异常检测方法具有较好的有效性.     

沃尔什函数理论中并元移位概念的物理解释

并元移位的概念在沃尔什函数的理论中有着重要的作用,但是,至今为止,未见有人对它的物理意义做出合理的解释.从复制理论的角度出发,在简要介绍复制理论的基础上,通过研究复制序列的位置相关性,揭示了并元移位实际上是一种特殊的距离定义,从而较为深刻地解释了并元移位概念的物理意义.     

径向基过程神经元网络及其应用研究

提出了一种径向基过程神经元网络,该网络模型为3层前向结构,由输入层、径向基过程神经元隐层和输出层组成.输入层到隐层的变换是非线性的,隐层到输出层的变换是线性的.隐层神经元完成对过程式输入信息的模式匹配和对时间的聚合运算,输出层对输入模式作出响应.在输入空间中引入函数正交基,将输入函数在正交基下展开,利用基函数的正交性,简化聚合运算过程.给出了相应的学习算法,并以旋转机械故障诊断问题为例验证了模型和方法的有效性.      

完全互补序列在MIMO雷达中的应用

多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple Output)雷达系统采用多天线方式,利用发射信号之间的正交性提高系统性能,但传统的单码序列之间不能满足完全正交(自相关和互相关旁瓣全为0)的特性,影响了系统性能.针对上述问题,结合完全互补序列的特点,推导了完全互补序列模糊函数的数学表达式,进行了相应的计算机仿真,仿真结果充分验证了模糊函数的有效性;并对基于完全互补序列的雷达速度分辨率进行了分析.另外,研究了完全互补序列在MIMO雷达中的应用问题,并建立基于完全互补序列的MIMO雷达信号模型,结果表明:完全互补序列在MIMO雷达中具有很好的应用前景,同时验证了完全互补序列在MIMO雷达应用中的合理性和正确性.     

基于渐非凸渐凹化过程的子图匹配算法

如何实现外点存在情况下的鲁棒高效匹配是图匹配领域的关键问题之一.针对此问题,提出将渐非凸渐凹化过程(GNCCP)用于子图匹配,即将外点存在情况下的图匹配问题建模为一个基于相似矩阵的二次组合优化问题,然后通过扩展GNCCP来近似优化,是一种新的采用二阶约束图匹配算法.相较于现有算法,提出的算法优势在于可以泛化目标函数定义方式,有效处理外点存在的情况的图匹配问题,且能同时实现有向图匹配和无向图匹配.人工数据与真实数据上的实验证实了算法的有效性.      

一种基于三正交主轴平面的快速星图模拟方法

为在地面上进行星图模拟以测试星图识别算法和星敏感器性能, 提出了一种新的快速星图模拟方法. 该方法利用截面圆和固定区域的性质, 将单位天球按照三个正交主轴平面进行等分, 根据赤纬值求解恒星矢量与主轴平面夹角来确定选星条件, 进而根据坐标变换原理进行星图模拟. 为验证所提方法与现有方法相比的优势, 进行了大量的仿真实验. 实验结果表明, 与现有星图模拟方法相比, 本文方法在保证星图模拟精度的条件下, 选星速度提高了3倍以上.      

CH函数的编序 构造与生成

本文首先对拉德梅克函数进行了推广,提出了取P个值的广义拉德梅克函数,并用此函数导出了多并元序Chrestenson函数(简记CH函数)。在此基础上,分析讨论了CH函数的编序问题,引入了与X序沃尔什函数相对应的广义X序CH函数。然后,以广义序率序为例,提出了用广义平移复制方式来构造和产生CH函数的新方法。     

基于预计算和周期性的ECC标量乘法算法

在研究二进制、带符号的二进制(NAF,Non-Adjacent Form)等常见标量乘法算法的基础上,结合椭圆曲线基点的周期特性和预计算倍点序列方式,提出了一种新的标量乘法算法,并给出了新算法的详细步骤.点的周期性和系数决定了直接进行标量乘法运算还是转化为求其逆元,预计算倍点序列方式避免了椭圆曲线密码体制(ECC,Elliptic Curve Cryptosystem)加解密过程中大量的重复运算.为验证算法的正确性,采用密钥长度为192 bit椭圆曲线,给出了一个具体实例.实例结果和算法分析表明:与二进制和NAF算法相比,新算法虽占用了一些存储空间,但省去了倍点运算的时间开销,同时减少了点加的运算次数,极大地提高了标量乘法运算的效率.该算法的提出对完善ECC理论和加快ECC在实际中的应用具有重要意义.      

抑制复原图像振铃波纹的频域循环边界算法

提出了一种基于Wiener滤波的频域循环边界复原算法,并给出了有效的规整化表达式和信噪比估算方法.复原算法首先将原观测图像按反射对称的方式延拓,形成一个新的观测图像(称为延拓图像);然后,用Wiener滤波算法复原延拓图像,并取延拓图像的复原图像的主值序列作为原观测图像的复原图像.对延拓图像在频域进行复原处理时,需要使用FFT(Fast Fourier Transform)技术,将延拓图像进行周期延拓,因其结合边界在垂直方向上的梯度为零,且边界平滑满足微分条件,抑制了复原图像的振铃波纹.复原过程中,将噪声与原始图像的功率谱之比规整化为原观测图像信噪比的函数.实验结果表明,该算法对周边区域梯度变化较大的观测图像复原效果较好.      

Matching trajectory optimization and nonlinear tracking control for HALE

This paper concerns optimal trajectory generation and nonlinear tracking control for stratospheric airship platform of VIA-200. To compensate for the mismatch between the point-mass model of optimal trajectory and the 6-DOF model of the nonlinear tracking problem, a new matching trajectory optimization approach is proposed. The proposed idea reduces the dissimilarity of both problems and reduces the uncertainties in the nonlinear equations of motion for stratospheric airship. In addition, its refined optimal trajectories yield better results under jet stream conditions during flight. The resultant optimal trajectories of VIA-200 are full three-dimensional ascent flight trajectories reflecting the realistic constraints of flight conditions and airship performance with and without a jet stream. Finally, 6-DOF nonlinear equations of motion are derived, including a moving wind field, and the vectorial backstepping approach is applied. The desirable tracking performance is demonstrated that application of the proposed matching optimization method enables the smooth linkage of trajectory optimization to tracking control problems.