Krylov子空间算法研究

Krylov子空间技术是基于投影方法的规划算法,如今已成为一类求解大规模线性问题的优秀算法,该算法采用正投影或斜投影在子空间产生迭代向量进行计算。同时,正确有效的预处理方法能加快迭代收敛。本文介绍了如何利用基于LU分解的GMRES(Generalized M in imum Residual)方法来求解大规模线性优化问题。     

均匀面阵中高效率的二维波达方向估计方法：降维求根MUSIC算法（英文）

波达方向估计是阵列信号处理研究的重要方向之一。本文在降维求根技术和MUSIC算法的基础上,研究了均匀平面阵列的二维波达方向估计问题。首先基于噪声子空间和方向矢量之间的正交关系构造二维求根多项式,并证明该多项式包含无限多个解。为获取这些解中包含的真实目标参数,提出了一种新的低复杂度、计算效率高的算法,即降维求根MUSIC算法。所提算法应用降维求根技术目标的真实解,其中二维求根方程被转换为两次一维求根,该过程有效降低了求根难度。最后,通过一次配对过程获取目标角度参数的估计值。数值模拟验证了该方法的有效性和优越性。     

基于快速平行因子分解的声矢量传感器阵二维DOA估计

将声矢量传感器阵列参数估计问题与平行因子(Parallel factor,PARAFAC)模型相结合,提出了一种基于快速PARAFAC分解的二维波达方向(Direction of arrival,DOA)估计算法。该算法首先将接收信号构建为PARAFAC模型,然后在数据域对参数矩阵进行初估计,最后利用PARAFAC分解获得信号二维DOA估计。该算法能够应用于任意结构的声矢量传感器阵列,同时能够得到和信源一一匹配的仰角和方位角估计。借助于参数矩阵的初始估计,所提算法收敛速度较快,其计算复杂度大大降低。该算法角度估计性能接近于PARAFAC算法,同时优于借助旋转不变性进行信号参数估计(Estimation of signal parameters via rotational invariance technique,ESPRIT)算法和传播算子(Propagator method,PM)算法。     

激波穿过孔板系统的传播及其诱导的流场

基于Ｅｕｌｅｒ方程，采用高精度、高分辨率的ＧＲＰ有限差分法及算子分裂技术，对激波通过孔板系统的传播、绕射和反射，以及诱导的流场进行了数值研究。计算结果清楚地给出了激波传播、绕射、反射、及相互干扰的复杂流场结构。与实验结果比较，早期两者吻合较好，后期由于湍流发展的影响，必需考虑粘性修正。     

分析二维导体电磁散射问题的FEM/POPTD方法——TE模(英文)

提出了一种分析计算带有裂缝的二维电大尺寸复杂导体目标电磁散射问题的混合方法—— FEM/ PO-PTD方法。该方法采用基于棱边的有限元法 ( Edge-basedFEM)为低频方法 ,物理光学法与物理绕射理论 ( PO-PTD)为高频方法 ,通过耦合技术将两者结合在一起。本文将该方法应用于带有缝隙的二维导电柱 TE模的电磁散射特性分析 ,计算结果与有关文献的数据一致性很好 ,从而验证了该方法的准确性。文中还给出了另外几种截面的导电柱体雷达截面的计算曲线。理论分析与计算结果表明 ,本文提出的混合方法与其他计算同类问题的方法相比 ,能节省计算机存储单元、提高计算速度     

基于面元边缘法的直升机RCS计算与分析

针对直升机的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)的计算特点,将物理光学法和等效电磁流法相结合,建立了一套基于"面元-边缘"的分析方法.在该方法中,首先对复杂目标(如直升机)进行几何建模和网格划分,然后通过转换程序,获取目标的拓扑结构数据文件;其次在考虑遮挡影响下,分别进行目标表面散射场和边缘绕射场的计算;最后叠加获得总的散射场.在通过球板组合和某外形结构复杂的导弹算例验证本文分析方法有效性的基础上,对某直升机分别沿方位角、俯仰角和滚转角三个方向的RCS进行了计算和分析,并研究了挂架、导弹对直升机整体RCS的影响,获得了一些减缩直升机RCS的外形设计方案.     

几种降阶方法在柴油机控制器中的应用对比研究

为保证军用机、直升机等大型装备的最后装配质量,得到的产品能满足各项性能指标,必须对系统进行分析和计算。但对于大型复杂系统而言,由于其高维数和复杂性,直接分析相对困难,在这种情况下,采用降阶方法处理。本研究分别利用奇异值分解、Krylov子空间理论和最小二乘法对柴油机控制器进行降阶。研究结果表明:奇异值分解(SVD)算法可以根据系统的奇异值大小进行截断,能够保持降阶系统的结构特性,但计算过程较复杂。Krylov子空间的降阶算法虽然计算量小,且速度快,但误差范数较大。利用最小二乘法可以很好地结合这两种方法的优点,从仿真结果也可看出,利用第三种方法结果最好。     

水下目标辐射噪声测量方法

减振降噪技术的发展使得水下目标的辐射噪声强度大大降低,传统的噪声测量方法已难以满足对当前低辐射噪声目标的测量要求,必须发展新方法.以多个矢量水听器构成测量阵列,采用子阵合成宽带波束形成方法测量水下目标的辐射噪声,进行了理论计算、仿真分析和湖上试验验证.结果表明,基于矢量水听器阵的噪声测量方法在空间增益、基阵孔径、抗左右舷模糊等方面均优于常规声压阵列方法,具有很好的实际应用前景.     

子波变换平滑的混沌信号检测

将近几年兴起的子波变换、分形理论应用于带观测噪声混沌信号的检测。基于快速子波变换导出了平滑算子，将其对时序信号进行处理，并根据它在一定的尺度范围内具有标度不变的性质，利用改进的Ｇ－Ｐ算法计算其分数维数，对带有观测噪声的Ｌｏｒｅｎｚ吸引子波的混沌运动进行了检测。实验结果表明，该方法具有较好检测混沌现象的能力。     

基于带波动算子非线性Schr(o)dinger方程数值分析的守恒差分算法

对一类带波动算子的非线性Schr(o)dinger方程进行了数值分析,提出了一个含参数的二阶守恒差分格式,根据参数选取的差异,该格式既可隐式计算也可显式计算.对初值条件进行了中心差分离散,使其具有二阶精度,从而与守恒格式的精度一致.利用矩阵理论证明了差分解的存在惟一性,并利用一个重要的不等式在先验估计的基础上,运用能量估计的方法证明了该格式按无穷范数以二阶精度收敛到真实解.数值实验表明该格式具有较高的计算效率.     

Computationally Efficient MUSIC-Based Algorithm for Joint Direction of Arrival (DOA) and Doppler Frequency Estimation in Monostatic MIMO Radar

The problem of joint direction of arrival (DOA) and Doppler frequency estimation in monostatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar is studied and a computationally efficient multiple signal classification (CE-MUSIC) algorithm is proposed.Conventional MUSIC algorithm for joint DOA and Doppler frequency estimation requires a large computational cost due to the two dimensional (2D) spectral peak searching.Aiming at this shortcoming,the proposed CE-MUSIC algorithm firstly uses a reduced-dimension transformation to reduce the subspace dimension and then obtains the estimates of DOA and Doppler frequency with only one-dimensional (1D) search.The proposed CE-MUSIC algorithm has much lower computational complexity and very close estimation performance when compared to conventional 2D-MUSIC algorithm.Furthermore,it outperforms estimation of signal parameters via rotational invariance technique (ESPRIT) algorithm.Meanwhile,the mean squared error (MSE) and Cramer-Rao bound (CRB) of joint DOA and Doppler frequency estimation are derived.Detailed simulation results illustrate the validity and improvement of the proposed algorithm.     

MRTD方法的色散特性分析和电磁散射应用

将基于Daubechies尺度函数的时域多分辨(Multiresolution time-domain,MRTD)方法应用于三维目标的电磁散射和雷达目标特性分析中,并对其Courant稳定性条件和色散特性进行了分析.在入射波引入方面,提出应用总场/散射场技术,在连接边界周围定义一些"修正区域",并推导出一系列"修正区域"内的迭代公式,把入射场作为"连接边界条件"引入到计算区域.理论分析和实验结果表明,基于Daubechies尺度函数的MRTD方法和入射波引入方法是有效的,且与传统的FDTD方法相比,MRTD方法在保持计算精度的前提下能够节省计算资源.     

虚拟阵列测向性能分析

针对相干信号源测向以及模糊的实际问题,提出一种基于任意形状平面阵列的测向方法。经计算机仿真,证明该方法的有效性。     

Computationally Efficient Direction of Arrival Estimation for Improved Nested Linear Array

Nested linear array enables to enhance localization resolution and achieve under-determined direction of arrival(DOA)estimation. In this paper,the traditional two-level nested linear array is improved to achieve more degrees of freedom(DOFs)and better angle estimation performance. Furthermore,a computationally efficient DOA estimation algorithm is proposed. The discrete Fourier transform(DFT)method is utilized to obtain coarse DOA estimates,and subsequently,fine DOA estimates are achieved by spatial smoothing multiple signals classification(SS-MUSIC)algorithm. Compared to SS-MUSIC algorithm,the proposed algorithm has the same estimation accuracy with lower computational complexity because the coarse DOA estimates enable to shrink the range of angle spectral search. In addition,the estimation of the number of signals is not required in advance by DFT method. Extensive simulation results testify the effectiveness of the proposed algorithm.     

Low-Complexity DOA Estimation of Noncircular Signals for Coprime Sensor Arrays

This paper presents a low-complexity method for the direction-of-arrival(DOA)estimation of noncircular signals for coprime sensor arrays. The noncircular property is exploited to improve the performance of DOA estimation. To reduce the computational complexity,the rotational invariance propagator method(RIPM)is included in the algorithm. First,the extended array output is reconstructed by combining the array output and its conjugated counterpart. Then,the RIPM is utilized to obtain two sets of DOA estimates for two subarrays. Finally,the true DOAs are estimated by combining the consistent results of the two subarrays. This illustrates the potential gain that both noncircularity and coprime arrays provide when considered together. The proposed algorithm has a lower computational complexity and a better DOA estimation performance than the standard estimation of signal parameters by the rotational invariance technique and Capon algorithm. Numerical simulation results illustrate the effectiveness and superiority of the proposed algorithm.     

双平行线阵中基于Euler变换传播算子的二维DOA估计算法

考虑双平行线阵中非圆信号二维波达方向 (Direction of arrival,DOA) 估计问题,提出了一种基于Euler变换传播算子（Propagator method,PM）的二维DOA 估计算法。该算法利用非圆信号的特性,扩展了接收数据矩阵,使得角度估计性能优于二维PM算法。同时采用Euler变换把非圆PM算法中的复数运算转换为实数运算,降低计算复杂度,角度估计性能逼近非圆PM算法。该算法可以实现二维角度的自动配对,与传统PM算法相比,可同时估计出更多的信源。该算法的优越性均可在文中得到验证。     

瞬态热传导问题的隐式EBE并行算法

结合有限元法,研究了ＥＢＥ策略在热传导问题并行计算方面的应用,给出了瞬态热传导问题的隐式ＥＢＥ并行算法。根据所用ＣＰＵ个数并行计算单元刚度矩阵,而总刚度矩阵Ｋ不需要组装,仅在“单元级”上进行各种计算。就模型实验规模１０２４阶而言,机器存存储量比传统算法降低了４０％左右,在拥有共享内存的并行计算机Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ上的数值实验表明,问题的规模越大,并行效率越高,所给算法非常有效。     

二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

用MUSIC法确定声源频率和方位时误差的校正方法

为确定多个平面波窄带声源的频率和方位本文在阵列信号处理理论的基础上,提出用均匀线阵接收信号数据,并采用多信号分类法（ＭＵＳＩＣ法）对其进行频率,方位参数的分离估计,利用其正交性的谱估计来判断声源的频率和方位,在此基础地实际阵列中存在的阵元位置扰动,通道特性不一致和阵元之间的耦合这三种模型误差,提出了一种基于辅助源的校正方法,并得模型误差不影响声源的频率,只影响声源方位的判断,声学实验证实,通过校正     

改进的CFD/CSD耦合系统设计方法及其计算

论述了界面上的数据交换方法和时间推进格式在流体动力学（CFD）和结构动力学（CSD）耦合求解非线性气动弹性问题中的关键作用;改进了CFD／CSD耦合系统．包括基于边界元方法设计了CFD和CSD耦合界面的数据转换方法,该方法可在同一映射矩阵处理结构响应和非定常气动载荷转换,保证了耦合边界上的能量守恒;改进了一种松耦合方法流程,在保持模块化基础上提高了计算精度和效率。最后将本文方法应用于二维位移外插算例和A—GARD445．6机翼的动响应分析中,结果表明本文方法具有较高精度。