作者单位
摘要
1 中国民航大学电子信息与自动化学院,天津 300300
2 中国民航大学空中交通管理学院,天津 300300
为解决复杂多变环境下光纤入侵事件因噪声干扰识别困难、误报率高的问题,提出了基于改进的奇异谱分析和遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络的入侵事件识别方法。首先,为了减少噪声对识别效果的影响采用改进的奇异谱分析法去噪,对入侵信号及其分量进行迭代奇异谱分析去噪,并利用信号贡献率的大小来确定信号重构的秩阶次,调节信号分量去噪的程度,实现光纤信号的去噪。然后,利用遗传算法优化神经网络结构参数,构建双向长短期记忆神经网络提取光纤信号空间特征,最后基于以上方法对攀爬、跑动、敲击、静态、大风、雨天6种实测信号进行入侵事件识别实验,实验结果表明,在双Mach-Zehnder光纤周界传感系统识别入侵事件过程中,改进的奇异谱分析相比普通的奇异谱分析,去噪信噪比有明显提高,平均信噪比提高了12.79 dB,平均均方根误差略有减少。遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络较未优化神经网络平均识别率提高了5.7%,识别准确率最高可达98.1%。
光纤传感 奇异谱分析 遗传算法 长短期记忆神经网络 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506001
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
针对太赫兹频率选择表面(FSS)单元结构复杂、参数繁多、优化耗时等问题,基于卷积神经网络(CNN)并结合遗传算法,提出一种FSS智能化融合设计方法,并将其应用于典型滤波FSS的性能优化设计。将FSS周期单元拓扑编码为16×16的“0/1”旋转对称序列,收集26000组0.5~3 THz的透反射光谱作为数据集,利用19层CNN实现光谱预测,对测试集的平均绝对误差低至0.06。利用预测光谱与目标光谱的差值,给出各类典型FSS设计的通用目标函数,结合遗传算法,设计实现了带宽为0.1 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.5 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.2 THz的双频带通FSS,且均具有良好极化稳定性。计算结果表明,通过优化设计FSS的拓扑编码,可以简洁高效地实现各类典型带通带阻FSS。
频率选择表面 拓扑编码 卷积神经网络 遗传算法 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0424001
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所,陕西 西安 710021
针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,筛选最优结构输入到光学仿真软件中,经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统,系统成像波段为0.4~1.2 μm,焦距为40 mm,视场角均为±5°,波段范围内焦距差异小于0.03 mm,且宽光谱范围内成像质量良好。
宽谱段 遗传算法 等焦距 光学设计方法 
光学学报
2024, 44(2): 0211003
侯文强 1,2裴丽 1,2,*王建帅 1,2郑晶晶 1,2[ ... ]宁提纲 1,2
作者单位
摘要
1 北京交通大学电子信息工程学院,北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室,北京 100044
掺铋光纤放大器有助于将光纤通信系统拓展至新的传输波段。然而,其增益和噪声性能存在相互制约的关系,提升增益往往会导致噪声性能的恶化,反之亦然。因此,提出一种结合反向传播神经网络(BPNN)和带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化方法,通过对两级掺铋光纤放大器结构进行设计,实现了增益和噪声性能的同时优化。使用经过训练的BPNN对增益和噪声系数预测的均方根误差分别为0.191和0.084,具有较高预测精度。以高增益和低噪声系数为目标,使用NSGA-Ⅱ算法进行优化,得到包含500个解的Pareto最优解集。优化后,放大器所能实现的平均增益范围为15~37 dB,相应的平均噪声系数范围为4.95~5.31 dB。利用BPNN代替求解耦合微分方程来评价个体适应度,使得优化时间较传统方法由106 s左右降低为80 s左右,大幅提升了优化效率。所提方法也为其他掺杂光纤放大器的高效率、多目标结构优化设计提供了一种新的思路。
光纤通信 掺铋光纤放大器 反向传播神经网络 多目标优化 带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法 
光学学报
2024, 44(2): 0206001
师伟春 1,2王宏建 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
设计了一种基于尺寸渐变超表面的宽带高增益低剖面天线,该天线由双层超表面和一层微带缝隙组合而成。双层超表面由分别印刷在 2个介质板上的尺寸渐变六边形阵列贴片组成,贴片之间存在非等距间隙。超表面单元尺寸渐变设计能够使天线产生多个邻近的谐振点,从而展宽带宽。通过改变超表面天线尺寸结构,分析天线的宽带辐射特性。为获得最佳宽带性能,采用遗传算法优化天线几何参数。制作并测试了一款边长为 43.3 mm,厚度为 4.853 mm的样本天线用于验证仿真结果。实测结果显示,该天线-10 dB阻抗带宽达到了 54%(3.99~6.93 GHz),最高增益达到 12.05 dB,在 4~6 GHz范围内增益保持在 8 dB以上。该天线实现了宽频带、高增益、低剖面的特点,适用于宽带高速率无线通信的诸多领域。
超表面 宽频带 高增益 低剖面 非均匀分布 尺寸渐变 遗传算法 metasurface broadband high-gain low-profile non-uniform distribution gradient size genetic algorithm 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1007
作者单位
摘要
北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京 100101
为克服传统自适应遗传算法易出现未成熟收敛的问题,提出一种新型基于种群多样性的自适应遗传算法。解决未成熟收敛问题的关键是避免算法在寻找到最优解前种群多样性的丧失。为适应进化过程中种群多样性的变化,提出了包含方差因子和种群熵因子的交叉概率和变异概率公式。根据种群收敛情况相应地调整交叉概率及变异概率,在不破坏种群优良基因模式的同时保持种群的多样性。通过标准函数测试与已有算法进行对比,结果表明,所提算法相较于已有算法,在保证收敛精确度的同时提高了收敛速度,有效克服了“早熟”等问题。
自适应 遗传算法 未成熟收敛 种群多样性 adaptive genetic algorithm immature convergence population diversity 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 671
作者单位
摘要
中国民航大学电子信息与自动化学院,天津 300000
针对无人机数量急剧增多、碰撞风险急剧增加的问题, 借助广播式自动相关监视系统(ADS-B)提供的位置、速度信息进行碰撞风险监测, 利用遗传算法实现无人机的自主避撞及避撞路径寻优。避撞策略综合考虑无人机性能约束、ADS-B参数的可信度及无人机飞行环境, 构建多约束参量的适应度函数, 进行多维度的最优避撞路径计算。针对双机和多机避撞情况, 进行无人机避撞仿真, 仿真结果表明, 遗传算法可以在实现无人机自主避撞的同时有效优化避撞路径。
无人机 自主避撞 遗传算法 UAV autonomous collision avoidance genetic algorithm ADS-B ADS-B 
电光与控制
2023, 30(8): 56
作者单位
摘要
1 五邑大学智能制造学部, 广东江门 529020
2 五邑大学智能制造学部, 广东江门 529020北京航空航天大学杭州创新研究院, 浙江杭州 310051
3 北京航空航天大学杭州创新研究院, 浙江杭州 310051
随着线性调频连续波(FMCW)车载雷达的广泛应用, 同一个场景下若干个雷达的相互干扰可能导致传感器灵敏度降低, 甚至虚警。针对该问题, 提出一种基于量子遗传和中心值匹配相结合的干扰抑制方法。该方法首先将发射波形和干扰信号的互相关函数作为目标函数, 通过量子遗传算法进行波形参数优化, 在约束范围内得到互相关最小的工作参数, 然后基于这个参数生成发射波形, 最后根据干扰信号的参数, 通过中心值匹配的方法选择合适的工作雷达参数, 实现自适应干扰抑制。仿真结果表明, 该方法可以以较低的计算量达到良好的干扰抑制结果。
调频连续波雷达 干扰抑制 智能算法 中心值匹配 量子遗传 互相关函数 Frequency Modulated Continuous Wave radar interference suppression intelligent algorithm center value matching Quantum Genetic Algorithm cross correlation function 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1230
作者单位
摘要
1 新疆师范大学地理科学与旅游学院, 新疆 乌鲁木齐 830054新疆干旱区湖泊环境与资源实验室, 新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆师范大学地理科学与旅游学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
3 新疆干旱区湖泊环境与资源实验室, 新疆 乌鲁木齐 830054
4 新疆财经大学统计与数据科学学院, 新疆 乌鲁木齐 830012
土壤有机碳含量是土壤肥力与土壤质量的主要决定因素, 与土壤生产力密切相关。 采用高光谱模型估算土壤有机碳含量成为了解土壤肥力的重要方法。 利用高光谱分析技术结合机器算法实现快速、 高精度的估算土壤有机碳含量, 对土壤肥力的可持续利用至关重要。 根据实测的土壤有机碳含量及其高光谱反射率数据, 运用Savitzky Golay方法对光谱波段进行平滑去噪, 采用连续投影算法(SPA)、 遗传算法(GA)对原始光谱及其5种不同数学变换光谱分别进行特征波段的筛选, 并基于随机森林(RF)方法构建土壤有机碳含量的高光谱估算模型。 为进一步降低模型的复杂度, 将SPA算法与GA算法相结合, 寻找最佳特征参数, 以提升土壤有机碳含量特征波段的识别率和可信度。 结果表明: (1)在原始光谱中, 基于GA算法筛选SOC含量的高光谱响应波段主要集中在350~410、 827~928、 997~1 064、 1 201~1 234、 1 541~1 574、 1 667~1 710、 2 153~2 186和2 357~2 707 nm; 当RMSE为6.09时, SPA算法筛选了11个特征变量。 (2)基于GA算法筛选特征波段时, 原始光谱R、 标准正态变量(SNV)、 多元散射校正(MSC)、 一阶微分(FD)、 对数的倒数(RL)与连续统去除(CR)的维数分别降低到407、 697、 668、 667、 493、 784维, 占全光谱波段的18.93%~36.47%; 基于GA-SPA算法筛选后, 6种光谱变量的维度介于8~17维, RMSE介于4.53~6.30。 (3)在一阶微分光谱形式下, 基于GA-SPA算法挑选的12个特征变量所构建的RF模型预测效果最好, 模型的建模集R2c为0.78, RMSEc为5.48, 验证集R2p为0.82, RMSEp为4.50, RPD为2.18。 研究表明, 光谱一阶微分可以增强土壤的光谱信息, GA算法结合SPA算法寻找光谱特征变量, 既简化了估算模型的复杂度, 又提高了估算模型的精度, 基于遗传算法—连续投影算法的高光谱模型具有较高的估算能力。
土壤有机碳含量 连续投影 遗传算法 高光谱估算模型 湖滨绿洲 Soil organic carbon content Successive projection algorithm Genetic algorithm Hyperspectral estimation model Lakeside oasis 
光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2232
作者单位
摘要
南京航空航天大学 航天学院,南京 211100
根据地面中子探测与宇宙线环境之间的关联性,在太阳活动平静期以地球静止环境业务卫星及全球各个中子探测站的探测数据构建数据集。基于极端梯度提升决策树(XGBoost)和人工神经网络建立了由地面中子探测数据反演宇宙线质子环境的模型。模型采用遗传算法求解模型的最优超参数并对神经网络的各个神经元参数进行训练,实现了宇宙线质子环境在太阳活动平静期的反演,模型训练的均方差MSE为0.499,对测试集的平均反演误差分别为26.9%,对比航天常用的辐射环境模型误差通常在200%以内,提高显著。同时使用包括支持向量回归、误差反向传播算法、长短期记忆在内的多种其他机器学习算法进行了对比,结果表明本文所建立的模型具有训练时间短、计算速度快、占用资源小的优点。
宇宙线能谱 机器学习 中子探测 遗传算法 航天工程应用 cosmic ray spectroscopy machine learning neutron detection genetic algorithm aerospace engineering applications 
强激光与粒子束
2023, 35(10): 104002

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