Uniform linear array(ULA)radars are widely used in the collision-avoidance radar systems of small unmanned aerial vehicles(UAVs).In practice,a ULA's multi-target direction of arrival(DOA)estimation performance suf...Uniform linear array(ULA)radars are widely used in the collision-avoidance radar systems of small unmanned aerial vehicles(UAVs).In practice,a ULA's multi-target direction of arrival(DOA)estimation performance suffers from significant performance degradation owing to the limited number of physical elements.To improve the underdetermined DOA estimation performance of a ULA radar mounted on a small UAV platform,we propose a nonuniform linear motion sampling underdetermined DOA estimation method.Using the motion of the UAV platform,the echo signal is sampled at different positions.Then,according to the concept of difference co-array,a virtual ULA with multiple array elements and a large aperture is synthesized to increase the degrees of freedom(DOFs).Through position analysis of the original and motion arrays,we propose a nonuniform linear motion sampling method based on ULA for determining the optimal DOFs.Under the condition of no increase in the aperture of the physical array,the proposed method obtains a high DOF with fewer sampling runs and greatly improves the underdetermined DOA estimation performance of ULA.The results of numerical simulations conducted herein verify the superior performance of the proposed method.展开更多
电-气综合能源系统(integrated energy system,IES)的发展有助于提高能源效率并支撑可持续能源转型。电力网络和天然气网络通常隶属于不同的运营主体,这制约了IES的能源利用效率和多能互济协同。在此背景下,提出一种各能源子系统独立优...电-气综合能源系统(integrated energy system,IES)的发展有助于提高能源效率并支撑可持续能源转型。电力网络和天然气网络通常隶属于不同的运营主体,这制约了IES的能源利用效率和多能互济协同。在此背景下,提出一种各能源子系统独立优化的分布式最优调度方法。建立了电力网络潮流约束、天然气网络管网约束、电-气耦合约束下的IES集中式控制模型,并利用凸松弛技术和大M法对非凸约束进行了转化;基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)对集中式控制模型进行解耦,使其转化为电力网络和天然气网络独立优化的分布式协同控制模型,并给出了电-气IES分布式控制方法的实施流程;用算例系统对所提方法的可行性和有效性做了验证。展开更多
台风灾害给新能源占比不断提高的电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)安全稳定运行带来巨大挑战,针对目前IEGS灾中应急调度研究缺乏对台风迁移及风电波动的考虑,文章提出了一种综合考虑台风时空特性及严重风电...台风灾害给新能源占比不断提高的电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)安全稳定运行带来巨大挑战,针对目前IEGS灾中应急调度研究缺乏对台风迁移及风电波动的考虑,文章提出了一种综合考虑台风时空特性及严重风电波动的IEGS灾中应急调度方法。建立台风时空模型,量化风雨影响下电-气系统元件故障时变特性,并利用信息熵理论筛选典型故障场景;基于台风的时序迁移,建立IEGS双层灾中应急调度模型,上层电力系统侧为应急鲁棒调度模型,其主问题针对台风路径下高危线路进行应急调度,子问题优化下一时刻最严重风电波动下系统的最小失负荷量,下层天然气系统侧基于信息耦合交互为电力侧提供恢复支撑,优化灾害下气网的运行状态;采取自适应交替方向乘子法(adaptive-alternating direction method of multipliers,AT-ADMM)分布式算法进行模型求解。最后通过算例验证了所提方法的有效性。展开更多
近年来,复合材料层合板结构被广泛地应用于航空航天、军工、建筑工程等领域。但是,由于其几何尺寸的不准确性、材料参数的分散性、载荷环境的波动性等不确定性因素的影响,可能会对复合材料层合板结构的可靠性和安全性,以及系统的输出响...近年来,复合材料层合板结构被广泛地应用于航空航天、军工、建筑工程等领域。但是,由于其几何尺寸的不准确性、材料参数的分散性、载荷环境的波动性等不确定性因素的影响,可能会对复合材料层合板结构的可靠性和安全性,以及系统的输出响应产生重大影响。由于复合材料层合板的层间黏结不良、外部应力集中等因素,当复合材料层合板结构的能量释放速率达到层间断裂韧性时,就会发生分层。因此对复合材料层合板结构的分层可靠性进行分析具有重要的意义。目前,对于复合材料层合板结构的可靠性分析主要是采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM)、二阶可靠性方法(second order reliability method,SORM)和重要性抽样方法(importance sampling,IS)等传统可靠性分析方法,并将其和蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation,MCS)对比。但是,当复合材料结构不确定性维度高且复杂时,这些方法不仅计算效率太低,而且不能保证其计算精度。相比于传统的可靠性分析方法,可以利用基于自适应Kriging模型集成策略和主动学习函数结合蒙特卡罗模拟(adaptive Kriging-based Monte Carlo simulation,AK-MCS)的方法,对复合材料层合板结构进行可靠性分析。而直接概率积分方法(direct probability integral method,DPIM)具有更高的计算效率和精度,特别是对于高维度和复杂的可靠性分析问题。所以,本文采用AK-MCS方法和DPIM对模式Ⅰ、模式Ⅱ和混合Ⅰ/Ⅱ模式下的复合材料层合板结构分层的可靠度进行了研究。结果表明:DPIM和AK-MCS与传统可靠性分析方法相比具有更高的计算精度和计算效率,但是DPIM以其高效的计算效率脱颖而出,尽管其精度略低于AK-MCS,但在处理随机变量更多、非线性程度更高的混合Ⅰ/Ⅱ模式下的层合板结构分层的可靠性时展现出明显优势。综合考虑精度与时效性的平衡,DPIM能够准确地评估复合材料结构的可靠度,保障其在航天航空装备等领域的安全运行。展开更多
针对现有抗噪声调频干扰相位编码波形设计算法存在计算复杂度高、难以满足实时处理需求的问题,本文提出了一种基于频域坐标下降的高效优化算法。首先,将时域联合优化目标函数转换至频域,建立相位编码波形的频域优化模型。该转换不仅有...针对现有抗噪声调频干扰相位编码波形设计算法存在计算复杂度高、难以满足实时处理需求的问题,本文提出了一种基于频域坐标下降的高效优化算法。首先,将时域联合优化目标函数转换至频域,建立相位编码波形的频域优化模型。该转换不仅有效规避了时域优化过程中大规模矩阵运算带来的高计算代价,还使得优化问题结构更为简洁,便于后续的算法设计。随后,在交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)框架下引入频域坐标下降法(Frequency-domain Coordinate Descent Method,FCDM),形成了ADMMFCDM算法。该算法将复杂的高维优化问题分解为多个可独立并行处理的一维子问题,通过推导波形频域序列元素的闭式解,不仅大幅降低了单次迭代的计算量,还显著提升了全局优化效率。最后,本文引入快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)技术对ADMM-FCDM进行简化,得到了交替方向乘子法框架下结合快速傅里叶变换的频域坐标下降算法(Frequency-domain Coordinate Descent Method with Fast Fourier Transform under Alternating Direction Method of Multipliers Framework,ADMM-FFT-FCDM)。FFT的引入极大程度地降低了时域与频域之间变换所需的计算时间,进一步提升了算法的运算效率。仿真实验表明,较于现有算法,本文提出的ADMM-FFTFCDM算法在保证雷达抗干扰性能和探测性能的同时,运算速度获得显著提升。展开更多
综合能源微网(integrated energy microgrids,IEM)因其具有灵活的产销特性,为分布式可再生能源消纳提供了有效支撑,但因“灵活”导致其应对新能源随机性出力和多能负荷功率不确定性能力差,出现能源利用率低等问题。提出一种计及源荷不...综合能源微网(integrated energy microgrids,IEM)因其具有灵活的产销特性,为分布式可再生能源消纳提供了有效支撑,但因“灵活”导致其应对新能源随机性出力和多能负荷功率不确定性能力差,出现能源利用率低等问题。提出一种计及源荷不确定性的多IEM协同优化运行策略。建立含电热气多能耦合的综合能源微网模型,并引入虚拟储能(virtual energy storage,VES);采用鲁棒优化的方法处理源荷双侧不确定性对微网的影响;为探寻公平合理的能量交互机制,基于纳什谈判建立多IEM合作运行模型,并将谈判的原问题等效转化为2个子问题求解(一是求解多IEM系统运行效益最大化;二是求解多IEM间电能交互收益最大化)。为保护IEM的隐私,采用交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)对2个子问题进行分布式求解。算例结果表明,合作后IEM系统运行成本降低了10.7%,风光消纳率达到95%以上,同时提升了多IEM系统抗不确定性风险的能力。展开更多
基金National Natural Science Foundation of China(61973037)National 173 Program Project(2019-JCJQ-ZD-324)。
文摘Uniform linear array(ULA)radars are widely used in the collision-avoidance radar systems of small unmanned aerial vehicles(UAVs).In practice,a ULA's multi-target direction of arrival(DOA)estimation performance suffers from significant performance degradation owing to the limited number of physical elements.To improve the underdetermined DOA estimation performance of a ULA radar mounted on a small UAV platform,we propose a nonuniform linear motion sampling underdetermined DOA estimation method.Using the motion of the UAV platform,the echo signal is sampled at different positions.Then,according to the concept of difference co-array,a virtual ULA with multiple array elements and a large aperture is synthesized to increase the degrees of freedom(DOFs).Through position analysis of the original and motion arrays,we propose a nonuniform linear motion sampling method based on ULA for determining the optimal DOFs.Under the condition of no increase in the aperture of the physical array,the proposed method obtains a high DOF with fewer sampling runs and greatly improves the underdetermined DOA estimation performance of ULA.The results of numerical simulations conducted herein verify the superior performance of the proposed method.
文摘电-气综合能源系统(integrated energy system,IES)的发展有助于提高能源效率并支撑可持续能源转型。电力网络和天然气网络通常隶属于不同的运营主体,这制约了IES的能源利用效率和多能互济协同。在此背景下,提出一种各能源子系统独立优化的分布式最优调度方法。建立了电力网络潮流约束、天然气网络管网约束、电-气耦合约束下的IES集中式控制模型,并利用凸松弛技术和大M法对非凸约束进行了转化;基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)对集中式控制模型进行解耦,使其转化为电力网络和天然气网络独立优化的分布式协同控制模型,并给出了电-气IES分布式控制方法的实施流程;用算例系统对所提方法的可行性和有效性做了验证。
文摘台风灾害给新能源占比不断提高的电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)安全稳定运行带来巨大挑战,针对目前IEGS灾中应急调度研究缺乏对台风迁移及风电波动的考虑,文章提出了一种综合考虑台风时空特性及严重风电波动的IEGS灾中应急调度方法。建立台风时空模型,量化风雨影响下电-气系统元件故障时变特性,并利用信息熵理论筛选典型故障场景;基于台风的时序迁移,建立IEGS双层灾中应急调度模型,上层电力系统侧为应急鲁棒调度模型,其主问题针对台风路径下高危线路进行应急调度,子问题优化下一时刻最严重风电波动下系统的最小失负荷量,下层天然气系统侧基于信息耦合交互为电力侧提供恢复支撑,优化灾害下气网的运行状态;采取自适应交替方向乘子法(adaptive-alternating direction method of multipliers,AT-ADMM)分布式算法进行模型求解。最后通过算例验证了所提方法的有效性。
文摘近年来,复合材料层合板结构被广泛地应用于航空航天、军工、建筑工程等领域。但是,由于其几何尺寸的不准确性、材料参数的分散性、载荷环境的波动性等不确定性因素的影响,可能会对复合材料层合板结构的可靠性和安全性,以及系统的输出响应产生重大影响。由于复合材料层合板的层间黏结不良、外部应力集中等因素,当复合材料层合板结构的能量释放速率达到层间断裂韧性时,就会发生分层。因此对复合材料层合板结构的分层可靠性进行分析具有重要的意义。目前,对于复合材料层合板结构的可靠性分析主要是采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM)、二阶可靠性方法(second order reliability method,SORM)和重要性抽样方法(importance sampling,IS)等传统可靠性分析方法,并将其和蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation,MCS)对比。但是,当复合材料结构不确定性维度高且复杂时,这些方法不仅计算效率太低,而且不能保证其计算精度。相比于传统的可靠性分析方法,可以利用基于自适应Kriging模型集成策略和主动学习函数结合蒙特卡罗模拟(adaptive Kriging-based Monte Carlo simulation,AK-MCS)的方法,对复合材料层合板结构进行可靠性分析。而直接概率积分方法(direct probability integral method,DPIM)具有更高的计算效率和精度,特别是对于高维度和复杂的可靠性分析问题。所以,本文采用AK-MCS方法和DPIM对模式Ⅰ、模式Ⅱ和混合Ⅰ/Ⅱ模式下的复合材料层合板结构分层的可靠度进行了研究。结果表明:DPIM和AK-MCS与传统可靠性分析方法相比具有更高的计算精度和计算效率,但是DPIM以其高效的计算效率脱颖而出,尽管其精度略低于AK-MCS,但在处理随机变量更多、非线性程度更高的混合Ⅰ/Ⅱ模式下的层合板结构分层的可靠性时展现出明显优势。综合考虑精度与时效性的平衡,DPIM能够准确地评估复合材料结构的可靠度,保障其在航天航空装备等领域的安全运行。
文摘针对现有抗噪声调频干扰相位编码波形设计算法存在计算复杂度高、难以满足实时处理需求的问题,本文提出了一种基于频域坐标下降的高效优化算法。首先,将时域联合优化目标函数转换至频域,建立相位编码波形的频域优化模型。该转换不仅有效规避了时域优化过程中大规模矩阵运算带来的高计算代价,还使得优化问题结构更为简洁,便于后续的算法设计。随后,在交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)框架下引入频域坐标下降法(Frequency-domain Coordinate Descent Method,FCDM),形成了ADMMFCDM算法。该算法将复杂的高维优化问题分解为多个可独立并行处理的一维子问题,通过推导波形频域序列元素的闭式解,不仅大幅降低了单次迭代的计算量,还显著提升了全局优化效率。最后,本文引入快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)技术对ADMM-FCDM进行简化,得到了交替方向乘子法框架下结合快速傅里叶变换的频域坐标下降算法(Frequency-domain Coordinate Descent Method with Fast Fourier Transform under Alternating Direction Method of Multipliers Framework,ADMM-FFT-FCDM)。FFT的引入极大程度地降低了时域与频域之间变换所需的计算时间,进一步提升了算法的运算效率。仿真实验表明,较于现有算法,本文提出的ADMM-FFTFCDM算法在保证雷达抗干扰性能和探测性能的同时,运算速度获得显著提升。
文摘综合能源微网(integrated energy microgrids,IEM)因其具有灵活的产销特性,为分布式可再生能源消纳提供了有效支撑,但因“灵活”导致其应对新能源随机性出力和多能负荷功率不确定性能力差,出现能源利用率低等问题。提出一种计及源荷不确定性的多IEM协同优化运行策略。建立含电热气多能耦合的综合能源微网模型,并引入虚拟储能(virtual energy storage,VES);采用鲁棒优化的方法处理源荷双侧不确定性对微网的影响;为探寻公平合理的能量交互机制,基于纳什谈判建立多IEM合作运行模型,并将谈判的原问题等效转化为2个子问题求解(一是求解多IEM系统运行效益最大化;二是求解多IEM间电能交互收益最大化)。为保护IEM的隐私,采用交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)对2个子问题进行分布式求解。算例结果表明,合作后IEM系统运行成本降低了10.7%,风光消纳率达到95%以上,同时提升了多IEM系统抗不确定性风险的能力。
