基于张量分解的光子学微波信号频域空域联合压缩感知研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901397
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0121.微波光子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The multidimensional parameter sensing of microwave signals is the basic function and key technology in the field of electronics. The sensing via photonic techniques has significant advantages, such as large instantaneous bandwidth, low frequency independent loss, and strong electromagnetic interference immunity. Under this background, photonics-assisted compressed sensing in joint frequency-spatial domain for microwave signals wide spread in frequency and space via tensor decomposition is explored. The key parameters, frequency and direction-of-arrival, are jointly estimated, by exploiting the sparsity and multilinearity within the signals. Firstly, microwave photonic antenna array is constructed with spatial sparsity and multilinearity, based on which joint spatial time compressed sampling is realized under the Tucker decomposition of a tensor. Secondly, the multidimensional compressed sensing recovery algorithm based on the low rank characteristic is designed to reconstruct the full signal tensor. The key parameters, frequency and direction of arrival, are then jointly estimated from the PARAFAC decomposition of the full signal tensor. Finally, the resolution, receiving gain, and stability of the implementation are optimized and improved by jointly debugging both the software and hardware. The benefit from the introduction of tensor decomposition is twofold: first, the receiving channels are compressed, so the sampling and transferring data is significantly reduced; second, the model identifiability is boosted, as a result, the multidimensional parameters of each signal are estimated more accurately and automatically paired. These research work and results have both positive theoretical significance for the detection and analysis of broadband microwave signals, and important application value in the rail transit and the civil-military inosculation fields.
微波信号多维感知是电子信息领域的基础功能和关键技术,并且以光子技术实施感知具有瞬时带宽大、频率相关性损耗小、抗电磁干扰强等显著优势。在此背景下,围绕微波频率和到达角这两维核心参数的联合感知需求,本项目针对微波信号蕴含的稀疏性和多线性,探索基于张量分解的“频域宽开”和“空域宽开”光子学联合压缩感知机制及解决方案。首先,从空域稀疏布阵和多线性出发构建微波光子天线阵列,在张量Tucker分解机制下实现空时压缩采样。进而,设计基于张量低秩特性的多维压缩恢复算法,重建原始张量信号,再融合张量PARAFAC分解联合估计频率和到达角。最后,结合软硬件联合调试,优化并提高实施方案的分辨率、接收增益和稳定性。张量分解的引入显著压缩接收通道、降低采集和传输数据量,同时增强模型辨识性,并自动配对多维参数。这些研究工作及成果对检测、分析宽频微波信号具有重要理论意义,并在轨道交通、军民融合领域具有重要应用价值。

结项摘要

微波信号多维感知是电子信息领域的基础功能和关键技术,在移动通信系统技术和卫星通信技术有重要应用,并且以光子技术实施感知具有瞬时带宽大、频率相关性损耗小、抗电磁干扰强等显著优势。在此背景下,围绕微波频率和到达角这两维核心参数的联合感知需求,本项目针对微波信号蕴含的稀疏性和多线性,探索基于张量建模和分解的“频域宽开”和“空域宽开”光子学联合压缩感知机制及解决方案。首先,从空域稀疏布阵和多线性出发构建微波光子天线阵列,在张量Tucker分解机制下实现空时压缩采样。2020年度开展了基于张量分解的光子学微波信号频域空域联合压缩感知研究平台搭建,构建微波光子信号空频两维压缩感知传输链路测试平台;同时开展了一维稀疏布阵天线阵列的布置研究。随后,设计基于张量低秩特性的多维压缩恢复算法,重建原始张量信号,再融合张量PARAFAC分解联合估计频率和到达角。2021年度在平台基础上开展了多通道空频联合压缩感知平台信号处理研究工作,系统联试、通道校准、和基带处理开发框架构建;进一步完善了稀疏天线阵列布置几何特征辅助相位处理的统一理论;针对光子学辅助的阵列信号处理,提出光相控阵Blass矩阵的低耗散功率综合方法,与现有方法相比,耗散功率降低了99.63%。最后,结合软硬件联合调试,优化并提高实施方案的分辨率、接收增益和稳定性。张量分解的引入显著压缩接收通道、降低采集和传输数据量,同时增强模型辨识性,并自动配对多维参数。2022年度,设计并验证了光子学微波信号频域空域联合压缩感知系统框架,对三个5GHz范围内不同空间来向的信号进行分辨,并实现参数自动配对。这些研究工作及成果对检测、分析宽频微波信号具有重要理论意义,随着高性能光子器件及其阵列的成熟,项目成果未来在轨道交通、军民融合领域的移动通信系统技术和卫星通信技术中具有重要应用价值。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(3)
Multi-Antenna GNSS-Over-Fiber Architecture for Extensive Remote Multi-Baseline Network
适用于广泛远程多基线网络的多天线 GNSS-光纤架构
  • DOI:
    10.1109/jphot.2020.2986358
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    IEEE Photonics Journal
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Liu Puyu;Li Yang;Zou Xihua;Ye Jia;Pan Wei;Yan Lianshan
  • 通讯作者:
    Yan Lianshan
Four-Element Array for GNSS Attitude Determination Using IRLS: An Improved Rounding of Long-Short Baseline Approach
使用 IRLS 进行 GNSS 姿态确定的四元阵列:改进的长短基线方法舍入
  • DOI:
    10.1109/tvt.2020.2978862
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Li, Yang;Zou, Xihua;Yan, Lianshan
  • 通讯作者:
    Yan, Lianshan
AGAR: Array-Geometry-Aided Ambiguity Resolution for Baseline Growing With Global Navigation Satellite Systems
AGAR:全球导航卫星系统基线增长的阵列几何辅助模糊度解决
  • DOI:
    10.1109/taes.2021.3135366
  • 发表时间:
    2022-08-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Li,Yang;Zou,Xihua;Kang,Ronglei
  • 通讯作者:
    Kang,Ronglei

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其他文献

情志病病机演变规律刍议
  • DOI:
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    2019
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    高维;韩胜斌;朱晓晨;李阳;郭晓;赵钟辉;卢天戈;郭蓉娟
  • 通讯作者:
    郭蓉娟
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    10.3760/cma.j.issn.1674-635x.2016.03.013
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 作者:
    李阳;陈丽萌
  • 通讯作者:
    陈丽萌
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    于滨铜
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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    赵磊
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    10.3969/j.issn.1001-1986.2020.05.008
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    2020
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    曹运兴

其他文献

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基于光载卫星导航信号的分布式网络时空耦合增强同步方法研究
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  • 项目类别:
    面上项目
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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