Построение минимаксных ансамблей апериодических кодов Голда

Introduction. Signals constructed on the basis of ensembles of code sequences are widely used in digital communication systems. During development of such systems, the most attention is paid to analysis, synthesis and implementation of periodic signal ensembles. Theoretic methods for synthesis of periodic signal ensembles are developed and are in use. Considerably fewer results are received regarding construction of aperiodic signal ensembles with given properties. Theoretical methods for synthesis of such ensembles are practically nonexistent.Aim. To construct aperiodic Gold code ensembles with the best ratios of code length to ensemble volume among the most known binary codes.Materials and methods. Methods of directed search and discrete choice of the best ensemble based on unconditional preference criteria are used.Results. Full and truncated aperiodic Gold code ensembles with given length and ensemble volume were constructed. Parameters and shape of auto- and mutual correlation functions were shown for a number of constructed ensembles. Comparison of the paper results with known results for periodic Gold code ensembles has been conducted regarding growth of minimax correlation function values depending on code length and ensemble volume.Conclusion. The developed algorithms, unlike the known ones, make it possible to form both complete ensembles and ensembles taking into account the limitation of their volume. In addition, the algorithms can be extended to the tasks of forming ensembles from other families, for example, assembled from code sequences belonging to different families.Введение. В системах цифровой связи широко применяются сигналы, построенные на основе ансамблей кодовых последовательностей. При разработке этих систем наибольшее внимание уделяется анализу, синтезу и реализации ансамблей периодических сигналов. Разработаны и используются теоретические методики синтеза ансамблей периодических сигналов. Значительно меньше результатов получено в области построения ансамблей апериодических сигналов с заданными корреляционными свойствами. Теоретические методики синтеза таких ансамблей сигналов практически отсутствуют.Цель работы. Построение минимаксных ансамблей апериодических кодов Голда, которые обладают одним из лучших среди известных бинарных кодов соотношением длины кодов и объема ансамбля.Материалы и методы. Для построения минимаксного ансамбля используются направленный перебор и метод дискретного выбора лучшего ансамбля на основе безусловного критерия предпочтения.Результаты. В статье описан алгоритм формирования полных и неполных минимаксных ансамблей апериодических кодов Голда с заданными длиной и объемом ансамбля. Приведены параметры и вид авто- и взаимнокорреляционных функций для ряда полученных ансамблей. Выполнено сравнение результатов статьи с известными результатами для ансамблей периодических кодов Голда в части роста минимаксных значений корреляционных функций в зависимости от длины кодов и объема ансамблей.Заключение. Разработанные алгоритмы, в отличие от известных, позволяют конструировать как полные ансамбли, так и ансамбли, учитывающие ограничение их объема. Кроме того, данные алгоритмы могут быть распространены на задачи построения ансамблей из других семейств, например, собранных из кодовых последовательностей, принадлежащих различным семействам

Multibeam radar system based on waveform diversity for RF seeker applications

Existing radiofrequency (RF) seekers use mechanically steerable antennas. In order to improve the robustness and performance of the missile seeker, current research is investigating the replacement of mechanical 2D antennas with active electronically controlled 3D antenna arrays capable of steering much faster and more accurately than existing solutions. 3D antenna arrays provide increased radar coverage, as a result of the conformal shape and flexible beam steering in all directions. Therefore, additional degrees of freedom can be exploited to develop a multifunctional seeker, a very sophisticated sensor that can perform multiple simultaneous tasks and meet spectral allocation requirements. This thesis presents a novel radar configuration, named multibeam radar (MBR), to generate multiple beams in transmission by means of waveform diversity. MBR systems based on waveform diversity require a set of orthogonal waveforms in order to generate multiple channels in transmission and extract them efficiently at the receiver with digital signal processing. The advantage is that MBR transmit differently designed waveforms in arbitrary directions so that waveforms can be selected to provide multiple radar functions and better manage the available resources. An analytical model of an MBR is derived to analyse the relationship between individual channels and their performance in terms of isolation and phase steering effects. Combinations of linear frequency modulated (LFM) waveforms are investigated and the analytical expressions of the isolation between adjacent channels are presented for rectangular and Gaussian amplitude modulated LFM signals with different bandwidths, slopes and frequency offsets. The theoretical results have been tested experimentally to corroborate the isolation properties of the proposed waveforms. In addition, the practical feasibility of the MBR concept has been proved with a radar test bed with two orthogonal channels simultaneously detecting a moving target

Methodology of synthesis and signal processing of generalized binary Barker sequences for spread spectrum communications

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.02 – «Телекомунікаційні системи та мережі». – Національний авіаційний університет, Київ, 2019. У дисертаційній роботі вирішується актуальна науково-технічна проблема синтезу бінарних дискретно-кодованих послідовностей (ДКП), які є оптимальними за мінімаксним критерієм щодо їх автокореляційної функції (АКФ), у частині синтезу регулярних структур цих ДКП та їх комбінаторних систем в умовах обмежень на максимальний рівень абсолютних значень бічних пелюсток їх АКФ (ДКП Баркера). Вирішенням зазначеної проблеми у дисертації є новий синтезований тип ДКП – узагальнені бінарні послідовності Баркера (УБПБ), які характеризуються регулярними структурами, можуть бути синтезовані регулярними методами синтезу та утворюють нові мультиплікативно комплементарні структури бінарних ДКП. У роботі розроблено методологію синтезу та обробки УБПБ та їх мультиплікативно комплементарних структур, яка у своєму складі містить розроблену параметрично-критеріальну модифікацію EM-алгоритму з видаленням компонент гаусівської змішаної моделі для аналізу кореляційних зв’язків у системах ДКП та доведені теореми про його математичну сингулярність за певних умов такого статистичного аналізу для обґрунтування введених у модифікації алгоритму критеріїв, розроблені метод структуризації ДКП з апріорі невідомими внутрішніми структурами, регулярний метод синтезу УБПБ, метод синтезу та сумісної обробки мультиплікативно комплементарних структур УБПБ, метод декомпозиції структури вихідного сигналу системи обробки мультиплікативно комплементарних УБПБ, метод39 оцінювання енергетичних параметрів ортогональних сигнально-кодових конструкцій та завад при передаванні УБПБ. У дослідженні також обґрунтовано класифікацію УБПБ, виявлено та досліджено системні властивості регулярних структур УБПБ та їх АКФ, синтезовано повну систему математичних моделей для аналітичного опису АКФ УБПБ, розроблено аналітичні моделі оцінювання показників якості передавання повідомлень у телекомунікаційних системах при використанні УБПБ.Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.12.02 – «Телекоммуникационные системы и сети». – Национальный авиационный университет, Киев, 2019. Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической проблемы синтеза бинарных дискретно-кодированных последовательностей (ДКП), оптимальных по минимаксному критерию в отношении их автокорреляционной функции (АКФ), в части синтеза регулярных структур этих ДКП и их комбинаторных систем в условиях ограничений на максимальный уровень абсолютных значений боковых лепестков их АКФ (ДКП Баркера). Решением указанной проблемы в диссертации является новый синтезированный тип ДКП – обобщённые бинарные последовательности Баркера (ОБПБ), которые характеризуются регулярными структурами, могут быть синтезированы регулярными методами синтеза и образовывают новые мультипликативно комплементарные структуры бинарных ДКП. В работе разработана методология синтеза и обработки ОБПБ и их мультипликативно комплементарных структур, которая в своём составе содержит разработанную параметрически-критериальную модификацию EM-алгоритма с удалением компонент гауссовской смешанной модели для анализа корреляционных связей в системах ДКП и доказанные теоремы о его математической сингулярности в определённых условиях такого статистического анализа для обоснования введённых в модификации алгоритма критериев, разработанные метод структуризации ДКП с априори неизвестными внутренними структурами, регулярный метод синтеза ОБПБ, метод синтезу и совместной обработки мультипликативно комплементарных структур ОБПБ, метод декомпозиции структуры сигнала на выходе системы обработки мультипликативно комплементарных ОБПБ, метод оценивания энергетических параметров ортогональных сигнально-кодовых конструкций и помех при передаче ОБПБ. В исследовании также обоснована классификация ОБПБ, выявлены и исследованы системные свойства регулярных структур ОБПБ и их АКФ, синтезирована полная система математических моделей для аналитического описания АКФ ОБПБ, разработаны аналитические модели оценивания показателей качества передачи сообщений в телекоммуникационных системах при использовании ОБПБ.Thesis for a degree of Doctor of Technical Science in specialty 05.12.02 – «Telecommunication Systems and Networks». – National Aviation University. – Kyiv, 2019. The thesis is devoted to solving the actual scientific and engineering problem dealing with a synthesis of binary sequences, which are optimal by the minimax criterion with respect to their autocorrelation function, in terms of a synthesis of regular structures of these binary sequences and their combinatorial systems under additional restrictions on the peak sidelobe level of their autocorrelation function (Barker sequences). The solution of the problem, proposed in the thesis, boils down to a new synthesized kind of binary sequences – generalized binary Barker sequences, which are characterized by regular structures, can be synthesized by means of regular synthesis method and form new multiplicative complementary structures of binary sequences. The methodology of synthesis and signal processing of generalized binary Barker sequences and their multiplicative complementary structures, developed in the thesis, consists of: (a) the modification (parametric and criteria features) of the expectationmaximization (EM) algorithm with removing components of the Gaussian mixture model and additional clustering criteria for a statistical analysis of cross-correlations between sequences in a system for their further structuring, based on proved theorems on mathematical singularities in the log-likelihood function in the mentioned statistical analysis of cross-correlations; (b) the method of structuring binary sequences with a priori unknown structures, which provides selecting groups of binary sequences with interconnected structures and further detecting these interconnected structures in an explicit form; (c) the regular method for synthesis of generalized binary Barker sequences, based on the deterministic generation rules for these sequences; (d) the method for synthesis and joint signal processing of multiplicative complementary structures of generalized binary Barker sequences, based on the multiplication of results of matched filtering of signal components; (e) the method of a structural decomposition of output signal in signal processing system for multiplicative complementary generalized binary Barker sequences (an output signal can be represented by some number of separately taken partial lobes, each of which is characterized by constant mean value and variance of signal), which allows to perform a statistical analysis of output signal for noise immunity analysis, detection and other purposes in telecommunication system; (f) the method of estimation of energetic parameters of orthogonal signal-code constructions and noise on the physical layer of telecommunication system in case of use of generalized binary Barker sequences. The classification by types and subtypes of generalized binary Barker sequences, based on statistical clustering using the EM and k-means algorithms, is also justified in the research. The properties of regular structures of generalized binary Barker sequences and properties of their autocorrelation functions are detected and studied. A complete system of mathematical models for analytical description of the autocorrelation function of generalized binary Barker sequences is synthesized. The analytical models for estimation of quality characteristics on the physical layer of telecommunication system in case of use of generalized binary Barker sequences are developed. Spectral and detection features of generalized binary Barker sequences and their comparison with Golay complementary sequences are also studied in the research. In contrast with Golay complementary sequences, generalized binary Barker sequences provide larger values of the processing gain in sidelobes (by 4.1 dB for a considered case), which provides less noise in sidelobes and a lower number of errors of the first genus in the case of the use of generalized binary Barker sequences. At the same time, the main disadvantage of generalized binary Barker sequences in comparison with Golay complementary sequences is that the processing gain in the main central lobe is lower (by 8.9 dB for a considered case), which causes more noise in the main lobe and a greater number of errors of the second genus in the case of the use of generalized binary Barker sequences. With this, the compared systems of sequences are characterized by almost the same total bandwidth, and the fact that generalized binary Barker sequences also provide a lower pulse width in the main lobe after signal processing (by 1.5 times), which provides a greater maximum data transfer rate and spectral efficiency on the physical layer of spread-spectrum telecommunication system (up to 1.5 times). The research results were implemented in the production and research activities of the UkSATSE Flight Calibration & Rescue Service (Ukrainian State Air Traffic Services Enterprise «UkSATSE») and educational processes at the Faculty of Air Navigation, Electronics and Telecommunications (National Aviation University, Kyiv)

進化的アルゴリズムにおける集団構造の研究

富山大学・富理工博甲第171号・王藝叡・2020/3/24富山大学202

3D packing of balls in different containers by VNS

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel UniversityIn real world applications such as the transporting of goods products, packing is a major issue. Goods products need to be packed such that the smallest space is wasted to achieve the maximum transportation efficiency. Packing becomes more challenging and complex when the product is circular/spherical. This thesis focuses on the best way to pack three-dimensional unit spheres into the smallest spherical and cubical space. Unit spheres are considered in lieu of non-identical spheres because the search mechanisms are more difficult in the latter set up and any improvements will be due to the search mechanism not to the ordering of the spheres. The two-unit sphere packing problems are solved by approximately using a variable neighborhood search (VNS) hybrid heuristic. A general search framework belonging to the Artificial Intelligence domain, the VNS offers a diversification of the search space by changing neighborhood structures and intensification by thoroughly investigating each neighborhood. It is exible, easy to implement, adaptable to both continuous and discrete optimization problems and has been use to solve a variety of problems including large-sized real-life problems. Its runtime is usually lower than other meta heuristic techniques. A tutorial on the VNS and its variants along with recent applications and areas of applicability of each variant. Subsequently, this thesis considers several variations of VNS heuristics for the two problems at hand, discusses their individual efficiencies and effectiveness, their convergence rates and studies their robustness. It highlights the importance of the hybridization which yields near global optima with high precision and accuracy, improving many best- known solutions indicate matching some, and improving the precision and accuracy of others. Keywords: variable neighborhood search, sphere packing, three-dimensional packing, meta heuristic, hybrid heuristics, multiple start heuristics

Personality Identification from Social Media Using Deep Learning: A Review

Social media helps in sharing of ideas and information among people scattered around the world and thus helps in creating communities, groups, and virtual networks. Identification of personality is significant in many types of applications such as in detecting the mental state or character of a person, predicting job satisfaction, professional and personal relationship success, in recommendation systems. Personality is also an important factor to determine individual variation in thoughts, feelings, and conduct systems. According to the survey of Global social media research in 2018, approximately 3.196 billion social media users are in worldwide. The numbers are estimated to grow rapidly further with the use of mobile smart devices and advancement in technology. Support vector machine (SVM), Naive Bayes (NB), Multilayer perceptron neural network, and convolutional neural network (CNN) are some of the machine learning techniques used for personality identification in the literature review. This paper presents various studies conducted in identifying the personality of social media users with the help of machine learning approaches and the recent studies that targeted to predict the personality of online social media (OSM) users are reviewed