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2010年  第39卷  第5期

复杂性科学
无标度网络:基础理论和应用研究
史定华
2010, 39(5): 644-650. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.001
摘要:
基于在《科学》专辑“复杂系统和网络”上Barabási对无标度网络的总结文章,讨论了BA模型、层次网络、网络动力学、度相关性及网络马氏链等问题;在马氏链框架下,对一类增长网络提供了一种简单的迭代方法代替模拟去计算网络度分布,并据此推导出某些一般准则,以直接判断一套网络生成机制能否保证稳态度分布存在,及稳态度分布是否无标度。这些结果说明:对于复杂网络今后发展,加强基础理论和应用研究的极端重要性。
复杂网络链路预测
吕琳媛
2010, 39(5): 651-661. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.002
摘要:
网络中的链路预测是指如何通过已知的网络结构等信息预测网络中尚未产生连边的两个节点之间产生连接的可能性。预测那些已经存在但尚未被发现的连接实际上是一种数据挖掘的过程,而对于未来可能产生的连边的预测则与网络的演化相关。传统的方法是基于马尔科夫链或者机器学习的,往往考虑节点的属性特征。该类方法虽然能够得到较高的预测精度,但是由于计算的复杂度以及非普适性的参数使其应用范围受到限制。另一类方法是基于网络结构的最大似然估计,该类方法也有计算复杂度高的问题。相比上述两种方法,基于网络结构相似性的方法更加简单。通过在多个实际网络中的实验发现,基于相似性的方法能够得到很好的预测效果,并且网络的拓扑结构性质能够帮助选择合适的相似性指标。该文综述并比较了若干有代表性的链路预测方法,展望了若干重要的开放性问题。
通信与信息工程
频率选择性衰落信道中的RAKE合并接收方案
王杰令, 刘祖军, 杨宏, 易克初
2010, 39(5): 662-665. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.003
摘要:
针对非扩频系统很难实现多径分集接收的问题,通过判决反馈IIR(DF-IIR)均衡器得到对发送数据的估计,并根据该初始估计重构所有多径信号,再将接收信号中的主径和各多径分量区分开,最后将各分量按照最大比的方式合并以及解调判决,从而实现RAKE合并接收。DF-IIR均衡器可以完全消除噪声累积的现象,然而判决反馈同时会产生误差传播的问题,多径合并可以显著提高信噪比,从而抑制误差传播问题。仿真结果表明新算法可以取得明显的效果。
极化空时联合处理应用于相控阵雷达分析
饶妮妮, 贾海洋, 程宇峰, 邱朝阳
2010, 39(5): 666-669,675. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.004
摘要:
通过理论分析和仿真实验,分析了非高斯杂波环境下相控阵雷达采用极化空时联合广义似然比检测(PST-GLR)算法和局域化的极化空时联合广义似然比检测(PSTL-GLR)算法的目标探测能力。结果表明,PST-GLR算法具有较强的抗非高斯杂波的能力,但它在目标探测过程中需要大量的回波数据估计杂波和噪声的协方差矩阵。尽管PSTL-GLR算法在目标探测过程中所需的回波数据量较小,但其探测能力在非高斯杂波环境下却严重下降,失去了有效性。
复数域格缩减的MIMO检测算法研究
孙艳华, 王浩, 张延华
2010, 39(5): 670-675. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.005
摘要:
多入多出(MIMO)系统可以获得比单发单收系统更高的容量,对于MIMO系统,最大似然检测是最优接收,但其指数复杂度难以在实际中应用。针对该问题,结合格缩减理论提出了基于Householder变换的复数域格缩减算法,将该算法和MIMO次优检测算法相结合,给出了量化判决方法,且该复数域格缩减算法复杂度小于实数域格缩减算法。仿真结果表明,基于Householder变换复数域格缩减的MIMO次优检测算法,通过优化信道矩阵可以得到更好的判决域,取得了逼近最优最大似然检测算法的性能。
满速率满分集优化的单频网发射信号
沈莹, 唐友喜
2010, 39(5): 676-679,705. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.006
摘要:
针对分布式发射天线单频网,设计了3种发射信号及针对第一种发射信号的优化方案。首先通过误对概率分析,推导出满速率单频网能获得的分集度,设计了一种能达到该分集度的发射信号和具有满分集度的2种发射信号。然后针对第一种发射信号,提出了基于异步时延的子载波交织分组的信号优化方法,在接收机位置与性能之间建立了一种折中关系。仿真结果表明,设计的满分集发射信号能获得8 dB左右增益,优化后的发射信号能获得5~9 dB增益。
共享内存系统中高效并行FDTD计算方案
赖生建, 王秉中, 黄廷祝
2010, 39(5): 680-683. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.007
摘要:
针对电大问题的FDTD仿真,在共享内存系统中提出一种不交换数据的并行FDTD计算方案。该方案利用共享内存系统的通用多核处理器架构,直接读取并行场域边界面的数据实现并行计算,采用自主开发的多线程技术实现FDTD的并行计算。通过数值仿真测试,提出了最大并行计算效率的区域划分方式,并验证了所提出的方案是一种理想的基于共享内存系统的并行FDTD计算方案。
利用匹配滤波改进MIMO预编码方案
牛兰奇, 张太镒, 孙建成
2010, 39(5): 684-687. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.008
摘要:
针对多用户多输入多输出(MIMO)系统下行链路的共信道干扰(CCI)问题,提出了一种可以实现发射机和接收机联合设计的预编码方案。该方案假定接收机为匹配滤波器,避免了最小均方误差(MMSE)准则下发射机和接收机联合设计中的迭代操作,同时将迫零处理引入MMSE方法,完全消除了CCI。为进一步简化联合设计问题,对等效信道矩阵进行奇异值分解,将向量优化问题转化为标量优化问题。仿真结果表明,与其他非迭代的预编码方案相比,该联合设计的预编码方案可以获得更好的平均误比特率性能和总容量性能。
MIMO雷达中的DFCW设计及性能分析
刘波, 何子述, 王海江
2010, 39(5): 688-691. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.009
摘要:
发射信号的正交性好坏是多输入多输出(MIMO)雷达实现的关键,正交离散频率编码波形(DFCW)是MIMO雷达可以利用的正交信号。该文首先分析了DFCW的互模糊函数,在此基础上,对自相关峰值旁瓣及互相关峰值旁瓣电平进行了分析,提出了采用遗传算法对其进行优化,得到了具有更低互相关峰的DFCW。然后将优化得到的DFCW应用于MIMO雷达系统进行仿真分析。通过对信号互相关仿真及对目标回波信号匹配滤波仿真对理论分析进行了验证,证明了理论分析的正确。
针对影像处理的快速二维离散余弦转换算法
连俊宏, 赖友仁, 张文清
2010, 39(5): 692-695,705. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.010
摘要:
由于离散余弦转换在影像处理领域之重要性与日俱增,且消耗许多处理器运算时间,所以众多快速二维离散余弦转换算法不断被发表。该文提出一个应用于JPEG及MPEG图像处理的快速二维8×8离散余弦转换算法,该算法主要运用基本的累加及移位运算,快速评估8×8影像区块的复杂程度,可调整离散余弦转换参数的计算数量。该算法只需花费少量硬件成本,如比较器、加法器、移位器,便可有效降低离散余弦转换运算时间,且在模拟结果显示所提出的算法与传统及整数离散余弦转换相比,可达到较快的运算速度,且在量化系数较大的情况下,可得到更好效果。
非理想信道估计垂直分层空时码差错性能分析
刘海涛, 杜超, 李冬霞
2010, 39(5): 696-700. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.011
摘要:
推导出了高斯信道估计下,垂直分层空时码系统最大似然接收机成对差错概率的精确及高信噪比近似计算公式;并以高信噪比近似计算公式为基础,研究了信道估计误差对垂直分层空时码最大似然接收机分集增益及信噪比的影响。理论分析表明:当信道估计的方差等于信噪比倒数时,信道估计误差不改变垂直分层空时码最大似然接收机所获得的分集增益,而信道估计误差造成信噪比损失为3 dB。计算机蒙特卡洛仿真试验验证了理论分析的正确性。
SPWM逆变电源输出谐波分析及抑制方法研究
徐顺刚, 许建平, 曹太强
2010, 39(5): 701-705. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.012
摘要:
在SPWM逆变电源输出电压中含有丰富的高频谐波成分,高频谐波在用电设备中引起严重的电磁干扰问题,降低了系统运行的可靠性。通过对SPWM逆变电源的输出谐波分析,提出了一种采用随机调制进行谐波抑制的方法。该方法能使逆变电源的输出电压频谱连续分布而不影响基波分量,使逆变电源的输出谐波能量分布更加均匀,从而降低输出谐波的峰值幅度,减小设备所产生的电磁干扰。通过Simulink软件仿真和实验测试,表明采用随机调制后SPWM逆变电源输出谐波峰值幅度降低了约10 dB。
机载前视SAR三维成像原理及分辨率分析
任笑真, 杨汝良
2010, 39(5): 706-710,724. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.013
摘要:
提出一种新型的采用天线阵模式的机载前视合成孔径雷达(SAR)系统,分析了其三维成像原理。根据前视SAR的成像几何模型和回波信号特点给出了实现前视SAR三维成像的处理流程,详细推导了前视SAR的三维分辨率。模拟了X波段前视SAR点目标回波并进行了三维成像实验。仿真结果表明前视SAR系统能够实现三维成像,验证了本文算法的有效性。
基于FastICA的高光谱图像压缩技术
辛勤, 粘永健, 万建伟, 何密
2010, 39(5): 711-715,730. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.014
摘要:
提出了一种基于快速独立分量分析(FastICA)的高光谱图像压缩算法。首先引入虚拟维数算法估计图像中的目标端元个数,进而提取出感兴趣的目标端元矢量,并初始化快速独立分量分析的混合矩阵;利用最小噪声分量变换对原始数据进行降维,从降维后的主分量中提取独立分量;对独立分量进行恒虚警率检测与形态学滤波,实现目标分割。对高光谱图像进行谱间Karhunen-Loeve变换,利用比例位移法对感兴趣目标的小波系数进行提升,最后对各主分量进行最优码率的SPIHT压缩。实验结果表明,该方法在获得较高压缩性能的同时能够有效地保留感兴趣的目标。
基于多通道IQRD-RLS算法的功率放大器行为模型
李明玉, 何松柏
2010, 39(5): 716-719,730. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.015
摘要:
使用通用记忆多项式模型来精确地建立射频功率放大器的非线性动态行为模型,模型系数使用多通道IQRD-RLS算法进行提取。IQRD-RLS算法可以直接求解时间递归最小二乘权值向量,避免了在以前直接QR分解方法中所必须的后向迭代过程。且该算法使用Givens旋转操作更新递归的模型系数,比较适合使用脉动阵列实时实现快速的收敛性和良好的数值性能。用ADS仿真数据进行验证,结果表明本模型能够满意地描述宽带射频功率放大器的非线性动态特性。
车载集群通信系统“自顶向下”电磁兼容设计
刘莹, 谢拥军, 张勇
2010, 39(5): 720-724. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.016
摘要:
介绍了基于电子设计自动化(EDA)仿真的“自顶向下”的电子系统电磁兼容(EMC)设计流程,并将其应用于车载集群通信系统电磁兼容设计中。以某4辆装甲车构成的实际车载集群为例,针对其中的天线互扰、机箱泄漏和印刷电路板(PCB)辐射等各种电磁兼容问题,建立从系统级、设备级到PCB板级的分析流程,给出了相应的EDA分析和设计方法。工程实例表明,“自顶而下”的EMC设计能够有效地预测系统电磁干扰,提高系统电磁兼容水平。
复杂环境影响下雷达探测范围三维可视化
邱航, 陈雷霆, 蔡洪斌
2010, 39(5): 731-736. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.018
摘要:
提出了一种复杂环境影响下的雷达探测范围三维可视化方法。该方法以雷达方程为基础,主要考虑地形和电磁干扰影响下的雷达探测范围三维可视化。首先利用均匀采样法建立自由空间中的雷达探测范围模型,然后在获取数字地形高程的前提下,基于光的直线传播原理提出一种雷达探测范围受地形影响的算法,并实现了地形影响下的雷达探测范围三维可视化;以干扰方程为基础,实现了多干扰源情况下雷达探测范围三维可视化。利用基于视点的雷达模型简化方法,有效地提高了绘制速度。实验结果表明,该方法不仅效率高,而且能真实直观地展现雷达探测范围。
基于随机共振的微弱高频CW信号检测技术研究
李国军, 曾孝平, 周晓娜, 李林, 曾理
2010, 39(5): 737-741. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.019
摘要:
针对强噪声背景下基于时频分析的高频CW信号检测算法性能严重下降,提出一种基于非线性双稳随机共振的微弱CW信号检测方法。该方法将CW信号调制到低频端,借助随机共振模型进行滤波,再进行WVD变换与Hough变换,从而将CW信号的检测问题转换为参数空间 (ρ,θ)的峰值检测问题。实验结果表明,该方法能够在强噪声背景下有效提取CW信号,可用于指导高频CW电报自动接收设备的研制。
机械电子工程
精密谐波传动系统的动态模型研究
李刚俊, 陈松明
2010, 39(5): 742-746,773. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.020
摘要:
提出了精密控制系统中谐波齿轮传动的新的数学模型,该模型综合研究了摩擦和传动挠性的影响。模型用函数描绘了谐波传动的特性,分析了谐波传动中电机一侧和载荷一侧的摩擦力,将复杂的非线性摩擦力表述为位置和速度的函数,摩擦力中的平均摩擦用二次函数表示,周期性变化的部分用傅里叶级数描述,试验数据和仿真结果的一致性证明了该模型的有效性。
汽车业售后服务能力模型的建立及服务能力分析
廖伟智, 孙林夫, 杜平安
2010, 39(5): 747-751. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.021
摘要:
为更有效地分析汽车售后服务站的售后服务能力,提高其服务质量和水平以提升顾客满意度,研究了售后服务能力的构成要素;以4S店回访数据为依据,基于结构方程模型与最大似然等方法构建了售后服务能力模型,并经多次迭代计算和修改,建立了优化的售后服务能力定量模型;分析了服务能力要素之间及不同服务能力对顾客满意度的定量影响关系;在此基础上提出决策建议,为企业精确改进服务、提高客户满意度提供了辅助决策支持。经部分服务站采用验证,效果明显。
计算机工程与应用
MPSoC软硬件划分的自动波竞争神经网络算法
常政威, 谢晓娜, 桑楠, 熊光泽
2010, 39(5): 752-756. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.022
摘要:
针对基于可重用组件的MPSoC软硬件划分问题,提出了一种采用自动波竞争神经网络的优化算法。先将软硬件划分问题转化为图论中的多约束最短路径问题,然后重新设计神经网络中的自动波机制,从组件库中为系统中的每个任务模块选择合适的软件构件或IP核,在系统成本和实时性约束下,使得MPSoC功耗最优。该算法具有并行化、无参数、易于硬件实现的特点,可获得MPSoC软硬件划分问题的最优解。
关于Top-N最频繁项集挖掘的研究
朱颢东, 李红婵
2010, 39(5): 757-761,773. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.023
摘要:
最频繁项集挖掘决定了文本关联规则挖掘算法的性能,是文本关联规则挖掘中研究的重点和难点。该文分析了当前最频繁项集挖掘方面的不足,改进了传统的倒排表,结合最小支持度阈值动态调整策略,提出了一个新的基于改进的倒排表和集合理论的Top-N最频繁项集挖掘算法。同样,给出了几个命题和推论,并把它们用于该文算法以提高性能,实验结果表明,所提算法的规则有效率和时间性能优于NApriori算法和IntvMatrix算法。
单向收缩QR算法在奇异值分解中的收敛特性
赵学智, 叶邦彦
2010, 39(5): 762-768. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.024
摘要:
针对大型矩阵奇异值分解的数值计算问题,总结了单向收缩QR算法的特点,通过实例证明了该算法在处理由某些小幅度信号构造的大型矩阵的奇异值分解时存在不收敛的情况。从理论上分析了QR迭代过程中Givens变换矩阵的变化特点,发现算法出现不收敛现象的根本原因在于大型矩阵首行对角带元素的衰减,最终会使QR迭代时的第一个Givens右矩阵变为单位阵,从而导致后面所有Givens矩阵全部成为单位阵,引起QR算法失效。在此基础上进一步研究了首行元素的衰减对QR算法收敛速度的影响。对理论分析用实际数据进行了验证,从本质上探明了该QR算法的收敛特性。
抗SPA攻击的快速LSB均衡隐藏算法
韩杰思, 沈建京, 彭韶峰
2010, 39(5): 769-773. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.025
摘要:
提出了一种新的LSB隐藏方法,根据待嵌载体图像像素值的奇偶性和嵌入信息的内容,选择像素值加1或加2的嵌入方式,使得SPA(sample pair analysis)攻击的假设条件在嵌入前后保持平衡,致使SPA攻击失效。在使用该方法嵌入率达到100%时,SPA攻击的估计值仍然小于判决门限。实验不仅验证了新方法抵抗SPA攻击的能力,也验证了新方法可以抵抗RS等检测。新方法嵌入方式简单,且无需在嵌入后再做附加处理,便于实现。
色噪声作用下耦合神经元网络的相干共振
刘志宏, 周玉荣, 张安英, 庞小峰
2010, 39(5): 774-777,792. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.026
摘要:
研究了色噪声作用下耦合(FHN)神经元模型的相干共振现象。运用改进的四阶随机龙格-库塔法,计算了神经元膜电压分布和神经元点火峰峰间隔的变差系数。结果表明,神经元点火峰峰间隔的变差系数是色噪声强度、色噪声相关率和耦合神经元个数的非单调函数;存在最优的色噪声强度、色噪声相关率和耦合神经元个数,使得神经元点火峰峰间隔的变差系数出现极小值(即为相干共振)。讨论了色噪声强度、色噪声相关率和耦合神经元个数对系统相干性的影响。
漏洞严重性的灰色层次分析评估模型
杨宏宇, 谢丽霞, 朱丹
2010, 39(5): 778-782,799. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.027
摘要:
针对系统漏洞的严重性评估问题,提出基于灰色评估方法和层次分析法的量化评估模型。首先根据漏洞严重性的影响因素,建立漏洞严重性评估指标体系。通过层次分析法建立递阶层次模型并计算漏洞各因素的权重,采用基于中心点三角白化权函数的灰色评估方法对漏洞各层次指标进行评估和分析,得到漏洞的综合评估结果即漏洞严重性的等级和综合量化值。实验结果表明该模型能有效、准确地评估系统漏洞的严重性。
程度与精度的逻辑差粗糙集模型
张贤勇, 熊方, 莫智文, 程伟
2010, 39(5): 783-787. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.028
摘要:
基于程度与精度的逻辑差需求,提出了程度与精度的逻辑差粗糙集模型,并定义了粗糙集区域概念。通过变精度近似与程度近似的转化公式,得到了粗糙集区域的基本结构,提出了计算粗糙集区域的常规算法和结构算法,进行了算法分析与比较,探索并得到了模型在决策表中的应用方向。通过该模型拓展了程度粗糙集模型和经典粗糙集模型。
自动化技术
电成像测井仪器中ADC-BIST测试方法研究及实现
赵建武, 师奕兵, 王志刚
2010, 39(5): 788-792. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.029
摘要:
模拟/数字转换器(ADC)是构成混合信号电路系统的基本器件。针对ADC测试中存在的问题,该文提出了一种新颖的使用斜坡信号作为测试激励的ADC内建自测试输出分析方法,相对于直方图分析方法,具有更短的测试时间,并且硬件资源开销较小。该方法除了可以测试ADC的差分非线性和积分非线性等静态参数,还可检测ADC的漏码特性。该文给出了两种完整的ADC内建自测试实现结构,可用于不同配置的混合信号电路系统。实验结果证明了所提出方法的有效性。
基于三重冗余的ETS控制系统设计及可靠性评估
邹见效, 徐红兵, 张正迁
2010, 39(5): 793-799. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2010.05.030
摘要:
针对汽轮机安全保护系统的高可靠度和高安全度要求,提出了基于三重化冗余容错技术的危急跳闸系统(ETS)设计方案。系统从输入模块、传输总线、主控制器到输出模块均采用硬件三重化无耦合设计。通过通道内自监测和通道间互监测及同步策略实现系统的故障处理与隔离。通过设立输入、输出数据表决面及H型结构硬件表决器表决面,根据可预设的表决适应方案使系统实现了二次故障工作、三次故障安全,以较少的余度实现较高的容错能力。考虑可修复条件下建立了系统的马尔可夫可靠性模型,并进行了系统的可靠度和安全度分析。仿真结果验证了该系统具有很高的可靠性和安全性。通过现场调试和长时间通电实验,验证了系统满足汽轮机组安全保护装置的要求。