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2011年  第40卷  第3期

复杂性科学
面向传感网的服务构建与并发控制
童恩栋, 牛温佳, 谭红艳, 赵志军, 唐晖
2011, 40(3): 322-332. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.001
摘要:
讨论了无线传感器网络在复杂环境下的服务构建及并发控制。基于传感器网络能量、通信能力、计算存储能力等有限的特点提出了面向传感器网络的服务管理,提出了基于推理的上下文感知工作流来构建传感器网络服务。通过提取传感器数据的语义信息,实现了上层业务逻辑和底层传感器数据的松耦合,实现了传感器网络的资源重用。此外,改进了Web服务请求的并发控制,通过服务请求的重复和冲突检测,避免重复和冲突的服务执行,实现更有效的传感器网络并发控制。
软硬件协同设计复杂问题的计算模型和算法
叶华, 武继刚
2011, 40(3): 333-345. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.002
摘要:
软硬件划分是设计复杂嵌入式系统的关键环节。论文综述了近年来提出的解决软硬件划分问题的计算模型和相应算法。软硬件划分问题可以建模成各种限定不同约束条件的背包问题模型,同时需要考虑任务块间的通信消耗。背包问题中的子项相当于软硬件划分问题中的任务块。论文针对不同的计算模型,介绍了相应的精确算法和启发式算法。论文最后探讨了若干待研究的潜在问题。
通信与信息工程
基于EEMD穿墙雷达人的运动模式识别
王宏, 周正欧, 李廷军, 孔令讲
2011, 40(3): 346-351. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.003
摘要:
根据穿墙雷达动目标探测中人的运动多普勒信号属于非线性、非平稳信号的特点,分别采用经验模式分解(EMD)和整体平均经验模式分解(EEMD)将人5种运动的多普勒信号分解为一系列本征模式函数(IMF)。采用支持向量机(SVM)学习算法,将两种方法分解后的各IMF能量占总能量的百分比作为支持向量机分类器的特征向量进行模式识别,分析了特征向量维数对识别率的影响,比较了EMD和EEMD的识别率。EEMD能够消除EMD存在的模式混合问题,识别率更高,达到94%以上。
低信噪比下长码直扩信号的符号宽度估计
牟青, 魏平
2011, 40(3): 352-356. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.004
摘要:
针对长码直扩信号,提出了一种新的符号宽度估计算法。在基于高阶自相关统计量和最大化相应的自相关系数中得到粗略估计值,然后基于伪码差分解扩的概念和二阶循环自相关函数得到精确估计值。粗略估计步骤在低信噪比和短数据长度下具有鲁棒性,给精确估计步骤提供一个可信的估计范围,从而改善了精确估计步骤的性能;在精确估计时,采用伪码差分解扩消除伪码序列对循环自相关函数的扰动。仿真表明,和现有方法相比,算法不受伪码限制,同时估计的性能有明显改善,适合于低信噪比下使用。
有监督的水平集高分辨SAR图像分割方法
吕雁, 冯大政
2011, 40(3): 357-362. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.005
摘要:
针对基于统计模型的水平集SAR图像分割中参数估计耗时较多的问题,提出了一种有监督的高分辨SAR图像分割方法。该方法将Fisher分布和Gamma分布分别作为高分辨SAR图像的目标和背景统计模型,结合水平集方法推导了SAR图像分割水平集函数的能量泛函模型,通过最小化能量泛函得到曲线演化偏微分方程,实现对高分辨SAR图像的分割。试验结果表明,该方法对高分辨SAR图像具有强散射点的目标分割更完整,并且比无监督统计模型分割方法分割速度更快。
超宽带探地雷达中TRM-SAR成像技术研究
郑文军, 赵志钦, 张薇, 聂在平
2011, 40(3): 363-366. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.006
摘要:
将时间反转镜成像技术和SAR成像技术相结合,通过理论分析和仿真实验将它应用到超宽带探地雷达成像中。实验采用了粗糙地面和电参数随机的泥土真实反映复杂探地环境。将相应的时间反转镜成像技术-SAR成像结果与时域后向投影成像算法进行了对比,结果显示,时间反转镜成像技术凭借其统计自平均特性和空时匹配滤波特性,能够为超宽带探地雷达系统提供更高分辨率的成像结果。
适合对称天线的平衡输出高压纳秒级脉冲源研究
杨德强, 潘锦, 赵志钦, 聂在平
2011, 40(3): 367-369. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.007
摘要:
时域脉冲源是时域超宽带雷达系统中的重要部件,时域脉冲天线大多采用对称形式,如果用非平衡高压脉冲源激励,难以实现很好的宽带匹配。为此设计了一种新的电路形式,采用平衡输出的Marx电路级联,解决了脉冲源高幅度和平衡输出不能兼顾的问题。利用与对称天线进行的纳秒级脉冲收发实验验证了该电路的良好性能。
相位旋转的速率为2的空时分组码
田心记, 袁超伟, 李琳, 胡紫巍
2011, 40(3): 370-374. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.008
摘要:
速率为2的空时分组码(R2-STBC)能达到全速率全分集,然而其译码复杂度与调制阶数的平方成正比。为了降低译码复杂度,提出了一种基于相位旋转的、速率为2的空时分组码(PR-R2-STBC),发送端根据反馈信息将部分发送信号旋转一定的角度,实现了信号在传输过程中两两正交,从而使得其译码复杂度与调制阶数成正比。仿真结果显示,与R2-STBC相比,该编码仅需反馈7 bit就极大地降低了译码复杂度。
用于提高ADC性能的自适应Dither结构
郭志勇, 李广军, 李强
2011, 40(3): 375-378. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.009
摘要:
针对流水线型ADC(模数转换器)中加入Dither噪声后可能导致输入信号溢出问题,提出一种自适应Dither结构。该结构采用PN(伪随机码)作为宽带大幅度的Dither,通过自适应的方式在不影响输入信号动态范围的前提下将模拟信号随机化,减小ADC的DNL(微分非线性)误差,提高ADC的动态性能。实验结果对比了加入该Dither前后的输出码字分布以及不同幅度Dither加入后对ADC性能的影响结果。
一类大集合p元低相关序列集的线性复杂度研究
陈俊, 陈运, 吴震
2011, 40(3): 379-382. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.010
摘要:
构造具有大线性复杂度和大集合容量的p元低相关序列集对码分多址(CDMA)通信系统具有重要的意义。采用Klapper的方法,利用d-型函数,构造了一类具有大集合容量的p元低相关序列集S(r)。该序列集的集合容量为p2n,序列的周期为pn-1,相关函数的最大边峰值为4p(n)/(2)-1。利用Key的方法,证明了当p=3或p=5该序列集的最小和最大线性复杂度分别为2(n)/(2)-2n和3(n)/(2)-1×2(n)/(2)-2n;而当p>5时,证明了其线性复杂度的最大和最小值分别大于3(n)/(4)-1×2(n)/(4)-2n和2(n)/(4)-2n。该序列集能极大地提高CDMA通信系统的安全性。
IEEE802.11n无线局域网中的多模交织研究与实现
张振东, 吴斌, 朱勇旭, 周玉梅
2011, 40(3): 383-387. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.011
摘要:
对IEEE 802.11n协议中交织与解交织的置换规律进行了研究,提出一种支持该协议全部36种交织模式的交织器硬件结构。设计技术包括:合并三次置换为一次写、读数据操作;利用置换的循环特性设计优化电路代替复杂的计算公式,产生多模地址及复用交织与解交织。FPGA实现及ASIC综合仿真结果说明,该结构相对于已有的设计能够获得更高的速度并减少芯片面积与功耗开销。在SMIC 0.13 μm CMOS工艺下其综合的最高工作频率为400 MHz,对应的功耗为10.8 mW,面积为0.066 7 mm2。
RFID网络读写器冲突避免MAC协议
王永华, 杨健, 詹宜巨, 万频
2011, 40(3): 388-391. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.012
摘要:
为了解决射频识别(RFID)网络中的读写器冲突,提出了一种异步的基于预约的多信道读写器冲突避免媒质接入控制(MAC)协议。读写器根据控制信道监测到的邻读写器当前信道使用情况,选择一个空闲通信信道并向邻读写器广播,从而实现读写器无冲突地与标签通信。该协议避免了多个相邻读写器同时与标签通信,解决了读写器-标签干扰,并采用多信道通信和频率空分复用机制避免了读写器间频率干扰的发生。
双线性对快速计算中的多项式选取
苏志图, 李晖, 马建峰
2011, 40(3): 392-395. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.013
摘要:
针对Miller算法的循环次数,分析了循环控制多项式的性质,得出某些类的循环控制多项式的次数的下限。在此基础上,给出适合于双线性对的椭圆曲线的相关参数的选取方法。最后,给出利用不可约分因子来生成适合于双线性对的椭圆曲线时,Miller算法的循环次数达到理论下限的充分必要条件。
不可能差分攻击AES中的新密钥筛选算法
董晓丽, 胡予濮, 陈杰
2011, 40(3): 396-400. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.014
摘要:
提出了一种不可能差分攻击AES的新密钥筛选算法,该算法首先利用表查询技术筛掉一部分错误密钥,再使用分别征服攻击技术筛选剩余的密钥。研究结果表明,该算法在时间复杂度函数选择恰当的自变量时,时间复杂度低于已有的密钥筛选方法。同时利用该算法改进了INDOCRYPT2008上针对AES的最新不可能差分攻击,给出了时间复杂度曲线,并且得出最佳点。攻击7轮AES-128、7轮AES-192、7轮AES-256、8轮AES-256在保持数据量不变的情况下,存储访问次数分别由2117.2、2118.8、2118.8、2229.7降低为2116.35、2116.54、2116.35、2228.21。
瞬态电磁脉冲能量传输特性的实证研究
吴明和, 崔海娟, 孙云卿, 曾刚
2011, 40(3): 401-405. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.015
摘要:
以馈电脉冲为高斯脉冲为例,对瞬态电磁脉冲能量传输特性进行了简洁的理论解释和实验验证。首先以圆形电流辐射单元为例讨论其能量传输的三段式规律及验证,对圆形电流在远场处的辐射能量进行分析,辐射源可以看作点辐射源;其次以点辐射单元为前提研究并验证阵列辐射单元的三段式传输规律。瞬态电磁脉冲能量传输特性由多列瞬态电磁波的叠加造成,不是麦克斯韦方程存在光子解的结果。
基于动作细化的握手扩展
杨昕梅, 孙秀莉, 李绍荣
2011, 40(3): 406-410. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.016
摘要:
基于并发系统层次化设计动作细化的强大策略,建立了异步电路握手扩展的形式化语义,提出了一种握手扩展的细化模型。该语义采用等待事件结构,派生出带最大并发的真并发模型,细化系统同垂直互模拟关系的最初规范相一致,并且可以维护细化系统的正确性以及无死锁行为。构建的最大化并发模型,能有效地处理并发信息的综合和验证。
自动化技术
时滞系统PID控制器参数稳定域的实现
方斌
2011, 40(3): 411-417. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.017
摘要:
基于广义Hermite-Biehler定理,运用时滞对象的逆Nyquist曲线,可确定PID控制器比例增益的稳定范围。在积分和微分增益平面上,针对多条边界直线,提出一种逆时针规律的判断方法,可快速确定该二维平面上参数的稳定区域,从而给出了一种确定时滞系统PID控制器参数稳定域的新算法。该算法适合软件实现,仿真实例验证了该算法的有效性。
海量地形三维仿真系统的设计与实现
许文波, 李莉, 周虹霞, 黄健熙, 黄波
2011, 40(3): 418-423. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.018
摘要:
在CTS和Vegaprime软件的基础上,建立海量地形三维仿真系统。收集中国福建省的ETM数据和数字高程模型数据,预处理后利用CTS软件生成虚拟纹理和地形格网,并进行纹理映射。在VegaPrime下引用地形格网和虚拟纹理形成三维的海量大地形场景,并基于MFC环境下实现海量大地形三维仿真系统。通过采用虚拟纹理技术、层次细节模型、大地形数据的组织、地形纹理的映射技术、大地形碰撞检测技术、大地形调度技术,解决了在大区域尺度下海量地形数据漫游的难点。
计算机工程与应用
无线传感器网络IPv6地址自动配置方案
王晓喃, 高德民, 钱焕延
2011, 40(3): 424-428. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.019
摘要:
提出一种无线传感器网络IPv6地址自动配置方案,该方案将无线传感器网络划分为多个簇,针对簇首节点和簇内节点分别给出了相应的IPv6地址格式,并采用哈希函数除留余数法为簇首节点和簇内节点分配IPv6地址,采用线性探测法解决IPv6地址冲突问题。从重复地址检测开销、地址配置总开销及地址配置总延迟时间三个方面对该方案与现有方案的性能参数进行了比较分析,验证了此方案的有效性和高效性。
基于本体与Prolog的平面几何定理证明
钟秀琴, 符红光, 丁盘苹
2011, 40(3): 429-434. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.020
摘要:
基于本体理论、本体模型等方面的研究,以一个平面几何定理证明问题为例,详细地描述了平面几何本体的构建过程、基于本体和Prolog规则的推理,及其在平面几何问题求解中的应用。实验结果表明,将本体应用于几何定理机器证明是一种行之有效的方法,该方法避开了以往的代数方法中多次反复判断的问题,更接近自然语言的描述,能明确地表达领域知识和实现概念分层,从而能快速地构建几何模型,还可以进行复杂关系间的推理,最终实现基于本体和Prolog规则的平面几何定理证明。
利用接触跟踪机制实现Email蠕虫的检测
黄智勇, 曾孝平, 周建林, 石幸利
2011, 40(3): 435-439. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.021
摘要:
针对Email蠕虫逐渐成为一种主要的网络威胁,提出基于接触跟踪机制检测蠕虫的方法CTCBF。该方法利用"差分熵"对单个网络节点的异常连接行为进行检测,再通过异常节点之间的连接关系利用跟踪算法建立跟踪链,当跟踪链的长度达到设定阈值时,跟踪链上的可疑节点被确认为感染节点。针对阈值的不确定性,提出了一种动态阈值方法,根据不同的网络感染等级自适应调整阈值大小。仿真试验表明,该方法能够快速、准确地检测出蠕虫的传播行为,同时为未知蠕虫的检测提供了一种新的模式。
Web舆情的长期趋势预测方法
高辉, 王沙沙, 傅彦
2011, 40(3): 440-445. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.022
摘要:
针对传统预测方法无法有效预测Web舆情的长期趋势中拐点的不足,提出一种长期趋势预测方法。该方法首先通过周期分析和层次聚类为每类已发生舆情事件的发展趋势建立类模型库,然后通过对待预测舆情事件已知发展趋势进行自适应变换后,应用最小二乘法从相应的类模型库中选取均方误差和最小的模型来预测该事件的未来发展趋势。实验证明,与传统方法相比该方法在预测舆情事件发展的长期趋势时有较高的关联度,能有效预测长期趋势中的拐点。
基于三维校正的SHGC物体三维结构提取方法
吴志红, 刘日晨, 甘霖
2011, 40(3): 446-450. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.023
摘要:
针对SHGC(straight homogeneous generalized cylinders)图像的特点与从单幅图像中提取三维信息困难,设计了一种基于单幅SHGC图像和三维校正的三维结构提取方法。与传统的SHGC三维结构提取方法不同,该方法从三维空间中匹配的角度出发,构造一个二维横截面,在二维横截面上增加一个z轴,通过平移、旋转预先构造好的三维横截面,将构造好的横截面与原图像中SHGC物体的横截面进行兴趣点匹配,从而确定最优化结果时的仿射成像参数(λ, θ),通过成像参数可以成功提取SHGC横截面的三维信息,结合SHGC的子午线轮廓信息定性地得到整个SHGC物体的三维信息,提取SHGC表面的纹理,通过三角网格的方法将纹理贴到三维物体表面。实验论证了本文提出的三维结构提取方法是可行的和正确的。
基于时滞混沌系统的带密钥Hash函数的设计与分析
徐杰, 杨娣洁, 隆克平
2011, 40(3): 451-455. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.024
摘要:
提出了一种基于时滞混沌系统的带密钥Hash函数算法,该算法利用时滞混沌系统非线性动力学特性,将需要传送的明文信息调制在时滞混沌迭代的轨迹中,并通过HMAC-MD5算法计算得出Hash值,Hash值的每个比特都与需传送的明文信息相关。该算法使Hash值对明文信息及时滞混沌迭代初始条件的微小变化高度敏感。理论分析和仿真结果均表明,该算法在保证Hash值的混乱性和散布性的同时,由于其混沌特性的加入而增大了参数空间,并且混沌Hash值与初始明文信息之间的非线性关系可以有效地抵御线性分析。因此,本文设计的基于时滞混沌系统的Hash函数算法具有很好的安全性、抗碰撞性和抗攻击能力,在数字签名等认证技术领域有很好的应用前景。
应用情景检测的安全任务内电压调度算法
陈杰, 易本顺
2011, 40(3): 456-460. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.025
摘要:
针对移动嵌入式实时系统的低功耗设计,提出一种改进的应用情景检测的安全任务内电压调度算法。该算法利用任务程序少数参数的值域定义情景并在任务处理过程中进行检测,因而在处理在线的情况下,可较为精确地预测后续处理的部分路径,优化地调度处理电压。通过所提出的情景检测点设置算法,在任务程序中找到检测参数情景最合适的点,给出算法的实现方法。通过仿真实验证明该算法能有效地降低任务处理能耗。
生物电子学
ADHD远程反馈治疗系统的研究
李科
2011, 40(3): 461-464. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.026
摘要:
利用脑电反馈治疗技术让注意力缺陷伴多动症(ADHD)患者在家里接受远程的评估和治疗是一种全新的远程医疗模式。该文提出了一种基于Multi-Agent的远程医疗系统的结构与协作模型,设计和实现了针对ADHD的远程评估和反馈治疗系统,建立基于多Agent协同的多参数评估决策体系,将层次分析法用于协同医疗决策和对ADHD的评估。系统结合评估结果指导脑电反馈仪对患者进行治疗,达到远程治疗ADHD的目的。
Go/NoGo实验下NoGo-N2、P3效应分析
尹刚, 刘铁军
2011, 40(3): 465-469. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.027
摘要:
在Go/NoGo实验范式下用事件相关电位研究反应抑制脑机制时,传统的研究结果显示在大脑前额区NoGo任务下的N2、P3成份分别相对于Go任务有负向、正向的偏移,即NoGo-N2效应和NoGo-P3效应。由于在Go任务中行为反应引发了运动相关成份的叠加效果,可能导致真实的NoGo-N2、P3效应被掩盖。为了恢复真实NoGo-N2、P3效应,采用刺激、反应成份分解算法消除Go条件下运动相关成份的影响。结果表明,NoGo-P3效应来自运动相关成份的叠加效果,有可能与反应抑制过程无关,而NoGo-N2效应则反映了反应抑制过程。
机械电子工程
认知不确定性的谐波齿轮减速器可靠性分析研究
杜丽, 肖宁聪, 黄洪钟, 何俐萍, 李海庆
2011, 40(3): 470-475. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.028
摘要:
以航天器使用的谐波齿轮减速器为研究对象,在不同信息来源的不确定性处理方法的基础上,研究认知不确定性和客观不确定性同时存在时的概率——非概率可靠性混合模型。建立航天器使用的谐波齿轮减速器的可靠性分析模型,并对模型中的参数进行了灵敏度分析。该方法不用搜索极限状态方程的设计验算点,有较高的鲁棒性。
烹饪机器人翻锅运动最优化设计
闫维新, 马文涛, 付庄, 赵言正, 周晓燕
2011, 40(3): 476-480. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.03.029
摘要:
介绍了烹饪机器人翻锅运动最优化设计,用于锅具运动中的动作调节。首先介绍了锅具运动机构及翻锅实现机理,其次进行了锅具物料质量点m的运动学和动力学分析。建立模型,得出了锅具机构翻锅运动最优化实现方法,解决了烹饪机器人复现厨师特定烹饪动作的问题,实验表明,该优化方法能够完成烹饪工艺中复杂的大翻、小翻,满足了烹饪机器人锅具运动的要求。