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2012年  第41卷  第6期

复杂性科学专栏
混沌之美
王雄, 陈关荣
2012, 41(6): 809-820. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.001
摘要:
从第一个混沌系统Lorenz系统发现以来,混沌学获得了长足发展,其极度复杂性和丰富性超乎人们的想象。该文从多个方面展现混沌的独特之美,包括古老哲学概念的神奇、近代科学思想的革新、确定性与随机性的辩证统一、混沌生成机制之谜,以及新近发现的一些风姿多彩的混沌吸引子相图。
有限种群中策略演化的稳定性
唐长兵, 李翔
2012, 41(6): 821-829. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.002
摘要:
针对有限种群上的博弈,人们给出不少定量的解析工作来刻画策略是如何在有限种群上达到稳定的。该文综述了有限种群中策略演化稳定性方面的一些代表性研究成果,着重介绍了无结构种群中的风险占优策略和占优策略,及结构种群中的结构占优策略等稳定性判据,特别是著名的1/3法则和σ法则。最后简要展望了该领域若干发展方向。
通信与信息工程
点边联合协调的高效虚拟网络映射
虞红芳, 高秀娇
2012, 41(6): 830-835. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.003
摘要:
把虚拟网络高效地映射到一个公共的物理网络对网络虚拟化非常重要。该文提出了一种基于线性规划松弛的点边联合协调的高效虚拟网络映射算法。该算法首先松弛MILP并添加约束条件得到加强的线性松弛模型STRICT_LP,然后运用渐进启发式算法求解,得到映射解。仿真结果显示,该算法能够很好地实现虚拟网络点边协调映射,在成功率、网络开销、收益和网络收益开销比值4个方面优于D-ViNE和R-ViNE算法。
瑞利衰落信道下NNC-DFH接收机抗PBNJ性能分析
屈晓旭, 王殊, 娄景艺
2012, 41(6): 836-841. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.004
摘要:
提出了一种噪声归一化合并(NNC)差分跳频(DFH)接收机模型,以提高差分跳频系统抗部分频带干扰能力。分析了瑞利衰落信道下NNC-DFH接收机在部分频带干扰下的误符号性能,比较了线性合并、乘积合并和噪声归一化合并DFH接收机的抗部分频带干扰性能,分析了背景热噪声的影响。研究结果表明:在瑞利衰落信道下,针对NNC-DFH接收机的最坏部分频带干扰为全频带干扰,该接收机的抗部分频带干扰性能优于传统的线性合并和乘积合并接收机,当信噪比为21.4 dB,符号错误概率为10-4时,其干扰容限改善量达8 dB。
基于二维稀疏采样的HRRP合成及ISAR成像方法
朱丰, 张群, 段艳丽, 顾福飞, 李开明, 毕博
2012, 41(6): 847-852. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.006
摘要:
在分析传统的线性调频(LFM)信号体制ISAR高分辨距离像(HRRP)合成及二维成像原理的基础上,结合压缩感知理论,提出了一种基于二维稀疏采样的高分辨距离像合成及ISAR成像方法。该方法对经过二维稀疏采样后的ISAR回波信号进行二维重构处理,在大幅降低LFM信号采样率、减少子脉冲个数的前提下,获得高质量的HRRP和二维ISAR像;为缓解数字信号处理机的采样负担、降低已方雷达信号的被截获概率奠定了基础。仿真实验证明了该方法的有效性和可行性,同时观察了其鲁棒性。
具有高线性调谐特性的1.2 GHz CMOS频率综合器
李振荣, 庄奕琪, 龙强
2012, 41(6): 853-858. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.007
摘要:
基于0.18 μm RF CMOS工艺实现了一个1.2 GHz高线性低噪声正交输出频率综合器,该综合器集成了一种高线性低调谐灵敏度的低噪声LC压控振荡器;降低了系统对锁相环中其他模块的要求;基于源极耦合逻辑实现了具有低开关噪声特性的正交输出高速二分频,采用"与非"触发器结构实现了高速双模预分频,并集成了数控鉴频鉴相器和全差分电荷泵,获得了良好的频率综合器环路性能。对于1.21 GHz的本振信号,在100 kHz和1 MHz频偏处的相位噪声分别为-99.1 dBc/Hz和-123.48 dBc/Hz。该频率综合器具有从1.13~1.33 GHz的输出频率范围。工作电压1.8 V时,芯片整体功耗20.4 mW,芯片面积(1.5×1.25) mm2。
马尔可夫链蒙特卡罗容积粒子滤波器
鹿传国, 冯新喜, 张迪, 孔云波
2012, 41(6): 859-864. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.008
摘要:
针对非线性、非高斯系统状态估计问题,提出了一种基于重要密度函数的改进粒子滤波器-马尔可夫链蒙特卡罗容积粒子滤波器。在状态转移概率的基础之上综合考虑了当前的量测信息,利用容积卡尔曼滤波对每个采样粒子进行估计,使得重要密度函数更加贴近于真实后验;同时为避免粒子贫乏,在重采样后加入马尔可夫链蒙特卡罗步骤。理论分析和实验仿真表明:马尔可夫链蒙特卡罗容积粒子滤波器的性能要优于容积粒子滤波器以及其他参照滤波器。
物理电子学
105 GHz折叠波导EIO的研究和初步实验
张开春, 吴振华
2012, 41(6): 865-869. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.009
摘要:
采用折叠波导作为扩展互作用振荡器(EIO)的慢波谐振系统,对105 GHz EIO进行了系统的研究,包括慢波系统的色散特性和阻抗、起振电流随周期数的变化。设计了输出窗和电子枪结构,进行了PIC注波互作用模拟,EIO的模拟输出功率约26~50 W,频率约105.26~105.31 GHz。探讨了慢波系统的加工方式,加工了慢波系统、输出窗和电子枪结构,完成了初步试验,进行了相应的冷测和热测,测试了慢波系统的谐振特性、输出窗的传输特性以及电子枪发射性能和流通性。
激光辐照熔石英控制的ANSYS仿真
于景侠, 贺少勃, 向霞, 袁晓东, 郑万国, 郭袁俊, 祖小涛
2012, 41(6): 870-874. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.010
摘要:
基于ANSYS平台,对激光辐照熔石英的过程进行动态模拟,分析了温度场和熔池形状、应力场的变化及残余应力分布,并对高温退火去应力的情况进行了仿真。结果表明,激光辐照过程中辐照中央的温度最高,辐照边缘具有较大的温度梯度;冷却至室温后,辐照中央存在较大的拉应力,辐照边缘存在较大的压应力,经过退火后残余应力明显减小。
自动化技术
基于改进Zernike矩的玻璃瓶亚像素边缘检测算法
杨浩, 裴蕾, 李昌顺, 杨梅
2012, 41(6): 875-880. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.011
摘要:
图像的边缘检测精度决定了实际尺寸的测量精度,为了提高测量精度,提出了一种基于改进的Zernike矩的测量玻璃瓶实际尺寸的算法。将传统的Zernnike矩算法与Otsu自适应阈值法相结合,得到改进的快速算法;利用该快速算法对采集的玻璃瓶图像进行亚像素级边缘检测;运用最小二乘法根据亚像素坐标对瓶口与瓶底所形成的椭圆进行拟合;应用标准块规对系统进行标定并得到玻璃瓶实际的测量尺寸。实验结果表明,该方法不仅可使边缘检测达到亚像素级精度,还避免了人工反复选择阈值而造成的低效率与误判,实现了快速、准确、无接触测量实际尺寸的功能。
基于标准频率相位均匀延迟的相位差测量研究
王选民, 冯兴乐, 屈八一
2012, 41(6): 881-884. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.012
摘要:
针对传统的相位差测量方法测量精度低、系统构成复杂的缺点,提出一种基于标准频率相位均匀延迟的相位差测量方法。在被测信号过零点间隔,对标准频率信号和经过均匀延迟的m-1个标准频率信号进行计数、平均滤波等操作,得到被测相位差。分析、计算表明该方法的测量误差是传统法的1/m。应用可编程片上系统(SOPC)设计了测量系统,进行了相位差测量实验。在给定条件下测量误差小于0.5°,精度高于0.14%。当提高标准频率及减少均匀延迟时间时,测量精度进一步提高。该方法比传统方法精度高、系统协同性好。
计算机工程与应用
采用HC-MARPSO算法的软件测试数据生成方法
雷航, 韩炫
2012, 41(6): 885-890. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.013
摘要:
在吸引排斥粒子群算法(ARPSO)基础上,引入新的种群多样性度量指标和排斥操作,提出改进的吸引排斥粒子群算法(MARPSO)。结合爬山算法(HC)的局部收敛能力和改进的吸引排斥粒子群算法避免早熟的特点,提出基于爬山算法和改进吸引排斥粒子群算法(HC-MARPSO)的软件测试数据自动生成方法。实验结果表明,该算法在生成测试数据的效率上高于遗传算法、粒子群算法。
便于快速信息融合的主题检测算法
施侃晟, 刘海涛, 白英彩, 宋文涛, 周书勇
2012, 41(6): 890-892. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.014
摘要:
物联网要求对海量信息源里的不同主题,自动地高性能地进行检测和融合。目前大多数公开报道的中文主题检测算法时间复杂度是非线性的,在海量多信息源的信息融合方面缺乏可行性。该文采用高效能的一元语法模型结合全文检索的方法降低主题间的比较次数,理论上将算法效率提升到线性。通过新华社实际数据的实验证实,算法的时间复杂度确实为线性的。另算法应用于两项云计算的实际产品中,也验证了算法适用于物联网环境下的高速信息融合。
物联网中基于受控对象的分布式访问控制
王浩, 吴博, 葛劲文, 王平
2012, 41(6): 893-898. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.015
摘要:
提出了一种基于受控对象的分布式访问控制方法,将访问主体的访问权限直接与节点的资源对象相关联,由节点管理用户的权限,简化权限的管理。将对称密码体制与非对称密码体制应用于分布式访问控制中,根据设备对象的能力分别采用不同的加密策略,在保证控制强度的同时减小节点计算能耗。性能分析表明,该方案能够在节点低开销的基础上对用户进行有效的接入控制和权限限制,简化用户的权限管理,并有效减少用户DOS攻击和重放攻击对网络的威胁。
被动式远程网络地址翻译器识别系统
焦程波, 郑辉, 黄宇
2012, 41(6): 899-904. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.016
摘要:
源自不同终端的数据报中隐含了发送源彼此各异的特征,设计实现了基于数据报外部特征的被动式远程网络地址翻译器识别系统(NDS)。该系统以IP数据报和TCP分组头部信息为研究对象,通过综合检测IP生存时间(TTL)初始值、IP标示(IPid)和TCP时间戳等3种参数的时间序列异常,完成对网络地址翻译器快速、准确的识别。真实环境下的测试结果表明,NDS能有效地检测NAT设备,拥有较高的NAT识别准确率,具有良好的使用价值。
软件确保智能测试用例生成PSO算法进展研究
耿技, 聂鹏, 秦志光
2012, 41(6): 905-910. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.017
摘要:
测试用例生成是软件测试的重要环节,是软件确保的重要组成部分,其中启发性算法是近年来测试用例自动生成研究领域的热点。对启发性测试用例生成的新方法PSO进行了介绍和分析,详细讨论了PSO算法适应度函数、PSO算法早熟与局部最优、种群规模对PSO算法的影响以及PSO参数优化问题,并将PSO与GA算法进行了对比分析。展望了PSO测试用例生成算法的未来研究方向,指出PSO测试用例生成算法目前应重点解决测试用例规模优化、早熟抑制和参数优选等问题。
基于云模型的网格任务调度遗传算法研究
郑世明, 高志年, 韦伟, 苗壮, 邵荣明
2012, 41(6): 911-915. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.018
摘要:
针对网格环境动态多变性的特点,为了克服传统遗传算法易陷入局部最优的缺陷,提出了一种基于云模型的网格任务调度遗传算法。该算法由正态云模型的Y条件云发生器实现交叉操作,由基本云发生器实现变异操作,对调度模型进行优化求解,并在任务调度中对初始种群的产生、选择、变异和交叉操作进行了改进,通过实验分析,表明了该算法的可靠性、有效性和实用性。
基于可用传输时间的无线网状网路由判据
孙彦景, 刘雪, 赵甫胤, 刘卫东
2012, 41(6): 916-920. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.019
摘要:
路由判据对无线Mesh网络(WMN)的性能至关重要,针对期望传输次数(ETX)和期望传输时间(ETT)没有考虑到802.11 MAC层的指数回退策略,不能准确评估数据包的平均传输时间问题,提出基于可用传输时间(ATT)的路由度量机制。在Linux平台上对OLSR协议进行扩展,把ATT路由判据与ETX和ETT进行实现测试比较,证明了ATT能使系统性能得到明显提高,更加适用于WMN。
IP网络坐标抖动感知与慢启动抑制
王聪, 张凤荔, 刘梦娟, 王勇
2012, 41(6): 921-926. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.020
摘要:
为了抑制Vivaldi网络坐标系统抖动现象并提高距离预测准确性,将Vivaldi归结为一类非线性方程组的迭代求解算法,并基于方程组的矛盾性提出了迭代因子的自适应估计问题。据此,定义单位化误差作为新的度量参数,通过对该参数的周期性测量实现坐标抖动的感知。进而对迭代过程进行逻辑分层,提出了一种基于慢启动策略的抖动抑制算法。实验证明,算法不依赖于迭代因子的人工选取,能够在不损失定位精度和收敛速度的前提下,将节点坐标抖动程度降低83.5%以上,并能与Vivaldi协议混合部署,实现坐标系统的平滑演进。
访问结构上的动态先应式秘密共享方案
秦华旺, 朱晓华, 戴跃伟
2012, 41(6): 927-931. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.021
摘要:
基于现有的(t,n)门限秘密共享方案,通过引入攻击结构的概念,提出了一种可以应用于访问结构上的动态先应式秘密共享方案,在更新子份额的同时可以改变秘密共享的访问结构。给出了子份额分发和子份额更新的详细步骤,并对方案的有效性进行了充分的证明。与现有方案的性能比较表明,该方案不仅计算量小,而且具有更大的应用灵活性。
基于改进码本模型的视频运动目标检测算法
姜柯, 李艾华, 苏延召
2012, 41(6): 932-936. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.022
摘要:
针对经典码本模型对动态背景适应能力不足及更新算法效率不高的问题,提出了一种用快速冒泡排序和短时滑动窗口改进的码本模型。为了优化码本结构,提高活动码字首次匹配成功概率,设计了一种快速冒泡排序算法对模型码本中码字位置进行快速排序;为了实现像素的均值及偏差的快速跟踪,设计了一种短时滑动窗口算法对像素变化信息进行存储,解决了动态背景的模型自适应问题。实验表明,改进后的算法能够有效适应复杂环境下的背景变化,且具有良好的检测精度和实时性能。
电子信息材料与器件
钒补偿度对SiC光导开关特性影响的研究
周郁明, 靳爱津, 冯德仁
2012, 41(6): 937-940. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.023
摘要:
利用半导体器件仿真软件研究了钒掺杂半绝缘碳化硅(SiC)光导开关(PCSS)在电容放电电路中的瞬态特性。在非故意掺杂氮浓度为1×1014 cm-3、硼浓度为1×1011 cm-3和电容初始电压为1000 V的条件下,当钒浓度为1×1012 cm-3时,电路在初始阶段有一个完整的振荡脉冲电流,随后存在较大的泄露电流,当光导开关受到波长为532 nm、功率为2400 W/cm2激光的激发时,电容放电形成幅值约为88 A的陡峭脉冲电流,激光结束后电路还有较大的拖尾电流。随着钒浓度增加到1×1014 cm-3,初始阶段的振荡电流消失,漏电流和拖尾电流均减小,受到激光激发时所形成的脉冲电流幅值约为8 A,而钒浓度增加到1×1017 cm-3时,幅值减小到2.5 A。
MoO3源漏电极缓冲层对有机薄膜晶体管性能的影响
徐洁, 李青, 林慧, 王洪
2012, 41(6): 941-943. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.024
摘要:
以并五苯(pentacene)作为有机薄膜晶体管(OTFTs)的载流子传输层,采用比常用金电极(Au)廉价的Ag作为源漏电极,在pentacene与Ag之间添加MoO3超薄层作为缓冲层,制备了具有较高场效应迁移率(μ)的晶体管器件。结果表明,器件在栅极电压VG为40 V时,传输电流IDS超过了50 μA,空穴迁移率达到0.26 cm2/Vs。同时,从器件的输出特性与物理机制分析了MoO3缓冲层在器件中的作用。
电子机械工程
非对称波形射频电压对FAIMS的影响分析
徐利梅, 吴福民, 钟其水, 杨敏
2012, 41(6): 944-948. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.025
摘要:
研究了射频电压的大小、占空比的改变对高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)热量的影响。随着射频电压增大, FAIMS的迁移管产生的热量绝对值增大;占空比越大,FAIMS迁移管产生的热量绝对值越小。研究结果表明,射频电压的变化会导致FAIMS系统产生温度差而传递热量,从而影响FAIMS的可靠性和稳定性。通过理论分析及仿真可知,当占空比为0.1且射频电压为2 700 V时,系统工作所产生的温度对FAIMS的影响最小,为便携式FAIMS的设计提供了重要的参考数据。
基于混合变量的可靠性稳健设计方法
张小玲, 黄洪钟, 许焕卫, 汪忠来, 肖宁聪
2012, 41(6): 949-953. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.026
摘要:
将产品性能函数在指定百分位数处的波动作为产品稳健性指标,极限性能函数的区间可靠度大于可靠性指标作为约束,建立了随机变量和区间变量同时存在时的可靠性稳健设计单目标优化模型。为了提高可靠性优化设计问题的效率,将两个耦合的优化问题分解成两层结构优化设计问题,上层为稳健优化设计,下层进行可靠性分析计算。最后用减速器可靠性稳健优化设计问题验证所建立模型的效率和精度。
具有嵌套性和自相关性的制造过程质量控制方法
陈昌华, 尹健康, 李敬敏, 姚进
2012, 41(6): 954-959. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.06.027
摘要:
研究了当制造过程具有嵌套性和自相关性时的质量控制问题,结合嵌套性和自相关性的特性进行混合建模。提出了新的质量控制方法,即以嵌套控制模型为框架,引入自协方差函数和自相关函数,建立了嵌套自相关控制模型,并给出了控制图的建立步骤。由分析可知,自相关函数值越大,嵌套自相关控制图的控制限越大;当样本容量n较小时,自相关性对控制限的影响更突出。应用实例验证了该方法的有效性。