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2015年  第44卷  第5期

复杂性科学
在线社交网络结构与区域经济关联性研究
任晓龙, 朱燕燕, 王思云, 廖好, 韩筱璞, 吕琳媛
2015, 44(5): 643-651. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.001
摘要:
通过腾讯QQ数据集详细分析了中国在线社交网络中用户的统计特征,交友、聊天等行为规律和地理分布规律。同时,对比《中国城市统计年鉴》等权威统计资料,发现在线社交网络的用户和用户行为数据,例如各地区的用户数、聊天数与该地区发展指标呈正相关,这表示在线社交网络数据能够在一定程度上反映各地经济、交通、通信等城市建设状况,相关结果对于区域经济研究具有启发意义。
基于价值驱动的人类行为动力学实证研究和建模
符丁, 李明江, 黎路
2015, 44(5): 652-656. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.002
摘要:
为了探究价值驱动的人类行为特征及其机理,对基于价值驱动的健身运动行为和论文下载行为的间隔时间进行统计。统计结果表明,个体和集体健身运动行为时间间隔分布比较匀值,没有长时间的间隔,尾部下降趋势适用于指数函数,个体和群体下载论文行为时间间隔服从幂律分布。实证分析结果显示,时间自由支配权是影响人们行为的实际因素,改变行为的间隔时间分布规律。根据实证分析研究结果,提出了一个基于价值驱动的人类行为动力学模型,理论预测和实证结果相吻合。
基于时间异质性的微博信息传播模型
吴联仁, 李瑾颉, 闫强
2015, 44(5): 657-662. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.003
摘要:
提出了具有时间异质性的SI(susceptible-infected)传播模型。通过构建异质的时间间隔序列,将微博信息传播动力学过程在无标度网络上仿真。研究结果发现信息新接受个体数n(t) 以幂律形式减少, n(t) ~ t-β。与传统假设的时间间隔服从泊松分布的信息传播模型相比,时间间隔服从幂律分布的传播速度要缓慢很多。同时,传播动力学的幂指数β 受行为时间间隔分布幂指数α 影响,且具有关系β ≈α-1 。本文的仿真分析结果与理论预测结果一致。
通信与信息工程
基于线性权重粒子群优化算法的多基站协作波束成型
肖海林, 任婵婵, 聂在平, 李民政
2015, 44(5): 663-667. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.004
摘要:
为有效抑制小区间干扰,提高多基站协作通信系统的传输速率,提出了一种多基站协作波束成型方案。该方案基于线性权重粒子群优化算法,将最大化系统总速率问题转化为适应度函数的优化问题进行求解。为避免搜索过程中陷入局部最优,该算法的惯性权重采用线性递减的方式。根据所建立的优化问题,给出了适应度函数的构造方法。数值分析结果表明,相对于惯性权重为0.5的基本粒子群算法,所提算法使系统总速率提升了41.13 bit/s,同时具有很好的收敛性。
基于FMCW的弹载SAR俯冲成像方法研究
梁颖, 张群, 杨秋, 孙莉, 李治安
2015, 44(5): 668-673. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.005
摘要:
调频连续波合成孔径雷达具有体积小、重量轻、成本低、功耗低等优点,在精确制导领域具有较大的应用潜力。针对俯冲运动状态下弹载FMCW SAR运动特点,提出了一种弹载FMCW SAR俯冲成像方法,在时域完成距离走动校正后,采用级数反演的方法推导了FMCW SAR回波信号精确方位多普勒频域表达式,通过对多普勒频域表达式的分析,构造相应的补偿函数完成目标的二维成像。最后点目标和场景目标仿真实验验证了理论分析与该成像方法的有效性。
基于IEEE 802.11p的车载自组网MAC层接入算法RLBSA
何晋, 陈思洋, 朱西平
2015, 44(5): 674-679. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.006
摘要:
基于多业务的p-persistent模型提出实时侦听的自适应算法(RLBSA)。该算法针对VANET4种优先级设置提出利用计算信道冲突/空闲比来优化信道的利用率,即当信道空闲较多时,节点根据自适应策略增加发送概率;而信道冲突较多时,则降低发送概率。该算法解决了在多种优先级业务并存的条件下需要对各个优先级发送节点数量进行估计的问题,且可以根据网络负载自适应调整刷新发送概率的时长,克服了需要预先根据网络密度设置侦听周期长度的弊端。仿真结果表明该算法可以很好解决当网络中存在大量高优先级数据时AC3业务的冲突问题,同时低优先级数据也能保证其访问信道的机会。
用于802.11p的低功耗紧凑型FFT处理器的研究
曹晓东, 石寅, 张雪莲, 张强
2015, 44(5): 680-683. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.007
摘要:
符合802.11p协议标准的基带与射频芯片是车载无线宽带通信系统的核心,其性能直接决定了车载无线宽带通信系统的性能。快速傅里叶变换(FFT)处理器是决定无线基带芯片性能的核心电路,该文通过分析FFT算法的特点,设计了一种用于802.11p的低功耗紧凑型64点处理器。该FFT处理器采用块浮点运算技术与单蝶形并行结构,极大地提高了FFT处理器的数据运算精度与运算速度。
传感网中基于时间帧的信息场变速率模型
魏嵬, 赵金伟, 赵鑫, 杨晶雯, 苏琪, 高敏
2015, 44(5): 684-688. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.008
摘要:
该文在构造传感器网中的信息位势场时,出于实际应用考虑,提出一种基于时限调度方案的新可变速率方法,可以进一步减少碰撞和提高节能效果。该方法结合CSMA和TDMA功能的同时克服了原有缺点。时隙0作为前一个时隙通知附近节点通信的标志时刻,在前一个时隙发通知信息的时刻,每个节点都精确地知道临近节点的调度信息。此过程采用了多速率和能量调整方法,同时使用可接受速率而非最高速率传输数据来进一步达到节能目的。实验中在一个能量有效数据比率下,数据比率用于动态校正交通负荷类节约能量。实验证明,与Z-MAC相比该文的局部帧预调度和多速率的特点能达到更好的节能效果,在传感器网络中有很好的应用前景。
基于映射函数的对流层双向时间比对斜延迟分析
刘强, 陈西宏, 薛伦生, 范玉平, 张群
2015, 44(5): 689-694. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.009
摘要:
设计了利用对流层散射通信进行双向时间比对方法,对比分析了NMF、VMF1和GMF共3种映射函数特征和参数选取方法,简化并假设对流层大气层,提出了基于映射函数进行对流层双向时间比对斜延迟分析的方法,选取东北亚中纬度地区的4个代表性GPS测站进行了对比分析。根据所选测站的地理位置情况和探空数据分析表明,所选测站间的斜延迟呈现年周期余弦函数分布特征,且大致呈夏季最大冬季最小分布,且3种映射函数下斜延迟大致相同,GMF有实时获得的优势。研究了高度角变化条件下的斜延迟误差分布,运算结果表明斜延迟误差也近似呈余弦函数分布,且夏季最小冬季最大,在误差角为0.01°时,最大延迟误差对应的时延约为0.2ns。
物理电子学
高次模回旋管中的非工作模式抑制研究
雷朝军, 刘迎辉, 喻胜, 李宏福, 赵其祥
2015, 44(5): 695-699. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.010
摘要:
将高次模回旋管中的竞争模式分为与工作模式角向指标相同的寄生模式和角向指标不同的暂态模式,选择TE32,5为0.4 THz高次模回旋管的工作模式,对不同类型的非工作模式抑制方法展开讨论。结果表明,针对寄生模式,通过优化设计光滑缓变结构的谐振腔来抑制;暂态模式可以通过精心选择工作模式,深入研究注波耦合系数和不同模式的起振电流,合理设置高次模回旋管电子注电压、电流、横纵速度比、引导中心半径等工作参数,使工作模式在某一工作磁场范围内起振电流最低而优先起振,从而抑制暂态模式起振。
维持电压和失效电流线性可调节的高压ESD器件
鄢永明, 曾云, 夏宇, 张国梁
2015, 44(5): 700-704. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.011
摘要:
为了研究可控硅结构的静电释放保护器件结构尺寸与性能的关系,采用0.5 μm的5 V/18 V CDMOS工艺流片两组SCR ESD器件,使用传输线脉冲测试系统测试器件的性能参数。实验结果表明,随着N阱内P+区和P阱内N+区间距从6 μm增加到22 μm,ESD器件的维持电压线性增大,从2.29 V升高到9.64 V,幅度达421%;单位面积的失效电流线性减小,幅度约为63%。分析与仿真结果表明,该线性关系具有普遍适用性,可用于调节器件的健壮性和功率耗散能力,满足智能功率集成电路的高压ESD防护需求。另一组随着P阱内P+区和N+区间距增大,维持电压和失效电流呈现非线性的变化,但触发电压迅速降低,可用于实现高压SCR ESD器件的低触发电压设计。
自动化技术
基于能量函数的电网暂态稳定性离线量化指标研究
刘群英, 刘起方, 刘登, 廖永锋
2015, 44(5): 705-711. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.012
摘要:
基于李亚普罗夫直接法的能量裕度一直被认为是评价电力系统暂态稳定性的一个重要指标,而能量裕度一直是在线应用关注的重点。该文首先结合经典的电力系统转子运动方程,构建了暂态能量函数模型,然后分析了稳定域基本特征及其与电力系统势能边界的对应关系,并采用二次扰动与基于势能边界特性的插值法相结合的思路获取势能最大值,最后基于势能最大值构建了电网暂态稳定性量化指标。通过在三机系统和IEEE-30母线系统的系列仿真结果及其与CUEP法的对比,验证了该方法能够提高计算速度和计算精度,可用于电力系统暂态稳定性的离线评估。
考虑元件特性与物理约束的静态等值方法
张林, 廖龙飞, 余娟, 朱黎丽, 朱柳, 颜伟, 赵霞
2015, 44(5): 712-718. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.013
摘要:
在难以获得外网实时同步信息,但又必须考虑外网对内网的影响时,采用基于边界处实时状态信息的非拓扑静态等值方法成为解决上述问题的有效途径。该文针对单端口互联电网提出考虑外网元件特性与参数物理约束的静态等值方法,外网对内网电压和功率的支撑作用通过外网中各元件的特性实现。因此,首先将外网主要元件特性尽可能全面地通过合理的等值参数保留在外网等值电路中,提出基于外网元件特性的单端口等值电路;然后,基于该等值电路和边界节点处的多时段实时状态信息建立量测方程,并在分析等值电路参数物理意义的基础上提出带约束的静态等值优化模型。在新英格兰39节点系统中验证了该方法所计算的等值参数符合实际物理意义,且能较大程度地提高静态安全分析精度。
基于航班离港时刻主导的单航班离港旅客聚集模型
邢志伟, 冯文星, 罗谦, 李学哲, 白楠, 潘野, 李定亮
2015, 44(5): 719-724. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.014
摘要:
通过对单航班离港旅客在航站楼聚集行为的动力学分析,证明了旅客的到达聚集行为在群体层面受截止时间影响服从重尾分布,并且存在混合分布特性;揭示了航班截止时间的变化对旅客行为重尾特性的影响规律。在此基础之上基于对数正态分布与回归分析建立了航班离港时刻主导的单航班离港旅客聚集模型,并通过仿真验证证明了模型拟合度达到80%以上,具有工程推广价值。
计算机工程与应用
微观交通仿真的安全换道模型研究
周世杰, 宋竹, 罗嘉庆
2015, 44(5): 725-730. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.015
摘要:
换道模型对车辆换道过程模拟的精确程度直接影响着微观交通仿真的精度。以往的微观交通仿真系统采用匀加速度的换道模型,无法模拟车辆实施换道动态调整纵向加速度的行为。该文分析了换道过程中车辆间的相互影响,将换道过程分为4个独立的阶段,并允许车辆在不同阶段使用不同的纵向加速度。通过分析由环境参数导致的各阶段时间顺序的变化,提出了通用的安全换道模型,并给出换道自适应加速度的约束表达式。仿真结果显示,该模型能提高微观交通仿真系统的精度,并提供更准确的安全换道距离,换道成功率更高。
隧道传输系统中基于表项优化的高效转发模型
陈文龙, 齐宏伟, 徐明伟, 徐恪
2015, 44(5): 731-736. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.016
摘要:
异构网络环境中,隧道报文在路由器数据层的处理涉及多次不同表项查找,报文转发时延和表项存储容量都面临着极大的挑战。该文主要研究隧道报文处理的核心功能及各项功能步骤间的关联,提出了表项聚合和表项拆分理论,并分析了二者的效用、代价及适用场景。并设计了基于表项优化的隧道设备高效转发模型,针对4over6过渡网关给出了具体实现方法。原型系统实验和分析证明了隧道网络表项优化机制和理论的正确性、高效性。表项优化研究也为其他网络设备的各类表项处理优化提供了重要参考。
基于尺度乘积的X射线焊缝区域提取算法研究
匡平, 张明星, 万维
2015, 44(5): 737-742. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.017
摘要:
焊缝缺陷自动检测是保证焊接质量的重要环节,而焊缝区域的提取是焊缝缺陷特征提取与焊缝缺陷识别的基础。该文提出了一种基于尺度乘积的X射线焊缝区域提取算法。该方法首先对图像按行取样获得行灰度曲线,再利用最小二乘直线拟合的方法将不同尺度下拟合直线的斜率乘积代替梯度算子,并进行非极大值抑制得到边缘点。对图像每行进行同样的操作,得到整个焊缝的边缘,从而提取出焊缝区域。实验表明,该方法能显著抑制噪声的干扰、提高边缘检测的准确率,在噪声多、边缘模糊的X射线图像中能取得比主动轮廓模型和模糊核聚类更好的效果。
基于代数多重网格的图像传感器物体识别技术
黄颖, 王文斌, 郑弘晖
2015, 44(5): 743-748. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.018
摘要:
物联网中的物体识别可以减少人为的参与,提高物物相连的效率。该文针对物联网环境中的物体识别进行了初步研究,提出了一种结合代数多重网格的物体识别的方法,降低了物理存储和网络传输的代价。首先运用代数多重网格方法对不同模糊程度的图像进行重建,在此基础上进行特征检测;然后运用“词袋”模型对使用了代数多重网格方法与未使用该方法的物体识别进行了对比试验。实验结果表明,运用一定程度的模糊图像识别物体能得到较高的稳定性,并且提升了与非同一场景的物体识别的区分度;运用代数多重网格方法的“词袋”模型提高了物体识别的准确率。
复杂网络中无信任边界限制的连续观点演化研究
苟智坚, 范明钰, 王光卫
2015, 44(5): 749-756. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.019
摘要:
多数的连续观点演化模型中,缺少考虑舆论环境对信任关系的影响,同时信任边界条件使得观点演化聚合之后,各观点集合中的个体无法进行后续观点交互。该文分析个体观点差异以及邻居舆论环境对交互过程中信任关系的影响,消除信任边界对观点交互更新的限制,建立无观点信任边界限制的连续观点演化模型,并研究该模型观点演化统一的影响机制。理论分析与仿真实验表明:该模型不单可以反映观点演化的聚合过程,而且能反映舆论演化聚合之后各观点集合之间的竞争交互过程,模型可描述观点集合形成后的观点有序集合的变化;同时,模型反映了在较高聚类系数的无标度网络中,观点演化统一更加困难,而在平均连接度高的网络中,演化统一更加容易,这与已有相关研究结论是基本相符的。
基于素数地址的动态无线传感器网络路由协议
刘鹏飞, 刘铭, 刘赟卓, 徐杨
2015, 44(5): 757-763. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.020
摘要:
针对分层式路由协议在建立整个网络拓扑后无法动态维护的缺点,本文修改了现有分层路由机制中节点地址的分配方法,提出素数动态路由协议。该协议利用素数乘积分解的唯一性,使得节点在网络中的位置能被明确表示出来且可以动态修改。通过仿真实验,对比常见的LEACH、SPIN和DD这3种路由协议,本文提出的D-HiPr路由协议在网络生存时间、传输时延等方面表现更优,很好地满足异构型无线传感器网络应用。
基于身份竞争与协作的RFID阅读器防碰撞算法
杨晓明, 杜力, 王佳昊, 邓腾彬
2015, 44(5): 764-768. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.021
摘要:
在多阅读器环境中,现有的大多数阅读器防碰撞算法在利用各种方式确定某些阅读器工作的同时,其他阅读器只能闲置,使得阅读器资源并未被充分利用。为优化碰撞算法和系统效率,提出一种改进算法,该算法利用闲置阅读器协助其他阅读器工作,并且引入身份竞争机制、双信道机制和载波监听机制减少碰撞。通过与Pulse算法和ALOHA算法的仿真对比实验,可以发现改进算法的系统效率和吞吐量有一定的优势。
基于信令数据的旅游景区智能管控研究
刘耕, 王晓明, 张均强, 李仕明
2015, 44(5): 769-777. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.022
摘要:
针对现有文献较少关注信令数据可以解决旅游景区智能化管控中游客信息充分性和精准性不足的问题,构建了“移动信令数据-游客位置行为匹配-景区精确管控”三位一体的景区智能管控模式。并以四川某景区为例,对上述管控模式的效果进行了验证。结果表明,三位一体旅游景区智能管控模式,便于旅游提供方及时和精准地掌握景区游客流量、游客归属地、景点游客密度、游客驻留时间等信息,进而有助于景区采取针对性和精确化的运营,提升效率和效益。
电子信息材料与器件
BaxSr1-xTiO3微弧氧化铁电薄膜微观结构及电学性能
王敏, 李文芳, 张果戈, 王晓军, 唐鹏
2015, 44(5): 778-783. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.023
摘要:
用分析纯Ba(OH)2·8H2O和Sr(OH)2·8H2O配制电解液,采用微弧氧化法在工业纯钛板(99.5%)表面原位生成BaxSr(1-x)TiO3铁电薄膜。研究了Ba2+/Sr2+对薄膜晶体结构、物相组成、表面形貌及表面粗糙度的影响,并对薄膜的介电、铁电性能进行了表征。结果表明,Ba2+/Sr2+对薄膜晶体结构无影响,但随Ba2+含量增加,BaxSr(1-x)TiO3薄膜中x值与理论值偏离越大;随电解液浓度及Ba2+/Sr2+增加,薄膜表面变得疏松,散布的颗粒尺寸增大,表面粗糙度值增加。在Ba2+和Sr2+各为0.2 mol/L时所得薄膜表面平整度及致密性最好,表面粗糙度值最小,其在100 Hz条件下的介电常数为454.8,且具有饱和电滞回线,有较好的商业化应用前景。
化学计量比对BaTiO3/Ni集成结构性能的影响
杜辉, 李洋, 梁伟正, 高敏, 张胤, 林媛
2015, 44(5): 784-788. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.024
摘要:
该文采用化学溶液沉积法——高分子辅助沉积(PAD)法在多晶镍基片上成功制备了钛酸钡(BaTiO3)薄膜,并研究了前驱体溶液化学计量比对BaTiO3/Ni集成结构漏电特性和介电性能的影响。实验表明,钛过量的薄膜样品可能出现二氧化钛相,适宜浓度的钛过量可以降低BaTiO3/Ni集成结构1个数量级的漏电流密度,减少介电损耗约50%,并能有效提高集成结构的介电常数。对BaTiO3薄膜的漏电流导电机制进行了分析,并对钛过量影响集成结构的漏电特性和介电性能的原因进行了讨论。
生物电子学
基于小波变换与SVM的ADHD病人分类
谭颖, 张涛, 谭睿, 沈小涛, 校景中
2015, 44(5): 789-794. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.025
摘要:
提出基于小波变换的特征提取方法对ADHD病人进行分类研究。采用115名ADHD-200的竞赛静息态功能磁共振数据,首先提取了90个脑区的平均时间序列信号,然后利用小波变换多分辨率分析特性对信号进行3层分解;计算了各个尺度下小波系数的能量值,对能量值进行归一化处理后,将其作为分类特征向量;最后结合SVM分类器采用留一交叉验证法对ADHD病人进行分类。结果表明该方法有助于ADHD病人的分类与诊断。
基于脑-机接口和嗅觉解码的仿生气味识别系统
董琪, 秦臻, 胡靓, 庄柳静, 张斌, 王平
2015, 44(5): 795-799. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.05.026
摘要:
为了探讨利用生物嗅觉传感系统进行气味识别的可行性,提出了一种基于脑-机接口的仿生气味识别系统。该系统利用大鼠嗅觉感受细胞作为气味敏感传感单元,使用16通道植入式微丝电极记录和分析具有气味刺激特征的嗅球僧帽细胞电位响应信号。实验结果显示,该系统对气味具有高度敏感性,通过一定模式识别处理算法,不同的气味刺激具有较好的区分性,证明了该系统有望应用于气味的检测和识别。