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2017年  第46卷  第6期

通信与信息工程
基于布谷鸟搜索算法的用户选择和干扰对齐
肖海林, 张文娟, 聂在平, 王茹
2017, 46(6): 801-805, 818. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.001
摘要:
为了实现蜂窝系统中单小区边缘用户正常通信,减少相邻小区间多个边缘用户对本小区边缘用户造成的干扰,提出了一种基于布谷鸟搜索算法的用户选择和干扰对齐算法。该算法首先用布谷鸟搜索算法对小区边缘用户进行选择,接着采用干扰对齐方法消除相邻小区间的干扰,最后通过预编码和基于最小均方差(MMSE)译码方法消除小区内用户间的干扰。该布谷鸟搜索算法与快速排序搜索算法相比具有更低的时间复杂度。数值分析表明与基于迫零算法的译码方法相比,该译码方法能够提高系统容量2 b·s-1·Hz-2,改善误码率4 dB。
TL环路在电流模式电路中的分析及其应用研究
来新泉, 杜宇, 钟龙杰, 丁睿
2017, 46(6): 806-811. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.002
摘要:
电流模式电路即处理电流信号的电路,相比于电压模式电路它在速度、带宽、动态范围等方面具有优良的性能,近年来得到了快速发展。跨导线性环路理论是分析电流模式电路的一种快速而有效的手段,该文首先介绍了跨导线性的基本原理,之后讲解了双极型晶体管跨导线性环路原理,并推广到MOS晶体管构成的跨导线性环路。最后给出了跨导线性环路在电流模式电路中的典型应用。
Buck变换器的数字电流滞环控制策略的改进
程红丽, 贾龙飞
2017, 46(6): 812-818. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.003
摘要:
基于已有的数字电流滞环控制的Buck DC-DC变换器控制策略和实验结果,分析了造成负载突变时出现动态响应时间长及输出电压无法恢复到期望值的原因,提出了一种改进的控制策略。该控制策略在沿用已有的控制策略的基础上,增加了对负载突变过程的检测,如果发生负载突变情形,自动切换到新的控制策略。针对负载突增和突减,分别建立突变过程的数学模型,设计相应的控制策略,给出硬件测试结果。实验结果表明,该控制策略在稳态控制和动态过程控制中都是正确可行的,在保证稳态时输出电压精度的基础上,明显改善了变换器的动态特性。
一种改进的Ad Hoc无线网络连通支配集生成方法
黄庆东, 闫乔乔, 孙晴
2017, 46(6): 819-824. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.004
摘要:
该文研究了Ad hoc无线网中连通支配集(CDS)的生成方法,并对CDS算法做了两个方面的改进:1)通过引入拓扑相关信息的特征矢量中心性值进行节点编号,避免节点缩减时的随机性,使节点缩减与实际网络拓扑紧密联系;2)CDS算法忽略了最大编号节点的可缩减性,为此改进了该算法并提出新规则实现最大编号节点的缩减判定。该方法解决了CDS算法在生成连通支配集时存在的完全NP难问题,而且可得到条件最优连通支配集。仿真结果验证了改进算法的优良特性。
WSN铀尾矿库核污染监测GAF交圆改进型路由
余修武, 张枫, 范飞生, 周利兴, 叶勇军, 郭倩
2017, 46(6): 825-829, 840. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.005
摘要:
在对铀尾矿库进行监测时,无线传感器优于传统的有线布置,但由于能量受限,在路由传输中必须高效地使用能量。该文在分析LEACH和GAF算法的基础上,提出了一种基于GAF交圆结构的改进型路由算法(IC-GAF)。利用节点地理位置信息与相交圆的结构模型来划分虚拟圆,在虚拟圆内根据剩余能量和节点与中心的距离来选举簇头,簇头从下一接收簇头或中转节点中选择最优的下一跳节点传输数据,最终将数据传输到基站。仿真表明,IC-GAF能有效的降低节点能耗,延长网络寿命。
基于调频率调制的雷达通信共享信号研究
周宇, 杨慧婷, 谷亚彬, 张林让, 王立
2017, 46(6): 830-835. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.006
摘要:
雷达通信一体化可有效提高电子系统的资源共享,是实现电子装备多功能综合一体化的一个重要方向。本文根据Chirp信号的调频率与分数阶傅里叶变换的阶数之间的关系,提出了一种基于Chirp信号调频率的雷达通信共享波形,固定调频率的主载波实现雷达功能,副载波由通信码元键控得到调频率从而实现通信信息调制;主载波与副载波的叠加形式使此共享信号能在不影响雷达性能的前提下实现单脉冲多比特的数据传输,而且利用不同阶数的分数阶傅里叶变换的解调过程具有多普勒稳健性。
新型宽带行波管线性化器设计
陈长伟, 曹勇, 秦开宇
2017, 46(6): 836-840. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.007
摘要:
现代卫星通讯利用非恒包络数字调制技术,需要高效宽带线性功率放大器。由于行波管高效率和宽带特性广泛应用于卫星通讯中,但是其强非线性造成带外失真和带内干扰影响通讯质量。模拟预失真由于其电路简单易于实现、低功耗、小体积、高可靠性等优点适用于卫星通讯。该文介绍一种宽带行波管线性化器设计,扩展带宽达到1.2 GHz,频率范围19.8~21.0 GHz。测试结果显示该线性化器在带宽1.2 GHz内,非线性可以在幅度扩张2~5 dB,相位扩张20~50°内调整,双音测试时,输入双音信号功率回退6 dB时与行波管级联测试后三阶交调改善17.8 dB,取得很好的改善效果。
用于智能电网的一种认知无线路由算法研究
陆川
2017, 46(6): 841-844. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.008
摘要:
为扩大通信网络的可利用带宽,智能的分配网络资源,该文围绕智能电网的通信业务服务质量要求,建立面向智能电网Ad hoc通信协议的一种认知无线电网络路由方法。该方法基于耗能和延时最小的原则,根据节点个数、传输速率的要求,对其路由策略以及相关的频谱分配方案展开研究,为构建高效而稳定的Ad hoc智能电网通信网络协议提供一种新思路和设计理念,最终通过数值模型仿真验证其性能优于传统算法,非常适合智能电网方面的应用。
物理电子学
110 GHz回旋振荡管高频结构优化设计研究
雷朝军, 刘迎辉, 蒙林, 段耀勇
2017, 46(6): 845-849. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.009
摘要:
基于广义传输线理论,得到描述谐振腔和注-波互作用特征参数的一阶传输线方程组;编写了冷腔和热腔模拟程序。利用自编程序和专业电磁仿真软件对同一折线渐变结构谐振腔的特征参数做模拟计算,证实了自编程序的可靠性。在工作模式选用TE22,6时,利用自编程序对两种110 GHz回旋振荡管谐振腔结构(折线渐变结构和圆弧渐变结构)中的模式纯度和注波互作用效率进行了模拟计算研究。结果表明,相对于折线渐变结构,圆弧渐变谐振腔的模式纯度可提高约4.7 dB,互作用效率提高约4%。在注电压96 kV,注电流40 A,互作用磁场约为4.41 T时,圆弧腔回旋振荡管在110.1 GHz输出功率超过1.9 MW,效率约为50%。
FDTD法模拟手征介质柱的波传播和洛伦兹力密度
李桂萍, 王茂琰, 李海龙, 张小川, 董宇亮, 徐军
2017, 46(6): 850-855, 860. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.010
摘要:
基于辅助差分方程时域有限差分法,模拟了色散手征介质柱的电磁场和洛伦兹力密度分布。从本构关系出发,给出了手征介质中频域电、磁极化强度与感应电、磁极化强度和耦合电、磁极化强度之间的关系;并给出了波方程和电场的迭代公式。推导了手征介质中含束缚电荷、电流和束缚磁荷、磁流密度的时均洛伦兹力密度表达式。与相关文献结果进行了对比,验证了辅助差分方程时域有限差分法和洛伦兹力密度方法的正确性。仿真了增益手征介质柱的场和光力分布情况,讨论了电磁流和电磁荷对洛伦兹力密度的贡献,为手征介质在光镊和手征参数测量等工程应用提供了理论指导。
Nb2AsC结构及热力学性质的第一性原理研究
罗雰, 郭志成, 李登峰, 张伟
2017, 46(6): 856-860. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.011
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究Nb2AsC的结构、弹性和热力学性质,与其他实验值和理论值相比,该文计算的Nb2AsC晶体结构常数、体弹模量及其对压力的一阶偏导均与之符合较好;计算获得的常压弹性常数与其他理论值比较一致,由此根据力学稳定性准则,判定六方晶系Nb2AsC是力学稳定结构。预测了Nb2AsC的杨氏模量。结果表明,六方晶系Nb2AsC是各向异性。采用准谐德拜模型,模拟了压力和温度对Nb2AsC的等容热容、等温弹性模量、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质的影响。
自动化技术
面向电动汽车无线充电市场的迭代双边拍卖算法
周文辉, 钟伟锋, 吴杰, 邹生
2017, 46(6): 861-865, 889. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.012
摘要:
在智能电网中,分布式能源具有灵活性,可以支持来自电动汽车的快速变化的无线充电需求。针对无线充电市场采用迭代双边拍卖算法进行电能供需匹配,分布式能源作为电能卖方,汇集商汇集电动汽车的充电需求,作为电能买方,买卖方按照自身效益最大化的原则进行出价。代理商作为拍卖师,根据出价进行电能分配和定价,可以在买卖方隐私信息未知的情况下最大化总效益。仿真结果表明,该算法可以最大化供需双方的总效益,且具有较快的收敛速度,能够保证电动汽车与分布式能源之间电能分配的高效性。
直流离子流场发生装置优化设计
李冰, 郑凤杰, 彭春荣, 陈博, 凌必赟, 夏善红
2017, 46(6): 866-870. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.013
摘要:
直流离子流场发生装置对电场传感器在离子流场环境下的测试标定具有重要作用,传统直流离子流场发生装置体积较大难于满足新型电场传感器研制和便携式现场应用,对此该文研究了一种缩小尺寸直流离子流场发生装置。基于理论计算和有限元仿真对装置尺寸、结构等关键参数进行了优化设计。采用在平行板边缘处等分电位的方法减少了边缘效应影响,有效增大了平行板间均匀电场区域,减小了均匀性误差。实验结果表明,在电晕丝电压7 kV时离子流场内不同位置离子流电流强度的相对平均偏差仅为1.66%,说明缩小尺寸的直流离子流场发生装置能够提供均匀的离子流场环境。
基于频谱特性的HVDC区内外故障快速识别
李从善, 刘天琪, 李兴源, 和萍, 金楠
2017, 46(6): 871-876. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.014
摘要:
高压直流输电(HVDC)系统区内外故障快速判别是实现故障保护的基础。由于直流滤波器、平波电抗器以及线路分布电容等作用下,区内外故障时,直流电流信号传播至保护安装处所经历的物理边界存在较大区别,导致直流电流频带能量分布具有明显差异。该文采用总体经验模态分解法(EEMD)对HVDC系统故障时的直流电流信号进行分解,将信号分解为几个固有模态分量(IMF)之和。然后,计算各模态分量的能量,通过对比分析,找出特征区别,进而定义能量比判据用于区分正常、区内、本侧区外以及对侧区外故障。该方法仅采用直流电流信号,简单易实现,能够满足快速性和选择性要求。最后,通过对HVDC多种工况下的大量故障进行仿真分析,验证了该方法的有效性和鲁棒性。
计算机工程与应用
基于特征点匹配对平面相似度的图像拼接
周雪, 曹爽, 何香静, 邹见效
2017, 46(6): 877-882. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.015
摘要:
针对来自于不同视点拍摄的具有视差的两幅图像,提出了一种基于特征点匹配对平面相似性的图像拼接方法。该方法利用场景中属于同一平面特征点之间的变换矩阵一致性的特点,通过定义特征点匹配对之间的平面相似度来筛选特征点匹配对,有效降低了特征点的漏匹配率,提高了配准精度。采用图割算法计算图像的最优缝合线,进行拼接得到最终结果。实验结果表明,与现有经典算法相比,该方法具有较好的视差鲁棒性。
基于代理的设备虚拟化技术及其应用
杨霞, 刘维飞, 郭文生, 廖士钞, 孙海泳
2017, 46(6): 883-889. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.016
摘要:
随着智能手机逐步成为人们工作和生活不可或缺的随身设备,其安全性和用户隐私问题也越来越突出。为解决该问题,提出一种基于Linux容器技术的方法,在同一台手机设备上建立多个虚拟手机系统,使多个相互隔离的Android系统同时运行。为了使多个子系统共享同一台设备资源,提出了基于代理的设备虚拟化技术,并以手机的Radio设备为例实现了该技术。然后,在一个实现了的原型系统上的测试结果表明每个虚拟手机系统均可正常使用所有物理设备,说明该方法可有效地实现设备的虚拟化。最后,通过对多系统的数据隔离、系统资源开销的测试验证了该方法的可行性。由于各虚拟手机系统之间相互隔离、互不影响,因而很好地保护了用户数据的隐私。此外,即使某一个Android子系统出现运行故障或者被恶意攻击,其他子系统照样可以正常运行,从而提高了整个系统的安全性。同时,各子系统的应用和功能可以根据不同的应用场景和需求特别定制,可满足用户的个性化需求。
一种负载感知的异构MPSoC任务调度算法
谢盈, 吴尽昭, 丁旭阳, 张晖
2017, 46(6): 890-895. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.017
摘要:
处理器核的异构性、运行时负载和任务间依赖关系,是影响异构MPSoC任务调度算法性能的关键因素。该文提出了一种负载感知的异构MPSoC任务调度算法,在满足任务间依赖关系的前提下,根据计算开销和通信负载将待调度任务集划分为任务子集。在考虑处理器核负载状态的基础上,通过赋权二部图最大权匹配,将任务子集调度到适载的处理器核上运行,提高了待调度任务集总执行效率。仿真实验结果表明,该算法有效降低了任务集的调度长度,提高了处理器核的利用率。
多属性泛化的K-匿名算法
宋明秋, 王琳, 姜宝彦, 邓贵仕
2017, 46(6): 896-901. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.018
摘要:
针对现有的K-匿名模型中存在泛化属性选取不唯一和数据过度泛化的问题,提出多属性泛化的K-匿名算法。在K-匿名模型实现的过程中,引入属性近似度概念,定量刻画准标识符属性的离散程度,进而确定泛化的准标识符属性;同时采用广度优先泛化的方法,避免数据被过度泛化,最终实现数据表的K-匿名要求。实验结果表明,多属性泛化的K-匿名模型可以提高泛化后数据精度,其处理效率和Datafly算法相当。该算法有效地解决了取值最多准标识符属性存在多个时的泛化属性选取问题,并且防止属性被过度泛化,提高数据的可用性。
基于流相似性的两阶段P2P僵尸网络检测方法
牛伟纳, 张小松, 孙恩博, 杨国武, 赵凌园
2017, 46(6): 902-906, 948. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.019
摘要:
僵尸网络利用诸如蠕虫、木马以及rootkit等传统恶意程序,进行分布式拒绝服务攻击、发送钓鱼链接、提供恶意服务,已经成为网络安全的主要威胁之一。由于P2P僵尸网络的典型特征是去中心化和分布式,相对于IRC、HTTP等类型的僵尸网络具有更大的检测难度。为了解决这一问题,该文提出了一个具有两阶段的流量分类方法来检测P2P僵尸网络。首先,根据知名端口、DNS查询、流计数和端口判断来过滤网络流量中的非P2P流量;其次基于数据流特征和流相似性来提取会话特征;最后使用基于决策树模型的随机森林算法来检测P2P僵尸网络。使用UNB ISCX僵尸网络数据集对该方法进行验证,实验结果表明,该两阶段检测方法比传统P2P僵尸网络检测方法具有更高的准确率。
基于移动用户浏览行为的推荐模型
丁哲, 秦臻, 郑文韬, 秦志光
2017, 46(6): 907-912. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.020
摘要:
推荐算法已经被广泛地应用于很多领域。但是如果利用传统的推荐算法预测移动用户浏览互联网的行为,并在此基础上对移动用户进行个性化的内容推荐,传统推荐算法的推荐效果往往比较差。该文通过分析移动用户浏览互联网的记录,得出传统推荐算法效果差的原因。在此基础上,提出了一个基于移动用户浏览行为的推荐模型,即RMBDMU。该模型可以对移动用户浏览互联网的行为进行预测,在预测的基础上对移动用户进行内容推荐。为了验证推荐模型的有效性,在真实的移动用户浏览互联网的行为数据上进行了实验。实验结果显示基于移动用户浏览行为的推荐模型比传统的推荐算法更为有效。
自然语言处理中的深度学习:方法及应用
林奕欧, 雷航, 李晓瑜, 吴佳
2017, 46(6): 913-919. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.021
摘要:
该文围绕特征表示和模型原理,以神经网络语言模型与词向量作为深度学习与自然语言处理结合的切入点,概述了当前主要深度神经网络的模型原理和相关应用。之后综述了当前研究人员在自然语言处理热点领域上所使用的最新深度学习方法并及所取得的成果。最后总结了深度学习方法在当前自然语言处理研究应用中所遇到的瓶颈,并对未来可能的研究重点做出展望。
工期约束下加工型产品准确率串归约算法研究
罗智勇, 汪鹏, 尤波, 苏洁
2017, 46(6): 920-925. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.022
摘要:
完工时间和准确率是生产调度的两个重要属性,然而单属性优化算法只能完成单个属性的优化,无法动态平衡这些属性。针对此问题,提出了基于有向无环图的串归约优化算法。算法通过约束每个任务的活动区间并采用逆向迭代进行归约,达到每层选择最优服务的目的,从而实现了这两个属性的优化。实验表明,该算法可准确地得到一条完工时间和准确率相互平衡的优化路径,但其优化效率受限于完工截止期和任务数。最后,研究结论对生产调度多属性的优化提供了一定的参考。
保持语义不变的C克隆代码预处理方法
边奕心, 赵松, 杜军
2017, 46(6): 926-933. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.023
摘要:
克隆代码检测工具的输出结果由于存在克隆检测不一致性缺陷的误检和检测出的克隆代码不能直接用于重构的问题,需要对检测工具的输出结果进行预处理。为了解决该问题,提出一种新的克隆代码预处理方法。首先,将自适应K-最近邻聚类方法与程序依赖图相结合,用于降低克隆不一致性相关缺陷检测的误检。然后,使用基于代价-收益分析的评估方法,在消除缺陷后的克隆代码中识别可重构的克隆代码。实验结果表明,该预处理方法,不仅降低了克隆不一致性相关缺陷检测工具产生的误检,提高了可重构克隆代码的数量,而且将克隆代码检测与克隆代码重构两个过程连接为一个有机的整体,有利于提高软件的质量,降低软件维护的成本。
生物电子学
基于视觉感受野特性的自适应图像去噪算法
刘玉红, 张艳山, 李永杰, 杨开富, 颜红梅
2017, 46(6): 934-941. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.024
摘要:
针对图像去噪中边缘细节信息丢失的问题,提出一种基于视觉感受野特性的图像去噪算法。该方法基于视觉神经电生理研究结果,模拟视觉初级视皮层自适应机制和感受野的响应特性来实现对图像的去噪。使用小尺度模板对噪声进行检测;根据噪声的大小采用ON/OFF感受野模板去噪处理,对图像进行亮度调整。实验结果表明,与现有的流行算法比较,该算法去噪效果较为有效,并能更好地保留图像纹理和边缘细节信息,在峰值信噪比和均方误差等客观定量评价指标上优于其他算法。
超声辐射力脉冲技术分级量化肝纤维化的实验研究
黄文波, 陈科, 邱婷婷, 罗燕, 林江莉
2017, 46(6): 942-948. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.025
摘要:
肝纤维化是慢性肝病进展到肝硬化的中间阶段,肝纤维化不同分期的硬度量化具有重要的临床意义,但目前其弹性参数检测尚不准确。该文基于超声辐射力脉冲(ARFI)技术,提出一种对肝脏组织弹性系数进行量化的新方法。通过ARFI技术产生超声辐射力推动聚焦处组织产生微小纵向位移,获取激励前后的超声回波信号,采用累积相位互相关算法检测微小位移,评估其分级肝纤维化程度的可行性;再通过Voigt粘弹性模型建立特定声辐射力下弹性系数与组织受激产生应变的关系曲线,从而获得不同分期肝纤维化组织弹性系数的绝对值。对不同分期的兔子肝脏进行实验,结果表明如果采用单一辐射力获得的纵向位移进行分期结果不稳定,而应采用多种声强度和多种脉冲宽度的辐射力下的平均纵向位移。最终得到的肝纤维化不同分期的弹性系数为:F0:(11.95±1.91)kPa,F1:(13.28±1.89)kPa,F2:(15.40±1.98)kPa,F3:(16.83±2.01)kPa,F4:(18.52±2.28)kPa。实验结果实现了区分不同肝纤维化等级的兔子肝脏,并得到不同等级相对应的弹性参数值,为临床上肝纤维化的准确检查和诊断提供了新的方法和手段。
机械电子工程
基于自适应边界能量法的柔顺力控制研究
王洪艳, 刘春洁, 黄智
2017, 46(6): 949-954. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.026
摘要:
阻抗控制方法是有效的机器人接触控制方法,但是该方法只能在预估的环境参数范围内保证系统的稳定性。针对这一问题,该文提出一种新的自适应边界能量(Energy Boundary Method-EBM)方法,通过在线估计控制参数提高系统整体性能,保证系统的稳定性。在该控制方法下,系统在与超出预估范围内的不确定环境相接触时,仍可保持期望的稳定接触力,同时具备较强的鲁棒性。为证实该方法的可行性及有效性,以气液联控柔顺力控制系统为例,进行理论及仿真研究,理论性能及仿真结果分析证明了该方法的有效性。
双齿轮偏心的传动误差计算与研究
邹帅东, 王光建
2017, 46(6): 955-960. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.027
摘要:
采用解析法推导了存在双偏心误差的渐开线齿轮副的传动误差计算公式,建立了其传动误差解析计算模型,同时分析了齿轮副的瞬时节点、传动比误差以及传动误差之间的等价关系;应用RecurDyn软件验证了传动误差计算模型;在啮合频率变负载的动态传动误差仿真的基础上,建立了与理论计算的传动误差及其侧隙值间的关系;在此基础上,针对已有偏心误差情况下,提出齿轮偏心误差初始相位的优化配置方法,得到最小传动误差,为精密传动设备的装配调整提供理论指导。