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2014年  第43卷  第4期

复杂性科学专栏
中国乐曲节奏的无标度分析
吴丹, 付悦
2014, 43(4): 482-485. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.001
摘要:
音乐节奏通常被认为是很有规律的,而其中突然的变化则给人新奇感。在音乐欣赏中,这种规则与变化的平衡和交替形成了独特的韵律美感。从数理的角度研究这种变化规律是人们一直关心的科学问题。选取4类不同的中国乐曲共123首,包括古曲、流行乐、儿歌以及地方戏曲,应用多窗谱分析对其节奏谱分布进行了计算。结果显示,多数乐曲的标度指数在0.5~1之间,其中古曲的指数最大,在0.8左右,且与其他3类有显著差异。这表明中国音乐的节奏与自然界诸多现象一样,具有无标度性,体现了“天人合一”的思想。
基于侥幸心理的自愿接种模型研究
杨凯, 胡兆龙
2014, 43(4): 486-491. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.002
摘要:
该文基于个体接种疫苗倾向的差异性,结合博弈理论建立了一个基于节点重要性倾向的自愿接种模型;同时,针对人们在选择是否接种时存在的心理因素,建立了一个基于侥幸心理的自愿接种模型。针对疫苗永久有效、疫苗有效期有限和信息存在时间延迟3种情况,借助经典的SIS传染病模型在BA无标度网络与ER随机网络上对上述两个模型的疾病传播进程进行了对比分析。结果表明:若存在侥幸心理,BA网络中的感染节点密度将更大,即对BA网络影响更大;还发现对于该文所设参数,当人们存在侥幸心理时,感染人数增加了2倍以上。
通信与信息工程
基于位置的认知网络中继选择与功率分配
雷维嘉, 崔军, 谢显中
2014, 43(4): 492-496. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.003
摘要:
针对认知网络中,认知源和目的都位于同一个主用户的覆盖区内但距离较远的情形,通过使用主用户频段,采用中继在源和目的间建立多跳路由实现通信。给出一种利用位置信息,以优化跳数和总发射功率为目标的中继选择算法;同时给出一种以最大化系统容量为目标、以总发射功率和接收信干比为约束条件的功率分配算法。仿真结果表明,该文算法能够有效降低系统总发射功率和提高系统容量。
基于空间调制的天线选择和能效优化算法
龚丽莎, 尹露, 龚赛丹, 李磊, 何旭, 肖悦
2014, 43(4): 497-501. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.004
摘要:
空间调制是一种新型的具有低复杂度的多输入多输出通信技术,并成为近年来的研究热点。为了进一步提升空间调制的误比特率性能,该文研究了空间调制中的发射天线选择问题,提出了一种基于信道列向量夹角和范数的低复杂度的发射天线选择算法。该算法能够有效减少矩阵运算,并且不需要考虑差异向量,因此具有极低的计算复杂度,且适用于发射天线数目明显高于接收天线数目的情况。同时,加入了功率修正因子,有效地控制发射信号功率,极大程度地提升了能量效率。仿真结果表明,该算法能够在限制发射功率的前提下,以极低的计算复杂度逼近最优算法的性能。
基于动态古诺博弈的认知无线电频谱贸易算法
李方伟, 柴源, 朱江, 张玉平
2014, 43(4): 502-507. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.005
摘要:
为解决认知无线电频谱分配问题,提出了一种新的基于动态古诺博弈的频谱租借贸易算法。该算法考虑认知无线网络中频谱租借市场容量及次用户频谱价值两者均动态变化的特点,将用户之间的频谱租借贸易建模成动态古诺博弈,同时根据用户之间的频谱供需关系动态调整用户贸易的频谱价格及收益,促使每阶段用户效用最大化并达到频谱分配的目的。分析了频谱供需关系变化对贸易的影响,并通过仿真证明了该算法相比于静态古诺博弈模型能达到更高的频谱利用率。
时相调制的陷波滤波技术研究
赵培洪, 王红星, 平殿发, 毛忠阳, 吴学文
2014, 43(4): 508-513. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.006
摘要:
针对时相调制功率谱的特殊性,设计了一种能够提取时相调制相位突变特征的陷波滤波技术。根据输入的时相调制信号参数,设计对应的陷波滤波器;然后对接收信号进行滤波,利用陷波特性将相位突变时间段内的信号幅度突显出来,从而将时相调制信号的相位信息转化为可被门限检测的幅度信息;最后针对陷波滤波效果、系统误码性能以及频带利用率进行了仿真与分析。仿真表明,时相调制系统中采用陷波滤波技术,不仅可以完成对输入数字信息的有效恢复,而且使系统传输性能保持很好,并能有效提高频带利用率。
利用信源先验特征的混合测向算法
樊荣, 徐保根, 万义和, 汤四龙, 文飞, 万群
2014, 43(4): 514-518. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.007
摘要:
基于特征分解的子空间类测向算法均要知道信源个数,但在小快拍数、低信噪比,且信源间的信号强度差异明显的场合中,传统的AIC信息准则和MDL准则均不能准确判断信源个数。这直接恶化了基于特征分解类算法(如MUSIC法)的测向性能。针对该问题,提出了一种利用信源先验特征的混合测向算法。该算法既利用了信源在角度上呈稀疏分布的信息提高了信源数判决的准确性,也利用了信源的非圆特性改进了测向性能。计算机仿真证实了该方法的正确性。
具有保护区域的无线Ad-hoc网络传输性能研究
唐菁敏, 倪晨泉, 杨孟, 陈昌海, 赵坤
2014, 43(4): 519-523. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.008
摘要:
对现有抑制网络中干扰信号强度的方法进行了研究,针对抑制干扰的同时也限制了网络的传输容量的问题,提出在无线Ad-hoc网络中设置保护区域来抑制干扰,并推导了最优保护区域的半径。理论分析和仿真结果表明,设置保护区域能够极大程度降低网络中的干扰信号强度,合理地设置保护区域大小能有效提高传输容量,并且保护区域半径存在一个最优值,能使得网络的传输容量达到最大值。
稀疏表示框架下的SAR目标识别
程建, 黎兰, 王海旭
2014, 43(4): 524-529. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.009
摘要:
稀疏表示选择最佳线性表示重构信号,可避免合成孔径雷达(SAR)目标识别中的方位角估计难题,同时减轻强相干噪声影响。稀疏字典选择是稀疏表示中的关键问题之一,该文提出分别使用级联方式和并联方式构造稀疏字典实现SAR目标识别。首先对训练样本进行对数归一化处理,使用主成分分析(PCA)特征提取和降维;然后对处理后的数据分别组成级联字典和并联字典,采用截断牛顿内点法(TNIPM)获得目标的稀疏表示;最后,在两种字典的稀疏表示框架下设计分类器对SAR目标识别。通过对比实验,验证了该文的字典构建方式在稀疏表示框架下对SAR目标识别的有效性。
物理电子学
基于高层数据模型库的三维粒子模拟程序研究
周俊, 彭凯, 刘大刚
2014, 43(4): 530-536. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.010
摘要:
在高层数据模型库JADLib基础上,研究和开发了三维电磁粒子模拟程序,为具有统一数据接口的高性能粒子模拟计算提供铺垫作用。给出了程序的详细设计思路和实现方法,并使用该程序对多种典型的微波器件进行了模拟计算。结果表明,基于高层数据模型库进行三维粒子模拟程序是有效和实用的。
基于高斯-赫米特源项展开法的X射线自由电子激光研究
顾小卫, 蒙林, 黄炯
2014, 43(4): 537-541. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.011
摘要:
利用光场的高斯-赫米特源项展开法,推导了粒子运动一维方程加三维修正和光场幅度、光束半径、瑞利参数的非线性方程组,编制稳态Matlab FEL code程序,初始粒子加载与国际通用软件Genesis进行对比,吻合很好。新程序对于X射线FEL理论研究的深化,实验装置的设计和改进具有重要意义。
原子玻色-爱因斯坦凝聚与单模光场相互作用系统的保真度
李明
2014, 43(4): 542-546. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.012
摘要:
利用格子液体方法对二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚与单模光场相互作用系统的哈密顿量进行了改进,并且研究了初始光场的平均光子数、光场与原子间的相互作用强度,以及光场的圆频率对二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚与单模光场相互作用系统的量子态保真度的影响。结果表明,二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚单模光场系统的保真度呈现崩塌回复现象,初始光场的平均光子数越小,系统的保真度越好;光场和原子间的相互作用强度和光场的圆频率对系统的保真度没有明显的影响。
树脂基复合材料固化过程中的温度和热应力场三维瞬态分析
陈淑仙, 田鹤, 秦文峰, 李梦, 杨文锋, 唐庆如
2014, 43(4): 547-551. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.013
摘要:
建立了热固性树脂基复合材料固化过程温度和热应力场分析的数学模型,采用有限元方法,进行了三维非稳态数值求解。通过与已有实验结果的比较,验证了数学模型和计算方法的正确性。获得了3234/T300层合板固化过程中内部温度及热应力分布,分析了保温时间、升温速率、铺层设计等对温度、内部热应力的影响。数值计算结果表明:预固化时间越长,层合板内温度梯度越小,热应力峰值越低;升温速率越大,层合板内温度梯度越大,热应力峰值越大;采用对称铺层可降低层合板内部温度梯度和热应力。
自动化技术
抗不良杠杆量测的稳定收敛状态估计方法
余娟, 廖龙飞, 朱黎丽, 颜伟, 赵雪骞, 赵霞
2014, 43(4): 552-556,590. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.014
摘要:
不良杠杆量测使得传统的含有不良数据辨识的状态估计方法失效,严重降低了状态估计的精度,为了能够自动排除不良杠杆量测的干扰,同时保证状态估计计算的数值稳定性和收敛性,提出了抗不良杠杆量测的稳定收敛状态估计方法。在利用等价权原理并统一量测残差尺度的基础上,提出了采用标准化残差的指数型权函数,并基于此得到抗差状态估计模型。该模型能够根据量测残差自动修正量测权重,具有较强地抵抗不良杠杆量测的能力,能有效保证算法的数值稳定性和收敛速度。分别采用3节点和IEEE118节点算例对该方法的特点进行了验证。
基于特征优选模拟电路故障诊断方法
李旻, 咸卫明, 龙兵, 王厚军
2014, 43(4): 557-561. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.015
摘要:
传统基于最小二乘支持向量机模拟电路故障诊断方法都是使用单一的特征向量组合训练支持向量机所有二分类器,然而实际上每个二分类器对不同的特征向量组合有不同的分类精度。因此,提出了基于马氏距离的粒子群优化算法,为最小二乘支持向量机所有二分类器优选出近最优的特征向量组合。然后,将近最优特征向量组合用于训练和测试该支持向量机。最后把该方法应用于模拟电路早期故障诊断,实验结果表明,基于近最优特征向量组合的诊断精度要高于单一特征向量组合的诊断精度。
随机车辆跟随系统的鲁棒控制
施继忠, 张继业, 胡永举, 陈彦秋
2014, 43(4): 562-567. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.016
摘要:
基于车辆系统建模中忽略的随机因素,根据伊藤随机微分方程建立随机车辆动力学模型,运用滑模控制研究了具有鲁棒性的随机车辆纵向跟随控制。假设参数有界,设计了一类随机车辆跟随系统的变结构鲁棒控制规律。运用随机车辆跟随系统的稳定性判据分析了控制系统的稳定性,得到控制系统收敛的充分条件。数值仿真表明,根据所设计的鲁棒控制策略,既能达到满意的跟踪性能,又可以有效减弱控制抖动。
基于HHT的仿真模型动态一致性方差分析方法
陈永兴, 吴晓燕, 曾华
2014, 43(4): 568-574. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.017
摘要:
仿真模型动态数据常具有非线性和非平稳性,如何有效提取动态数据的验证指标和利用动态数据指导模型修改是仿真模型动态验证需要解决的重要问题。该文提出了基于希尔伯特-黄变换(HHT)仿真模型动态一致性方差分析方法,将HHT得到的动态数据时-频分布作为验证特征,建立了基于方差分析的仿真动态一致性检验模型,实现了仿真模型的定量动态验证,解决了差异源的定位问题,为提高模型可信性提供了指导。仿真和实例应用表明,该方法能较为精确地检验动态数据的一致性和实现误差定位,具有一定的可行性和实用性。
计算机工程与应用
基于WordNet与Wikipedia的平面几何本体的构建
符红光, 刘莉, 钟秀琴, 蒋彦, 孙媛媛
2014, 43(4): 575-580. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.018
摘要:
针对目前本体构建中存在的如手工构建难以确保高效性和可扩展性,且自动构建难度大,可操作性不强等研究现状,提出了一种基于WordNet和Wikipedia的学科领域本体半自动构建方法。首先构建一个领域顶层本体,在此基础上,重用WordNet的结构,从深度上对其进行术语和术语层次的扩展;同时根据Wikipedia中的页面信息,从广度上对其进行术语间关系的扩展和术语的补充;并将该本体构建方法应用于平面几何领域。实验表明该方法能大大提高本体构建的效率,并在一定程度上保证了本体的质量。
评价风险评估方法有效性的DEA模型
杨晓明, 罗衡峰, 王佳昊, 秦志光
2014, 43(4): 581-584. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.019
摘要:
决定信息安全评估结果是否科学有效的前提和基础是选择正确的风险评估方法,因此如何选择就成为关键。该文将模糊综合评价方法和数据包络(DEA)方法相结合,提出一种筛选评估方法的数学模型,用于评价风险评估方法的有效性。该方法充分考虑评价指标的客观性,从工程的角度综合计算进行风险评估活动的投入与产出,从定量的角度考察风险评估的评估效果,该方法具有良好的可操作性,为风险评估人员筛选更有效、科学、合理的评估方法提供一个具有实用价值的数学工具。
自动探测和保护确保内核完整性
何进, 范明钰, 王光卫
2014, 43(4): 585-590. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.020
摘要:
内核rookits攻击对内核完整性构成致命威胁,因此对内核rootkits探测和防护确保内核完整性是当前研究的热点,然而现有的研究总存在不足:要么侧重内核rootkits防护,要么侧重内核rootkits探测,并未将两者相结合确保内核完整性。鉴于此,本文将探测和保护相结合形成一个自动联动机制,从而构成了基于探测保护的一体化系统ADPos来确保内核完整性。实验表明ADPos系统既能自动全面有效地探测与防护,而且又不牺牲系统性能为代价,并且兼容多种OS系统、同时防零日攻击。
改进的DSmT算法及其在C4ISR系统中的应用
覃东升, 苗壮, 王勇
2014, 43(4): 591-595. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.021
摘要:
提出了一种基于DSmT的快速mass函数收敛算法。在工程应用中,由于矛盾焦元在决策时没有实际意义,所以在证据融合时,只计算由辨识框架元素形成的焦元与未知焦元的基本置信指派,而不需要计算矛盾焦元的基本置信指派。这样能够有效地降低计算复杂度,并提高mass函数的收敛速度。将该算法作为雷达辐射源识别的方法应用到了C4ISR系统中,仿真表明,该方法比传统方法在高冲突情况下可以更准确、更快速地识别雷达目标。
一种网络导航学习路径生成方法
李孟, 曹晟, 秦志光, 邱丹
2014, 43(4): 596-600. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.022
摘要:
该文提出了一种基于反馈的、满足全局优化和充分必要条件的网络导航学习路径生成方法。将知识单元及其依赖关系作为知识地图的顶点和边,全部存储于广义表中。测试学习者已经学过的知识单元,根据知识单元中心度和难度量化计算方法,生成知识地图总路径集合,基于不同的学习基础,学习者在集合中“按需所取”知识单元。该方法产生的知识地图导航不再是海量知识单元的不完备近似集合,而具有全局精确性;解决了学习路径的充分性和必要性难以同时满足的缺陷;针对学习者个性化要求,有效提高学习效率,具有教育学和计算机科学的双重价值。
一种用于小流估计的数据包公平抽样算法
任高明, 夏靖波, 乔向东, 杨仝
2014, 43(4): 601-606. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.023
摘要:
现有数据包公平抽样算法通常根据到达数据包所属流大小的估计值设置包抽样率,令大流所含数据包抽样率低,小流所含数据包抽样率高,缺点是算法的优劣依赖于不同方法对流大小估计的准确性;小流估计误差较大。针对此问题,利用大流持续时间长且到达速率高的特点,提出一种基于时间分片的用于小流估计的数据包公平抽样算法(MFEPS)。该算法将测量时间分割成片,抽取每个流在每个时间片内的第一个数据包,而不需要估计数据包所属流的大小。理论分析和实验结果均表明,与已有算法相比,对于小流估计,MFEPS算法在相同的CPU资源消耗条件下,具有更高的准确性和良好的扩展性。
近地卫星网络的一致随机超图数据传输模型
于海征, 边红
2014, 43(4): 607-611. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.024
摘要:
容忍延迟网络的架构提供了一种通信系统,更大程度地符合逐渐复杂的空间通信。针对近地卫星轨道网络,利用容忍延迟网络的bundle协议,数据块被封装成bundle包,在小卫星与地面基站之间进行传输。经过一段时间的传输和出错bundle包重传过程,利用随机超图构建了一致随机超图模型,建立bundle包传输的图结构,得出bundle包出错的概率和超图结构的关系,刻画了卫星与地面基站的消息传输过程。仿真实验证实了bundle出错概率和传输的图结构之间存在着紧密的关系。
基于中心加权的局部核向量机算法
李琳, 伍少梅, 唐宁九
2014, 43(4): 612-617. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.025
摘要:
为了解决大规模非线性分类中局部学习的不平衡性问题,提出一种改进的局部支持向量机算法,在高维特征空间中聚类后,为每一个簇构造局部非线性支持向量机。为了克服簇内样本的分布不均衡问题,根据闭合超平面不规则边界的几何特点,经过梯度下降寻找稳定均衡向量,以此构造簇几何中心;再结合簇密度中心共同约束类心形成双重加权中心。然后通过求解加权最小闭球问题实现对大规模样本向量的分类。对照实验显示,除了个别数据集以外,改进的算法在训练时间、测试时间以及测试精度等方面都比另外两种分类算法表现更佳。
生物电子学
超声弹性成像零相位估计算法并行化研究
彭博, 谌勇, 刘东权
2014, 43(4): 618-623. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.026
摘要:
研究超声弹性成像零相位估计算法的并行化计算问题。针对标准的零相位估计算法不易并行实现的特性,提出零相位估计算法的并行计算框架。首先通过互相关算法计算初步的位移并作为零相位估计算法引导位移,然后再使用二维零相位估计算法计算最终每一个估计点位移。仿真结果显示,该并行计算框架在生成的弹性图像的信噪比和对比度噪声比上能获得与标准方法非常接近的性能评价,同时与标准方法的CPU实现相比,该方法的GPU实现有效地提高了零相位估计算法的计算速度,其加速比可达7倍。研究表明,该算法框架不仅能有效地并行计算,同时能够保证得到高质量的弹性图。
基于选择性注意的交通环境显著性及眼动特征研究
邓涛, 罗恩晴, 张艳山, 颜红梅
2014, 43(4): 624-628. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.027
摘要:
通过行为实验,采集了两组被试在不同注意状态下观看道路交通场景图像时的眼动数据,研究了在交通驾驶环境中两种不同注意机制(自底向上和自上而下)驱动下的眼动特征。研究表明,在交通驾驶环境中,基于自底向上注意驱动的眼动特征与基于自上而下注意驱动的眼动特征存在着显著性差异,二者对应的视觉显著图也有明显区别。另外,两种注意机制对信号灯及交通标识等重要交通元素的关注及识别等方面也存在显著的不同。
机械电子工程
“S”形试件的五轴数控机床综合动态精度检测特性研究
杜丽, 张信, 王伟, 付振华, 石荣波
2014, 43(4): 629-635. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.028
摘要:
以ISO国际标准试件、NAS979系列试件、NCG试件等为例,比较了目前国内外常用机床精度检测试件的检测性能与特点,计算了“S”形检测试件的开闭角、扭曲角、曲线曲率以及曲面法曲率等特征,研究了“S”形检测试件在几何造型方面的特性,证明了“S”形试件能基本体现和覆盖机床的各种复杂姿态,以及在机床多轴联动精度检测和机床动态刚度特性检测等方面更具全面性。为基于“S”形检测试件的五轴数控机床动态精度检测提供相应的科学依据,为五轴数控机床精度检测试件的型面构造研究提供理论参考,有助于“S”形试件国际标准草案的制定与推广。
带孔阵屏蔽腔电磁屏蔽特性的时域有限元分析
聂宝林, 杜平安
2014, 43(4): 636-640. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.029
摘要:
为了分析带孔阵屏蔽腔的电磁屏蔽性能,使用变分法推导了适用于内部辐射源情况下屏蔽腔屏蔽分析的时域有限元算法,并将集总电阻加入到时域有限元代码中用于消耗系统的能量和加快其衰减速度。计算了系统的传输功率以及3 m远处的电场值,并和测试结果及商业软件仿真结果进行了对比,结果吻合良好。基于频域结果分析了屏蔽腔不同谐振模式和工作频率对其屏蔽性能的影响。最后,将损耗材料加入屏蔽腔中降低其品质因数和谐振效应,时域有限元算法证明了该方法的有效性。