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2015年  第44卷  第6期

通信与信息工程
能量收集协同干扰中继系统保密速率优化
雷维嘉, 江雪, 左莉杰, 谢显中
2015, 44(6): 801-807. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.001
摘要:
研究各有一个源节点、中继节点、目的节点和窃听节点的中继窃听信道模型的保密速率的优化问题。模型中各节点具有能量收集能力,源节点和中继节点采用“储能-发送”模式工作,即先收集能量,再发送数据。中继节点采用协同干扰模式,在源节点进行数据发送时对窃听者进行干扰。首先分析得到中继协同干扰方式下提高保密容量的条件;然后给出以最大化保密速率Rs为目标的吸收比例系数ρ和中继节点发送功率Pr的迭代优化算法。通过对算法性能进行仿真,证明该算法收敛速度快,能有效提高系统的保密传输速率。
非稳态三维散射场景的时域自相关特性分析
曾孝平, 周雨, 简鑫, 黄杰, 李静
2015, 44(6): 808-813. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.002
摘要:
结合航空移动通信环境的三维非稳态特征,推导了立体空域内散射体相对于收发节点随机运动散射场景的时域自相关函数的数学表达式。该表达式为有限区间内的高维积分,结合蒙特卡洛高维积分法和射线跟踪法验证了该表达式的正确性。数值结果表明:节点运动速度、散射体速度和散射体数量越大,相应的时域自相关函数衰减越快。该表达式和求解办法具有较强的推广性,通过降维可等效为二维散射场景,令散射体相对于收发节点静止可等效为稳态散射场景。相关结论可为下一代航空移动通信宽带传输体制的相干时间与相干距离的确定提供理论支撑。
一种带有温度补偿电路的射频功率放大器
黄亮, 章国豪, 张志浩, 李思臻
2015, 44(6): 814-817. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.003
摘要:
针对无线通信应用的射频功率放大器,提出了一种新颖的温度补偿电路。应用该温度补偿电路,设计了一款基于InGaP/GaAs HBT工艺的两级F类功率放大器。该功率放大器采用了带温度补偿特性的有源偏置电路,能有效地提高线性度,补偿温度引起的性能偏差;输出匹配网络采用F类功率放大器谐波理论而设计。在1 920~1 980 MHz频段和电源电压3.4 V条件下,测得常温状态该功率放大器增益为27 dB;输出功率在28 dBm时功率附加效率达到42%,邻信道功率比为-36 dBc;在-20 ℃~80 ℃之间功率附加效率和邻信道功率比基本不变。
基于循环谱的OFDM混叠信号符号速率盲估计方法
张星, 胡剑浩, 朱中梁, 袁苑
2015, 44(6): 818-823. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.004
摘要:
针对两路同频OFDM信号混合的符号速率估计问题,提出了一种基于循环谱特性的符号速率估计算法。该算法比较混叠前和混叠后OFDM信号在循环谱特性上存在的差异,并利用该差异识别OFDM信号是否存在混叠现象,同时提取符号速率的相关信息,实现单通道混叠信号的速率估计。该算法不需要任何先验信息,可以直接在中频实现。仿真结果表明该算法的有效性,且对噪声不敏感。
多通道频率交织1.4 GHz宽带DRFM系统
江舸, 李皓, 李文杰, 许晏
2015, 44(6): 824-829. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.005
摘要:
更大的带宽是数字射频存储(DRFM)系统的发展方向,获取超宽带微波器件、高速AD/DA、高速存储/信号处理芯片等关键器件成为制约DRFM系统发展的瓶颈问题。该文提出了一种多通道频率交织架构,构建了一套C波段的超宽带DRFM系统。并针对系统复杂度增加带来的信号失真问题,在FPGA上设计并实现了补偿算法。实验结果表明:系统瞬时带宽达到f0±700 MHz、带内幅度平坦度优于6 dB、信号线性度优于5×10-5。从而实现利用通用器件构建超大带宽DRFM系统的目的。
嵌入吸收式单刀八掷开关电路
王玲, 唐小宏, 肖飞, 杨刘君
2015, 44(6): 830-834. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.006
摘要:
提出了一种嵌入吸收式单刀八掷开关电路结构。利用PIN二极管的通断特性,设计了1个在14~18 GHz频率范围内的吸收式单刀八掷(SP8T)开关电路,导通损耗小于3.9 dB,输出端回波损耗大于10 dB;隔离度大于60 dB,输入、输出端回波损耗大于12 dB。该电路将吸收电阻嵌入在基片下接地板内,相比传统结构的吸收式开关电路,具有在导通状态下损耗略小;在关断状态下输出端反射信号较小。该嵌入吸收式结构也可应用于吸收式的衰减电路及限幅电路中。
阵列摄像机测量系统研究与实现
贾海涛, 方道恒, 舒畅
2015, 44(6): 835-839. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.007
摘要:
针对特定目标测量的实时性和消除危险性要求,设计并实现了基于阵列摄像机的智能图像实时目标测量系统。该系统综合利用图像预处理和图像判读技术,在改进ViBe等相关算法的基础上,对视频图像进行连续的实时滤波、目标检测和定位实现对目标的智能测量,同时提出基于多路视频信息定位目标落点算法。实验结果表明,该系统精度高、实时性强,具有较高的实用价值。
DTN基于位置的RAPID路由算法
刘永广
2015, 44(6): 840-844. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.008
摘要:
面向意向容迟网络的资源分配协议(RAPID)路由算法通过引入效能函数避免其他容迟网络(DTN)路由算法对某一性能指标的影响。然而算法中的相遇时间分布问题增加了算法的不确定性和应用局限性。针对这一问题,该文设计了新的基于位置信息的效能函数计算方法。新方法通过元数据交换获得各个节点的位置信息,采用灰色系统预测算法获得较长时间没有消息的目的节点的位置信息。通过最小化到达目的节点的时间,设计了更详细的消息复制优先级及复制规则。仿真表明,新算法能有效克服RAPID算法的问题,降低了消息复制数和平均时延,提高了消息成功递交率,网络的整体性能得到进一步提升。
物理电子学
Padé近似下模拟一般色散媒质的FDTD改进方案
刘广东
2015, 44(6): 845-850. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.009
摘要:
为了方便模拟不同媒质的色散特性,提出了一种时域有限差分(FDTD)改进方案,适用于统一处理几类各向同性、线性、有磁电色散媒质的电波传播问题:媒质类型可以是Havriliak-Negami(H-N)媒质、Davidson-Cole(D-C)媒质、Cole-Cole(C-C)媒质、Debye媒质、常规(非色散)媒质或其任意组合;媒质属性可以是单极或多极的、有电耗的或无电耗的。该方案利用帕德(Padé)近似法,导出了一组整数阶的辅助微分方程(ADEs),既克服了其中分数阶导数的主要困难,又展现了通用性好、复杂度低的优势。通过对一维及三维算例解析、数值结果之间的对比,初步证实了改进方案的可行性和有效性。
计算光栅零级衍射场的模态层吸收法
邓浩, 陈树强, 马磊
2015, 44(6): 851-857. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.010
摘要:
通过将严格耦合波分析的傅里叶展开过程与一种差分技术——层吸收法(SAM)的高斯消元迭代过程相结合,实现对任意复杂光栅零级衍射场的计算。在满足精度要求条件下,如果SAM所需网格数小于RCWA所需阶梯近似层数的两倍左右,SAM更高效;对于示例结构,相对于RCWA,SAM最高可以减少40%的计算时间。因此该方法具有辅助应用于集成电路纳米量级微结构分析/测试的价值。
自动化技术
经验模态分解在地磁匹配导航中的研究
康瑞清, 张朝晖, 孙冰
2015, 44(6): 858-862. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.011
摘要:
实测的地磁数据易受到软硬磁干扰,导致地磁数据特征不明显,严重影响地磁匹配导航的准确性。该文对实测的地磁信号分别经小波强制降噪、小波阈值降噪和基于经验模态分解的阈值滤波,处理后的数据与实测的地磁数据分别进行了地磁匹配,匹配结果显示,基于经验模态分解的阈值滤波方法的匹配误差最低。该方法运用在使用磁通门与陀螺组合方式进行的车辆导航中结果表明该方法可以有效提高导航的精度。
主动电场原理液体输送管道泄漏检测研究
彭杰纲, 董冠奇, 何春秋
2015, 44(6): 863-868. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.012
摘要:
受生物学弱电鱼的主动电场定位器官研究的启发,提出了将主动电场定位原理用于管道的泄漏检测的新方法。通过Ansoft maxwell有限元仿真和实验平台实际实验相结合,针对管道内淡水和脱水原油两种情况分别实验仿真。将实验数据和仿真数据分别处理,通过绘制定位曲线和时频分析,对比结果得出,主动电场法可以应用于管道的泄漏检测。当探头接近泄漏点时,接收电压会明显增大,根据此特征信号主动电场法可以精确定位泄漏点。从实验和仿真上证明了新型主动电场管道内检测的可行性。
基于均值模型的煤油发动机喷油控制策略
陈林林, 魏民祥, 杨海青
2015, 44(6): 869-875. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.013
摘要:
采取一种基于平均值模型的喷油控制策略,根据容积法公式实时计算进气空气流量,建立进气流量估计器,同时采用油膜补偿控制策略,实现对稳态工况和瞬态工况的精确喷油控制。利用Matlab/Simulink工具,建立平均值模型和油膜补偿控制模型,仿真并与试验数据进行了对比。仿真结果表明,该控制策略可以实现对稳态工况和瞬态工况的精确空燃比控制,验证了该控制策略的有效性和实用性。
基于代数方法的一类不确定系统的滑模观测器设计
汤承林, 练岚香, 刘俊
2015, 44(6): 876-880. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.014
摘要:
在不满足观测器匹配条件的情况下,针对伴有未知输入的一类线性时不变系统,研究了滑模观测器的设计。首先,将未知输入划分为匹配未知输入和不匹配未知输入两部分,通过使用代数方法,不匹配未知输入可以表述为一个动态系统,从而可得一个满足匹配条件,由原系统和不匹配未知输入系统构成的增广系统。针对该增广系统设计滑模观测器,可以渐近跟踪原系统的状态。针对一类伴有未知扰动的柔性关节机器人系统,使用该文方法设计滑模观测器,仿真结果表明该方法是有效的。
计算机工程与应用
基于满足性判定的布尔网络环求解算法
郭文生, 杨国武, 李晓瑜, 高敏
2015, 44(6): 881-886. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.015
摘要:
环是布尔网络状态转换过程中的稳定态,在模式检测、基因调控网络和可达性分析等领域都有重要的意义。计算布尔网络状态转换中的所有环是一个NP完全问题。该文基于全解布尔满足性判定(SAT)算法,设计了一种求解所有小于等于指定步长环的算法。算法基于布尔网络的状态转换函数和状态环属性生成合取范式形式(CNF)的问题集,通过融合冲突子句学习(CDCL)、非时序回退、阻塞子句和变量分类等技术,降低算法的计算复杂度。实验结果表明,该算法能够高效地计算指定步长的环。对于无法计算所有环的复杂网络,指定步长计算环的方式将更有应用价值。
高效的可证明安全的无证书数字签名方案
何明星, 李鹏程, 李虓
2015, 44(6): 887-891. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.016
摘要:
无证书公钥密码体制结合了基于身份和传统PKI公钥密码体制的优势,克服了基于身份公钥密码体制的密钥托管问题及PKI系统的证书管理问题,具有很高的效率。该文提出一个在随机预言机模型下可证明安全的无证书数字签名方案。该方案只需分别在系统初始化阶段、验证阶段预进行一次双线性对运算,而在签名阶段不需要进行计算。计算结果证明该方案比以往的无证书数字签名方案具有更高的计算效率和通信效率,且具有随机预言机模型下的可证明安全性。
基于TWPos内核完整性保护
何进, 范明钰, 王光卫
2015, 44(6): 892-898. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.017
摘要:
内核rookits攻击对内核的完整性构成致命威胁,因此对内核rootkits防护是内核完整性保护的重点。当前研究主要侧重于内核rootkits探测和防护,不足之处在于:1) rootkits防护存在单一保护模式;2) 内核rootkits探测只能做探测使用,即便发现内核已经受到攻击,也无能为力。鉴于这种情况,该文设计了一种内核完整性保护方法,采用安全认证保护和探测恢复两种方式(TWPos)保护操作系统,同时具备探测和防护能力,即便内核受到攻击也能进行恢复。实验表明,TWPos系统既能全面有效的防护,而且又不牺牲系统性能,并且兼容多种OS系统。
一种非负稀疏近邻表示的多标签学习算法
陈思宝, 徐丹洋, 罗斌
2015, 44(6): 899-904. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.018
摘要:
针对训练数据中的非线性流形结构以及基于稀疏表示的多标签分类中判别信息丢失严重的问题,该文提出一种非负稀疏近邻表示的多标签学习算法。首先找到待测试样本每个标签类上的k-近邻,然后基于LASSO稀疏最小化方法,对待测试样本进行非负稀疏线性重构,得到稀疏的非负重构系数。再根据重构误差计算待测试样本对每个类别的隶属度,最后实现多标签数据分类。实验结果表明所提出的方法比经典的多标签k近邻分类(ML-KNN)和稀疏表示的多标记学习算法(ML-SRC)方法性能更优。
基于拓扑匹配的组件服务副本放置算法
吴嘉轩, 代钰, 张斌, 杨雷
2015, 44(6): 905-910. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.019
摘要:
提出了一个基于拓扑匹配的组件服务副本放置算法,该方法首先通过多规模图聚类算法获取组件服务的通信拓扑结构,随后使用谱聚类算法获取计算节点的拓扑结构,最后通过使用贪心算法匹配上述两种拓扑结构来进行组件服务副本的放置。基于CloudSim云仿真软件搭建了一个仿真实验环境并开展了一系列实验,仿真实验结果表明了所提出的方案和算法对于提高云服务系统的性能是有效的。
基于流形判别分析的全局保序学习机
张静, 刘忠宝
2015, 44(6): 911-916. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.020
摘要:
当前主流分类方法在分类决策时无法同时考虑样本的全局特征和局部特征,而且大多算法仅关注各类样本的可分性,往往忽略样本之间的相对关系。为了解决上述问题,提出了基于流形判别分析的全局保序学习机。该方法引入流形判别分析来反映样本的全局特征和局部特征;通过保持各类样本中心的相对关系不变进而实现保持全体样本的先后顺序不变;借鉴核心向量机有关理论和方法,通过建立所提方法与核心向量机对偶形式的等价关系实现大规模分类。人工数据集和标准数据集上的比较实验验证了该方法的有效性。
移动用户人口统计信息预测
王亦雷, 嵇智源, 夏勇, 秦臻, 程红蓉
2015, 44(6): 917-920. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.021
摘要:
提出了一种基于支持向量机的预测方法,通过分析智能手机应用的使用情况,预测用户的人口统计信息。手机使用行为数据约为5万智能手机用户在3个月期间使用手机应用产生的网络日志文件,包括179 954 181条日志记录。通过对日志记录的主题进行分析,可将179 954 181条日志记录匹配到266个不同的主题。在此基础上,通过将每个用户的人口统计信息与该用户对266个不同主题的访问权重进行关联,可构建训练数据,并代入支持向量机模型进行计算。实验结果表明该方法对用户的性别和年龄预测能够取得良好的预测结果。
基于业务用户行为的计算机动态取证评估模型研究
王丹琛, 张仕斌, 徐扬, 许宁
2015, 44(6): 921-927. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.022
摘要:
对复杂信息系统的业务用户行为和网络取证进行了研究,结合木马技术提出了基于业务用户行为的计算机动态取证评估模型,该模型构建了基于云模型的业务用户行为定量评估方法。通过仿真实验验证了模型评估的合理性,同时验证了该模型能实时隐蔽地记录用户行为,并能确保将获取的信息反馈给取证控制端,为计算机动态取证的研究提供了一种可行的技术方案。
面向“人人网”的用户信息采集及拓扑结构测量研究
陈兴蜀, 尹雅丽, 李卫, 王文贤, 王海舟
2015, 44(6): 928-933. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.023
摘要:
以“人人网”为例,研究社交网站数据采集技术,并对其网络拓扑结构进行详细研究。结果表明:1)“人人网”的节点度分布不同于一般社交网络符合的幂律分布,更倾向于具有指数分布特征,且其度分布具有一定的重尾特性,在小范围内出现了类似小变量饱和现象,并且出现“双峰”现象;2)“人人网”符合小世界特性;3)“人人网”具有同配性,节点度高的节点倾向于与高度节点连接;4) 用户状态数、照片数和访客数没有明显的正相关特性。研究成果对于进一步了解社交网络的拓扑结构特征具有重要意义,为后续实现资源监管、跨社交网站的数据挖掘奠定了基础。
电信数据中用户行为特征测量与分析
宋竹, 秦志光, 罗嘉庆, 张悦涵
2015, 44(6): 934-939. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.024
摘要:
通话和上网是电信运营商的重要业务,研究通话和上网的行为规律有助于提升电信运营商的业务规划和管理水平。现有的研究工作通常只关注于手机通话或上网行为,很少同时对两类行为进行关联的分析。该文提取了电信数据中手机通话与上网的基本特征,对通话和上网行为的频率分布进行了曲线拟合。通过比较两类行为的拟合参数与相关系数,发现了工作日与周末、以及周六与周日显著不同的用户行为特征。通过对通话和上网时间的归一化,定义了用户的使用偏好,发现54%的手机用户更多的倾向于使用手机通话,而31%的用户则倾向于使用手机上网。
光电子学工程与应用
石英增强光声光谱技术发展现状
王亚非, 刘丽娴, 高椿明, 卢泽宇, 周鹰
2015, 44(6): 940-945. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.025
摘要:
痕量气体检测技术在污染监测、工业生产、国防安全等领域均发挥了重要的作用。石英增强光声光谱技术(QEPAS)具有抗干扰能力强、体积小、灵敏度高(ppb量级)等特点,是痕量气体检测技术的研究热点之一,实现了对多种有毒气体的高灵敏度检测。该文叙述了QEPAS技术原理,回顾了5种不同结构QEPAS系统的发展情况及进展,并对该技术的研究前景进行了展望。
光纤激光阵列占空比对相干合成效果影响分析
黄智蒙, 唐选, 李晓峰, 张大勇, 王小军, 李剑峰, 刘仓理
2015, 44(6): 946-950. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.026
摘要:
根据弗琅和费衍射理论,建立了19路、37路和91路光纤激光相干合成模型,仿真模拟了不同占空比情况下,大阵列合成光束在远场的强度分布和光束质量,分析了占空比排布与合成路数对远场光束质量的影响。仿真结果表明,随着光纤阵列占空比的下降, 远场艾里斑内的光强逐渐减小, 合成效果变差;反之,远场艾里斑内的光强逐渐增大,合成光束远场能量集中度增强,光束质量变好。因此,提高相干合成的效果,必须提高光束阵列的占空比。
生物电子学
基于模式识别的胸阻抗信号自动检测算法
李勇明, 陈勃翰, 王品
2015, 44(6): 951-955. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.027
摘要:
为了自动识别胸阻抗(TTI)信号中的按压和通气波形,完成相关重要参数的计算,并结合先验知识和机器智能从而完成对心肺复苏质量的监测评估,提出了一种基于模式识别的胸阻抗信号自动检测算法。基于实验采集的猪的电诱导心脏骤停模型TTI信号,设计结合小波和形态学的除噪算法对信号进行预处理,再由多分辨率窗口搜索法完成潜在按压和通气波形的定位,最后采用线性判别分析法对定位的按压和通气波形进行分类识别。实验结果表明,该算法对TTI信号中按压波形和波形分析识别的正确率和敏感度可达到98.237%、94.947%和99.651%、97.282%,稳定性好,且运行时间(0.485±0.07 s)满足实时性要求。
二维相位对比核磁共振成像的仿真研究
邹云鹏, 李永泽, 康雁
2015, 44(6): 956-960. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.06.028
摘要:
为了研究扰相梯度对流动伪影的抑制作用,针对相位对比磁共振成像的过程进行仿真研究。在仿真中模拟液体中质子的流动、磁共振成像中信号采集和信号处理的整个过程。经过仿真得到的相位对比图像可用来测量液体的流速,并与设定的流速值进行对比。结果表明,仿真结果反映了真实的流速信息。为了对仿真结果进行进一步的验证,进行了模体的实验。仿真结果和实验结果具有良好的一致性。