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2020年  第49卷  第1期

新型纳米材料与器件
Atomic Layer Deposition of Ult​​​​​​​​​​​​​​r​​​​​​​athi​​​​​​​n MgO Coating onto LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2
KOU Hua-ri, LI Xi-fei, LIU Wen, SHAN Hui, YAN Bo, DING Shu-jiang
2020, 49(1): 3-12. doi: 10.12178/1001-0548.2020015
摘要:
As one of the most promising cathode materials for high energy density lithium ion batteries, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 with high reversible capacity suffers poor cycling performances, especially at high cutoff potentials. To address this challenge, in this study, an atomic layer deposition is utilized to design controllable MgO coating layers onto LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 cathode material. It is confirmed that the optimized LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 cathode shows an improved electrochemical performance comparing with the pristine material at the cutoff potentials of 4.5 V as well as 4.7 V. After 100 cycles, the LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 with MgO coating displays the reversible capacities of 157 mAh·g−1 and 158 mAh·g−1 at the cutoff potential of 4.5 V and 4.7 V, respectively, which is higher than those of the pristine one (131 mAh·g−1 and 144 mAh·g−1). This study demonstrates that the ALD derived MgO coating layer shows some promising potentials to improve LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 performance for lithium ion batteries. This is mainly due to the effective protection of MgO layer to the material surface, that is, the MgO coating can stabilize the interface and block the metal ion dissolution by reducing the direct connection between LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 and electrolyte.
Simulation of Natural Fatigue Crack Propagation in Thin-walled Structures Using SBFEM
LI Han-chao, DU Ping-an, YANG Dan, YU Ya-ting, LIU Jian-tao
2020, 49(1): 13-21. doi: 10.12178/1001-0548.2020016
摘要:
Natural fatigue crack growth (NFCG) has been investigated extensively for decades due to its significant influence on the overall life of key components and the complex mechanism involved. In this study, a NFCG model based on the phenomenological observations of fatigue crack growth is first invoked, and a computational strategy is developed in the scaled boundary finite element method (SBFEM) context to simulate the NFCG phenomenon and to predict the fatigue life of specimen with different thicknesses under various cyclic loading conditions. The effects ascribed to the loading conditions, specimen thickness and material properties on the NFCG can be investigated in detail with the our elaborated strategy, which provides a helpful tool for practical specimen design, material selection and eddy current testing.
通信与信息工程
基于行列式的预编码码字选择方法
王海泉, 李国彬, 郑思思, 沈雷
2020, 49(1): 22-27. doi: 10.12178/1001-0548.2018214
摘要:
提出了一种应用于FD-MIMO有限反馈系统的预编码设计方案,该方案充分利用信道分解后的特征向量,能够更准确地反映信道特征信息,通过提出的行列式选码准则进行垂直与水平方向上码字的选择,并构成克罗内克(Kronecker)积形式的码字结构,同时还给出了确定合理反馈开销的具体公式。仿真结果表明,反馈开销确定公式与预期结果相吻合,在相同条件下,该方案均能选出更为准确的码字,在系统整体性能上较现有方法有更好地提升。
信道预测和天线选择空时码的RCEE分析
李光球, 汪玲波, 钱辉, 陈浩椅
2020, 49(1): 28-35. doi: 10.12178/1001-0548.2018241
摘要:
设计瑞利块衰落信道上采用信道预测和发射天线选择(TAS)的正交空时分组编码(OSTBC)无线通信系统,需要考虑收发天线数、发送块长、最小均方误差信道预测器长度等参数之间的折衷问题。随机编码错误指数(RCEE)作为一种理论分析工具,可以有效地解决上述问题。利用Meijer-G函数和Tricomi超几何函数推导瑞利块衰落信道上采用信道预测的TAS/OSTBC编码无线通信系统的RCEE解析表达式;利用遍历容量、截止速率、删改指数等参数与RCEE的关系推导其解析表达式。上述性能参数的数值计算与仿真证明了理论分析的正确性。结果还表明,采用信道预测的TAS/OSTBC编码无线系统的RCEE大于反馈时延下TAS/OSTBC编码无线通信系统的RCEE;在低信息速率下可采用删改指数计算使用信道预测的TAS/OSTBC编码无线系统所需的编码长度。
下行NOMA系统中公平的功率分配方案
田心记, 张丹青, 李晓静
2020, 49(1): 36-41. doi: 10.12178/1001-0548.2019053
摘要:
已有的非正交多址接入(NOMA)系统中最大化公平性的功率分配方案没有考虑到用户的最低速率需求。针对此问题,该文提出了NOMA系统中公平地提高用户速率的功率分配方案。首先根据信道条件以及每个用户的最低速率需求计算每个簇所需的最低功率,然后以每个簇所需的最低功率以及所有簇所需的最低总功率作为约束条件,建立满足所有用户最低速率需求的情况下公平地提高每个用户速率的功率分配优化问题,最后通过多次调整部分簇的功率得到既满足用户最低速率需求又公平地提高用户速率的功率分配方案。仿真结果显示,用户的最低速率需求不同时,所提方案中用户提高的速率和中断概率均优于相同场景中已有的功率分配方案。
基于子空间分解类算法的高精度频率估计
多滨, 罗俊松, 贾勇, 钟晓玲, 郭勇
2020, 49(1): 42-48. doi: 10.12178/1001-0548.2018060
摘要:
针对高速全数字解调器中频率估计算法的高精确度及实时性要求,该文深入分析了基于子空间分解类算法的特点,提出了将求根多重信号分类(RMUSIC)法和旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)法分别与快速傅里叶变换(FFT)法相结合的高精度频率估计算法。首先应用RMUSIC或ESPRIT算法对信号频率进行预估计,确定粗略的窄带频率区间后,再应用加窗FFT算法对细化域内的频率进行精估计。此外,为满足不同信噪比条件的需求,提出了一种具有可选结构的高精度频率估计方法。仿真结果与分析表明,该算法极大地提高了已有频率估计算法的精度,具有较快的信号处理速度和良好的抗噪声性能。
基于分层编码的物理层安全多播算法
陈雷
2020, 49(1): 49-55. doi: 10.12178/1001-0548.2018109
摘要:
多播系统的保密容量受限于系统中最差用户的信道质量,并且传统的添加人工噪声的物理层安全单播技术不能直接应用于多播传输中。为了解决以上问题,该文提出一种基于分层编码的物理层安全多播算法。该算法在保障用户不同的保密QoS需求的前提下,最大化系统保密容量。从仿真分析看,本文的次优化算法的系统性能十分接近最优化算法,并且计算复杂度明显降低;与此同时,算法功效超出了传统安全多播算法。
脉冲压缩雷达信号的FDA特性研究
王博, 谢军伟, 张晶, 李凡
2020, 49(1): 56-63. doi: 10.12178/1001-0548.2019084
摘要:
考虑到现有关于频率分集阵列(FDA)的文献中大多只基于窄带条件下的简单脉冲假设,较少有对其他脉冲压缩信号的分析。该文在建立FDA数据模型的基础上,推导了FDA收发共型线阵不同接收信号处理机制对应的负型模糊函数。之后,在全波段相干处理FDA雷达结构的基础上对矩形脉冲、线性调频(LFM)、相干脉冲串以及相位编码信号的模糊函数特性分别展开仿真分析。验证了上述几种典型的脉冲压缩雷达信号对该结构的适应性,为后续基于模糊函数优化的FDA雷达发射波形设计及电抗特性研究奠定了基础。
基于反演策略的星基ADS-B信号译码方法
冯涛, 梁俊
2020, 49(1): 64-70. doi: 10.12178/1001-0548.2019107
摘要:
针对低信噪比下星基广播式自动相关监视(ADS-B)信号译码准确率低的问题,提出一种基于反演策略的星基ADS-B译码技术。基本思想是假设传输一帧ADS-B信号的空间在该帧信号传输时间段内是一个稳定的线性系统,接收端接收信号是发射端信号与该线性系统的卷积和。根据该思想,反演译码包括报头检测、空间系统参数估计、报文反演、码脉冲波形修正等关键步骤。仿真实验表明,该方法能够准确实现对低性噪比ADS-B信号各码脉冲译码,译码正确率远高于常规单脉冲检测译码技术。
C-V2X下基于信用卡风险评估的中继选择算法
肖海林, 刘小兰, 林潇瑜, 欧阳缮, 邱斌
2020, 49(1): 71-80. doi: 10.12178/1001-0548.2018102
摘要:
针对车载协作通信中由于中继的自私行为会导致通信系统数据传输速率低的问题,提出一种基于信用卡社交网络用户信任度评估的最优中继选择算法。首先,建立一个综合社交网络和物理层的D2D中继协作双层模型,模型刻画了车辆节点人为属性。再从业务需求节点角度,利用信用卡风险评估方式对中继用户的信任度进行评估,并通过决策论对用户进行信任等级划分;从中继用户的角度,对信任度较好的用户进行激励补偿。最后,筛选出信任度高价格合理的最优中继。数值分析结果表明,相比于仅对积极中继用户进行选择的算法,该算法的通信系统数据传输率提高了10%左右。
电力无线通信网络统计复用业务信道接入控制改进算法
胡冉, 邓科
2020, 49(1): 81-86. doi: 10.12178/1001-0548.2018106
摘要:
基于统计复用方式的无线业务信道接入控制算法对于提高电力无线通信网络容量、链路利用率以及系统稳定等方面至关重要。针对现有迭代业务接入控制算法采用一次判别,可能造成已被系统接纳的部分业务信道不足的问题,提出了通过设置后缓存方式,在静默期多次判别的改进方案,基于流模型对该改进算法进行了理论分析和仿真。仿真结果表明,改进后的算法明显降低了原算法在多业务同时突发时的数据丢失率。
重频吉瓦级高功率微波源硬管化技术研究
荀涛, 孙晓亮, 樊玉伟, 杨汉武, 张自成, 张军, 张建德, 钟辉煌
2020, 49(1): 87-91. doi: 10.12178/1001-0548.2018004
摘要:
针对磁绝缘线振荡器(MILO)微波源负载,在高真空工艺的基础上,研制了一种强流二极管陶瓷真空界面绝缘结构;通过对阴、阳极屏蔽、均压等电极形状和尺寸的优化,使陶瓷沿面电场和阴、阳极三结合点场强均得到了有效控制。模拟结果显示:陶瓷沿面电场分布均匀,阴、阳极三结合点场强小于30 kV/cm;同时,建立了微波源器件的瞬态抽气模型,应用分子流Monte-Carlo方法,模拟了脉冲放气后微波源内部真空压强在不同时刻下的三维分布和演化规律;并以此为基础优化了内置气体捕集泵的真空拓扑结构。最后,在HEART-50脉冲功率源上开展了5 Hz实验测试,陶瓷真空界面能耐受超过600 kV的脉冲电压,沿面平均绝缘场强达到40 kV/cm,重频运行可靠;微波源在脱离地面泵组后实现了重频吉瓦级输出,脉冲串间的真空恢复时间小于1 min,平衡压强小于5×10−2 Pa,微波平均功率大于3 GW、脉宽大于40 ns。
高性能硅基微流道优化方法研究
钱吉裕, 魏涛, 王韬, 李秋燕, 吴传贵
2020, 49(1): 92-97. doi: 10.12178/1001-0548.2018250
摘要:
采用激光刻蚀工艺制备了硅基微流道散热器,通过半导体微细加工技术将薄膜温度传感器集成到微流道内部。通过实验测试了不同流量以及不同加热功率下,激光刻蚀微流道和深反应离子刻蚀微流道的散热能力。结果表明,微流道内壁的粗糙表面能降低热阻,在相同条件下比深反应离子刻蚀微流道小一半。集成在微流道散热器内部的薄膜温度传感器能准确、实时捕获微流道内的温度变化,真实地反映了微流道的温度分布特性,为优化微流道设计提供了新的技术途径。
超宽带桥T型模拟线性化器设计
周丽, 王超杰, 揭海, 姚瑞林
2020, 49(1): 98-101. doi: 10.12178/1001-0548.2019044
摘要:
该文设计了一种超宽带桥T型模拟线性化器,对其进行了详细的理论分析和模型仿真。该模拟线性化器的核心电路由T型衰减器和PIN二极管构成,可以实现幅度扩张和相位压缩,具有偏置电路简单、输入输出端口驻波良好等优点。结合理论分析和仿真设计,设计制作的0.8~2 GHz桥T型模拟线性化器能够实现幅度扩张约5 dB,相位压缩18°。
自动化技术
基于数学形态学和分形理论的电缆局放识别
张安安, 何嘉辉, 李茜, 杨威, 赵万明
2020, 49(1): 102-109. doi: 10.12178/1001-0548.2018199
摘要:
为解决电缆附件绝缘缺陷故障类型识别过程复杂、特征选择冗余问题,提出了一种直接利用含噪局部放电信号进行绝缘故障识别的方法。选取3个工频周期内的含噪局放信号作为一个样本,首先采用数学形态学滤波技术进行放电脉冲提取,获得平均放电量和放电次数两个统计特征;利用Hurst指数对局放信号分形性进行判断,若条件满足,直接求取其盒维数作为一个分形特征;最后将3个特征导入可拓神经网络进行模式识别,验证该方法的可行性和有效性。结果表明:平均放电量、放电次数和盒维数3个特征具有较强的可分性,解决了特征选择冗余问题;可拓神经网络能较好地识别出不同类型的绝缘缺陷,识别率高于基于支持向量机和BP神经网络的同类方法。
电力市场下含风电场电力系统动态无功成本优化研究
鲁改凤, 欧钰雷, 姜耀鹏, 张帅, 贺佳琳
2020, 49(1): 110-116. doi: 10.12178/1001-0548.2019109
摘要:
在电力市场逐步完善的背景下,为无功调压设备制定计价原则,可以平衡发电企业和供电公司的利益并降低无功补偿成本。首先考虑双馈风机与同步电机的P-Q特性建立发电机无功计价模型,提出了一种在风速波动下的双馈风机无功分段计价策略,建立了以发电机无功成本、离散变量动作折旧价格、有功网损折合成本和节点电压总偏差为目标函数的动态无功优化模型。采用改进杂交粒子群算法对所建立动态无功优化模型进行求解,提高了全局寻优能力和收敛速度。最后以IEEE30节点为例,用MATLAB软件进行了仿真分析,验证了所提出的模型、策略和算法的有效性。
电动汽车电机转速估计方法研究
何建, 李波
2020, 49(1): 117-122. doi: 10.12178/1001-0548.2019156
摘要:
该文对几种常见的无速度传感器电机控制方法进行了研究介绍,并按照其参数的鲁棒性和系统抗干扰能力进行分类。完全依赖电机物理参数和电磁方程的转速估计算法参数鲁棒性差,算法抗噪能力弱。部分依赖电机参数和电磁方程的转速估计算法分为4种方法,重点介绍了模型参考自适应方法,并对模型参考自适应和滑膜观测器算法进行了仿真。阐述了独立于电机参数和电磁方程的转速估计算法的两种高频信号算法和一些人工智能算法,总结了各个算法的优缺点和适用性。
计算机工程与应用
基于自适应学习率的运动目标高效检测算法
郝晓丽, 刘伟, 牛保宁, 吕进来
2020, 49(1): 123-130. doi: 10.12178/1001-0548.2019131
摘要:
该文提出了一种改进的基于自适应学习率高斯建模的三帧差分算法。通过基于自适应学习率的混合高斯背景建模,实现背景模型的自适应修正,保证算法在动态环境中能完整提取目标内部信息。其次,采用基于边缘提取的三帧差分改进算法,完成对目标轮廓的快速提取,并以此作为目标图像的边缘补充。实验结果表明,该算法能够完整提取运动目标,并保证目标边缘的连续与平滑,同时检测的速度得到提升,可广泛应用于智能监控、医疗等领域。
基于Gabor及深度神经网络的葡萄种子分类
杨旺功, 淮永建, 张福泉
2020, 49(1): 131-138. doi: 10.12178/1001-0548.2019164
摘要:
种子成熟度需要受过长期训练的专家通过肉眼进行观察和判断。为了改变传统人工经验判断的方式,该文提出了一种基于Gabor小波特征提取及深度神经网络的葡萄种子图像分类识别算法,以便实现高效、准确的分类识别效果。首先,利用背景差分法在背景图像中分割出兴趣目标,从而完成图像的预处理。然后,通过改进的Gabor小波特征提取,使得Gabor滤波后的图像具有更多的细节纹理信息。最后,将深度卷积神经网络和提取到的纹理特征信息相结合进行分类。实验结果表明,基于机器学习的葡萄种子成熟度识别是切实可行的。且相比于其他类似分类算法,本文算法的图像分类精度有了一定的改善。
复杂性科学
女性职业发展中的生育惩罚
廖敬仪, 周涛
2020, 49(1): 139-154. doi: 10.12178/1001-0548.2019187
摘要:
两性在劳动力市场的差异是性别不平等的重要体现,也会加剧其他领域的性别不平等。其中,生育惩罚是指女性在劳动力市场中由于生育事件带来的负面影响,能解释相当部分劳动力市场中的两性差异。尽管这一领域的研究历时悠久,但一直缺乏系统化的梳理。本文回顾了国内外研究,对不同时代、不同区域的生育惩罚进行量化,探讨了个人、家庭和政策层面影响生育惩罚的主要因素,特别就中国的情况进行了分析说明。本文强调生育与生产的矛盾,将关于生育惩罚产生的机制梳理为家庭制约论、人力资本论和雇主歧视论三个方面,并从劳动力市场的供需两侧,提出通过赋能女性和创造机会的方式平衡家庭和工作,最终减轻生育惩罚的方法。文末给出了具体的政策建议,并就若干开放性议题进行了讨论。
基于观点动力学的在线点评研究
林自展, 肖井华, 周金连, 吴晔
2020, 49(1): 155-160. doi: 10.12178/1001-0548.2018320
摘要:
互联网时代的快速发展使得消费者能够在网络平台上通过浏览他人的在线评论收集产品的相关信息以及消费体验,从而对消费者的观点产生重要影响。消费者群体表现出大众化、个性化、多元化和异质性等特点,进一步促成了网络群体意见的多样性。为了探究在线平台群体意见的演化过程,文章以“大众点评”为例,在传统动力学模型的基础上对网络结构、观点阈值等进行优化改进,构建出适用于在线点评的观点动力学模型并通过仿真模拟与实际数据相结合的方式进行研究分析。该方法的提出有助于提高对在线点评观点演化内在机理的深入认识。