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2017年 第23卷 第4期    刊出日期：2017-08-30

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三维惯性传感参数表征下的行人混合步态分类

蔡春艳1, 张金艺1,2,3, 李建宇1, 王伟2, 张洪晖2

2017, 23(4):  491-500.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1659

摘要 ( 1083 )   PDF (5847KB) ( 210 )  

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在行人步态分类研究领域中, 传统的基于微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)惯性传感器技术的步态分类方法侧重于对行人单一步态模式进行区分, 忽略了两个单一步态模式之间的过渡步态模式, 从而降低了行人行走过程中走、跑、停等混合步态的分类精度, 还会在时间上造成缺失, 进而造成行人航迹推算产生不可估量的定位误差. 从人体运动学角度出发分析了行人步态特点, 同时利用9轴MEMS惯性传感器采集了行人步态原始数据并对其进行剖析, 设定了人体三维惯性传感参数, 以供后续分类算法使用. 为了进一步提高整体混合步态的分类精度, 针对朴素贝叶斯算法对相反过渡步态模式区分精度不高的问题, 在其基础上通过加窗判断前后两个步态的连续性, 完成了行人混合步态的最终分类. 验证结果表明, 和传统的样本熵与小波能量相结合方法相比, 提出的三维惯性传感参数表征下的行人混合步态分类方法, 不仅能区分出行人混合步态中的多种单一步态模式和多种过渡步态模式, 同时整体分类精度提高了14.46%, 从而有效证明了该方法在行人步态分类领域具有良好的理论价值和应用价值.

水平气流中微波折射率结构常数建模

仓蕾1,2, 赵恒凯1,2, 郑国莘1,2

2017, 23(4):  501-509.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1715

摘要 ( 834 )   PDF (9745KB) ( 132 )  

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电磁波在大气中传输时会受到大气湍流的影响, 湍流的强弱可以用折射率结构常数 来表示. 在2.4 GHz 的微波环境下, 重点研究了微波段空气中水汽压对大气折射率结构常数的影响. 温湿度结构常数的计算选择湍流动能(turbulence kinetic energy, TKE) 闭合方案,由耗散率方法求得, 修正了干燥空气的归一化公式, 在水平气流环境中构建了微波折射率结构常数的模型. 结合隧道环境中实测的气象参数, 采用该模型分析实验时的微波折射率结构常数, 得到在2.4 GHz 的微波环境下, 湿度对折射率结构常数的贡献大于温度.

基于校验和更新的低复杂度LDPC码硬判决译码算法

吴伊蒙, 石志东, 邓斌

2017, 23(4):  510-516.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1674

摘要 ( 820 )   PDF (4567KB) ( 196 )  

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为使低密度奇偶校验(low-density parity-check, LDPC)码的硬判决译码算法具有更低的计算复杂度和更高的译码性能, 提出了一种新的校验和计算算法, 具有较低的计算量, 可应用于现有的所有硬判决译码算法. 结合该算法对一种计算量近似于比特翻转(bit flipping,BF)算法的多阈值比特翻转(multi-threshold BF, MTBF)算法进行了进一步改进, 获得了更低的译码复杂度和更好的译码性能, 在迭代5次时获得了0.15 dB的性能增益.

基于手征超材料的90°THz 极化偏转器

续凯凯, 肖中银, 刘德君, 唐敬瑶, 马孝龙, 王子华

2017, 23(4):  517-523.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1679

摘要 ( 1187 )   PDF (10032KB) ( 136 )  

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提出了一种新的手征结构, 该结构由介质板及其上下表面的双L谐振器组成. 仿真结果表明, 该结构在THz 波段可实现对x-极化波的宽频段、多频段的90°极化偏转. 特别是在2.56 THz 处, 这种新的结构能够实现对线极化波(x-极化波和y-极化波)的90°极化偏转, 而此时的椭圆度约为0°. 基于线极化波的电场分布, 详细分析了极化偏转的物理机制. 理论上, 该手征结构也可以用来设计微波波段或近红外波段的90°极化偏转器.

SVM+模型中可用信息用作特权信息

董勇, 孙广玲, 刘志

2017, 23(4):  524-534.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1675

摘要 ( 1180 )   PDF (7703KB) ( 343 )  

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在机器学习中, 当测试阶段无法得到训练阶段拥有的特权信息时, 特权学习(learning using privileged information, LUPI) 是一个有效的解决框架. 由于获取特权信息需要特殊的条件, 或由于其他原因, 往往不能获得全部训练样本的特权信息, 因此提出了一种直观却有效的方法. 对于缺失特权信息的这部分训练样本, 将它们的可用信息同时用作特权信息, 并将其纳入到支持向量机(support vector machine+, SVM+) 的模型中, 引入了一种新的扩展SVM+(extended SVM+, eSVM+) 模型. 进一步地, 对于不涉及特权信息的常规有监督学习问题, 也将训练样本的特征(可用信息)同时用作特权信息, 引出一种新的扩展SVM 模型(eSVM), eSVM 也可认为是SVM+ 的特例. 在两个公开的人脸表情数据库BU-3DFE 和Bosphorus 上进行了实验, 结果证实了将可用信息用作特权信息策略的有效性.

一种应用于4G通信的小型多频手机天线

宋盼, 谢亚楠, 潘登科, 刘志昆, 耿莉

2017, 23(4):  535-542.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1676

摘要 ( 791 )   PDF (7428KB) ( 207 )  

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提出了一种新型的应用于4G通信的小型多频手机天线. 利用折叠单极子、多枝节谐振等技术使天线谐振在多个频段. 天线结构紧凑(32 mm×15 mm×0.8 mm), 由两个折叠单极子组成, 长度均约为1/4谐振波长, 其中倒C形枝节谐振在2 GHz附近, 倒F形枝节谐振在900 MHz附近. 天线通过50 Ω 匹配传输线直接馈电, 两个枝节共同叠加耦合辐射,实现带宽810 971 MHz和14 952 786 MHz, 覆盖了GSM 850/900/DCS/PCS/UMTS/LTE 2300/2500频段, 符合4G通信手机天线的标准. 对天线进行了加工和测试, 测试结果与仿真结果基本吻合.

基于单模光纤的双锥级联干涉型角度传感器

周雨萌, 赵春柳, 时菲菲, 李裔, 董新永

2017, 23(4):  543-548.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1714

摘要 ( 766 )   PDF (3081KB) ( 133 )  

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提出了一种结构简单且具有高灵敏度的光纤角度传感器. 该传感器传感头由普通单模光纤经过CO₂激光器刻写形成两段参数不同的锥形光纤. 当信号光通过级联光纤锥区时, 第一级锥区激发出的包层模传播一段距离后, 在第二级锥区与芯模发生干涉. 当角度变化时, 两锥之间的距离即光程差将发生改变, 同时光纤弯曲时纤芯模与包层模之间的模式耦合情况也发生变化, 从而使干涉峰产生移动. 实验结果表明, 当角度值在0.057 5°~ 0.075 0°的范围内变化时, 测量精度可以达到601.8 nm/(°).

银纳米棒合成银纳米片的制备方法与性能表征

金晶, 李嘉诚, 赵一凝, 颜家美, 刘灿, 史伟民

2017, 23(4):  549-554.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1719

摘要 ( 1318 )   PDF (7846KB) ( 424 )  

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通过在银纳米棒前驱液中引入柠檬酸钠、双氧水以及硼氢化钠, 成功制备出银纳米三角片. 采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM) 和紫外-可见-近红外(ultraviolet-visible-near infrared, UV-Vis-NIR)光谱对样品进行表征. 结果表明, 制备的银纳米三角片的边长约为100 nm, 且为面心立方晶体(face centered cubic, fcc)结构; 银纳米三角片的形貌与银纳米棒前驱液的加入量有关. 通过分析UV-Vis-NIR 光谱, 发现银纳米三角片在830 nm 处具有很强的表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR) 峰. 因其良好的红外吸收性能, 银纳米三角片可被应用于硅基薄膜太阳能电池的前电极.

求解PageRank 问题的Arnoldi-PIO 算法

顾传青1, 聂影1, 王金波2

2017, 23(4):  555-562.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1867

摘要 ( 671 )   PDF (3251KB) ( 177 )  

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PageRank 算法能帮助用户快速、准确地在巨量杂乱无章的信息中检索出有用的信息. 两步分裂迭代法是用幂法来修正内外分裂(power-inner-outer, PIO)迭代法以加速PageRank算法. 基于两步分裂迭代法, 将预处理思想运用于求解PageRank 问题, 提出了求解Page-Rank 问题的深度重启的Arnoldi 算法加速的两步分裂迭代法, 然后对此算法的收敛性进行了证明. 数值实验结果证明, 该算法的计算速度要快于两步分裂迭代法.

基于多元相场理论的细菌生物膜生长动力学建模及其数值模拟

张曙梅1, 徐向荣1, 徐浩2, 周涛1, 李双1, 李妍1

2017, 23(4):  563-574.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1690

摘要 ( 1012 )   PDF (8974KB) ( 422 )  

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细菌生物膜普遍存在于自然界和工业环境中. 将细菌生物膜视为由多种组元组成的不可压缩的黏性流体, 结合多元相场理论、物质连续方程、动量守恒方程、溶质场控制方程和生物反应动力方程对细菌生物膜生长动力学进行建模. 通过对模型的数值模拟, 可以描述细菌和胞外聚合物在静态环境和动态环境中的生长状况以及营养物质的消耗规律.

基于实时过程管理的智能化焊接管控系统

曾俊冬1, 冯文超1, 徐昇2, 付敬奇1

2017, 23(4):  575-582.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1931

摘要 ( 806 )   PDF (15063KB) ( 145 )  

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针对船舶、锅炉等焊接作业生产过程中采用人工管控方式所导致的信息孤岛化及管理松散化问题, 设计了一种完备的焊接生产数字化管控系统, 将焊缝数据采集、生产管理、质量评估等功能进行模块化处理, 利用互联网对焊接生产全过程进行整体化的实时管控. 所设计的焊接生产数字化管控系统覆盖了焊接过程的生产环节, 对焊接质量进行了量化的评估. 系统运行结果表明, 焊接生产过程的信息化管控能有效降低人工管控的不足, 对于提升焊接作业质量起到了很好的效果.

一类(α,m)-凸函数的Hadamard 型不等式

李玉娇1, 杜廷松1,2

2017, 23(4):  583-589.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1716

摘要 ( 721 )   PDF (482KB) ( 171 )  

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首先, 提出了一个新的积分恒等式; 然后, 在此基础上构造了一类二阶导函数的绝对值的q次幂是(α,m)-凸函数的新型Hadamard 型不等式; 最后, 给出了一些具体的应用例子.

高强土工格室加筋砂土性状的三轴试验

彭艾鑫, 张孟喜, 朱华超

2017, 23(4):  590-599.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1721

摘要 ( 701 )   PDF (15865KB) ( 84 )  

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通过三轴试验方法研究了高强土工格室加筋土的强度及其变形破坏特性, 探论了在不同加筋情况下, 土工格室加筋土强度影响因素及其变化规律, 分析了在筋材用量相同的情况下, 如何选择更合理、更经济的加筋形式. 试验结果表明: 加筋后土体的强度和抵抗变形的能力明显增强; 在围压一定的情况下, 格室高度的提升对加筋土强度的提升程度远远大于节点间距减小的影响; 在筋材用量相同时, 选择格室高度高但是相对层数少的加筋方式更合理; 对加筋效果系数和强度参数分析发现, 随着围压的增加, 加筋效果系数降低, 土工格室加筋有助于提高土体的黏聚力和增大内摩擦角, 其中黏聚力的提高更显著.

基于LPZ谱分析法的非高斯脉动风压模拟

蒋磊, 李春祥, 邓莹

2017, 23(4):  600-608.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1852

摘要 ( 677 )   PDF (8652KB) ( 113 )  

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提出一种基于线性预测和Z转换(linear prediction and Z-transform, LPZ)谱分析法的非高斯脉动风压模拟算法. 运用Johnson变换系统实现高斯随机过程到非高斯白噪声的转换; 再使用LPZ对其进行数字滤波, 进而得到所需的非高斯脉动风压. 采用基于LPZ谱分析法对单变量非高斯随机信号和非高斯脉动风压进行了数值模拟. 通过对模拟的非高斯信号和脉动风压的统计参数(峰度和偏度)与目标统计参数, 以及模拟的功率谱与目标功率谱进行比较,验证了基于LPZ谱分析法的非高斯脉动风压模拟算法的有效性.

纤维增强聚合物布加固黏弹性木梁弯曲的解析解

欧阳煜, 江勇, 周磊

2017, 23(4):  609-622.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1664

摘要 ( 833 )   PDF (9453KB) ( 127 )  

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将木梁视为服从标准线性固体本构的黏弹性体, 假定纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer, FRP)布与木梁紧密粘贴, 研究了FRP 布加固木梁线性弯曲的蠕变行为. 在建立FRP 布加固黏弹性矩形截面木梁弯曲变形控制方程的基础上, 利用Laplace 变换, 给出了突加均布载荷作用下FRP 布加固简支黏弹性木梁弯曲的解析解. 根据相关试验数据, 确定了花旗松(Douglas-fir, DF)木梁标准线性固体本构的材料参数, 分析了芳纶纤维增强塑料(aramid FRP, AFRP)布含量和梁跨高比等对AFRP 布加固简支DF木梁弯曲变形的影响. 结果表明: AFRP 布加固可有效减小木梁的蠕变挠度; 随着DF木梁蠕变的增加, AFRP布加固DF木梁的中性轴逐渐靠近粘贴AFRP 布的侧边, 且随着DF 木梁跨高比或AFRP 布含量的提高,AFRP 布加固DF 木梁的最大压应力和最大拉应力减小.

脂肪酶在催化酯交换过程中的稳定性

李成1, 王胜杰2, 季敏3, 黄清吉3, 黄仕群3, 翁新楚2

2017, 23(4):  623-627.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1692

摘要 ( 740 )   PDF (2607KB) ( 199 )  

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脂肪酶是一种能够在非水相体系中催化酯交换的生物酶. 在实际应用过程中, 脂肪酶的稳定性非常重要, 因为这会直接影响工业化的成本和效率. 针对温度、时间、溶剂和酰基供体对脂肪酶催化酯交换反应稳定性的影响进行了系统的研究. 结果表明, 温度和溶剂极性对脂肪酶催化稳定性的影响比较显著, 而时间和酰基供体的影响不明显.

利用XRD和热质联用技术对巴戟天不同部位的分析

杨德忠, 靳贵英, 林生文

2017, 23(4):  628-635.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1693

摘要 ( 808 )   PDF (7853KB) ( 177 )  

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利用X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)技术和热质联用分析技术对中药材巴戟天的不同部位进行了研究. 结果发现, 巴戟天肉和巴戟天木芯具有不同的衍射特征和热分析质谱特征, 说明这两种现代方法可用于中药材不同部位的鉴定.

建筑微型热电联供方案的区间数TOPSIS排序

阮红权1,2, 高欣1, 谭丽君3

2017, 23(4):  636-646.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1712

摘要 ( 469 )   PDF (1388KB) ( 139 )  

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微型热电联供(micro-combined heat and power, micro-CHP)有利于提高能效和保护环境, 是建筑供能发展的方向之一. 规划阶段micro-CHP 方案评价是项目成功的关键步骤. 为了使方案的区间数指标可以应用于逼近理想解的排序(technique for order preference by similarity to an ideal solution, TOPSIS), 首先用理想解区间计算距离范围、相对接近程度;然后定义可接受函数对方案进行排序. 通过适用于小型建筑的4种方案为例验证了该方法的可行性和适用性.