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[博士论文] Azizur Rahim
Computer Science and Technology 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:车载社交网络(VSN)是一个新兴的网络通信研究领域,其相关概念是从车载自组织网络(VANET)和移动社交网络(MSN)这两个不同的学科借鉴得到的。这一新兴网络为内容共享,数据广播和传递服务提供了新的研究方向。基于社交网络分析(SNA)的应用和方法,VSN可以利用网络实体的相互依赖性来进行今后应用的开发。VSN包含了具有相似目标的车辆,乘客和车辆虚拟社区中具有类似目标,兴趣或移动模式的通勤者的社交关联。挖掘VSN中通勤者的移动众包能力可以为当今智能城市的若干挑战提供有前景的解决方案,例如交通拥堵控制、交通管理、智能停车和路线推荐等。在VSN中,移动众包取决于协作和可靠的数据转发。与其它ad-hoc网络和延迟容忍网络相比,节点的移动性是高度动态的,并且仅限于VSN中的道路。车辆的流动性受到许多因素的影响,包括交通管制、城市发展和规划、工作时间/天数、居民的工作和生活方式、社会价值观、路障等。现有针对VSN所提出不同协议的验证和评估十分依赖于仿真。因此,验证的好坏和结果的可信度高度依赖于模拟采用的基础移动模型。然而,VSN的上下文感知应用程序的仿真性能评估通常受到底层移动性模型偏差的影响。即使使用完美的网络级模拟器进行性能评估,车辆移动性的错误表示也可能对结果和结论产生误导。只有潜在的移动模型与现实世界的车辆交通相似时,所获得的结果才能被认为更准确和可信。
  本文构建了大规模的城市交通模型,并提出了两种基于社会特征度量和节点自私性的数据转发协议。首先,概述了合作性和非合作性(即自私性)VSN中现有的移动模型和社交感知数据转发协议。其次,调研并获取了大型城市的交通数据,并描述城市交通的基本特征,进而构建大规模的交通模型。接下来,提出了一组社会认知数据转发协议,用于具有协作性和社会自私性的VSN中的数据转发。本文采用基于分析和模拟的实验来评估生成的移动模型和提出的协议。
  首先,我们研究了城市交通大数据,以描述城市交通的基本特征,并据此构建了大规模的城市交通模型。本文利用道路和交通信息来增强基于道路加权段的行程生成算法和交通分配技术。此外,对导入城市交通模拟(SUMO)的OpenStreetMap进行细致全面的研究和校正,使其趋近于真实世界的道路拓扑。实验结果和验证过程表明,生成的移动模型能够揭示出VSN的上下文感知应用分析所需的实际行为。
  其次,受日常生活中的社交熟人启发,我们提出了一个基于社会认知的VSN路由协议(SARP),它综合考虑三个社交功能指标进行数据转发决策。该协议旨在减少端到端延迟并提高VSN中的分组传送率。此外,SARP通过考虑全局和局部社区对节点的熟悉程度,克服了基于拓扑和基于地理位置信息的路由协议的缺点。本文在恒定节点密度下进行了大量仿真,通过设置不同的移动速度和恒定的速度以及不同的节点密度,来研究节点移动速度和密度对端到端延迟和分组传送率的影响。仿真结果表明,SARP在端到端延迟和数据包传输率方面分别优于GPSR22%和26%。此外,SARP在端到端延迟方面优于AODV。
  最后,我们提出了一种协作数据转发(CDF)机制,以激励自私性节点参与数据转发。为了增强数据转发机制,CDF基于社交感知路由机制,并使用直接观察和移动众包信息的合作算法来激励自私节点参与数据转发。此外,CDF是一种多跳单拷贝转发机制,可以显著降低网络开销。在实验结果和分析中,本文使用基于移动众包的真实车辆移动数据集。结果表明,CDF鼓励越来越多的节点进行协作,在数据传输率、传输成本和端到端延迟方面的网络性能提升显著,从而大幅改善了VSN的移动众包应用性能。
[博士论文] 王士斌
计算机应用技术 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:车载自组织网(Vehicular Ad hoc Networks,VANET)能够提高车辆安全、交通运行效率以及驾驶体验等,是实现未来智能交通的核心技术之一。然而,由于无线信道以及VANET自身的特征,使得它除了易遭受传统的无线网安全威胁外,还面临着一些独特的攻击。一旦VANET遭受攻击,可能会带来非常严重的后果,不仅是财产损失,甚至可能是人的生命。因此,对VANET安全与隐私机制的研究具有十分重要的意义。在当前的国内外研究方案中,消息认证机制确保了消息的合法性,假名机制实现了用户隐私的保护,信任模型评估了消息和节点的可靠性。本文通过对以上三方面的研究,提出了若干可行性方案,主要研究内容如下:
  (1)为了提高认证效率,同时便于管理和撤销节点的身份,提出了一个高效的混合技术认证协议,其中证书授权中心(Certificate Authority,CA)负责为每个注册的节点分配一个证书。该证书不但可以用来管理和撤销节点,还可以实现节点之间的合法性认证。路边单元(Roadside Unit, RSU)为每个进入其通信范围的合法车辆分配主密钥,车辆获得主密钥后产生匿名身份,并通过基于身份的签名技术签署消息。因此,车间通信(Vehicle-to-Vehicle,V2V)消息只需要校验签名即可认证消息的合法性。当车辆被认定为恶意节点时,CA撤销其分配的证书,则该车辆无法继续参与网络。该方案既满足了VANET认证效率的要求,又便于撤销恶意节点的身份。
  (2)改变假名的隐私保护机制需要为每个车辆分配大量的假名用以改变,带来了一定存储的开销,并造成假名的浪费。当车辆被撤销时,所有的假名证书都需要添加到证书撤销列表中,其容量将变得不可测量。除此之外,改变假名的效率也有待提高。基于以上问题,提出一个基于触发器的假名交换策略,其中每个车辆仅需要一个匿名证书,根据设计的触发器条件,按照交换算法彼此交换假名。与改变假名的隐私保护机制相比,该方案中的假名证书在不同时期,对应了不同的车辆。该方案不仅解决了车辆拥有大量假名带来的问题,同时也提高了假名的使用效率和车辆的隐私保护程度。
  (3)为了解决信任评估方案与隐私保护的冲突,提出一个基于隐私保护的信任评估方案。该方案使用中心声望服务器记录每个车辆的长期声望值,并根据RSU对通信范围内车辆行为的评估更新声望值。车辆的信任程度是根据RSU分配的声望标签证书进行评估,该证书的产生既结合了车辆的长期信任值与短期的行为,并模糊处理了车辆被跟踪的线索。
[博士论文] 孟广昊
化学、物理化学 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在效率方面取得了突飞猛进的进步,这主要得益于该类型的材料具有十分优异的半导体特性,例如载流子双极扩散特性、可低温溶液法制备、高的消光系数和载流子迁移率等。其中,超长的寿命使得该类材料中激子的有效扩散长度超过100μm,远优于普通有机半导体材料。另一方面,人们在实验中不断发现这种新型钙钛矿材料的载流子迁移率存在各向异性。然而,在分子/原子的微观尺度上,人们对造成激子超长寿命以及载流子传输各向异性的内在机理尚不清楚。基于此,本论文主要从理论方面研究了该类型钙钛矿材料激子超长寿命的内在原因和载流子迁移率各向异性。主要研究内容和成果如下:
  (1)利用时间分辨光致发光光谱(time-resolved photoluminescence spectra,TRPL)研究了CH3NH3PbI3的发光光谱和发光寿命,实验结果表明发光寿命随温度增加而增加,这是反系间窜越(reverse intersystem crossing,RISC)的一个典型特点。同时,采用DFT方法对CH3NH3PbI3单重态和三重态之间的能量差△Est进行计算,结果表明CH3NH3PbI3的△Est小于0.1eV,这是RISC发生的重要的一个首要条件。基于此,本论文提出假设:有机-无机卤化物钙钛矿中激子的超长寿命可能是由RISC过程引起的,这为理解该类光伏材料的优异光电特性提供了新的理论依据。
  (2)依据Marcus理论和DFT方法,计算了沿不同晶面的分子内振动(即内重组能λ)和分子间电子耦合积分V,探讨了HC(NH2)2PbI3、HC(NH2)2SnI3和CH3NH3SnI3的载流子迁移率各向异性。结果表明HC(NH2)2PbI3的电子和空穴沿着(001),(010),(101)和(111)晶面传输方向一致,沿着(110)晶面传输方向不一致(电子和空穴传输方向夹角为65°);HC(NH2)2SnI3的电子和空穴沿着(001)和(101)晶面传输方向一致,沿着(110)和(111)晶面传输方向不一致(电子和空穴传输方向夹角为40°到65°);CH3NH3SnI3的电子和空穴沿着(110)和(101)晶面传输方向一致,沿着(010),(001)和(111)晶面传输方向不一致(电子和空穴传输方向夹角为45°到65°)。这表明这种新型钙钛矿材料内部载流子传输具有明显的各向异性。
  (3)在以上两部分研究的基础上,本论文对与钙钛矿材料光生电荷分离密切相关的空穴传输材料spiro-OMeTAD进行了理论研究。应用DFT方法和Marcus理论,通过重组能λ和电子耦合积分V考察了spiro-OMeTAD内部载流子迁移率各向异性。结果表明空穴和电子在(010),(101)和(110)晶面上传输方向具有一致性。然而,沿着(100),(110),(011)和(001)晶面空穴和电子的传输方向不一致(空穴和电子传输方向的夹角为从40°到70°)。这种各向异性对光生载流子均衡传输有效收集具有重要影响。
  本论文研究工作为理解有机-无机复合新型钙钛矿材料奇特光物理特性提供了新的理论认知,并从理论上指明了钙钛矿吸光材料和空穴传输材料在制备过程中定向生长的重要性。
[博士论文] 张赛谦
等离子体物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:等离子体刻蚀与薄膜沉积、光刻等工艺结合,通过精细的图形转移在衬底材料上形成微电子器件的微观结构,是半导体制造中不可缺少的关键技术。随着10nm及更先进技术节点的应用,更小的特征尺寸、更复杂的微结构使得对刻蚀中剖面控制的精度要求达到了原子/分子的级别,给等离子体刻蚀带来严峻挑战。在等离子体刻蚀中,反应性粒子的产生,及其在鞘层和刻蚀槽/孔的输运过程决定了被刻蚀材料表面的反应性粒子的通量、能量,是影响刻蚀过程中剖面控制、选择性、介质损伤等的关键因素。本文建立了包括腔室、鞘层、刻蚀槽/孔以及表面的多尺度模型,能够在工业应用条件下,对等离子体刻蚀中的剖面演化过程进行模拟。通过模拟能够获得实验难以诊断的物理量,帮助更深入的理解刻蚀中复杂的多尺度、多物理过程,有利于减少产业应用中的试错成本,为工艺开发以及设备的设计和优化提供支持。
  本文第一章是绪论,介绍了低温等离子体在半导体制造中的应用背景,以及等离子体刻蚀当前面临的新机遇和挑战。
  在第二章中介绍了多尺度刻蚀演化仿真模型。首先通过整体模型能够快速获得不同放电参数下反应器内离子、中性粒子的密度(通量)以及电子温度。这些结果与偏压条件一起作为鞘层模型的输入参数,进一步计算离子在鞘层中的加速和碰撞过程,得到离子能量和角度分布。在刻蚀槽模型中,通过对各粒子的通量、能量和角度进行抽样,判断它们的种类并计算进入模拟区域的初始速度,进而追踪离子和中性粒子在槽内的运动,得到它们在材料表面的分布,对离子的运动还考虑了表面反射和充电效应的影响。最后结合表面反应模型,实现对刻蚀剖面演化过程的模拟。
  在第三章中,首先模拟了不同放电参数下反应性粒子的产生,以及这些粒子在鞘层和刻蚀槽的输运过程,考虑了包括离子反射、充电效应等影响微观均匀性的关键因素。其次,通过结合反应性粒子在刻蚀槽表面的分布和表面反应算法,模拟了Cl2等离子体下Si刻蚀的剖面演化过程,揭示了宏观放电参数和微观输运机制对刻蚀微观均匀性的影响。结果表明离子在侧壁的反射使得刻蚀槽底部两侧角落处的离子分布更集中并形成微槽,当槽深增大时,发生反射的侧壁面积增大,因此微槽更严重。当气压增大时,离子在侧壁上部的分布增多导致侧壁刻蚀更严重,且反射后的离子容易远离槽底的角落,因此微槽向中心移动,此外,高气压下低能离子的增多使得在局域电场作用下更多的离子轨迹发生扭曲并在侧壁发生反射,使微槽更严重。中性粒子在表面的覆盖度与宏观放电参数和微观结构的几何形貌有关,随着刻蚀槽深度的增加,表面的中性粒子覆盖度降低,导致了刻蚀速率随槽深增大而减小的深宽比依赖刻蚀。
  在第四章中针对Ar/C4F8等离子体中SiO2的刻蚀过程,使用刻蚀槽元胞法耦合求解表面反应的蒙特卡罗法模拟表面钝化、沉积等过程,模拟了不同放电参数下等离子体的产生和微观输运对刻蚀剖面演化的影响。结果表明,较高的气压下微槽更严重,刻蚀速率的深宽比依赖更严重。偏压增大时刻蚀速率增大,刻蚀形貌底部更快出现梯度。此外,通过对偏压波形的“裁剪”,能够控制离子能量分布中高能、低能峰对应的能量值,以及高、低能离子的比例,并进而影响刻蚀剖面形貌。
  在第五章中应用多尺度模型研究了Si和SiO2的原子层刻蚀。结果表明与传统刻蚀相比,Si原子层刻蚀中剖面的底部平坦且侧壁陡直。随着刻蚀槽深度的增大,侧壁上部的自发化学刻蚀导致侧壁刻蚀增大。此外,通过施加长脉冲调制的射频偏压来控制离子能量分布,能够使得表面钝化和刻蚀过程在一定程度上分离,减小传统刻蚀中的微槽和深宽比依赖,从而实现更好的形貌控制。在SiO2原子层刻蚀中,刻蚀步骤中离子对SiO2的溅射导致剖面形貌受到表面不均匀的粒子分布的影响,在刻蚀槽底部出现微槽,且由于中性粒子的覆盖度随槽深的增加而减小,刻蚀槽底部随着刻蚀进行逐步尖化。通过合适的刻蚀步骤时长能够平衡离子溅射和中性粒子覆盖度两种不均匀性带来的影响,实现更好的剖面形貌控制。
[博士论文] 骆英民
微电子学与固体电子学 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:紫外探测器无论在民用还是在国防军事领域都具有重要的作用和价值。新一代紫外探测器要求具备体积小、响应和恢复速度快、灵敏度高和制备成本低等特点。ZnO作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体,由于具有禁带宽度大、不吸收可见光、光电性能好、化学性质稳定和制备成本低等优点,因而在紫外光探测领域具有广阔的应用前景。特别是ZnO优良的压电性能,更使得在调控和改善基于ZnO材料制备的光电器件性能方面增加了一种可选择的重要途径。但基于单一ZnO材料制作的光电导型紫外光探测器的光响应速度通常较慢,特别是恢复时间很长,从而限制了其实际应用。ZnO同质pn结型紫外光探测器的研究,又由于性能稳定的p型ZnO难以制取而缺乏较大进展。故而,近年来,构造各种基于ZnO的肖特基结和异质pn结型紫外光探测器已成为研究的关注点。
  本论文围绕ZnO纳米棒阵列与连续致密膜的生长制备、p-NiO/nZnO异质结的构造及其紫外光响应性能测量与分析等相关问题,展开了一系列的研究工作。由于各种结型器件的光响应速度通常均很快,故本论文的研究重点是器件的恢复性能。主要内容包括以下几部分:
  (1)采用磁控溅射和水溶液法在蓝宝石衬底上制备了ZnO纳米棒阵列,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱等表征手段对其形貌、结构、成分及光学特性等进行了测试分析。研究了ZnO纳米棒阵列退火前后的紫外响应特性,结果表明,550℃下退火可以减少ZnO中的缺陷数量,降低紫外探测器暗电流,从而有效增强ZnO紫外探测器的灵敏度。
  (2)采用热蒸发氧化方法,在蓝宝石衬底上制备了NiO薄膜,并对不同氧化温度下制备的NiO薄膜进行了表征分析。结果表明,随着氧化温度的升高,NiO薄膜的缺陷减少,晶体质量提高。在此基础上,通过低温水溶液方法在不同氧化温度下制备的NiO薄膜上分别生长了ZnO纳米棒阵列,并对这些p-NiO/n-ZnO异质结样品的紫外光响应特性进行了研究。结果表明,在所研究的温度范围内,NiO膜的氧化温度越高,晶体质量越好,器件的恢复速度越快。
  (3)在柔性的Ni薄片上通过热氧化工艺制备了NiO薄膜,并通过在传统水溶液中加入柠檬酸三钠的方法,成功地在这种柔性NiO薄膜上生长了致密连续的ZnO薄膜。这种致密的薄膜结构有效减少了ZnO与空气的接触面积,从而大幅度缩短了p-NiO/n-ZnO紫外光探测器的恢复时间。相较于ZnO纳米棒阵列与NiO薄膜构成的器件,致密ZnO薄膜与NiO薄膜构成的紫外探测器的恢复时间从25秒减少到8秒。在此基础上,利用ZnO的压电电子学与压电光电子学效应进一步缩短了该种柔性器件的恢复时间:在-1%、-2%和-4%的压应变情况下,器件的恢复时间分别由无应变时的8秒减少到7秒、3.6秒和2.4秒。
[博士论文] 曲玥阳
生物医学工程(药物工程) 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:微环境对维持细胞的活性和功能起到重要作用。作为肾脏的基本结构和功能单元,肾单位具有肾小球滤过和肾小管重吸收、分泌等功能。由于肾单位特殊的结构和功能,不同种类、不同区域的细胞所处的微环境有较大差异。体外实验影响因素少、条件可控,在研究肾脏损伤机制和药物筛选中占据重要地位。但现有的二维和三维体外培养平台仿真度低,难以模拟肾脏复杂的微环境。微流控平台具有流体可控、设计组合灵活等优点,辅以具有生理功能的细胞与仿生的细胞排布,有可能构建具有相似结构和核心功能的肾芯片。目前已有肾芯片相关报道,但现有工作使用的具有功能的细胞种类少,只模拟了肾单位的部分节段,不能在一个系统内完整实现物质经肾小球滤过、肾小管分泌或重吸收的生理过程,结构和功能的仿真度较差。
  为探讨和验证提高肾芯片仿真度的关键因素,本文首先由简单到复杂,分别设计并构建了单层肾小管上皮细胞芯片、肾小管管周芯片以及同时具有肾小球单元和肾小管单元的肾单位芯片。其中前两种芯片能够初步模拟肾小管相应功能,肾单位芯片能够初步模拟体内肾脏中物质在结合态和游离态之间的转换、肾小球滤过、肾小管分泌、肾小管重吸收等四个物质经肾消除的重要环节。随后对肾单位芯片具有相对完整的结构和功能的必要性进行验证,并对肾单位芯片的功能及潜力进行探讨。
  论文的第一步部分开发了构建肾单位模型所需细胞的分离和提取方法。使用该方法可以通过一次实验,从同一只大鼠的肾脏中,同时获得原代肾足细胞、肾小管管周血管内皮细胞、肾小管上皮细胞。通过比较不同组织获取方法对细胞活性的影响,胶原酶的种类和消化时间的选择对获取组织的纯度和活性的影响,不同包被条件对三种原代细胞的增殖和功能维持情况的影响,不同培养液成分对肾小管上皮细胞和足细胞的活性和功能维持的影响,确定了最优分离、培养方案。
  论文的第二步部分描述了两种肾小管芯片的构建方法,以“夹膜”式为基本结构,利用种有肾小管上皮细胞的多孔膜构建单层肾小管上皮细胞芯片,利用分别种有肾小管管周血管内皮细胞和肾小管上皮细胞的多孔膜构建肾小管管周芯片。考察了肾小管管周血管内皮细胞和肾小管上皮细胞形成的细胞层的致密性和功能;考察了肾小管芯片对于细胞功能在体外重建的影响;考察了在肾小管芯片中形成细胞极性对顺铂致损伤评估结果的影响;比较了两种肾小管芯片在顺铂致肾小管损伤评估中的仿真性。与单层肾小管上皮细胞芯片相比,肾小管管周芯片从结构上以及在顺铂肾毒性评价的表现中都更为接近体内情况。
  论文的第三部分,描述了一种肾单位芯片的构建方法。该方法以“夹膜”式为基本结构,利用种有大鼠原代肾足细胞、血管内皮细胞的多孔膜构建肾小球单元,利用种有大鼠原代肾小管上皮细胞、血管内皮细胞的多孔膜构建肾小管单元。肾小球单元具有分子尺寸和电荷选择性滤过功能,肾小管单元具有对氨基马尿酸分泌和葡萄糖重吸收功能。在“人工血液”里添加血清白蛋白,促进细胞功能重建。比较了肾单位芯片和单层肾小管上皮细胞芯片以及肾小管管周芯片在顺铂致肾小管损伤评估中的仿真性。与另两种肾小管芯片相比,肾单位芯片从结构上以及在顺铂肾毒性评价的表现中都更为接近体内情况。
  论文的第四部分,以药致肾损伤为例,探讨了肾单位芯片的功能及潜力。该芯片可以用于考察不同浓度的顺铂作用下,肾小球单元和肾小管单元细胞的损伤情况;比较顺铂和阿霉素对肾单位芯片的肾小球单元和肾小管单元细胞的损伤顺序;考察顺铂和阿霉素对肾单位芯片的肾小球单元和肾小管单元细胞功能蛋白表达的影响;探讨在“人工血液”里添加血清白蛋白对顺铂和阿霉素所致肾损伤的影响。部分数据与已报道的体内结果相近,表明肾单位芯片在药致肾损伤研究中有较大的应用潜力。
  本文设计并构建的肾单位芯片,初步模拟了体内肾脏中药物在结合态和游离态之间的转换、肾小球滤过、肾小管分泌、肾小管重吸收等四个对药物肾毒性的影响较大动态过程。与现有细胞实验平台相比,该芯片在结构和功能上具有更高的仿真性。该肾单位芯片可用于体外测试药物肾毒性,研究肾的功能,特别是肾损伤致病机制,有望填补现有体外研究缺乏高仿真度模型的空白,成为肾脏疾病研究的有力武器,从而在寻找新的治疗靶点及药物研发中占据重要地位。
[博士论文] 刘安良
通信与信息系统 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着移动通信、大数据、云服务等的快速发展和应用,无线网络的数据量和服务的多样化需求激增,未来第五代移动通信(5G)系统将为移动用户提供高达Gbps量级的传输带宽,载波频率也向着更高的微波频段发展。光载射频(RoF)以其独特的技术优势,成为解决未来5G移动通信系统中,高频载波低损耗长距离传输和低成本蜂窝密集覆盖的关键技术。由于FTTx的发展和广泛应用,将RoF技术与FTTx结合,既可大幅度提高RoF系统的性能、为移动用户提供高效覆盖,又能充分利用FTTx网络中的光纤资源、大幅度降低系统的施工和运维成本,更符合未来多样化网络的发展趋势,对未来5G系统、尤其是向更高频段通信的推进,具有重要的科学意义和实用价值。
  本论文在充分调研国内外研究现状的基础上,对RoF系统的未来应用、特别是在未来5G系统应用中的若干关键科学和技术问题,进行了深入地理论、技术和实验研究,具体完成的创新性工作如下。
  (1)在高频RoF系统实验中发现,受温度等周围环境因素的影响,系统接收信号的眼图存在“张开一变小一闭合一再张开”的循环现象,导致系统无法正常工作;从理论上分析了高频RF信号在光纤中传输时存在这种相位漂移特性的原因;提出了一种基于载波恢复技术克服相位漂移现象的系统实现方案,通过实验验证了系统的有效性。
  (2)提出了一种CS-SCS-BS的RoF系统结构及WDM-RoF全双工通信实现技术;搭建了载波频率为10GHz的全双工RoF实验系统,验证了系统的功能。该结构与技术具有抗色散和抗相位漂移特性,提高了RoF系统的性能,解决了RoF系统与FTTx网络的兼容问题;采用中心站集中配发上行光载波的方式,基站无需本地光源,节省了基站成本、降低了实现复杂性,从而大幅度降低了未来5G网络建设的成本。
  (3)提出了一种基于CS-SCS-BS的TWDM-RoF技术方案,搭建了载波频率为26-GHz的TWDM-RoF实验系统,以1.25Gbps数据速率和40km标准单模光纤传输系统为例,验证了技术方案的有效性。该方案可降低基站内上行光载波和下行数据的分离成本,提高单波长的频谱效率;通过次级中心站内加入光交叉单元,实现对上、下行载波资源的灵活配置,从而提高了系统效率、降低了能耗。
  (4)设计研制了一种可用于5G承载网的多速率自适应光收发机和实时误码性能监测模块。光收发机自适应速率工作范围:100Mbps~10.709Gbps,体积小、成本低、功耗低;误码监测模块,可实现10Mbps~11.3Gbps之间任意速率数据的误码测试,与现有昂贵的误码仪设备(安立MP1800A)测试结果对比发现,具有较好的一致性,该模块亦可置入光网元如OLT、ONU和OADM等设备中,实现误码性能的实时在线监测,具有广阔的应用前景。
[博士论文] 耿杰
信号与信息处理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式微波遥感技术,能够全天候、全天时地获取高分辨率图像,已经广泛应用于军事目标识别、海洋环境监测、城市覆盖调研等领域。SAR遥感图像分类通过分析地物后向散射特性等信息,实现地物分类,是SAR遥感解译的重要内容。然而,由于SAR图像存在固有的相干斑噪声,目标存在歧义性与不稳定性,不同区域特性不均匀等问题,如何自动的实现高精度SAR图像地物分类仍然是亟待解决的难题。
  本文以实现SAR遥感图像分类为主要研究目标,结合SAR图像的特点,研究基于深度学习神经网络的特征提取与分类方法。本文的主要工作如下:
  首先,SAR图像固有的相干斑噪声导致其有效特征缺乏,针对此问题,提出了深度卷积自动编码网络,挖掘SAR图像潜在的空间特征。深度卷积自动编码网络采用经典滤波器组构成的卷积层获得初始特征表示,利用尺度变换层去除相干斑噪声,采用多层稀疏自动编码器提高特征的区分性,通过形态学校正的后处理减小相干斑噪声对分类的影响。为了在有限训练样本情况下提高分类精度,提出了权值融合表示分类器,实现了测试样本在训练字典表示“竞争性”与“协同性”之间的平衡,从而进一步提高SAR图像分类精度。
  其次,SAR图像获得的目标特性存在歧义性与不稳定性,针对此问题,提出了深度监督收缩网络,提取SAR图像样本特征与类别标签之间的相关信息,提高特征表达的区分度与鲁棒性。深度监督收缩网络利用样本标签的监督项来引入高层语义信息,克服目标歧义性的问题;利用编码函数惩罚的收缩项来增强局部不变性,克服目标不稳定性的问题。为了丰富SAR图像的初始特征,提出了多尺度图像块特征提取模型,能够获得SAR图像低层、中层特征描述。为了更好地抑制相干斑噪声对分类结果的影响,提出了基于图割的空间平滑后处理模型,能够减小误分类杂点。
  再次,SAR图像不同区域特性不均匀导致传统特征提取模型的泛化能力有限,针对此问题,提出了深度循环编码网络,实现全自动的特征提取与分类,增强特征提取模型的泛化能力。深度循环编码网络由图像块循环神经网络和非负Fisher约束编码网络两部分组成。图像块循环神经网络自主学习像素间的相关特性,能够获得SAR图像的空间上下文特征,实现SAR图像自动特征提取。非负Fisher约束编码网络利用非负约束提高编码表示的稀疏性,采用Fisher约束提高特征表达的类内紧凑性,能够增强特征判别能力,从而达到提高分类效果的目的。
  最后,开展了基于SAR图像的海洋养殖浮筏分类提取应用研究。针对海洋SAR图像存在更加严重的相干斑噪声的问题,提出了一种迭代低秩表示算法,不仅有效去除海洋SAR图像的相干斑噪声,而且使得养殖浮筏的轮廓信息更加清晰。针对海洋养殖浮筏分类提取问题,分别采用本文提出的三种深度神经网络进行提取,验证本文提出的深度网络在实际应用中的有效性。
  综上,本文通过对SAR遥感图像的深入分析,研究了基于深度学习神经网络的分类方法,提取了丰富而有效的SAR图像特征,实现了自动的高精度分类,并成功地应用于海洋养殖浮筏分类提取任务,可以为SAR遥感智能解译提供有效方法。
[博士论文] 李聪明
精密仪器及机械 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:LED具有发光效率高、寿命长、节能环保等优点,正在逐步取代传统光源。由于约70%的输入功率会转化成热、存在热斑问题以及仅能单方向传热,结温升高会引起发光特性的改变和缩短使用寿命。对于1瓦至数十瓦的大功率LED,其输入功率增大,发热引起的问题更为显著。针对大功率LED需要高效散热的问题,研究基于相变传热原理微槽平板热管来替代传统散热基板,能够控制结温的升高。微槽平板热管由硅片上的微槽道提供工质运动的动力,工质的气液两相流动规律与微槽道结构的关系目前尚不明晰;在微热管的制作过程中,由于其内积仅为60~100μL,精确的工质灌注难以保证;此外,由于微热管尺寸较小,需要研究新方法以准确快速地测量微热管的性能。针对微槽平板热管在以上设计、制作和测试中仍存在不足的问题,本文对微槽群结构平板热管的设计和改进、微升量级工质的灌注和密封、传热特性的测试等开展研究。主要内容如下:
  (1)基于MEMS加工工艺,设计和制作了亚微米级的微槽群结构。为强化微槽毛细牵引力并快速带走热源的热量,以三角形/矩形微槽结构为基础,采用MEMS加工工艺,制作了梯形、分段平行、电铸铜柱等多种微槽群结构,阐述了工艺制作过程和微槽平板热管散热基板的封接方法。通过数值仿真,对微槽平板热管内部的压力和温度变化以及工质流动特性进行研究,结果表明沿轴向形成压力梯度有助于强化传热,并且最佳灌注率约为40%。
  (2)研究了微槽平板热管的精确灌注方法。微槽平板热管的工质灌注量小于100μL,负压下的流速和压力出现震荡,使得灌注量精度难以控制。通过对工质流动特性的仿真分析,提出“蠕动泵缓冲-隔离式工质灌注”的方法,减小了压力变化引起的不连续气塞-液塞流,实现工质的精确分配和灌注,灌注的最大偏差为1.2μL。
  (3)针对聚合物密封微热管会因材料的真空放气产生不凝性气体而降低传热性能,同时易形成密封凸点不利于集成制造和应用的问题,提出基于低熔点合金的密封方法。结合低熔点合金的冷膨胀性能,设计了辅助密封沟道,控制基板的温度梯度,实现低熔点合金在沟道内的定点冷凝,利用低熔点合金凝固后与沟道壁面产生的膨胀力,实现可靠密封。由于密封点均在微热管内部,因此采用该方法封装的热管表面无凸起。结合“蠕动泵缓冲-隔离式工质灌注”和低熔点密封,形成灌封工艺新方法,为微槽平板热管散热基板的集成制造提供基础。
  (4)研制了微槽平板热管热性能测试系统,实验研究了微槽尺寸和灌注率等热管参数、倾斜角和热负载等工况对其性能的影响。针对接触式热电偶传感器不易布置于LED模组表面以及存在热平衡延时会影响微槽平板热管传热特性测试的问题,设计了适用于微槽平板热管的非接触红外测温装置,通过环境温度补偿修正了LED辐射热引起的温度漂移,通过发射率修正提高了测温精度。并研究了静态和动态特性,结果显示测温精度为1.5℃、达到稳定值95%的响应时间约为30ms,为传热特性的动态分析提供了基础。
  (5)研究了灌注率、微槽结构尺寸、工作倾斜角等因素对传热特性的影响。根据不同灌注率的测试实验结果绘制温度等高线图,并结合数值仿真结果,探究了微槽平板热管的最佳灌注率。微槽结构尺寸、热负载和倾斜角等影响因素的对比实验结果表明,提高微槽结构的深宽比有助于工质回流,传热能力明显提高;集成了放射形结构散热基板的大功率LED模组平衡温度约为40℃,平衡时间约为60s,实现了对大功率LED结温的有效控制。
[博士论文] 张亚红
材料加工工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:自科学家发现掺杂聚乙炔具有导电性能以来,导电聚合物作为新型的功能高分子材料受到广泛关注。作为其中一员,聚苯胺(PANI)因具备原料易得、制备方法简单多样、物理化学性能优异、独特的掺杂机制等特点,广泛应用于电子器件、电磁屏蔽、能量存储、金属防护、传感器等领域,成为极具应用价值的导电聚合物。聚苯胺的可调控导电性是其最重要的特性,目前已有相关实验对其导电性的影响因素进行研究,但是仍缺乏对聚苯胺导电机制的理论计算研究。本论文将结合实验,采用理论计算的方法从微观层次研究聚苯胺的电荷传输特性,这对改善聚苯胺应用于光电器件的性能有着潜在价值。
  本论文对聚苯胺电性能进行实验及理论计算研究:其一,制备掺杂态、脱掺杂态、再掺杂态及不同掺杂度聚苯胺,对其导电、介电性能进行实验研究。其二,对聚苯胺质子化机制进行理论计算研究。其三,采用理论计算的方法研究聚苯胺氢键作用影响聚苯胺结构及电荷传输性质的微观机制。最后,对聚苯胺及其衍生物载流子传输特性进行理论计算。得出主要结论如下:
  (1)采用化学氧化聚合法制备掺杂态、脱掺杂态、再掺杂态聚苯胺及不同掺杂度聚苯胺,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及傅立叶红外光谱(FTIR)对其微观形貌及结构进行表征,采用四探针测试仪和矢量网络分析仪(VNA)对其电导率及介电性能进行测试分析。盐酸掺杂态、再掺杂态聚苯胺具备一定结晶度,表现出一定的导电性及介电损耗性能。而脱掺杂态聚苯胺属于无定型态,电导率及介电常数近似为零。改变盐酸浓度制备的掺杂态聚苯胺均为蠕虫状微米结构,微米结构随着盐酸浓度的升高均表现出变长变细的趋势。聚苯胺表现出明显的介电弛豫现象,当盐酸浓度为1.0mol/L时,聚苯胺的介电常数实部、虚部值最大,同时,其电导率值最高为1.04S/cm,聚苯胺颗粒尺寸减小,表面树突结构增多,有利于电荷离域,从而提升电导率。
  (2)聚苯胺质子化机制的理论研究发现:在平衡结构方面,由本征态聚苯胺到导电的聚苯胺盐过程中,聚苯胺链结构共面性增强,有助于电子沿聚苯胺主链的传输。在掺杂后期的极化子分离过程中,聚苯胺链上醌环结构上电荷向苯环结构转移,有助于聚苯胺电导率的提升。对不同掺杂度聚苯胺的结构与性能进行理论研究,结果表明随着掺杂度的增大,在费米能级处态密度(DOS)的截距增大,聚苯胺的电导率有升高的趋势。
  (3)聚苯胺氢键作用的理论研究表明,聚苯胺与樟脑磺酸(CSA)及水分子间均可形成稳定的氢键作用。从振动光谱可以看出,氢键的形成对聚苯胺主链结构影响较小,PANI-H2O氢键复合物表现出明显的O-H和N-H的振动特征,这一振动特征与相应键长拉伸趋势一致。水分子在聚苯胺链间通过氢键作用吸引在链结构上,与聚苯胺主链发生电荷转移,改变链上电荷分布。
  (4)对苯基封端的聚苯胺四聚体(ANIH)及其卤化衍生物的电子传输性能理论研究表明ANIH具备相对较好的共面性和共轭性,且重组能较小。ANIH的轨道电子离域更加均匀、广泛,具备更加扩展的π共轭系统,相邻ANIH分子之间易形成更大的电子耦合,从而有助于载流子的迁移。ANIH电子载流子迁移率高于空穴载流子迁移率,其最大载流子迁移为1.3893cm2V-1s-1。
[博士论文] 项森伟
机械电子工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:作为信息产业和新能源产业最重要的原材料,单晶硅在国民经济与国家战略中都占有重要地位。使用直拉法生产单晶硅时,需要及时、准确地测量熔硅液位与晶体直径,以便高效率地生产高质量的单晶硅。对单晶硅生产而言,机器视觉是一种理想的非接触检测手段。但受高温环境的影响,机器视觉系统应用于单晶硅生产时,在光路设计、高质量图像获取、图像精确检测等方面面临挑战。本文结合实际需求,对高温单晶硅液位和直径视觉检测的关键技术进行了系统、深入地研究,并把研究成果集成为相应的视觉检测系统,应用到实际生产中,主要内容如下:
  第一章阐述了单晶硅的重要性和直拉式单晶硅生产技术,并具体分析了现有的单晶硅液位检测技术和直径检测技术的不足。同时,本章概述了机器视觉的发展和国内外研究成果,指出了机器视觉成功应用到单晶硅生产中要解决的几大关键技术。最后,针对这些困难,阐明了本课题的来源与本文的主要研究内容。
  第二章对机器视觉系统的光路设计和检测原理进行了研究,提出了高温视觉系统要根据被测目标的空间结构特点设计光路、优化检测原理的原则。并以单晶硅生产为例,针对单晶硅液位的结构特点,提出了一种使用钼片平面和线性激光的液位三角测量光路。该光路设计利用单晶硅液位本质上是缝隙的特点,在导流筒底部添加钼片平面,使用线性激光投射液位,在钼片平面上形成入射光条和反射光条。研究发现,两个光条信号端点间的距离与待测液位呈线性关系。同时该光路还设计了“虚拟距离”加速图像处理,提高检测实时性。其中,“虚拟距离”的大小与待测液位也呈正比。
  针对单晶硅直径成像的空间结构,提出了基于同心椭圆的直径检测方法。这个方法基于释能环与导流筒倒影在图像中呈现为一对同心椭圆的特点,利用同心椭圆中心线的特殊性质,在已知外椭圆的情况下,可以借助中心线弦长比快速计算单晶硅直径,避免了复杂耗时的椭圆拟合过程,提高了直径检测效率。
  第三章针对高温图像质量问题,提出了高温高质量图像的3个标准,并结合单晶硅液位检测应用,围绕3个标准展开了硬件设计。为了获取清晰图像,本章分析了相机和镜头的选型。为了在高温中稳定成像,本章设计了高温防护装置。为了获取高信噪比的图像,本章分析了高温物体的辐射特性,建立了激光图像的SNR模型。实验证明,按照以上方法设计的单晶硅液位检测系统,能拍摄出高质量的高温图像。
  第四章研究了图像中椭圆的检测技术,在分析了常见的椭圆检测算法的基础上,提出了一种新的结合参数降维与随机Hough变换的椭圆检测算法。该算法首先证明了椭圆上任意一组平行弦中心线穿过椭圆中心的几何性质,根据这个性质,利用两组平行弦确定椭圆中心。在获取椭圆中心的基础上,研究了椭圆与其同心圆交点间的对称关系,并发现椭圆旋转角度可以从两个距离椭圆中心相等但不关于中心对称的点中获取。进一步,可以利用这两点计算椭圆的长轴和短轴。使用随机Hough变换,就能从椭圆边缘中计算上述三个参数。实验结果证明本文提出的算法检测结果准确,检测速度快,对噪声和残缺椭圆不敏感,在单晶硅直径测量中能很好地检测导流筒倒影形成的外椭圆。
  第五章研究了高温应用中边缘检测不准确的问题。针对高温光晕模糊目标边缘的现象,提出了基于轮廓形状和Sigmoid拟合的亚像素边缘检测算法。该算法先用经典的Sobel算子检测得到目标轮廓形状,再用Sigmoid函数对轮廓法线上的像素灰度分布进行了拟合。从拟合得到的模型参数中,能快速求出边缘的亚像素位置。在第六章单晶硅直径视觉检测系统中,将该算法和其他边缘检测算法进行了对比测试,实验结果显示它能准确、快速地检测释能环边缘。
  第六章将本文的理论研究成果应用于实际的工业化设备开发,研制了单晶硅液位视觉检测系统和单晶硅直径视觉检测系统。通过这两套系统对本文提出的理论成果进行了验证,实验发现这些技术和方法都有很好的实用价值。单晶硅液位视觉检测系统的实验结果显示,该系统在量程范围内的检测精度达到0.068mm,能够实现实时检测,具有良好的稳定性。单晶硅直径视觉检测系统的实验结果显示,该系统不但具备良好的检测精度(0.09mm),检测效率也比传统方法也得到了大幅提升,并且系统拥有良好的稳定性,满足工业生产需求。
  第七章进行了全文总结,简要描述了本课题的研究内容、结论和创新点,并对未来的研究工作做了展望。
[硕士论文] 何百惠
数学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:复杂网络的状态估计是控制工程界研究的热点问题之一.在许多实际应用中,复杂网络节点的信息通常通过一个共享的通信网络进行数据传输,但由于带宽限制,数据传输过程中容易发生数据堵塞和数据丢包现象,因此,为通信网络设计相应的通信协议尤其重要.通过配备相应的通信协议,可以规定每一时刻仅有部分节点获得网络的使用权限,从而使数据传输井然有序.那么,在通信协议下,分析和估计复杂网络的动力学是十分必要的.本论文分别讨论了复杂网络基于轮询协议(Round-Robin Protocol,简称RR协议)和随机通信协议下(Stochastic Communication Protocol,简称SCP)的状态估计问题,所考虑的复杂网络是一类离散的复杂网络,且具有外部噪声、非线性输出扰动及混合时滞.主要研究内容如下:
  第一章介绍了复杂网络的研究背景、基于通信协议的复杂网络状态估计问题的研究现状,并提出了本文所要研究的问题.
  论文第二章研究了基于RR协议的有噪声扰动的复杂网络的H∞状态估计问题.所考虑的复杂网络模型既有离散时滞,也有无穷分布时滞,并且其测量输出含有非线性时滞扰动项,通信协议采用RR协议来规范各节点使用通信网络的权限.针对基于通信协议的系统性能分析的问题,现有的大部分文献规定每个通信时刻仅有一个节点获得通信网络的使用权.基于此,本文首次提出节点分组法,将节点分成若干个小组,使得在每个通信时刻,一组而非一个节点使用通信网络,从而保证了系统的可观性,进而更有效地估计了复杂网络的状态.为此,通过构造一类新的依赖于通信协议的Lyapunov泛函,并利用Lyapunov稳定性理论和新的分析技术,导出了基于RR协议的估计误差系统渐近稳定的充分条件.在此基础上,由一组线性矩阵不等式的解表示出每个节点所需H∞估计器的增益矩阵.最后,数值模拟验证了所得到的结果的有效性.
  在第三章中,研究了基于SCP的有噪声扰动的复杂网络的状态估计问题.本章同样将节点进行分组,再采用SCP调度来合理分配通信资源,并且通信网络所采用的SCP规则通过一新的马尔科夫链进行建模.然后通过构造一类新的依赖于随机通信协议的Lyapunov泛函,利用随机微分方程稳定性理论,导出了基于SCP的估计误差系统均方指数有界的充分条件,并且求出了每个节点所需估计器的增益矩阵.
[硕士论文] 陈艳
数学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:近二十年来,低密度奇偶校验码(LDPC codes)由于其逼近香农限的性能逐渐成为人们关注的焦点。研究发现,LDPC码的校验矩阵的稀疏性使其在译码复杂度、错误平层等各方面都有良好的表现。因此,它在光纤通信、声频广播、移动通信等各个领域都得到了广泛的应用。本文提出了拟循环LDPC(QC-LDPC)码的两种构造方法,给出了所构造出的QC-LDPC码的码率计算公式,并利用计算机模拟仿真分析了它们的性能。
  首先,本文研究了QC-LDPC码的一种代数构造方法。L.Chen等人在1994年提出了QC-LDPC码的一种构造方法,其构造步骤为先构造满足RD约束的基矩阵,再通过矩阵弥散扩张成围长至少为6的低密度奇偶校验矩阵。关于基矩阵的构造他们给出了分别基于加法子群和乘法子群的两种构造方法,本文对这两种方法进行了改进和推广,提出了两种新的构造方法。第一种为基于乘法子群陪集的基矩阵构造法,以乘法子群及其陪集为基础集构造满足RD约束的基矩阵,其元素皆为陪集代表元的线性组合。第二种为基于Ω条件的基矩阵构造法,这里我们称有限域Fq上的集合U,V满足Ω条件是指它们满足:对任意(u',v'),(u,v)∈U×V,若uv=u'v',则u=u',v=v'.
  接着,本文改进了L.Zhang等人对基于加法子群构造的QC-LDPC码的码率的计算方法,并应用于计算我们提出的两种构造方法所得到的QC-LDPC码的码率。本文将对校验矩阵的秩的计算转化为对与其等价的分块对角矩阵的秩的计算,先将分块对角矩阵进行行列转换,后对转换后的分块对角矩阵分块求秩。我们还利用杨辉三角形分析了排列组合数的奇偶特性,进而得到了我们提出的两种QC-LDPC码的校验矩阵的秩的表达式。
  最后,本文采用比特翻转译码方法,用MATLAB对基于乘法子群,基于乘法子群陪集以及基于Ω条件等三种构造方法构造出的QC-LDPC码的纠错性能进行了仿真分析。计算结果表明,若取门限为3迭代次数为20,当误码率低于10-5时,基于乘法子群构造的码的误码平层更低,而基于Ω条件构造的码的误码率较优于基于乘法陪集构造的码的误码率。对译码门限研究时发现三种代数构造方法都较适用于门限为4的比特翻转译码算法,且仿真结果与比特翻转译码方法的瀑布特性相一致,因此我们提出的两种构造方法构造的QC-LDPC码和L.Chen提出的基于乘法子群的构造方法构造的码一样,在信噪比较高时均有较好的译码性能。
[硕士论文] 楼利旋
船舶与海洋工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:无线激光通信技术有着通信速率高、保密性好、无需线缆等优点,因此在星间通信、星地通信、海上通信等领域有着广阔的应用前景。然而,在激光传输过程中,大气湍流的影响容易造成激光柬光斑中心位置发生偏移、光束到达角发生起伏、光束相位发生畸变等问题,影响了通信的距离和可靠性。快速倾斜镜(FSM)系统能够用来校正光束中心位置的偏移,稳定光斑位置,提高通信的稳定性和可靠性;但是在倾斜镜闭环控制过程中,光斑位置传感器(PSD)的测量噪声会引起误差放大,影响系统的闭环控制效果。针对该问题,本论文中设计并搭建了一套闭环倾斜镜系统,通过滤波器和控制器的优化设计有效地提高了闭环系统对激光光斑的稳定效果。论文首先介绍了倾斜镜系统实验平台的工作原理和系统结构,并利用子空间辨识的方式获得了倾斜镜的动态模型;然后建立时间序列模型来描述湍流影响下光斑的随机运动,并以此湍流模型为基础设计了维纳滤波器用以抑制测量噪声;最后基于倾斜镜动态模型设计了H2控制器,再把维纳滤波器和H2控制器融合,设计了基于维纳滤波器的H2控制器,并通过仿真和实验比较了控制器的效果。
  滤波仿真结果显示,维纳滤波器能够将传感器的测量均方误差(MSE)减少50%以上,融合了维纳滤波的控制器减少了调节参数,避免因为参数调节带来的不确定性。闭环仿真结果表明,H2控制器能将光斑抖动的方差减小为原始的33%和45%,而基于维纳滤波器的H2控制器能够将方差减小为原始的22%和23%。在闭环实验中,利用Tenengrad函数对光斑CCD图像的清晰度进行评价,清晰度越高光斑越稳定。H2控制器将清晰度从原图的0.0043提高到了0.0048,而改进后的H2控制器能够提高到0.0058。本文将维纳滤波器和H2控制器融合,降低了传感器的测量噪声,提高了控制器的抗噪声能力,增强了闭环系统对光斑的稳定效果,研究成果可用于星地、海面无线激光通信等领域。
[硕士论文] 程轶云
电子与通信工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:认知中继网络具有诸多优势,比如扩大信号覆盖范围、降低网络通信干扰、频谱资源利用率高等。然而,对于能量受限的认知中继网络,一旦中继节点的能量耗尽,借助其进行的信息传输就会终止。为了解决网络能量受限的问题,能量采集技术应允而生,成为一项有效延长无线通信网络寿命的新技术。考虑Nakagami-m衰落环境,本文主要研究了基于能量采集(Energy Harvesting,EH)的认知中继网络,并取得了一些研究成果。
  首先,针对单天线的认知解码转发(Decode and Forward,DF)中继网络,考虑中继节点采用能量采集技术中的功率分配协议(Power Splitting,PS)收集能量,认知发送端S和认知中继R的传输功率均受到其最大发送功率和主用户所能容忍的最大干扰功率的限制,这样不仅能够提高网络频谱的使用率,扩大通信范围同时也增加了设备的使用时间,降低了经济成本。我们利用二项式展开等数学技巧,获得了其在Nakagami-m衰落环境下的中断概率表达式。所得到的结果与Monte Carlo仿真曲线匹配,证明了分析结果的真实性,本项研究成果可以指导Nakagami-m衰落环境下认知中继网络的结构设计与性能优化。
  其次,我们在上一研究的基础上分析了认知增量DF(Incremental Decode and Forward,IDF)中继网络的传输可靠性问题。考虑认知发送端与接收端之间存在直传链路,当直传链路通信质量良好时,发送端直接发送信息给接收端;否则,发送端通过一个能量采集的中继节点转发信息给接收端,以保证良好的通信质量。我们获得IDF协议下该网络准确的中断概率表达式。分析值和仿真值的匹配检验了理论的真实性,最后的结论为认知中继网络提出了一种精确稳妥的通讯方式。
  最后,针对多中继和多主用户下的认知中继网络的中断性能,我们研究了两种能量采集协议下的网络的中断概率。其中,第一种是功率分配协议(PS),中继将接收到的信号能量一分为二,分别用来转化为自身的能量和处理接受的信号。第二种是时间转换协议(Time Switching,TS),中继在一小段时间中获取接受信号的能量,并在其余时间里从接受到的信号中检索信息。这部分研究为认知多中继能量采集网络的方案设想与改进提供了有效的理论凭借。
[硕士论文] 周长玲
信号与信息处理 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:信号空时参数估计是阵列信号处理技术的一个重要研究方向,在认知无线电、合成孔径雷达等领域都有着重要的研究价值。为了实现信号空时参数的联合估计,需要对信号进行数字采样。传统的均匀采样方法需要较高的采样速率以满足奈奎斯特条件,给模拟与数字处理都带来了较大负担。互质采样由于其采样率低,且具有更好的多目标处理能力,逐渐成为空时参数估计领域的研究热点,但已有方法只适用于线阵,无法直接推广到其他阵列结构。而均匀圆阵由于其应用灵活,且对称结构,能够实现360°方位角覆盖,在实际中有着广泛应用。本文针对均匀圆阵,研究互质采样下的信号空时参数估计问题,主要工作总结如下:
  1.研究了基于子空间方法的均匀圆阵互质采样空时参数估计问题。利用相位模式激励理论,将均匀圆阵映射为线阵,构造出具有范德蒙结构的空时二维虚拟阵列,引入空间平滑方法恢复出满秩的协方差矩阵,从而将互质采样方法推广到均匀圆阵的情形,利用子空间方法实现基于互质采样的均匀圆阵角度多普勒频率联合估计。仿真分析表明,相对于均匀采样方法,该方法具有更强的多目标处理能力以及更好的估计精度。在此基础上,针对稀疏均匀圆阵的情形,分析了波束空间变换残余项的影响,给出了互质采样条件下,稀疏均匀圆阵波束空间变换后的空时虚拟阵列模型,通过阵列内插方法,构造出均匀平面阵结构的空时虚拟阵列,实现了基于子空间方法的稀疏均匀圆阵互质采样角度-多普勒频率联合估计。仿真分析表明,通过引入稀疏均匀圆阵,能够以较少的天线阵元获得更大的阵列孔径,因而具有更好的目标估计性能。
  2.研究了基于连续压缩感知的互质采样均匀圆阵空时参数联合估计问题。基于子空间方法的均匀圆阵互质采样空时参数估计依赖空间平滑构建协方差矩阵,需要牺牲阵列孔径,影响算法性能。同时,引入相位模式变换,不可避免地存在映射误差,造成算法性能下降,在阵元稀疏时,由于采用阵列内插,还会导致角度覆盖范围减小。针对上述问题,本文基于相位模式激励理论,提出了一种基于均匀圆阵互质采样连续压缩感知空时参数估计方法。该方法利用波束空间变换,建立波束空间阵列导向矢量与范德蒙结构矩阵的联系,从而将连续压缩感知方法推广到均匀圆阵空时参数估计的情形。该方法能够有效降低映射误差,实现360°角度覆盖,同时无需空间平滑损失阵列孔径,因而具有更好的估计精度和目标分辨率。
[硕士论文] 常庞帆
计算机系统结构 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:随着现如今计算机网络技术的跨越式发展,人们的生产、生活方式也在一天一天的发生着巨大的变化,无线传感器网络也被逐渐接纳于越来越多的领域当中。在实际运用过程中,无线传感器网络中的节点通过相互的信息交流组成一个统一协作的信息交换网络,在网络覆盖区域内互相合作,来获取和传播所接收到的信息,但这些节点本身的物理位置却是随机的、未知的,因而快速有效地对无线传感器网络节点定位就成为无线传感器网络应用的首要难题。
  本文首先阐述了无线传感器网络节点定位的研究价值及意义,并简单介绍了目前国内外无线传感器网络发展情况与节点定位技术的研究现状;然后介绍了现有的无线传感器网络节点定位技术和定位算法,同时简单介绍了定位算法的各项评判标准;之后引入遗传算法的概念,通过对遗传算法的介绍表现其相较于普通算法在无线传感器网络节点定位计算上的优越性;然后本文详细介绍了基于遗传算法的无线传感器网络节点定位技术,对每个步骤都做了详细的说明,并根据个体适应度来改变其遗传概率,同时加入单调基因位检测步骤,对传统遗传算法进行了有效的改进,提高了无线传感器网络节点定位的效率。
  本文对最后对基于改进型遗传算法的无线传感器网络节点定位技术进行了仿真模拟,并选取了多种定位算法进行比较分析。分析结果表明,这种改进型遗传算法有效降低了定位错误,大幅度提高了节点的定位准确性,是一种十分优秀的定位算法。
[硕士论文] 居春伟
计算机科学与技术 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着低功耗无线通信技术的快速发展,无线传感网在日常生活中得到了广泛应用,如智能交通、智能家电、灾害预警和生态保护等领域。同时,由于无线传感网有着易于部署、适应性强和实时感知等特点,为我们的日常工作和生活带来了极大便利。传感器之间的相互协作,得益于网络的可靠部署。网络覆盖作为无线传感网中需要解决的一个基本问题,它能够反映网络感知现实世界的能力。因此,为了使无线传感器能够顺利完成信息感知和数据传输任务,需要引入可靠的网络覆盖算法来优化网络的服务质量。
  在传统的网络覆盖算法中,为了保证无线传感网能够覆盖整个目标区域,通常会在感知区域大规模随机部署无线传感器。在这种部署方式下,经常会出现一个目标节点被多个传感器覆盖的情况,产生“覆盖冗余”现象。这些传感器感知到一个数据后,将收集的数据发送给基站,这些数据中包含了大量重复的信息,会将传感器有限的能量浪费在冗余数据的传输中。同时,较为密集的数据传输会提高网络的负载,在进行数据传输时会花费大量的时间在信道争用上,降低网络带宽,造成网络的服务质量下降。研究人员通过引入高效的网络覆盖算法,来规划传感器的部署位置。本文针对无线传感网中基于粒子群算法的网络覆盖展开研究,以此来均衡网络覆盖率和节点能耗,主要工作包括:
  1)分析了经典粒子群算法的原理,并详细阐述了它的优点和存在的不足之处。针对经典粒子群算法容易陷入早熟的缺点,在粒子的位置更新过程中引入了变异算子。提出了基于粒子群算法和变异算子的网络覆盖算法,用于规划传感器节点的部署位置,提高网络覆盖率。并做了仿真实验,对算法的性能进行对比分析。
  2)为了修补网络中的覆盖空洞,在无线传感网中引入了可移动无线传感器,提出了基于粒子群和移动辅助的网络覆盖算法。通过将目标区域划分成网格,确定无线传感网中存在覆盖空洞的区域。在锁定覆盖空洞区域后,用粒子群算法计算可移动传感器的部署位置。仿真实验证明了本文的算法能够有效提升网络的性能。
  3)考虑到无线传感器在节点密度较高的区域可以通过降低感知范围,来达到节约能量的目的。提出了基于粒子群和半径自适应的网络覆盖算法。在设计网络覆盖算法时,考虑了网络覆盖率和节点能耗,利用粒子群算法计算节点的半径,实现感知半径的动态调整。
[硕士论文] 宋冬梅
电子与通信工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:多输入多输出(MIMO)技术因其可提高信道容量和降低误码率的特点而得到广泛的关注与应用。大规模MIMO技术是传统MIMO技术的发展,可提高系统的频谱效率和功率效率,是5G的关键技术之一。在实际应用中,往往将MIMO技术与正交频分复用(OFDM)技术相结合,利用OFDM技术频谱利用率高、抗干扰能力强的特点来提高系统的通信性能。而同步问题是影响MIMO-OFDM系统性能的关键因素,同步技术的有效改善是提高系统稳定性的根本保障。本文针对MIMO-OFDM系统的导频结构和循环前缀(CP)结构的同步问题以及大规模MIMO-OFDM系统的同步问题进行了研究,主要内容包括:
  首先,针对MIMO-OFDM系统的导频结构及算法提出了改进的同步方法。该同步方法基于GCL序列,以Minn算法为原型设计了一种新的导频结构。先以正负1为基础引入伪随机序列(PN)来改进算法,再以判决函数求得定时同步位置,将其代入公式进行两次相关计算,取其频率偏移的平均值,从而得出较为准确的定时同步准确率和频率偏移量。仿真结果表明,改进的导频结构和算法在定时同步及频偏估计方面均具有良好的性能。
  然后,提出了一种针对MIMO-OFDM系统CP结构及算法改进的同步方法。该同步方法将CP分为三部分,第一部分采用前一个OFDM符号的头部,二、三部分采用当前OFDM符号的尾部;算法上对第二部分先进行求和取平均,再进行相关运算,对第三部分引入PN序列后再进行相关运算,最后结合二、三部分推导出符号定时同步位置和频偏估计值。仿真结果表明,改进的CP结构和算法在计算量减小的同时系统的同步性能也得到了一定的改善。
  最后,提出了一种联合导频与CP的大规模MIMO-OFDM同步方法。该同步方法先通过时域导频的相关性求得初步的频率偏移,再对接收数据进行频率补偿,然后根据CP的相关性进一步求得频率偏移,最后对两次频率偏移取均值,从而得到相对精确的频率偏移值。仿真结果表明,通过算法的改进,系统的同步性能得到了相对提高。
[硕士论文] 任田丽
计算机应用技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着计算机科学信息技术的迅猛发展,音频信号的声学方面的相关研究已经逐渐成为当前音乐领域的研究热点。基于声学特征的乐器识别是当前音乐信号分析工作的重点,为了提高乐器音频信号种类识别正确率,本论文主要是对收集到的古筝、吉他、钢琴、手风琴、口琴、唢呐这6种乐器的音频进行研究,主要包括有以下几个方面的工作:
  首先,本论文针对乐器音频信号中附加噪声导致的乐器音频信号识别率低的问题,本文采用改进的变分模态分解(VMD)对乐器音频信号进行去噪处理。本论文是通过先采用VMD将乐器音频信号分解成一系列平稳的窄带分量(IMF),之后,通过相关系数大于或等于0.5的IMF与相关系数小于0.5的IMF被小波阈值去噪后得到的有效的信息一起重构信号的方式来对VMD进行改进的。在相同的实验环境下,分别研究了小波阈值去噪、经验模态分解、VMD、改进的VMD等方法对乐器音频信号的去噪效果的优劣,仿真实验结果表明,本文采用的改进的VMD算法比其他去噪算法去噪鲁棒性更好。
  其次,为了在去噪后能进一步提高分类正确率,从乐器音频信号中提取充分体现声音特性的声音特征,该声音特征为基于改进的核主成分分析(KPCA)降维的Mel频率倒谱系数与一阶差分Mel频率串联起来的24维的组合特征。本论文提取24维Mel频率倒谱系数、24维一阶差分Mel频率倒谱系数作为分类器的输入参数,实验结果表明,Mel频率倒谱系数与一阶差分Mel频率倒谱系数串联起来的共48维的组合特征在对比分析实验中比单个特征获得了更高的识别率。由于此组合特征的维度非常高,为了提高运算速度,提高分类识别的精度,降低运算量,本论文采用改进的KPCA算法对此组合特征进行降维实验,仿真实验结果表明,改进的KPCA比KPCA与主成分分析(PCA)降维后保留了更多的体现音频信号音色特性的成分,去掉更多的干扰成分。
  最后,本论文采用由改进的PSO优化的SVM作为乐器音频信号的分类器。首先,由于实验数据样本少,本论文决定采用支持向量机来对去噪后的乐器音频信号的特征进行分类识别。由于SVM的参数的选择对识别结果影响很大,本论文在接下来的仿真实验中分别采用粒子群优化算法(PSO),改进的PSO来优化SVM参数,该改进的PSO算法是对PSO进行了自适应惯性权重和异步自适应学习因子的改进,实验结果表明:经由改进的PSO优化参数的SVM获得更高的乐器音频信号分类识别率。
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