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第46卷,第3期
刊出日期:2018年3月
  • 高性能低功耗10 bit 100 MS/s SAR ADC
    廉鹏飞,易波,吴斌,王晗 p1-6
    设计了一种高性能低功耗的10 bit 100 MS/s逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC).基于优值(FOM)设计了一种数模转换器(DAC)单元电容确定法,从而实现了ADC性能和功耗之间的最优折中,得到了最小的后仿真优值为17.92 fJ/步,以及与之对应的最优单元电容值1.59 fF.为了减小输入共模电压变化引起的信号敏感性失调,设计了改进的P型输入动态预放大锁存比较器,比较器采用共源共栅结构(cascode)作为P型预放大器的偏置,从而增加了预放大器的共模抑制比(CMRR).模数转换器采用1层多晶硅8层金属(1P8M)55 nm互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺进行了流片验证,在1.3 V电压和100 MS/s采样率的环境下进行测试,信噪失真比(SNDR)的值为59.8 dB,功耗为1.67 mW,有效电路面积仅为0.016 2 mm2.
  • 工艺偏差下基于因子分析的硬件木马检测方法
    赵毅强,刘阿强,何家骥,刘燕江 p7-11
    针对侧信道硬件木马检测方法受到工艺偏差噪声和测试噪声影响的问题,提出了一种基于最大似然因子分析结合聚类判别的硬件木马检测方法.首先获取待测芯片的功耗信息,利用因子分析的方法提取公共因子,并利用最大似然方法计算因子载荷矩阵,最后使用分层聚类方法对因子载荷矩阵进行分类,区分出含有硬件木马的待测电路.利用现场可编程门阵列检测平台在考虑工艺偏差影响的情况下进行了实验验证,结果表明:在母本电路等效门数约为4 292个与非门的情况下,采用基于因子分析结合聚类分析的硬件木马检测方法可以在工艺偏差条件下有效检测出占母本电路面积比0.44%左右的硬件木马.
  • 认知蜂窝异构网络中能效优化的资源分配算法
    庄陵,尹耀虎,赵旭,赵小丽 p12-17
    在认知蜂窝异构网络中,针对大规模部署认知家庭基站带来的能量消耗问题,研究了两层异构网络上行链路的资源分配算法.提出了一种基于双循环迭代的资源联合分配算法,在实时用户服务质量(quality of service,QoS)需求约束和跨层干扰约束下最大化认知系统能量效率,将分数形式的能效函数等价转换为减数形式,使优化问题近似确定为凸优化形式,并通过迭代方法求解.仿真结果表明:该算法能够快速收敛到最优能效,并保证了实时用户的QoS需求,有效提高了系统能量效率.
  • 全维度多天线下SWIPT系统的安全速率分析
    鲍慧,张敏敏,赵伟 p18-23
    针对在多用户下行链路传输网络中,现有研究均是在二维信道中分析SWIPT系统的安全速率,忽略了垂直维度对物理层安全的影响这一问题,在全维度大规模平面天线阵列场景下,假设统计信道状态信息存在多个窃听用户,利用使每个用户遍历传输速率最大化而获取的最优3D波束成型方案,推导出收集能量约束条件下的系统安全传输速率.采用拉格朗日松弛优化算法联合优化发射功率和功率分流比,得到最大化系统安全速率的最优解.仿真结果表明:采用3D波束成型传输方案能够提高系统的安全性,对实际系统具有指导意义.
  • SM2签名算法flush-reload cache计时攻击
    周平,王韬,张帆,赵新杰 p24-29
    针对现有flush-reload cache计时攻击中监测地址选取方法不适用于SM2数字签名算法的问题,提出了一种新的监测地址选取方法,通过监测含有函数调用指令的cache块地址,利用函数调用导致的cache块多次访问特性提高了对cache访问行为监测的准确性,降低了恢复标量k的错误率,实现了对SM2数字签名算法的密钥恢复.实验结果表明:所提出的方法能够对SM2数字签名算法实施有效攻击,利用一次签名的旁路信息恢复256 bit标量k的比特错误率仅为1.09%,能在64次密钥搜索的代价下以59%的成功率完全破解签名者私钥.
  • 基于最小二乘的孪生有界支持向量机分类算法
    业巧林,闫贺 p30-35
    基于经典的孪生有界支持向量机(TBSVM),构造了一个既简单又快速的基于最小二乘的孪生有界支持向量机(LSTBSVM)的二分类算法.该算法简单地将TBSVM模型中的两个目标函数中不等式约束问题修改为等式约束,问题最终归结为求解两个最小二乘问题,以至于两个最优不平行平面可通过求解一对线性方程组获取.与TBSVM相比,LSTBSVM具有更低的时间复杂度,以至于可以有效地处理大数据集.通过理论分析和在传统的UCI和人工数据集上的实验显示,LSTBSVM不仅具较快的计算速度,且能得到与TBSVM相当的性能.
  • 基于学习排序的并行协同过滤推荐算法
    肖菁,袁凌,黄昌勤,吴不晓 p36-41
    为实现大数据环境下高效、精准的商品推荐,将协同过滤思想与信息检索理论有机融合,提出基于学习排序(LTR)的并行协同过滤推荐算法.首先利用相似物品-物品网络图结构共享参数的方法减少参数,通过Pairwise方法构造目标函数,并利用梯度上升法得到参数.还提出了通过使用层次聚类的方法对差异性较大的相似图进行分裂,以保证推荐的准确度.最后给出大数据平台Spark下该推荐算法的并行化实现方案.在真实数据集Netflix上的实验结果表明:提出的算法不仅在召回率和准确率上有所提高,而且计算效率高效,表明该方法可以应用于大数据场景中的推荐服务.
  • 弹性飞翼无人机自适应反步终端滑模姿态控制
    冯引安,祝小平,周洲 p42-47
    针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦比飞翼布局无人机刚/弹耦合动力学模型,提出了基于反步思想的自适应范数型终端滑模姿态控制策略.首先,基于李雅普诺夫稳定理论,利用反步方法设计系统的虚拟控制量和实际控制量.其次,在虚拟控制中,采用自适应范数型滑模消除不确定项和刚/弹耦合项,并在反馈中采用非线性增益提高系统的鲁棒性和动态特性;在实际控制中,引入鲁棒自适应终端滑模项消除不确定项、刚/弹耦合项与扰动的影响,既解决了虚拟量求导的计算膨胀和实际控制量抖振问题,又提高了系统的控制精度和鲁棒性.最后,基于李雅普诺夫理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域.仿真结果表明:该控制方法对模型不确定性、气动弹性及阵风等外扰影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制.
  • 多尺度融合背景与目标先验的显著性目标检测
    刘凡,杨赛,杨慧,林宏达 p48-51
    为了解决当目标不在图像中心或者出现在图像周边时,基于中心先验或者背景先验的显著性检测算法往往会产生错误检测的问题,提出使用目标性作为先验信息得到前景显著图,并且利用乘法运算将其与基于背景先验信息计算的显著图相融合,然后进行空间优化得到单尺度下的显著图,最终显著图为多尺度显著图的加权融合.基于公开数据库的实验结果表明:与目前多种前沿算法相比,本文算法具有更优的检测性能,能够凸显整个显著性目标.
  • 基于分级式特征提取的多视角人脸检测算法
    毛峡,杜峰 p52-57
    提出了一种基于分级式特征提取的多视角人脸检测算法.首先,将训练所用人脸样本按照视角进行分组;其次,分别对每组样本进行特征提取,针对单一特征的局限性,提出了梯度方向直方图(HOG)和局部二值模式(LBP)的融合特征,为了快速构建特征金字塔,提出了一种分级式特征提取的方法;再次,使用基于隐含变量的支持向量机(LSVM)训练模型参数,获得多个模型;最后,将这些模型组合起来构成混合模型.在FDDB和AFW人脸数据库上进行了实验,结果表明:本算法可实现复杂背景下的多视角人脸检测,且比现有算法效果更好.
  • 基于伪谐波模型的强鲁棒语音认证算法
    张秋余,张涛,吴东方,葛子贤 p58-64
    为了使语音认证算法在真实噪声环境下具有更强的鲁棒性,提出一种基于伪谐波模型的强鲁棒语音感知哈希认证算法.该算法首先对待认证语音进行预处理后分帧、加窗;然后通过输入一定的参考频率对每帧信号构造伪谐波模型,使每个频率对应一个单一成分的模型分析信号,并利用模型分析信号的突出幅度信息作为语音信号的感知特征值;最后对感知特征值进行哈希构造,生成二进制感知哈希序列来实现语音认证.实验结果表明:该算法对较强的真实环境噪声和一些常规的内容保持操作具有非常好的鲁棒性,同时区分性和认证效率能够满足语音通信实时性的要求.
  • 基于液动力的水压插装阀阀口优化仿真研究
    韩明兴,刘银水,吴德发,谈怀江 p65-68
    针对压射系统所存在的快慢压射两种不同工况的特点,提出了一种具有双U型阀口的大流量水压比例插装阀结构,对这种双U型阀口的结构参数进行了优化仿真研究.首先建立了流体计算域的3D仿真模型,确定了阀口主要优化参数,并采用ANSYS/FLUENT仿真软件详细研究了阀口参数对液动力的影响,通过选取最佳阀口结构参数来改善阀口流场特性并最终减小液动力.最后进行了压射系统的压射过程仿真,动态仿真结果表明:通过优化阀口结构参数减小了液动力,同时提高了大流量水压比例插装阀动态响应性能,缩短了慢快压射的转换时间,改善了压射系统的压射性能.
  • 单履带被动自适应机器人设计与运动学分析
    张明路,李敏,田颖,吕晓玲 p69-74
    针对地形狭窄、障碍物较高的非结构环境,基于被动自适应机理的研究,综合了轮式、履带式移动机器人的优点,设计了一种单履带轮-履复合被动自适应移动机器人.该机器人能够实现轮式、履带式、轮-履混合式三种运动模式,能够通过狭小过道与拐角,并且能越过比自身更高的障碍物.介绍了机器人的机构、运动过程和传动原理,通过建立机器人的数学模型,对轮-履复合模块变形进行了运动学分析和轮-履模式转换过程分析,再用虚拟样机技术在Adams中进行建模与仿真分析,从而验证了机器人结构变形时的运动特性和结构与参数设计的合理性.
  • 考虑杆件自重影响含间隙铰机械臂的抑振策略
    张发军,张烽,佘弈,陈保家 p75-79
    以含间隙3R串联机械臂为研究对象,针对含间隙机械臂关节铰内碰运动干涉的可能性,利用运动学方程以及达朗贝尔原理推导含间隙机械臂的动力学方程,并根据动力学方程分析机械臂各杆件质量对动力学行为的影响.在SolidWorks中建立含间隙3R串联机械臂三维模型,通过将各杆件定义为不同的机械臂常用的材料从而达到调整各杆件质量的目的.基于科学软件得出不同杆件自重影响下含间隙铰机械臂的动态激振特征参数.结果表明:通过选择不同制造材料实现机械臂杆件质量按序递减的调整策略,对含间隙铰机械臂的动态抑振具有明显的实际效果.
  • Cu基底表面氧化对倒装焊的影响
    宿磊,沈俊杰,廖广兰,史铁林 p80-84
    研究了基底Cu焊盘表面发生氧化对倒装芯片回流焊的影响,分别采用未发生氧化的Cu基底和在200 ℃空气中加热5 h后引入氧化层的基底样片进行试验,对回流焊接试验后的样片截面形貌进行扫描电子显微镜测试,分析测试结果发现:当温度高于228 ℃时正常Cu基底上的焊球熔化后沿焊盘延伸并溢出焊盘表面,而引入氧化层基底上的焊球没有溢出焊盘表面.研究表明:焊料在Cu氧化基底上的延伸速率低于其在正常Cu基底上的延伸速率,进一步说明焊料在Cu氧化基底上的表面张力比正常Cu基底大,可以承受更大的外力作用.
  • 船用柴油机超高压共轨系统喷雾特性试验研究
    周磊,刘振明,杨昆,聂涛 p85-90
    利用自行设计的超高压共轨系统喷雾试验平台,开展了超高压共轨系统喷雾特性的试验研究.从油束形态、喷雾贯穿距以及喷雾锥角方面出发,系统定量地分析了喷油压力和喷油规律对船用柴油机喷雾特性的影响,为进一步改善船用柴油机性能提供了理论依据.结果表明:通过控制超高压共轨系统中电控增压器电磁阀和喷油器电磁阀的开启时间,可以实现变压力和变喷油速率喷射;随着喷油压力的升高,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐增大,但当喷油压力超过200 MPa后,其对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响越来越小;随着喷油规律由矩形变化到靴形,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐减小,且喷油压力为150 MPa的矩形喷油规律的喷雾贯穿距大于喷油压力为200 MPa的靴形喷油规律的喷雾贯穿距,这进一步表明了喷射初期的压力是决定喷雾贯穿距的最主要因素.
  • 齿廓修形对渐开线直齿轮设计传递误差的影响
    陈洪月,朱煜,毛君,王鑫 p91-97
    基于齿廓修形原理,建立了齿廓修形数学模型,以弹性变形理论和渐开线形成原理为基础,将轮齿简化为变截面悬臂梁,并且考虑齿轮传动过程中单双齿交替啮合区间随齿形变化的规律,建立了齿廓修形前后齿轮设计传递误差数学模型.为改善齿轮系统刚度激励,以减小齿轮传递误差波动和峰值为目标,修形量、修形起始点和修形曲线为设计变量,建立了齿廓修形优化模型,并采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ进行优化求解.对采煤机摇臂齿轮进行齿廓修形优化设计,并采用定量分析法从时域角度分析了修形量、修形起始点和修形曲线对齿轮设计传递误差的影响.结果表明:适当的修形量可减小设计传递误差波动幅值,当修形量为9 μm时齿轮传递误差波动幅值最小;修形起始点可影响设计传递误差峰值,当修形起始点位于单齿啮合最高点时齿轮传递误差峰值最小;抛物线修形齿轮较直线修形齿轮设计传递误差波动更为平缓.
  • 基于气泡吸附的自由曲面三角形网格生成方法
    王奇胜,高博青,李铁瑞,吴慧 p98-102
    为了满足自由曲面网格结构对网格均匀性的要求,提出了一种自由曲面的三角形网格自动生成方法——空间气泡法.首先,按一定规则在曲面上布置适量的网格点;然后,将网格点模拟为大小相同的弹性气泡,引入气泡间的相互作用力,得到各气泡的运动控制方程,并利用Velocity-Verlet算法求得气泡系统的平衡状态;接着,通过求气泡中心点的三维Voronoi图与曲面的交线得到曲面上的Voronoi图;最后,对曲面Voronoi图做对偶变化并删去冗余边,得到曲面上的Delaunay图,即所求的三角形网格.算例表明:该方法自动化程度高,适用范围广,生成的网格规整、均匀,为网格结构的设计提供了便利.
  • 碳纳米管对钢筋混凝土耐氯盐腐蚀性能的影响
    李庚英,王中坤 p103-107
    采用电化学快速腐蚀法研究了碳纳米管掺量(0.1%~0.5%)对钢筋混凝土在5%氯盐环境下的电流强度、变形开裂特征及钢筋质量损失率的影响.结果表明:少量碳纳米管会在混凝土中形成微细电容器,降低钢筋混凝土的导电性,保护钢筋防止钢筋腐蚀;而掺量较多时会形成导电通路,增加混凝土的导电性,提高钢筋混凝土的腐蚀电流强度.变形性能测试结果表明:0.1%~0.3%碳纳米管使得混凝土开裂破坏时间延长11%~32%;掺量较多时,会提高钢筋混凝土开裂破坏速度,钢筋混凝土开裂时间比普通混凝土提早了27.8%.钢筋质量损失率测试结果表明:在混凝土中掺入0.1%~0.3%碳纳米管使得钢筋质量损失率比普通混凝土低30%~81%.扫描电镜测试结果表明:腐蚀后,普通混凝土保护层中存在大量的针柱状腐蚀针体,并且还可以观察到脆性裂缝,而碳纳米管改性混凝土中的裂缝较小,碳纳米管束缚针状晶体并相互交缠.
  • 内置钢板抗剪连接件方钢管混凝土柱推出试验
    乔崎云,张雯雯,曹万林,董宏英 p108-115
    为了定量化研究带抗剪连接件方钢管混凝土界面的抗剪承载力,设计了10个内壁设置抗剪连接件的方钢管混凝土试件,并进行推出试验,其中9个为钢板条连接件试件,1个为钢筋条连接件对比试件.试验设计参数包括钢管壁厚(宽厚比)、抗剪连接件厚度、抗剪连接件层数、抗剪连接件层间间距及抗剪连接件种类.研究结果表明:钢管宽厚比的降低、连接件厚度的增大均能有效地提高极限承载力及初始刚度;双层连接件试件的极限承载力高于单层连接件试件,极限承载力提高程度与钢板条间距有较大关系;在相等用钢量的情况下,相同层数的钢筋条试件相比较钢板条试件,极限承载力提高了87%,且延性较好;提出的计算方法所得的理论计算值与试验结果较为相符.
  • 单颗粒印刷线路板热解传热特性模拟研究
    马洪亭,张泽宇,李聪,于少洁 p116-121
    建立了单颗粒印刷线路板的传热模型,模拟了热解传热过程,分析了比热容、导热系数和反应热等参数对线路板颗粒温度变化的影响,并通过热重实验对模型进行验证分析.结果表明:在热解过程中,越靠近颗粒中心的部分,比热容变化对颗粒温度变化的影响越明显;在考虑与不考虑比热容变化两种条件下,线路板颗粒温度偏差最大可达21%;线路板颗粒导热系数存在各向异性特点,对于不同区域,y方向和z方向导热对温度变化的影响效果不同;实验与模拟热重曲线的热失重率差仅为9.78%,表明该传热模型设计较为合理.
  • 水电站经济运行云自适应量子群居蜘蛛优化
    胡虎,杨侃,梁永静,杨堃 p122-127
    针对水电站经济运行的复杂性和高维性,将云自适应量子群居蜘蛛优化算法与离线稳定最优表负荷分配模型相结合,实现了同时优化水电站机组组合和开机机组间的负荷分配.采取多种有效措施提高模型算法的收敛性能及运行效率:结合量子理论中量子比特和量子旋转门,实现机组开停机状态及其状态空间的搜索;结合传统智能算法更新理论改进群居蜘蛛优化算法的更新过程,降低算法在产生新一代蜘蛛群体时的盲目性;利用云模型理论解决算法运行前期及运行后期关键参数选择的不合理性,针对每个蜘蛛个体的适应度值实现参数的自适应选择.分析了所提算法在三峡水电站三种水头下经济运行实例中的运行结果,验证了其在工程实际中的可行性,以及各项改进措施的有效性.
  • 制备超级电容器氧化石墨烯的MPCVD方法
    郭冠伦,欧阳康,刘毅辉,魏明锐 p128-132
    以氢气、甲酸甲酯为原料,泡沫镍为基底,通过微波等离子体增强化学气相沉积(MPCVD)法,在450 ℃反应合成氧化石墨烯,将其作为超级电容器活性物质,在三电极体系下研究其电化学性能.使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)和电化学测试等手段,对样品的形貌、结构以及电化学性能进行表征.结果显示:MPCVD法可以合成氧化石墨烯,合成过程不会产生有毒气体,并且合成时间短,生长的氧化石墨烯的形貌结构与传统化学氧化法合成的氧化石墨烯相似.电化学测试表明:氧化石墨烯的比电容在1 A/g具有197 F/g,将电流密度提高到100 A/g,比电容仍有134 F/g,在5 A/g下循环充放电2 000圈,容量保持率为94%.

主管:教育部

主办:华中科技大学

主编:李元元

刊号:ISSN 1671-4512

   CN 42-1658/N

邮发:国内 38-9

   国外 M 487

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