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高被引论文

基于质心迭代估计的无线传感器网络节点定位算法
蒋锐, 杨震
2016, 65 (3): 030101. doi: 10.7498/aps.65.030101
摘要 +
针对无线传感器网络非测距定位方法的应用, 提出了基于质心迭代估计的节点定位算法. 该算法首先计算当前连通信标节点所围成的平面质心的坐标及其与未知节点间的接收信号强度, 然后用计算所得质心节点替代距离未知节点最远的连通信标节点, 缩小连通信标节点所围成的平面, 并通过多次迭代的方法提高节点定位精度. 仿真实验结果表明, 该算法的各项指标均为良好, 适用于无线传感器网络的节点定位.
基于优化核极限学习机的风电功率时间序列预测
李军, 李大超
2016, 65 (13): 130501. doi: 10.7498/aps.65.130501
摘要 +
针对时间序列预测, 在单隐层前馈神经网络的基础上, 基于进化计算的优化策略, 提出了一种优化的核极限学习机(optimized kernel extreme learning machine, O-KELM)方法. 与极限学习机(extreme learning machine, ELM)方法相比, 核极限学习机(kernel extreme learning machine, KELM)方法无须设定网络隐含层节点的数目, 以核函数表示未知的隐含层非线性特征映射, 通过正则化最小二乘算法计算网络的输出权值, 它能以极快的学习速度获得良好的推广性. 在KELM的基础上, 分别将遗传算法、模拟退火、微分演化三种进化算法用于模型的结构输入选择、正则化系数以及核参数的优化选取, 以进一步提高网络的性能. 将O-KELM方法应用于标准Mackey-Glass混沌时间序列预测及某地区的风电功率时间序列预测实例中, 在同等条件下, 还与优化的极限学习机(optimized extreme learning machine, O-ELM)方法进行比较. 实验结果表明, 所提出的O-KELM方法在预测精度上优于O-ELM方法, 表明了其有效性.
层状二硫化钼研究进展
顾品超, 张楷亮, 冯玉林, 王芳, 苗银萍, 韩叶梅, 张韩霞
2016, 65 (1): 018102. doi: 10.7498/aps.65.018102
摘要 +
近年来, 层状二硫化钼由于其特殊的类石墨烯结构和独特的物理化学性质已成为国内外研究的热点. 本文综述了层状二硫化钼的物理结构、价带结构和光学性质; 介绍了制备方法, 包括生长制备和剥离制备. 生长制备的原料包括四硫代钼酸铵((NH4)2MoS4)、钼(Mo)和三氧化钼(MoO3)等. 剥离制备包括微机械剥离、液相超声法、锂离子插层法和电化学锂离子插层法等. 归纳了层状二硫化钼在场效应晶体管、传感器和存储方面的应用, 展望了层状二硫化钼的研究前景.
基于变分模态分解-传递熵的脑肌电信号耦合分析
谢平, 杨芳梅, 李欣欣, 杨勇, 陈晓玲, 张利泰
2016, 65 (11): 118701. doi: 10.7498/aps.65.118701
摘要 +
皮层肌肉功能耦合是大脑皮层和肌肉组织间的相互作用, 脑肌电信号的多尺度耦合特征可以体现皮层-肌肉间多时空的功能联系. 本文引入变分模态分解并与传递熵结合, 构建变分模态分解-传递熵模型应用于脑肌间耦合研究. 首先基于变分模态分解将同步采集的脑电(EEG) 和肌电(EMG) 信号分别进行时频尺度化, 然后计算不同时频尺度间的传递熵值, 获取不同耦合方向(EEGEMG 及EMGEEG) 上不同尺度间的非线性耦合特征. 结果表明, 在静态握力输出条件下, 皮层与肌肉beta (1535 Hz) 频段间的耦合强度最为显著; EEGEMG 方向上脑电与肌电高gamma (5072 Hz) 频段的耦合强度总体上高于EMGEEG 方向.研究结果揭示皮层-肌肉功能耦合具有双向性, 且脑肌间不同耦合方向上、不同频段间的耦合强度有所差异.因此可利用变分模态分解-传递熵方法定量刻画大脑皮层与肌肉各时频段之间的非线性同步特征及功能联系.
仿生多尺度超浸润界面材料
王鹏伟, 刘明杰, 江雷
2016, 65 (18): 186801. doi: 10.7498/aps.65.186801
摘要 +
仿生多尺度超浸润界面材料是20世纪90年代末以来迅速发展起来的一类新型功能材料,该研究领域突出的特点是基础研究和应用研究密切结合、仿生理念与材料制备技术密切结合. 近年来,研究人员围绕仿生多尺度超浸润界面材料的构筑与应用中的若干关键科学问题开展了深入研究,取得了一系列有特色、有创新意义的研究成果,开发出了一系列的材料制备新方法和新技术. 本文首先介绍仿生多尺度超浸润界面材料的发展历程和固体表面浸润性的理论基础;然后讨论对自然界中具有特殊浸润性能的功能表面的原理揭示和仿生设计;对仿生多尺度超浸润界面材料的典型应用领域,例如自清洁、集水、防冰、油水分离以及化学反应等进行了总结;最后对仿生多尺度超浸润界面材料的发展前景进行了讨论.
磁热效应材料的研究进展
郑新奇, 沈俊, 胡凤霞, 孙继荣, 沈保根
2016, 65 (21): 217502. doi: 10.7498/aps.65.217502
摘要 +
磁制冷技术的发展取决于具有大磁热效应磁制冷材料的研发进展.经过长期的工作积累,特别是近20年来的努力,许多新型磁制冷材料的探索和研究极大地促进了磁制冷技术的进步.本文介绍了磁热效应的基本原理和磁制冷研究的发展历史,系统综述了低温区和室温区具有大磁热效应的磁制冷材料的研究进展,重点介绍了一些受到较为关注的磁热效应材料的最新研究成果.低温区磁制冷材料主要包括具有低温相变的二元稀土基金属间化合物(RGa,RNi,RZn,RSi,R3Co以及R12Co7)、稀土-过渡金属-主族金属三元化合物(RTSi,RTAl,RT2Si2,RCo2B2,RCo3B2)以及四元化合物RT2B2C等,其中R代表稀土元素,T代表过渡金属.这些材料一般都具有二级相变,具有良好的热、磁可逆性,也因其合金属性具有良好的导热性.室温区磁制冷材料主要包括Gd-Si-Ge,La-Fe-Si,MnAs基,Mn基Husler合金,Mn基反钙钛矿,Mn-Co-Ge,Fe-Rh以及钙钛矿氧化物等系列.这些材料一般都具有一级相变,多数在室温具有巨大的磁热效应而受到国内外的极大关注.其中,La-Fe-Si系列是国际上普遍认为具有重要应用前景的磁制冷工质之一,也是我国具有自主知识产权的材料.本文还对磁制冷材料的发展方向进行了展望.
考虑车与车互联通讯技术的交通流跟驰模型
华雪东, 王炜, 王昊
2016, 65 (1): 010502. doi: 10.7498/aps.65.010502
摘要 +
基于Newell跟驰模型, 建立考虑车与车互联(vehicle-to-vehicle, V2V)通讯技术的单车道跟驰模型. 根据V2V技术的特征, 引入参数以表征驾驶员在收到V2V技术所提供的实时交通信息后的提前反应程度. 根据线性稳定分析方法, 得到V2V跟驰模型的中性稳定条件. 通过计算机的模拟, 研究V2V技术对交通流运行的影响, 分析小扰动下V2V跟驰模型对参数变化的敏感性, 研究不同 取值下交通流密度波及迟滞回环的变化. 研究发现: 1)与全速度差跟驰模型相比, 在引入V2V后, 交通流在加速起步、减速刹车及遇到突发事件时, 车辆运行的安全性和舒适性均得到不同程度的提升; 2) V2V跟驰模型对参数 及T的变化较为敏感, 且在交通流较为拥堵时, V2V技术的引入可以提升交通流的平均速度; 3)参数 的增大、T 的减小可以有效提升V2V跟驰模型在不同交通环境下的运行稳定性. 由于可以实时地获取交通流运行的状态并针对性地改变车辆自身的运行, V2V交通流跟驰模型提升了交通流运行的稳定性.
一种有效的基于三角结构的复杂网络节点影响力度量模型
韩忠明, 陈炎, 李梦琪, 刘雯, 杨伟杰
2016, 65 (16): 168901. doi: 10.7498/aps.65.168901
摘要 +
度量复杂网络中的节点影响力对理解网络的结构和功能起着至关重要的作用. 度、介数、紧密度等经典指标能够一定程度上度量节点影响力,k-shell和H-index等指标也可以应用于评价节点影响力. 然而这些模型都存在着各自的局限性. 本文基于节点与邻居节点之间的三角结构提出了一种有效的节点影响力度量指标模型(local triangle centrality,LTC),该模型不仅考虑节点间的三角结构,同时考虑了周边邻居节点的规模. 我们在多个真实复杂网络上进行了大量实验,通过SIR模型进行节点影响力仿真实验,证明LTC指标相比于其他指标能够更加准确地度量节点的传播影响力. 节点删除后网络鲁棒性的实验结果也表明LTC指标具有更好效果.
基于忆阻器反馈的Lorenz超混沌系统及其电路实现
阮静雅, 孙克辉, 牟俊
2016, 65 (19): 190502. doi: 10.7498/aps.65.190502
摘要 +
采用二次型磁控忆阻器作为系统的正反馈项,设计了一个超混沌电路,建立了该系统的无量纲数学模型,探讨了忆阻器混沌系统与原混沌系统的不同之处.分析了系统的平衡点集和稳定性,发现系统继承了原系统的对称性,确定了系统参数所对应的稳定和不稳定区域分布,得到了系统的稳定和不稳定平衡点集.采用分岔图、Lyapunov指数谱、Poincar截面等分析方法,研究了系统的动力学行为随系统参数和忆阻器初始状态而变化的情况,观察到了混沌系统随忆阻器初值不同引起的吸引子共存和状态转移现象,结合相图与谱熵算法分析了状态转移现象.设计并实现了该系统的模拟电子电路,实验结果表明,电路实验结果与数值仿真结果相吻合,为忆阻器混沌电路的实际应用奠定了基础.
蛋白质结构预测
邓海游, 贾亚, 张阳
2016, 65 (17): 178701. doi: 10.7498/aps.65.178701
摘要 +
从氨基酸序列出发预测蛋白质的三维结构是目前计算生物学和生物物理学领域最具挑战性和影响力的研究方向之一. 本文从结构预测的研究背景出发,简要介绍了它的理论意义、应用需求及基本现状;并根据结构预测的一般步骤,依次介绍了构象初始化、构象搜索、结构筛选、全原子结构重建、结构优化等基本预测过程;随后分基于模板和无模板两类,各列举了几种具有代表性的结构预测方法;最后对该领域的盛事国际蛋白质结构预测技术评估大赛(CASP)做了简单介绍.
基于高速摄像实验的开放腔体圆柱壳入水空泡流动研究
路中磊, 魏英杰, 王聪, 孙钊
2016, 65 (1): 014704. doi: 10.7498/aps.65.014704
摘要 +
基于高速摄像方法, 针对入水空泡流动特征和机理, 进行了开放腔体圆柱壳垂直入水实验研究. 通过对实验现象的观测, 发现开放腔体圆柱壳入水运动会形成波动流动和云化流动两种流动方式, 结合影像数据, 分别描述了两种流动状态下的空泡形态特征, 并获得了空泡波动参数的变化规律; 对比不同入水速度实验, 分析了入水速度对入水空泡流动方式和流动参数的影响; 依据流体力学基本理论, 分析了入水空泡波动和云化现象的形成机理. 结果表明: 随入水速度增加, 入水空泡依次呈现波动和云化两种流动状态, 波动频率与入水速度无关, 闭合发生时间随入水速度增加而减小, 与Froude数呈线性关系; 入水导致开放空腔内部气体涨缩, 引起开放端压力场和速度场周期性扰动, 空泡截面扩展程度出现差异, 形成空泡波动现象; 空泡闭合后尾部形成回射流, 回射流触及空泡壁面引起壁面流动转捩, 形成空泡云化现象.
两层星形网络的特征值谱及同步能力
徐明明, 陆君安, 周进
2016, 65 (2): 028902. doi: 10.7498/aps.65.028902
摘要 +
多层网络是当今网络科学研究的一个前沿方向. 本文深入研究了两层星形网络的特征值谱及其同步能力的问题. 通过严格导出的两层星形网络特征值的解析表达式, 分析了网络的同步能力与节点数、层间耦合强度和层内耦合强度的关系. 当同步域无界时, 网络的同步能力只与叶子节点之间的层间耦合强度和网络的层内耦合强度有关. 当叶子节点之间的层间耦合强度比较弱时, 同步能力仅依赖于叶子节点之间的层间耦合强度; 而当层内耦合强度比较弱时, 同步能力依赖于层内耦合强度. 当同步域有界时, 节点数、层间耦合强度和层内耦合强度对网络的同步能力都有影响. 当叶子节点之间的层间耦合强度比较弱时, 增大叶子节点之间的层间耦合强度会增强网络的同步能力, 而节点数、中心节点之间的层间耦合强度和层内耦合强度的增大反而会减弱网络的同步能力; 而当层内耦合强度比较弱时, 增大层内耦合强度会增强网络的同步能力, 而节点数、层间耦合强度的增大会减弱网络的同步能力. 进一步, 在层间和层内耦合强度都相同的基础上, 讨论了如何改变耦合强度更有利于同步. 最后, 对两层BA无标度网络进行数值仿真, 得到了与两层星形网络非常类似的结论.
一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性
吴健, 白晓春, 肖勇, 耿明昕, 郁殿龙, 温激鸿
2016, 65 (6): 064602. doi: 10.7498/aps.65.064602
摘要 +
设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构, 该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成. 由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用, 这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带); 带隙频率范围内的板弯曲波会被禁止传播, 利用带隙可以实现对薄板的多个目标频率处低频减振. 本文针对这种局域共振型板结构进行了简化, 并基于平面波展开法建立了其弯曲波带隙计算理论模型; 基于该模型, 结合具体算例进行了带隙特性理论分析. 设计、制备了一种存在两个低频弯曲波带隙的局域共振型板结构样件, 通过激光扫描测振仪测试证实该结构存在两个低频带隙, 在带隙频率范围的板弯曲振动被显著衰减.
基于绝对节点坐标法的大变形柔性梁几种动力学模型研究
章孝顺, 章定国, 陈思佳, 洪嘉振
2016, 65 (9): 094501. doi: 10.7498/aps.65.094501
摘要 +
对在平面内大范围转动的大变形柔性梁动力学进行了研究, 基于绝对节点坐标法建立了一种新的大变形柔性梁的非线性动力学模型. 该动力学模型中考虑了柔性梁的轴向拉伸变形和横向弯曲变形, 利用Green-Lagrangian应变张量计算柔性梁的轴向应变及应变能, 利用曲率的精确表达式计算柔性梁的横向弯曲变形能. 运用拉格朗日恒等式给出了柔性梁横向弯曲变形能新的表达式, 该变形能表达式更加简洁, 通过新的变形能表达式得到了新的弹性力模型, 由此得到的动力学方程可以精确地描述柔性梁的几何大变形问题. 通过与高次耦合模型以及ANSYS中BEAM188非线性梁单元模型的比较, 验证了本模型在计算大变形时的正确性以及高次耦合模型在处理大变形问题时的不足. 进一步研究发现, 新的广义弹性力模型可以适当地简化, 给出了两种简化模型, 根据不同模型的计算效率以及计算精度的比较确定了不同模型的适用范围.
钙钛矿太阳能电池近期进展
柴磊, 钟敏
2016, 65 (23): 237902. doi: 10.7498/aps.65.237902
摘要 +
近几年来,基于有机无机金属卤化物钙钛矿(ABX3)的太阳能电池由于其独特的物理化学性质受到了广泛的关注.这种钙钛矿材料具有很高的消光系数、较强的电荷传递能力、长的载流子寿命、长的载流子扩散距离以及特殊的双极性,同时低成本易制作.自2009年至今,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%增长到了20.8%,使之成为最有可能在未来代替传统单晶硅太阳能电池的新型太阳能电池.同时,由于钙钛矿具有双极性,故钙钛矿太阳能电池的结构也有多种,最常见的结构有介孔结构、平面结构、介观超结构、无空穴传输层结构等.本文主要介绍钙钛矿太阳能电池的发展、电池结构及其对光电池性能的影响、钙钛矿薄膜的制备方法,同时探讨了钙钛矿在电子传输层上的吸附模型和电荷在电池界面中的传输机理以及界面工程,并介绍该类型电池在近期所获得的突破及未来可能的发展方向,以便对钙钛矿太阳能电池有进一步的了解.
基于自适应模糊控制的分数阶混沌系统同步
陈晔, 李生刚, 刘恒
2016, 65 (17): 170501. doi: 10.7498/aps.65.170501
摘要 +
本文主要研究了带有未知外界扰动的分数阶混沌系统的同步问题. 基于分数阶Lyapunov稳定性理论,构造了分数阶的参数自适应规则以及模糊自适应同步控制器. 在稳定性分析中主要使用了平方Lyapunov函数. 该控制方法可以实现两分数阶混沌系统的同步,使得同步误差渐近趋于0. 最后,数值仿真结果验证了本文方法的有效性.
基于压缩感知的矢量阵聚焦定位方法
时洁, 杨德森, 时胜国, 胡博, 朱中锐
2016, 65 (2): 024302. doi: 10.7498/aps.65.024302
摘要 +
本文针对噪声源近场定位识别问题, 利用声源分布在空间域具有稀疏性, 在压缩感知理论框架下建立了新体系下的矢量阵聚焦波束形成方法, 用于解决同频相干声源的定位识别问题. 新方法可在小快拍下准确获得噪声源的空间位置, 且不损失对噪声源贡献相对大小的评价能力. 通过详细的理论推导、仿真分析和试验验证, 证明了基于压缩感知的矢量阵聚焦定位新方法本质上实现了l1 范数正则化求解下的波形恢复和空间谱估计, 因此具有较高的定位精度, 较强的相干声源分辨能力、准确的声源贡献相对大小评价能力以及较高的背景压制能力, 可应用于水下复杂噪声源的定位识别.
一种基于势博弈的无线传感器网络拓扑控制算法
李小龙, 冯东磊, 彭鹏程
2016, 65 (2): 028401. doi: 10.7498/aps.65.028401
摘要 +
在实际的应用中, 无线传感器网络常常由大量电池资源有限的传感器节点组成. 如何降低网络功耗, 最大化网络生存时间, 是传感器网络拓扑控制技术的重要研究目标. 随着传感节点的运行, 节点的能量分布可能越来越不均衡, 需要在考虑该因素的情况下, 动态地调整节点的网络负载以均衡节点的能耗, 达到延长网络生存时间的目的. 该文引入博弈理论和势博弈的概念, 综合考虑节点的剩余能量和节点发射功率等因素, 设计了一种基于势博弈的拓扑控制模型, 并证明了该模型纳什均衡的存在性. 通过构造兼顾节点连通性和能耗均衡性的收益函数, 以确保降低节点功耗的同时维持网络的连通性. 通过提高邻居节点的平均剩余能量值以实现将剩余能量多的节点选择作为自身的邻居节点, 提高节点能耗的均衡性. 在此基础上, 提出了一种分布式的能耗均衡拓扑控制算法. 理论分析证明了该算法能保持网络的连通性. 与现有基于博弈理论的DIA算法和MLPT算法相比, 本算法形成的拓扑负载较重、剩余能量较小的瓶颈节点数量较少, 节点剩余能量的方差较小, 网络生存时间更长.
基于频率切片小波变换和支持向量机的癫痫脑电信号自动检测
张涛, 陈万忠, 李明阳
2016, 65 (3): 038703. doi: 10.7498/aps.65.038703
摘要 +
实现癫痫脑电信号的自动检测对癫痫的临床诊断和治疗具有重要意义. 本文提出先使用频率切片小波变换分离出5个不同频段的节律信号, 再分别计算每个节律信号的近似熵和相邻节律的波动指数, 最后使用遗传算法优化的支持向量机进行分类. 实验结果表明, 所提出的方法能够对正常、癫痫发作间期和癫痫发作期三种脑电信号进行准确分类, 分类准确率为98.33%.
基于Huber的高阶容积卡尔曼跟踪算法
张文杰, 王世元, 冯亚丽, 冯久超
2016, 65 (8): 088401. doi: 10.7498/aps.65.088401
摘要 +
为改善高阶容积卡尔曼滤波算法的滤波精度和鲁棒性, 提出了一种新的基于Huber的高阶容积卡尔曼滤波算法. 在采用统计线性回归模型近似非线性量测模型的基础上, 利用Huber M 估计算法实现状态的量测更新. 进一步结合高阶球面-径向容积准则的状态预测模块构成基于 Huber的高阶容积卡尔曼跟踪算法. 重点分析了Huber代价函数的调节因子对算法跟踪性能的影响. 通过对纯方位目标跟踪和再入飞行器跟踪两个实例验证了所提算法的跟踪性能优于传统高阶容积卡尔曼滤波算法.
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