基于三维正交频分复用的可见光通信系统研究

为解决调制带宽受限和频率选择性衰落问题,提出了一种基于三维正交频分复用(3D-OFDM)的可见光通信系统,通过三维星座映射,该系统增加了相邻星座点间的最小欧式距离(MED),从而降低了系统的误码率。针对接收机的硬判决易受到可见光信道非线性效应和采样频偏干扰的问题,提出了一种基于K均值聚类解调的三维星座解映射方法。结果表明,在误码率为3.8e-3时,与采用16QAM和8QAM调制的2D-OFDM系统相比,所提出的16ary与8ary的3D-OFDM,分别能够实现3 dB和5 dB的信噪比增益;此外,所提出的3D-OFDM系统在峰均功率比(PAPR)方面也有优势,分别降低了0.3 dB和0.4 dB。所提出的3D-OFDM可见光通信系统具有更优的误码性能。

高温预处理对杨木正交胶合木剪力墙抗侧力性能的影响

[目的]研究往复荷载作用时国产速生杨木正交胶合木(CLT)剪力墙的抗侧力性能,阐明木材高温预处理和加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,为高温改性技术和国产速生木材在建筑结构中的高效利用提供参考。[方法]以木结构建筑常用的进口欧洲云杉规格材为对照,以相同强度等级的国产速生杨木为研究对象,选用180℃为预处理温度对杨木进行高温改性,制备5面全尺寸正交胶合木剪力墙,开展往复荷载作用时加速老化前后正交胶合木剪力墙的抗侧力性能试验。[结果]与相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙相比,往复荷载作用时未处理杨木正交胶合木剪力墙的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低5.8%、12.9%、8.0%;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能指标不同程度降低;与未处理杨木正交胶合木墙体相比,加速老化处理后,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低9.4%、9.7%、11.2%;木材经高温预处理后,经加速老化,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力变化较小,分别降低2.9%、2.4%、5.0%。[结论]往复荷载作用时,国产速生杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能略低于相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙,水平力作用时二者具有相似破坏模式,均为抗拔连接件节点处钉子被剪断;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的破坏模式均为底部墙角抗拔连接件处木材被拉断或劈裂破坏;木材高温预处理能够有效降低加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,具有相对较好的抗老化能力;建立正交胶合木剪力墙极限承载力计算模型,理论值与试验值误差小于10%。

正交实验结合AHP和GA-BP神经网络优化益黄散醇提工艺

目的 优化益黄散的醇提工艺。方法 采用回流提取法,以乙醇体积分数、液料比、提取时间为考察因素设计正交实验,以橙皮苷、川陈皮素、橘皮素、没食子酸、诃黎勒酸、诃子酸、甘草苷、甘草酸、丁香酚含量和干浸膏得率为指标,采用层次分析法(AHP)进行赋权并计算综合评分。通过验证正交实验和遗传算法(GA)-反向传播神经网络(BP神经网络)所预测的结果确定益黄散最佳醇提工艺参数。结果 正交实验优选的最佳醇提工艺参数为乙醇体积分数60%、液料比14∶1(mL/g)、提取时间90 min、提取2次,验证所得综合评分为79.19分;GA-BP神经网络优选的最佳醇提工艺参数为乙醇体积分数65%、液料比14∶1(mL/g)、提取时间60 min、提取2次,验证所得综合评分为85.30分,高于正交实验所得结果。结论 采用正交实验结合GA-BP神经网络的寻优方法较传统的正交实验寻优方法效果更佳,其优选出的益黄散最佳醇提工艺稳定可靠。

钢纤维喷射砂浆力学性能与流动度多因素正交试验分析

为探究基体因素对钢纤维喷射砂浆力学性能和流动度的影响,基于正交试验方法对砂浆试件进行了力学性能和流动度测试。结果表明:砂胶比(A)对劈裂抗拉强度的影响较大,对7 d抗压强度有一定的影响,对后期抗折强度影响特别显著;钢纤维掺量(B)对劈裂抗拉强度、前期抗折强度和前中期抗压强度的影响分别为特别显著、显著和不显著;速凝剂掺量(C)对7 d前抗压强度、中后期劈裂抗拉强度影响显著;粉煤灰掺量(D)仅对后期抗压强度的影响显著;前述四种因素掺量对流动度的影响均不显著。由层次分析法得到对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和流动度改善效果最佳的配合比分别为A1B3C3D1、A3B3C1D2、A3B3C3D1、A2B1C1D3,由功效系数法得到综合最佳配合比为A2B3C1D2。钢纤维在基体中起桥接与锚固加强的作用,速凝剂在水化过程中消耗大量的Ca(OH)_(2)并生成钙矾石,促使喷射砂浆早期强度迅速提升。

智能反射表面辅助的非正交多址接入系统用户分组、波束赋形与相移的优化

该文研究智能反射表面(IRS)辅助的多天线非正交多址接入(NOMA)网络中用户分组、发送波束赋形、相移等的联合优化问题。系统中1个分组分配1个波束并在组内进行连续干扰消除检测。该文提出一种不依赖于发送波束赋形和IRS相移的用户分组配对策略,将用户分组与其他优化分离,显著降低了优化问题求解的难度和计算复杂度。进一步,联合优化基站发送波束赋形、功率分配和IRS相移矩阵,最小化基站的总发送功率。原始优化问题是一个多变量相互耦合的非凸优化问题,利用松弛变量、连续凸逼近、半定松弛、交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于1个用户1个波束的方案,所提方案在基站天线数较少时性能更优,而在天线数较多时也与该对比方案非常接近,但所提方案的优化计算复杂度更低。而对比采用不同分组算法、随机IRS相移方案、最大比发射方案,以及无IRS的方案,所提方案的性能始终更优。

长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明:初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.

基于正交试验和超声波波速的水库底泥透水混凝土性能研究

水库中的黏土、砂、有机物和无机矿物等结合并沉淀形成了水库底泥,水库底泥通常以不规则非均质体的黏土胶状物存在,呈流塑状态,具有良好的可塑性,颗粒之间较为松散。水库底泥的堆积会使水库的蓄水和防洪能力减弱,进而缩小水库容量,缩短水库寿命,影响航运交通等。另外水库底泥的长久堆积,其所含有的有机物还可能会对周边环境造成污染,水环境安全指数降低,进而对人类生存构成潜在的威胁,因此迫切需要对水库底泥进行资源化利用。为提高水库底泥在建筑材料领域的附加值利用率,将水库底泥作辅助胶凝材料制备透水混凝土。通过正交试验对水库底泥透水混凝土进行配合比设计优化研究,分析矿渣粉、水库底泥和增强剂对水库底泥透水混凝土干密度、总孔隙率、有效孔隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度等性能指标的影响,研究超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度之间的关系,探究试件的质量和超声波波速随冻融循环次数的演化规律。结果表明,随着水库底泥的掺入,水库底泥透水混凝土的干密度、抗压强度和超声波波速不断下降,孔隙率和透水系数不断增大;矿渣粉掺入使得试件的干密度、抗压强度和超声波波速先增大后减小,孔隙率和透水系数先减小后增大;增强剂对试件的性能指标影响不明显。3种因素对水库底泥透水混凝土的干密度、总孔隙率、有效空隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度影响排序为水库底泥掺量>矿渣粉掺量>增强剂掺量;超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度的曲线拟合相关性良好;随着冻融循环次数增加,试件质量损失率逐渐增大、超声波波速逐渐下降,矿渣粉和增强剂可以改善试件的冻融耐久性。研究成果将推进水库底泥在制备建筑材料中的开发与应用,有望为水库底泥透水混凝土的进一步应用提供参考。

基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环(QPLL)应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环(IQPLL)。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

全双工主动窃听非正交多址接入系统智能超表面辅助物理层安全传输技术

针对全双工被动窃听和主动干扰攻击下的多用户非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种智能超表面(RIS)辅助的鲁棒波束赋形方案以实现物理层安全通信。考虑在仅已知窃听者统计信道状态信息的条件下,以系统传输中断概率和保密中断概率作为约束,通过联合优化基站发射波束赋形、RIS相移矩阵、传输速率和冗余速率,来最大化系统的保密速率。为解决上述多变量耦合非凸优化问题,提出一种有效的交替优化算法得到联合优化问题的次优解。仿真结果表明,所提方案可实现较高的保密速率,且通过增加RIS反射单元数,系统保密性能更佳。

基于高频正交方波注入法的永磁同步电机控制研究

针对传统高频注入法解调过程复杂和观测精度受非理想因素时延影响的不足,提出一种基于高频正交方波注入法的零低速位置估计方法。首先,考虑估计旋转轴系注入的低可靠性,选择将高频信号注入静止轴系,采用简单代数运算提取出高频响应电流,通过解调正向虚拟高频响应电流初步估计转子位置;然后,针对主要非理想因素进行影响分析,在此基础上,通过解调负向虚拟高频响应电流提取出相位滞后角,完成补偿;最后,为避免启动阶段位置收敛错误,通过获取电感变化趋势判断出磁极极性。实验结果表明,所提算法在各类工况均能稳定收敛,且最大平均误差不超过1°,说明了算法的抗扰性以及准确性。

正交试验法优化紫苏叶中总黄酮提取工艺及体外抗氧化活性研究

试验以紫苏叶为研究对象,在单因素试验基础上,通过正交试验优化紫苏叶总黄酮的提取工艺,探讨总黄酮的抗氧化活性。以紫苏叶总黄酮得率为考察指标,对乙醇浓度、液料比、提取温度和提取时间进行优化。结果表明,4个因素对紫苏叶总黄酮得率影响的主次顺序为:提取温度>乙醇浓度>液料比>提取时间。紫苏叶总黄酮最优提取工艺参数为乙醇浓度50%、液料比20 mL/g、提取温度70℃和提取时间45 min。在此条件下,紫苏叶总黄酮得率为4.05%。紫苏叶总黄酮对DPPH自由基与羟自由基具有较强的清除作用,其IC50值分别为160 mg/L和196 mg/L。研究表明,紫苏叶总黄酮具有较强的抗氧化性能,是一种优质的天然抗氧化物质。

基于正交试验的民用飞机抗爆结构参数敏感性分析

最小风险炸弹位置(LRBL)结构是放置飞机上可疑爆炸物的装置,探究结构尺寸和炸药位置对其抗爆性能的影响程度可为其改进设计提供参考。基于正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以LRBL结构各危险部位的最大应变和变形为评价指标,分别运用极差分析法和方差分析法对LRBL结构的罐体壁厚、底盖厚度、连接凸台厚度、剪切销直径和炸药位置5个影响因素开展参数敏感性分析。结果表明:在200 g炸药当量的工况下,各因素对LRBL结构的抗爆性能的影响显著程度从大到小为炸药位置、罐体壁厚、底盖厚度、凸台厚度和剪切销直径;结合评价指标综合分析得到各个因素最优水平下的LRBL结构设计方案。

基于正交设计的大比例模型采场煤体相似材料配比试验研究

针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度。煤体材料密度随陶粒/骨料比值的增大而减小,抗压强度和抗拉强度随陶粒/骨料、水膏比的增大而减小,随水胶比的增大而增大,弹性模量、黏聚力和内摩擦角随陶粒/骨料和骨胶比的增大而减小。通过多元线性回归分析反算大比例模型采场煤体相似材料配比模型,并通过试验得到不同尺寸试件各试验指标误差在20%内波动,证实了该配比模型的可靠性。

基于非局域性正交乘积态的动态量子秘密共享方案

当前的量子秘密共享(QSS)存在资源制备开销较大、安全性不强的问题,该文提出一种基于正交乘积态的可验证量子秘密共享方案弥补上述不足,且多方成员能动态地加入或退出秘密共享。该方案将正交乘积态的粒子分成两个序列,第1个序列在多个参与者之间传输,前一个参与者对其执行嵌入份额值的酉算子后传输给下一个参与者,直到全部份额聚合完成;对于另一个序列,只有最后一个参与者(验证者)对接收到的粒子执行Oracle算子。然后,验证者对两个序列中的粒子对执行全局测量,得到秘密值的平方剩余。最后,借鉴Rabin密码中密文与明文之间非单一映射的思想,验证者联合Alice验证测量结果的正确性,并从测量结果确定出秘密值。安全性分析表明,该方案能抵抗常见的外部攻击和内部攻击,且验证过程具有强安全性;由于非局域性正交乘积态以两个序列分开传输,因此增强了秘密重构过程的安全性。性能分析表明,该方案使用正交乘积态作为信息载体,量子资源开销较小,且将正交乘积基的维度从低维拓展到d维,参与者人数能动态地增加和减少,使得方案具有更好的灵活性和通用性。

低复杂度水声多输入多输出正交时频空调制通信方法研究

在多输入多输出正交时频空调制(MIMO-OTFS)水声通信系统中,基于消息传递(MP)算法的MIMO-OTFS通信的计算复杂度较高,在实际应用中会增加设备成本。针对上述问题,该文提出一种基于2维虚拟时间反转镜(VTRM)的MIMO-OTFS均衡算法,该算法利用VTRM的时频空聚焦特性,有效提高了均衡性能,并通过改进的2维比例归一化最小均方(IPNLMS)算法进行信道估计,该算法利用时延-多普勒域信道的稀疏特性以较低的复杂度提高了收敛速度,最后通过2维自适应判决反馈均衡算法消除残余的码间串扰,进一步提高系统性能。仿真结果表明,所提均衡算法具有可行性,且在保证相同性能时,复杂度低于MP算法。

纳米硅溶胶−EVA−粉煤灰水泥基复合浆材配比正交优化及对其物性的影响

针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题,通过添加纳米硅溶胶、乙烯−醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变化规律,确定最优配比,并进一步分析最优配比复合浆材与纯水泥的物性差异,构建复合浆材的水化反应机理模型,阐明其加固破碎岩石的力学特性。研究结果表明,复合浆材最优配比为:水灰比0.7,粉煤灰掺量15%,硅溶胶掺量2%,EVA掺量7.5%;相较于纯水泥,复合浆材流变性略有下降,但浆液稳定性、力学性能等均有显著提升,初凝时间缩短了38.9%,终凝时间缩短了53.8%,析水率降低了60%,结石率提高了3.3%,单轴抗压强度提高了39.1%,抗拉强度提高了97.2%,拉压比提高了41.7%;硅溶胶和粉煤灰在不同时期与Ca(OH)2发生火山灰反应生成更多水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(CA-H),促进复合浆材的水化反应,并加速EVA成膜,使结石体更加致密;复合浆材注入量和胶结体单轴抗压强度均随注浆压力的增大而增加,随Talbot指数的增加,抗压强度先增大后减小,破坏形式多呈鼓状,剪胀变形明显;当注浆压力大于2 MPa,Talbot指数为0.5时,胶结体强度较大,破坏较小。本研究为水泥基复合浆材早期强度、增韧改性提供了可行途径。

基于正交切削逆识别井下管柱的Johnson-Cook本构模型

在有限元仿真金属切削过程中,本构模型是仿真的基础,目前井下生产管柱J55油管材料的本构模型参数尚不明确,为此,提出一种基于正交切削理论逆识别油管材料Johnson-Cook(J-C)本构模型参数的方法。首先,通过准静态拉伸试验得到油管材料的应力-应变曲线,根据曲线拟合确定J55油管的初始屈服强度A、应变硬化系数B和应变硬化因子n;其次,通过正交切削试验获得切削力以及进给力,根据正交切削试验和平行剪切区模型,计算正交切削过程主剪切区中的流动应力、应变、应变率以及切削温度,并将这些参数与计算出的A、B、n代入J-C模型中,得到多组应变率敏感性参数C以及热软化效应参数m,从而确定其约束范围;第三,采用自适应权重粒子群算法在约束范围中搜索出参数C和m的最优值,进而确定J55油管材料本构模型参数;最后,使用逆识别法得出的J-C本构模型进行有限元仿真,将仿真结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:与试验相比,有限元仿真的切削力和进给力最大相对误差分别为14.4%和13.64%,有限元仿真模拟温度与实际测量温度的最大相对误差为10.57%,仿真模型和实际切削过程在切屑形态上表现出了一致规律,验证了逆识别方法可行性和本构模型的可靠性。

基于光易变性低秩正交先验的高光谱解混

高光谱解混是通过图像分解提取端元及丰度特征的过程,然而由光照、大气等因素引起的光谱类内易变性,或者由环境变化、设备等非线性因素导致的谱间易变性,会导致特征提取精度下降。为了全面考虑解混过程中光谱变化的问题,本文引入光谱易变性的低秩正交先验提出了一种增强型的光谱解混优化模型。首先,在线性解混模型基础上引入易变性数据拟合项来同时考虑光谱类内和类间变化,利用缩放因子来解决光谱类内易变性,同时增加光谱易变性扰动矩阵来解决谱间易变性。其次,该模型利用正交先验约束来实现原光谱字典与易变性项的空间低相干性,通过采用核范数对数松弛来强化丰度矩阵的低秩特性,抑制微小分量及噪声。最后,采用交替优化法及向量-矩阵算子降低求解算法复杂度。通过模拟数据集和真实数据集仿真测试结果表明,本文所提算法取得了优于对比算法的良好性能,验证了该优化模型的有效性。

煤矸石-建筑固废砖填充材料正交试验及性能研究

利用正交试验设计(4因素4水平)对煤矸石-建筑固废砖填充材料(以下称膏体填充材料)的流动性与强度进行了测试。研究了粉煤灰掺量、废砖骨料取代率、质量浓度、减水剂掺量对膏体填充材料的坍落度、扩展度和早、中、后期抗压强度以及劈裂抗拉性能的影响,确定膏体填充材料的最优配合比,并对试验结果进行系统性分析。结果表明:各个因素对膏体填充材料流动性的影响显著,可总结为流动性随粉煤灰掺量、废砖骨料取代率、质量浓度的增加而下降,随减水剂掺量的增加而上升;各个因素对膏体填充材料早期抗压强度无明显影响;废砖取代率与减水剂掺量对膏体填充材料中、后期强度有一定的影响,当废砖骨料替代率为50%~75%、减水剂掺量为0.6%时,膏体填充材料抗压强度更高;粉煤灰掺量17%、废砖骨料取代率75%、质量浓度81%、减水剂掺量0.6%为最优组合。对选定方案的填充材料进行了微观形貌测试,说明该组合下配制出来的煤矸石膏体填充材料能保证强度,综合性能最佳。

水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用PAM、EVA、黄原胶、HPMC四种抗分散剂,采用平均效果分析和极差分析,研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d和28 d无侧限抗压强度的影响。结果表明:对于高岭土,抗分散剂掺量从0.25‰增大到1‰,水泥土流动度减小20%,浊度减小25%,抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土,对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量,而对流动性的影响显著的则是含水量,含水量从1.4倍液限增大到2.0倍液限,水泥土流动度增大45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型,提出了一种抗分散水泥土配比设计方法,研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比,其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。