基于Dirichlet-to-Neumann映射计算太赫兹频段旋电光子晶体带隙结构

用扩展Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法计算太赫兹频段二维旋电光子晶体的带隙结构,由于DtN映射方法仅需在单元晶格的边界上进行离散,避免在其内部离散,因此减少了未知数的个数,使计算速度大幅度加快.首先,构造旋电光子晶体单元晶格的DtN映射;其次,将光子晶体的带隙结构问题转化为矩阵的特征值问题进行求解;最后,数值模拟验证用DtN映射方法计算旋电光子晶体带隙结构的有效性.

基于Dirichlet-to-Neumann映射分析计算旋电光子晶体波导结构

拓展了Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法,将其应用于分析二维旋电光子晶体波导结构.首先基于旋电光子晶体单元晶格的DtN映射,构造出波导结构超级晶格的DtN映射,然后在超级晶格的边界上建立起线性特征值问题进行求解.由于该方法只需要在晶格的边界上进行离散,避免了在计算区域内部的离散,故所涉及的矩阵规模相对较小,极大地提高了计算速度.文章最后用数值算例验证了该方法的有效性.

基于Dirichlet-to-Neumann映射计算二维蜂巢状光子晶体的带隙结构

利用一种简单有效的数值方法计算蜂巢状排列的二维光子晶体的带隙结构。基于单元晶格的Dirichlet-to-Neumann映射,将光子晶体的带隙结构问题转化成较小矩阵的线性特征值问题求解,蜂巢状光子晶体的单元晶格由3个正六边形组成,当频率给定时,特征值是Bloch波失的一个函数。

基于Dirichlet-to-Neumann映射计算半无限二维光子晶体的表面模式

介绍了一种基于Dirichlet-toNeumann(DtN)映射的计算半无限二维光子晶体表面模式的有效数值方法.首先利用三种不同单元晶格的DtN算子构造出超级晶胞的DtN映射,然后在超级晶胞的两条边界上建立特征值问题来计算光子晶体表面模式,建立的特征值问题是线性的,而且其中的矩阵比较小.最后用两个数值算例验证了数值方法的有效性.

二维光子晶体波导中慢光的Dirichlet-to-Neumann映射方法计算

利用Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法计算了三角形排列的二维单线缺陷光子晶体波导管中的慢光.首先利用六边形单元晶格的(DtN)映射构建三角形排列的超级晶体的DtN映射,然后利用超级晶体的DtN映射把求解Bloch传播模问题转化为求较小矩阵的线性特征值问题.单元晶格的DtN映射把单元晶格边界上的波动场映射成边界上的法向导数.利用单元晶格的DtN映射避免了在单元晶格内部的离散,只需在边界上计算,减少了未知数个数,得到的矩阵较小,从而大大减少了计算量.不管介质是否是色散的,利用超级晶体的DtN映射建立的特征值问题都是线性的.数值算例表明用DtN映射方法来计算波导管中的慢光是非常有效的.

基于Dirichlet-to-Neumann映射计算旋磁光子晶体的带隙结构

扩展了Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法,构造出了旋磁光子晶体单元晶格的DtN映射,并利用该映射建立特征值问题来计算二维旋磁光子晶体的带隙结构.该方法只需要在边界上进行离散,从而得到的特征值问题矩阵较小,并且该特征值问题以频率ω为给定的参数,以波数β的函数为特征值,所以无论对于色散介质还是非色散介质,它都是线性特征值问题.最后,分别以正方形、三角形以及蜂巢状周期排列的旋磁光子晶体为例验证了该数值方法的有效性.

基于Dirichlet-to-Neumann映射计算波导中缺陷激发的连续谱束缚态

利用Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法分析和计算在光子晶体波导中由点缺陷激发的BIC,通过将整个平面上的特征值问题转化成截断区域内的正方形单元晶格所有边上的特征值问题,避免了对于计算区域内部的计算,缩小了矩阵规模,降低了计算的工作量和难度.基于该方法,确定了几种能够激发波导中BIC的点缺陷的参数范围.

基于Dirichlet-to-Neumann映射方法计算二维光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点

光子晶体狄拉克点是光子晶体能带结构在布里渊区上形成具有线性色散关系的双锥形结构的交点.通常狄拉克点出现在布里渊区的边界上,近年来研究发现光子晶体狄拉克点也可以出现在布里渊区的中心处,而此时的光子晶体具有非常独特的性能,可以被制造成零折射率材料.利用Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法计算二维光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点.固定圆柱的半径,改变圆柱介质的介电常数,通过寻找能带结构在布里渊区中心处的交点,来确定光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点.利用DtN映射方法只需在单元晶格的边界离散,使得在每一步计算中,求解的都是较小矩阵的线性特征值问题.最后数值算例验证了利用DtN映射方法来计算二维光子晶体在布里渊区中心处的狄拉克点是有效的.

一种带高光处理的无缝纹理映射方法

纹理映射作为三维重建的重要步骤,直接关系到生成模型的视觉效果。传统的纹理映射方法通常使用简单的混合方法来获取表面纹理。通过将模型表面投影到每个纹理图像上来获取相应的纹理区域,然后将它们混合在一起以获取表面纹理。然而,由于相机位姿的不准确性,纹理映射结果存在明显的模糊和鬼影等问题。此外,在高光环境下获取的纹理图像很容易包含高光区域,最终导致纹理颜色的丢失,降低纹理的真实性。为了解决这些问题,提出了一种无缝纹理映射方法,可以有效消除高光反射。通过衡量纹理图像的质量,为每个模型表面选择最佳的纹理图像,并利用色度一致性约束优化的相机位姿以消除明显的纹理错位。针对高光问题,提出了一个高光处理模块,使用多视图图像信息并基于双色反射模型定位和处理高光纹理。最后,对纹理图进行纹理颜色一致性调整,以处理纹理之间的颜色差异。实验结果表明,与现有方法相比,提出的算法可以有效消除高光反射的影响,从而获得更好的纹理映射结果。

基于NXMCD的虚实映射实验交互系统设计与实践

该文基于数字孪生理念,结合NX MCD机电概念设计、PLC编程与控制和LabVIEW的图形化编程手段,完成了基于NX MCD的虚实映射实验交互系统设计与实践。以LabVIEW设计的UI界面为控制监测端,物理对象与MCD虚拟模型为执行端,实现了物理对象与MCD虚拟模型的虚实映射,同时MCD虚拟模型能够输出控制信号进而控制物理对象。在此基础上,设计了步进电机往复运动与MCD虚拟模型虚实映射实验案例。该实验案例可为本科生和研究生相关课程的实践教学提供虚实映射交互实验方法和手段,可显著提升学生的创新实践能力与水平,是对数字化实践教学研究的一次探索。

基于多端口参数提取和主动空间映射法的腔体滤波器设计

为提高微波腔体滤波器的设计效率,文中提出了一种基于多端口参数提取和空间映射法的滤波器快速设计方法。通过添加额外内部端口提取腔体滤波器电磁模型的Y参数,从而计算出耦合矩阵,再结合空间映射法将求解滤波器理想尺寸问题转换为逼近理想耦合矩阵问题。最后设计并加工了一款四阶同轴腔体滤波器,在初值偏差很大的情况下,经过四次迭代即可得到满足指标的滤波器物理尺寸,实物调试结果和仿真结果一致性良好,从而证明了文中方法的快捷有效。

基于映射空间编码的高速运动轨道图像去模糊研究

针对轨道缺陷检测系统因镜头抖动或相机快速移动而导致所采集图像较为模糊的问题,提出一种基于最大后验概率估计思想的映射空间编码的高速运动轨道图像去模糊算法。首先,该算法使用深度编解码器和残差网络分别对数据集中清晰图像到模糊图像的映射关系和模糊核进行编码,为了保证编码时频率信息的完整性,算法在传统的残差模块上引入快速傅里叶变换通道构成双通道残差网络,以补偿多次特征提取带来的频率损失;其次,算法采用深度图像先验(Deep Image Prior,DIP)将潜在的清晰图像和模糊核进行参数化,再利用先验得到的模糊核和清晰图像来调用编码空间中的映射关系;最后,通过交替优化潜在的清晰图像和模糊核,从而去逼近一个真实未知的映射,进而实现真实场景下高速运动轨道图像的去模糊。实验结果表明,双通道残差模块提取的特征图频率信息分量强度普遍高于传统的残差模块,相较于使用传统残差模块实现该算法,采用双通道残差模块可使峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR)提升0.84 dB,结构相似性(Structural Similarity,SSIM)提高0.025 1。与现有的深度学习去模糊算法相比,提出的去模糊算法对高速轨道检测系统所采集图像的去模糊效果更佳,在性能方面相较于最好的去模糊算法,PSNR提高了1.84 dB,SSIM提升了0.017 3,显著提升了采集图像的质量。研究结果可为下一步识别轨道部件是否存在缺陷提供清晰图像。

基于映射距离比离群因子的离群点检测算法

针对基于邻近性的离群点检测方法需要花费大量时间过滤正常点,并且在检测全局离群点时难以检测出局部离群点的问题,提出一种基于映射距离比离群因子离群点检测(MDROF)算法。首先,为了减少正常点在检测过程中的时间消耗,给出了差异相似度的概念,通过定义差异相似度剪枝因子过滤掉数据集中的大部分正常点。其次,定义映射k距离,通过映射距离与可达距离的比值刻画数据对象的局部离群程度,通过可达密度刻画数据对象的全局离群程度。最后,结合数据对象相互近邻点的平均排位定义映射距离比离群因子来检测离群点。在人工数据集以及真实数据集上分别对该算法与其他经典的离群点检测算法在精确率、AUC值和离群点发现曲线上进行实验对比分析。实验结果证明MDROF算法在离群点检测的准确性和稳定性上明显优于对比算法。

基于多混沌映射算法的图像可逆化加密仿真

原图像经过对矩阵元素随机打乱可得到加密图像,加密后的图像可以有效防止已知攻击。可逆映射可以高效地实现像素置乱,但由于离散混沌序列的初始条件较为敏感,因此像素扩散置乱难度较大。为此提出基于多混沌映射算法的图像可逆化加密方法,在图像加密过程中,采用扩散置乱和Arnold变换置乱图像,通过Logistic映射系统和Chen系统生成离散混沌序列,置乱后图像中红、绿、蓝三基色分别执行异或运算,从而输出加密图像。在图像解密过程中,分别对扩散置乱、Arnold变换以及图像加密执行逆映射,输出解密图像,完成图像可逆化加密。实验结果表明,所提方法密钥敏感性和原图与解密图像像素值分布更均匀、相邻像素相关性更低,鲁棒性更强。

基于增量式等距映射同双重局部密度方法的工业过程故障检测

针对工业过程的非线性和动态性问题,提出一种基于流形学习下的增量式等距映射(IISOMAP)与双重局部密度(DLD)相结合的故障检测方法(IISOMAP-DLD).利用IISOMAP将原始数据映射到低维流形特征子空间和剩余子空间;然后,在两个子空间中分别引入双重局部密度方法构建统计量对过程进行监控;最后,将IISOMAP-DLD方法应用到田纳西-伊斯曼(TE)过程.实验结果表明,IISOMAP-DLD对比其他方法有更高的故障检测率.IISOMAP在保留数据内在特征的同时,解决了过程的非线性问题,而双重局部密度方法可消除过程的动态性.

基于单边调制映射函数的LCC-HVDC直流侧阻抗精确建模

阻抗模型是电网换相换流器型高压直流输电系统小信号稳定性分析的重要基础,阻抗模型的准确程度直接影响系统小扰动稳定性分析。该文首先从同步触发原理出发,引入基于单边调制产生的映射函数,该函数蕴含控制及换相信息,可以准确建立换相/非换相期间交直流侧的映射关系;其次,考虑换相动态并通过谐波线性化和傅里叶变换建立完整的直流侧电压和交流侧电流的频域小信号动态模型;再次,考虑控制和换流阀阻尼回路,建立整流侧和逆变侧直流阻抗解析模型;最后,以CIGRE高压直流标准测试模型为例,基于PSCAD/EMTDC平台验证了直流侧阻抗模型的准确性及其用于小扰动稳定性分析的有效性。

基于多传感融合的巷道三维空间映射

针对我国煤矿掘进工作面智能感知能力不足的问题,提出了一种基于多传感融合的煤矿巷道三维空间映射方法。该方法利用激光雷达等3D传感器预览煤矿巷道环境信息,并构建实时自主映射模型,为大型煤机装备提供空间感知信息。基于姿态感知理论的多传感融合技术,对扩展卡尔曼滤波器算法进行优化,通过局部误差状态滤波估计和全局状态迭代估计,提出了一种基于距离残差的空间映射方法,实现了在几何退化的巷道环境下全局地图的快速更新和映射的高精度。其主要贡献在于将多传感器数据进行融合,构建出高精度的地下三维地图,并提高了巷道环境的智能感知能力和自主操作水平。首先,采用先进的激光雷达(LiDAR)传感器获取巷道内部的点云数据,提取点云特征,并建立帧间特征映射模型,从而构建出厘米级别的地下三维地图。同时,通过迭代误差状态的卡尔曼滤波器实现激光雷达与惯性导航的数据融合,提高了系统的鲁棒性,确保了地下三维地图的准确性和稳定性。此外,还考虑了井下粉尘和水雾等因素对巷道三维空间映射精度的影响,优化卡尔曼滤波增益调节激光雷达里程计权重,增强了低质量浓度粉尘条件下三维空间映射的环境适应性。实验结果表明,相较于LeGO-LOAM和LINS,笔者提出的三维空间映射方法在轨迹估计准确度、映射地图的点云数量以及点云密度等方面均表现更优。笔者所提出的方法可用于高精度、快速更新三维地图的自主掘进装备,提高煤矿掘进工作面的智能化水平,为巷道环境的智能化感知和自主作业提供了数据支持。

无等待与时隙映射复用结合的时间触发流调度方法

工业控制系统中众多应用的正常运行依赖于确定性低时延的网络传输,这一需求推动了时间敏感网络的发展。为保证工业控制系统中流量传输的确定性,提出了无等待与时隙映射复用结合的时间触发流调度方法。首先,对工业控制系统时间敏感网络的通信要素进行建模,通过分析时间触发流的特性,简化了链路、流传输、流隔离和帧隔离等约束条件;其次,使用基础周期作为调度循环时间,实时流采取无等待调度,循环流采取时隙映射复用,从而缩短了门控列表长度;然后,提出了基于数据帧传输区间中点的冲突判别方法,降低了时隙冲突判断的时间复杂度;最后,设计了时间触发流调度优化函数,并基于改进的多目标遗传算法进行求解。实验验证了该方法的正确性与可行性,平均门控列表长度缩短了59.7%。

基于三维超混沌映射的图像加密及其FPGA实现

随着信息技术的不断发展,确保信息安全已成为重要问题,而图像作为被广泛使用的多媒体工具,时常面临着泄露的风险,针对该问题提出一种基于三维超混沌映射的图像加密算法。该算法首先构造一个离散三维超混沌系统,此系统相较于传统的混沌系统拥有更好的混沌特性,所生成的序列具有更强的随机性。然后在此序列的基础上对图片进行置乱和扩散:在置乱阶段,通过混沌序列对原始图片的像素点进行索引排序,实现像素置乱;在扩散阶段,使用处理后的混沌序列对置乱图像的像素值进行分层异或,实现像素扩散。软件仿真和性能分析表明,该算法具有较高的安全性和较强的抗干扰能力,最后通过FPGA硬件平台完成图像加密。整个算法包括软件仿真和硬件实现两个部分,能够有效提升学生将理论和实践相结合的能力,增强学生对非线性理论的理解。

新生儿脑白质损伤时空分布规律的病灶概率映射研究

目的采用基于T1WI的病灶映射方法刻画新生儿局灶性脑白质损伤(punctate white matter lesions,PWML)的好发区域并探究其时空分布规律。材料与方法回顾性纳入PWML新生儿94例,其中轻度损伤60例(早产/足月:24/36),重度损伤34例(早产/足月:20/14)。基于T1WI手动标记病灶,与约翰霍普金斯大学新生儿T1WI模板配准后叠加图谱,最终生成PWML概率映射图并计算病灶在不同区域的分布概率。对轻重度PWML组间以及不同分组内早产与足月儿各脑叶病灶体积进行比较。结果轻度PWML的分布均以颞顶叶为主(病灶体积于颞顶叶>额叶>枕叶,P<0.008),尤其是丘脑后辐射、角回及缘上回;早产儿损伤范围较足月儿增加,且向额叶延伸。重度PWML主要分布于额颞顶叶(病灶体积于额颞顶叶>枕叶,P<0.008),早产与足月损伤分布范围较为一致,共同累及的区域包括丘脑后辐射、角回及上放射冠。结论基于T1WI的病灶概率映射于脑区水平细化了不同程度PWML病灶的时空分布特征,为深入理解PWML的病理生理机制及预后评估提供了解剖基础。