检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈凯中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)

学位级别：博士

长波红外高光谱具有突出的目标识别能力和探测效率,主要应用于化学气体检测、资源调查、天文观测等物体辐射谱精确探测领域,研究意义及价值重大。针对长波红外系统噪声大、信噪比低的问题,从系统角度利用三维噪声模型分析噪声,根据分析... 详细信息

长波红外高光谱具有突出的目标识别能力和探测效率,主要应用于化学气体检测、资源调查、天文观测等物体辐射谱精确探测领域,研究意义及价值重大。针对长波红外系统噪声大、信噪比低的问题,从系统角度利用三维噪声模型分析噪声,根据分析结果研究了信息获取与处理系统的几个关键技术,提高了长波红外系统的信噪比和图像质量。论文主要研究内容及创新点如下:1)针对目前红外成像系统噪声分析与计算方法不够全面的问题,本文从系统角度引入三维噪声模型理论,阐述三维噪声模型的数学定义,推导出噪声分量具体计算公式,并将该模型应用于常规设计的长波红外成像系统,进行定量的噪声分析,为红外系统噪声分析提供了一个有力的工具,同时三维噪声模型理论科学、严谨且全面,可作为红外图像噪声性能的一种评价标准,具有较高的实用价值;2)从红外探测器输出信号的特点出发,本文通过理论分析和仿真发现,信号的高频分量主要对信号上升时间起作用,而对信号幅值影响很小,通过优化选择系统带宽以及控制ADC采样位置,既能做到信息的有效获取,又能大幅压缩系统带宽,从而相比于常规设计方法大幅降低了系统时间噪声;3)根据经典的Mooney像元响应模型,本文推导出像元的线性响应模型,并以此为理论基础,提出并研究了一种模拟前端的实时非均匀性硬件校正技术,对校正原理、实现方法以及校正误差进行分析,最后通过实验验证该技术的校正效果,通过对比校正前后图像以及图像空间噪声数值,发现该技术校正效果良好,非均匀性得到了明显的改善。同时,该技术具有实时、高速、大面阵的优点,工程实用价值大,为非均匀性校正方法提供了新的思路,具备一定指导意义。

关键词：高光谱长波红外信息获取与处理三维噪声非均匀性校正

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自由度具有物理含义的线性无关高阶数值流形法

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岩土力学 2016年第10期37卷 2984-2992页

作者：徐栋栋杨永涛郑宏邬爱清长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

数值流形方法（NMM）基于两套覆盖（数学和物理覆盖）和接触环路而建立,能够统一地处理岩土工程中的连续和非连续变形分析问题。与其他基于单位分解理论的数值方法一样,NMM可以自由地提高物理片上局部位移函数（多项式）的阶次,从而在... 详细信息

数值流形方法（NMM）基于两套覆盖（数学和物理覆盖）和接触环路而建立,能够统一地处理岩土工程中的连续和非连续变形分析问题。与其他基于单位分解理论的数值方法一样,NMM可以自由地提高物理片上局部位移函数（多项式）的阶次,从而在不加密网格的情况下显著地提高计算精度,但有可能会使总体刚度矩阵奇异,产生线性相关问题。针对这种情况,引入了一种新的高次多项式形式的局部位移函数,在此基础上,建立了新的NMM求解体系,并应用于求解一般的弹性力学问题。结果表明：它有效地消除了线性相关问题;较之传统局部位移函数取一次多项式的NMM,达到了更高的精度;节点应力是连续的;定义在物理片上的所有自由度都具有明确的物理含义,其中第3~5个刚好是物理片所对应插值点处的应变分量,因此,直接获得此处的应力状态。该方法可以很容易地推广到其他基于单位分解的数值方法中。

关键词：数值流形法物理片线性相关亏秩 Cook斜梁带孔无限板均质边坡

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宽温度月表红外光谱特性仿真及其评估技术

宽温度月表红外光谱特性仿真及其评估技术

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作者：田咪中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)

学位级别：博士

作为地球唯一的卫星,月球一直是人们太空观测和探索最为关注的对象,对月探测也是深空探测的重中之重。近60年来,美、苏(俄)、中、日、印等国家均发射了月球探测器,从各个方面深入研究和认识月球。在对月球的研究中,月表矿物组成和成分... 详细信息

作为地球唯一的卫星,月球一直是人们太空观测和探索最为关注的对象,对月探测也是深空探测的重中之重。近60年来,美、苏(俄)、中、日、印等国家均发射了月球探测器,从各个方面深入研究和认识月球。在对月球的研究中,月表矿物组成和成分分析是重要目标之一,这也是未来合理利用月球资源的前提和基础。红外光谱分析技术是获取月壤矿物组成和特定元素成分的有效手段,对月球的起源与演化研究以及月球资源的开发利用都具有重大价值。具体方法是通过探测器携带的光谱仪获取月表的反射光谱信息,然后进行反射率等物理参数的反演,进而对月表物质成分进行判别和定量化计算。对月探测器携带的光谱仪中,典型的是美国研制的月球矿物质谱绘图仪(M3)和中国研制的嫦娥三号红外光谱仪(VNIS),前者覆盖400nm-3000nm的光谱范围,后者覆盖450nm-2400nm谱段范围,两者获取的光谱数据提供了月表特定物质分析的依据。为更有效地分析月表目标的成分,应用需要探测谱段的进一步向红外延伸,如嫦娥五号探测器拟配置的有效载荷月球矿物光谱分析仪的探测谱段已延长至3200nm。月球矿物光谱分析仪工作在月表宽温度范围内,其红外通道III(光谱范围2200nm-3200nm)所获取的光谱数据,不仅与仪器的温度效应相关,同时也包括月面目标因具有一定温度而产生热辐射的影响,需要解决与温度相关的关键技术问题,才能满足科学探测目标及应用需求,这也是本研究的主要内容,具体工作和创新点如下:1.宽温度月面混合光谱模型基于月面辐射情况,分析红外通道III工作在宽温度月表时光谱能量的传输模型,分析月面目标反射太阳辐射能量模型和自身发射辐射能量模型,结合实际月面工作时两个能量模型中各参数的取值范围,定量化月面仪器入瞳处接收到的反射太阳辐射和自身发射辐射能量,在此基础上建立仪器在宽温度月面情况下工作时,入瞳处接收到的来自被探测目标的混合光谱模型,这一工作不仅能为光谱探测系统的动态范围设计提供依据,同时也为后续月面目标光谱数据的物理参数反演提供前提和基础。基于2200nm-3200nm谱段的月面探测是国内的深空探测的首次实现,因此,对于该谱段月面目标的混合光谱模型的详细研究和分析具有一定的创新性。2.仪器的精细定标为了使月球矿物光谱分析仪红外通道iii能够在月面工作时,实现对被探测目标辐射光谱能量的定量化探测,需要在实验室对仪器进行定标工作。首先,分析了基于单色仪的光谱定标方法和基于黑体标准辐射源的辐射定标的可行性,然后,以月球矿物光谱分析仪红外通道iii设计原理和实现方法为基础,搭建了能够实现2200nm-3200nm谱段光谱探测的模型样机,性能参数与月球矿物光谱分析仪红外通道iii保持一致,用于仪器定标方案的验证。定标结果满足工程要求,并已用于月球矿物光谱分析仪正样件的定标工作中,这部分工作具有一定的工程应用价值。3.温度特性分析和校正月面宽温度环境下,仪器在轨工作时自身温度会与实验室条件下有一定差异,因仪器内部温度敏感器件的存在,导致同样的入射光谱能量,仪器在轨工作和实验室工作两种工况下产生不同的光谱响应,为了使红外通道iii实验室下的辐射定标结果能够适用于深空宽温度工况,本文分析了红外通道iii的系统温度特性,在对其红外探测器和射频功放温度特性分析及试验验证的基础上,建立了宽温度环境下月球矿物光谱分析仪红外通道iii的温度校正数学模型。其中月球矿物光谱分析仪红外通道iii使用的探测器为hgcdte探测器,嫦娥三号红外成像光谱仪未使用此类探测器,因此,本文建立的探测器温度特性分析和校正方法具有一定的创新性。4.反射率光谱特性反演月面目标的反射率光谱特性是月面探测的主要目标和关键环节,根据建立的月面混合光谱模型,提出了利用热辐射去除获取反射率光谱特性的反演算法,并进行了相关的地面验证试验,包括实验室条件下被探测目标不含有温度因素的光谱数据获取和被探测目标含有温度因素的光谱探测数据获取。前者的光谱模型中只含有反射辐射光谱能量,以漫反射金板作为参考板即可通过简单的计算得到反射率光谱特性,其目的既是为了通过对比月球矿物光谱分析仪红外通道iii和标准仪器得到的被探测目标反射率光谱结果来进行仪器的性能评估,也是为了给算法的验证提供对被探测目标反射率光谱特性上的先验知识。通过被探测目标含有温度因素的光谱探测数据获取试验部分,利用热辐射去除算法对样品反射率光谱特性进行反演分析,给出了结果和讨论分析,为红外通道iii的在轨光谱数据处理供借鉴和思路,该部分工作内容不仅具有重要的工程应用价值。也具有一定的创新性。本文的研究内容为月球矿物光谱分析仪红外通道III在宽温度月表的应用提供了相关的解决方案,并在最后给出了一些不足的地方和对未来研究的展望和建议。

关键词：月面混合光谱模型仪器定标温度特性分析和校正反射率光谱特性反演

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弹性介质应力边界条件及其在多分量偏移中的应用

弹性介质应力边界条件及其在多分量偏移中的应用

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2015中国地球科学联合学术年会

作者：栗学磊毛伟建中国科学院测量与地球物理研究所(计算与勘探地球物理研究中心) 大地测量与地球动力学国家重点实验室

＜正＞1.引言求解弹性波动方程同时需要位移（或质点速度矢量）和应力边界条件,在应力边界条件不明确时,多波不能准确识别和分离,并且波场传播方向混乱。为了解决应力边界条件问题,多数弹性偏移方法假设边界为自由地表,即边界上正应力...

＜正＞1.引言求解弹性波动方程同时需要位移（或质点速度矢量）和应力边界条件,在应力边界条件不明确时,多波不能准确识别和分离,并且波场传播方向混乱。为了解决应力边界条件问题,多数弹性偏移方法假设边界为自由地表,即边界上正应力和剪切应力均为零。这种假设只适用于理想的陆地探测,对垂直地震剖面（VSP）和海底电缆（OBC）地震数据均不符合。因此本文详细分析了多种模型边界上应力边界条件,建立了准确的应力与位移关系式。在此基础上,本文推导了多分量Kirchhoff偏移和高斯束偏

关键词：

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任意层状各向异性快速射线追踪及叠前深度偏移

任意层状各向异性快速射线追踪及叠前深度偏移

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2016中国地球科学联合学术年会

作者：许茜茹毛伟建中国科学院测量与地球物理研究所(计算与勘探地球物理研究中心) 大地测量与地球动力学国家重点实验室

1.引言射线理论作为波动方程的高频近似解,求解速度快,被广泛应用于地震正反演理论中。然而,传统的基于网格的射线追踪方法无法准确描述地层界面,在复杂地质结构中难以入射至超深层地层。另一方面,地壳岩石的各向异性特征是由地层界面... 详细信息

1.引言射线理论作为波动方程的高频近似解,求解速度快,被广泛应用于地震正反演理论中。然而,传统的基于网格的射线追踪方法无法准确描述地层界面,在复杂地质结构中难以入射至超深层地层。另一方面,地壳岩石的各向异性特征是由地层界面起伏特征和层间介质信息所决定。网格模型会影响到射线在各向异性介质中传播的走时和振幅的计算,从而影响地震成像结果。为了解决上述问题,需要设计能够较好描述地层的模型,即基于起伏界面的建模方法,并且提出与其相适应的动力学射线追踪

关键词：射线追踪叠前深度偏移层状各向异性

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环境溶液体系电极界面过程动力学及传质效应研究

环境溶液体系电极界面过程动力学及传质效应研究

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作者：殷逢俊中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院)

学位级别：博士

环境电化学的特征之处在于,一是所涉及反应普遍为多步骤、多电子的不可逆电极过程,这些反应的电流?电势（j?E）关系是传统电化学中的薄弱环节,制约了对环境溶液体系中电极反应的研究及应用;二是环境溶液普遍为稀溶液,包含多种传质限制... 详细信息

环境电化学的特征之处在于,一是所涉及反应普遍为多步骤、多电子的不可逆电极过程,这些反应的电流?电势（j?E）关系是传统电化学中的薄弱环节,制约了对环境溶液体系中电极反应的研究及应用;二是环境溶液普遍为稀溶液,包含多种传质限制因素。为此,本论文围绕环境溶液体系电极界面过程,逐步递进地研究电极反应的电子传递过程、反应物传质过程、以及H+/OH-传质过程,由简入繁地建立界面过程的系列j?E数学方程,发展出相应的j?E关系解析方法,重点揭示稀溶液介质条件下氧传质过程及H+/OH-传质过程的传质效应。主要内容包括三个方面:（1）多步骤多电子电极反应方程电极反应动力学方程是实现j?E关系解析的基础,并获取关键参数。由于多步骤多电子电极反应方程的缺乏,制约了环境溶液体系电极反应的研究及应用。i)针对单一限速步骤的多步反应过程,推导出一种多步骤多电子电极反应的普遍方程形式。将所推导的方程应用于不可逆反应,建立了一种包含反应物传质作用的不可逆电极反应新方程,该方程可以在形式上统一Butler?Volmer方程、Tafel方程以及Koutecky–Levich方程,是这些方程的基本形式。ii)在不可逆电极反应方程基础上,发展了两种极化曲线的分析方法:一是通过方程对极化曲线全范围进行非线性拟合,获得α,j0和KOx三个基本电化学参数,其中,α和j0结果优于Tafel拟合方法,KOx vs.w-1/2的线性关系可以取代传统Koutecky–Levich方程的拟合功能,并对电极结构关联的反应物传质效应进行分析,发现了多孔电极的传质正效应现象。这一方法为界面电子传递和反应物传质过程分析提供了可靠方法。二是运用不可逆电极反应方程的导数极值分析,建立了一种极化曲线导数极值分析的原理和方法,发现极化曲线的导数极值点,为电子传递和反应物传质达到活化作用平衡的动力学特殊状态点,该点对应的峰电位即为半波电位,峰值则是反应的活化速率特征参数。通过这种推导,建立了半波电位和峰值的电化学关系式,从而可以实现反应的定量分析。该理论阐明了不可逆电极反应半波电位的物理意义,即界面电子传递与反应物传质的活化平衡电位。（2）氧还原反应的动力学机制与氧传质效应氧还原反应（ORR）是环境中最常见的复杂不可逆电极反应之一,对于污水处理电化学技术的发展和应用至关重要,氧传质效应是ORR的重要制约因素。i)在前述j?E方程基础上,建立了以H2O2为中间产物调控的ORR模型,即H2O2调控机制模型,定义H2O2形成和还原过程电流比值作为ORR反应倾向性的量化参数。该模型表明,H2O2是ORR不可避免的中间产物,任何影响H2O2形成、还原和扩散三个子过程的因素,都可能对ORR产H2O2进行调控,并获得了有力的实验支持:1)Pt系催化剂也能且大量产生H2O2,证实H2O2是ORR不可避免的中间产物;2)催化剂负载量和离子特性吸附均能调控H2O2的产生,并由H2O2调控机制给出统一解释,即H2O2形成过程的活性比H2O2还原过程更依赖于催化剂负载量。这一研究成果为ORR的选择性应用提供了催化剂以外的调控思路。ii)针对空气阴极这种最广泛的ORR电极形式,提出了一种空气阴极透气性的测试方法和压力可控的电化学分析方法,实现透气性与电极性能间依赖关系的定量考察,并建立了空气阴极的氧传质模型。表明,透气性是调控氧传质控速步骤的关键参数:在低透气性下,氧气传输为控速步骤,电极性能受到氧传质限制;当透气性超过一定阈值,溶解氧扩散成为控速步骤,从而消除氧传质限制,是空气阴极高效工作并进行成本控制的前提。基于此,提出了一种经济高效、易于大规模制备的防水膜组装的空气阴极制备方法。（3）H+/OH-传质的稀溶液介质效应由于环境溶液介质的弱酸、弱碱、弱缓冲能力,H+/OH-传质在电极表面形成显著p H梯度,从而影响反应速率和进程,在电极反应中造成额外过电势,被称为p H过电势。与氧传质不同,这种作用存在于所有包含H+/OH-参与的界面反应过程中,是稀溶液的基本介质效应。围绕这一问题,首先研究H+/OH-传质与p H梯度的作用关系,解决反应体系的介质调控问题;其次阐明p H梯度与p H过电势的作用关系,为理解电极反应的p H梯度作用提供动力学基础。i)建立了H+/OH-离子的直接传质方程,通过计算绘制了非缓冲溶液体系下的j?p H关系图形,阐明了H+/OH-离子传质作用的基本规律。阴极反应和阳极反应具有对称的j?p H关系,酸性条件下的H+传质控制区和碱性条件下的OH-传质控制区具有完全不同j?p H规律,溶液p H在5–9范围内时,j?p H关系基本重合,反应极化曲线没有差异。将j?p H图形与E?p H布拜图结合,可以为广泛的界面反应提供p H作用的全景视角。ii)推导了缓冲物质（酸碱离子对）的传质方程,揭示了传质要素

关键词：环境溶液体系电极界面过程动力学传质效应缓冲溶液

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基于过程挖掘技术的列车调度区段扰动控制方法研究

基于过程挖掘技术的列车调度区段扰动控制方法研究

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作者：曾壹中国铁道科学研究院

学位级别：博士

进入21世纪后,我国铁路的信息化建设极大提升了运输部门的生产能力和服务水平。铁路信息化建设与设备更新,使列车调度系统具备了处理实时调度数据的功能。铁路信息化网络使路网内各类设备互联互通,具备了列车调度数据采集与汇总的基本... 详细信息

进入21世纪后,我国铁路的信息化建设极大提升了运输部门的生产能力和服务水平。铁路信息化建设与设备更新,使列车调度系统具备了处理实时调度数据的功能。铁路信息化网络使路网内各类设备互联互通,具备了列车调度数据采集与汇总的基本条件。在当前铁路行车组织要求不断提高的背景下,研究列车调度系统内数据挖掘方法应用,将对运输组织质量的提升与列车调度指挥方法的改进提供思路。本文设计了调度区段扰动的控制方法,该方法通过晚点预测和扰动判定得到扰动场景,构成列车运行调整问题。问题随后通过相关算法求解,从而达到扰动控制的目的。晚点预测和扰动判定建立在列车调度数据的过程挖掘模型基础之上。扰动控制方法通过晚点预测、扰动判定以及列车运行调整问题的研究为调度指挥业务的智能化提供了实际思路。具体研究内容可概述为晚点预测、扰动判定和列车运行调整三个方面。晚点预测模型建立在扰动归因分析的基础上。扰动归因分析是晚点传播现象的因果分析方法,分析结果可表述为晚点传播链的形式。晚点传播链内的所有受扰动事件能够分为初始晚点、连带晚点两个类别。本文通过过程挖掘算法,建立了列车车站到达、出发事件的相邻关系,并进一步引入扰动传播参数,构建为归因分析网络,最终获得了扰动来源与晚点传播链。由于晚点传播与晚点时长之间具备因果关系,本文在归因分析的基础上,进一步设计了晚点时长的预测模型。算法结合我国列车调度指挥系统的实际情况,将晚点时长构建为不同的晚点级别。预测模型使用BP神经网络进行构建,效果通过北京铁路局两个客专区段的运行图和实绩数据制作的算例进行验证。模型的预测精度在5分钟的允许误差范围内达到了85.5%。扰动判定方法的主要研究对象是紧追踪。紧追踪是列车在区间运行时因两车间距过小导致的扰动现象。传统的区间扰动判定方法无法判定紧追踪。本文通过建立过程挖掘算法,在列车调度系统内采集逻辑车次日志,获得了列车闭塞分区占用时长的高精度数据,为扰动判定方法的改进提供了支持。进一步地,本文使用区段锁闭时间模型对列车闭塞分区占用时长建模,通过机器学习算法和分布拟合检验得到占用时长的统计规律。在统计规律的基础上,不同类型列车在闭塞分区的占用时长得到了估算,并重建为运行线的区段锁闭时间模型形式。论文最后通过实际区间扰动案例,将列车的运行线重新构建为区段锁闭时间模型形式,成功判定了紧追踪车次在区间出现的扰动。改进方法实现了传统方法无法完成的紧追踪判定,为解决实际业务中的扰动判定问题提供了思路。列车运行调整问题的传统数学建模方法是整数规划,算法在求解过程中必须处理决策变量的大规模组合,导致整体计算效率不高。本文在不改变传统方法的运行图间隔时间、车站能力以及调度措施的约束条件下,将列车调整问题重构为有限个制约条件限制的多变量组合约束满足问题,并设计了约束规划算法。约束规划算法通过约束传递与试错回退机制触发条件检查与调度措施,并同时控制求解变量的个数,从而避免了传统算法的大规模的变量组合试错过程,具备高速计算特征。为对比验证约束规划算法的计算效率与求解质量,本文设计了同等约束条件下的整数规划模型以及不应用任何调度措施的PERT仿真方法,并使用京津城际某月的列车图定线数据制作算例开展数学实验,对比了不同扰动条件下三类算法的总晚点时长与计算耗时。实验结果验证了算法的求解质量与计算效率。通过过程挖掘模型和约束规划算法的应用,调度区段扰动控制研究在晚点预测、扰动判定和列车运行调整三个问题内取得了较好的效果,方法总体实现了扰动控制流程的整体设计与高效计算,并验证了过程挖掘方法和相关算法在行车调度领域内的可用性。

关键词：调度区段扰动控制过程挖掘归因分析区段锁闭时间模型约束规划

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基于相容性分析的医疗诊断专家系统

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计算机工程与应用 2018年第23期54卷 264-270页

作者：肖鹏刘娜季长清李媛媛路莹唐晓君大连工业大学信息科学与工程学院辽宁大连116034 大连大学物理科学与技术学院辽宁大连116622 大连交通大学软件学院辽宁大连116052

医疗诊断专家系统作为人工智能重要应用领域之一,已被广泛应用于医疗诊断和网络医疗咨询等方面。其补充了人类专家的不足,并能有效地解决各种临床问题。然而,现有诊断推理模型在病例推理过程中过于依赖权值设定和医生经验值,诊断结果完... 详细信息

医疗诊断专家系统作为人工智能重要应用领域之一,已被广泛应用于医疗诊断和网络医疗咨询等方面。其补充了人类专家的不足,并能有效地解决各种临床问题。然而,现有诊断推理模型在病例推理过程中过于依赖权值设定和医生经验值,诊断结果完全依赖于权值给定质量,并且目前尚未发现较实用的权值设定和自动赋值方法。为了解决权值设定和自动赋值的难题,提出了一种基于属性相容性分析的医疗诊断方法并进行了探讨。利用基于属性的相容性分析对医疗数据进行数字化处理,并根据属性之间的关联度构造属性相关矩阵和对属性进行剪枝处理,避免了无效属性的不必要运算;在相容性分析基础上提出了较为实用的权值设定数学模型;在进行病例相似度计算时,采用群体决策策略来完成诊断。针对所提方法进行了模拟。实验结果表明,该方法能有效解决权值自动设定问题和满足实际应用需求。

关键词：医疗诊断专家系统相容性分析群体决策

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计算机CPU服务能耗指标的相关性分析

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电脑与电信 2016年第12期 8-11页

作者：翟畅何芳赵彤洲周萍李慕武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205 湖北工业大学计算机学院湖北武汉430064 中国科学院武汉物理与数学研究所湖北武汉430071

由计算机的广泛应用带来的大量计算任务将导致能量消耗增高。计算机CPU承担了主要计算任务,因此,分析CPU的服务能耗指标,准确找到影响能耗的重要因素能为面向绿色效能的服务选择提供依据。本文利用能耗监测仪采集到的数据,构建了多元回... 详细信息

由计算机的广泛应用带来的大量计算任务将导致能量消耗增高。计算机CPU承担了主要计算任务,因此,分析CPU的服务能耗指标,准确找到影响能耗的重要因素能为面向绿色效能的服务选择提供依据。本文利用能耗监测仪采集到的数据,构建了多元回归模型及单变量和多变量相关性分析,并通过拟合优度进行评估,实验表明,在利用马氏距离剔除利群点后构建的多元回归模型能很好地拟合整体样本数据。

关键词：离群点马氏距离多元回归拟合优度

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高增塑高能固体推进剂力学性能研究

高增塑高能固体推进剂力学性能研究

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作者：张鑫航天动力技术研究院

学位级别：硕士

固体推进剂作为战略战术导弹及宇航推进系统的动力源,是武器装备的核心关键技术,其力学性能影响能量性能的发挥,进而影响武器装备的使用范围。为满足新型导弹武器装备对推进剂高能量性能的要求,采用含能粘合剂GAP和高能量密度炸药CL-20... 详细信息

固体推进剂作为战略战术导弹及宇航推进系统的动力源,是武器装备的核心关键技术,其力学性能影响能量性能的发挥,进而影响武器装备的使用范围。为满足新型导弹武器装备对推进剂高能量性能的要求,采用含能粘合剂GAP和高能量密度炸药CL-20获得了目前标准实测能量最高的GAP/CL-20固体推进剂,但该推进剂存在基础力学性能较差、调节途径有限等不足。本文致力于研究GAP/CL-20高能固体推进剂配方组成对力学性能的影响规律,确定主要影响因素并分析其影响机理,提出有效的调节方法,为GAP/CL-20高能固体推进剂的应用提供技术支撑。采用单向拉伸试验研究了配方组成对GAP/CL-20高能固体推进剂力学性能的影响规律,结果表明,粘合剂、键合剂、增塑剂及增塑比是该推进剂力学性能的主要影响因素。PEG替代GAP,推进剂抗拉强度由0.39 MPa提高至0.45 MPa,伸长率由98.3%提高至417.7%;Bu-NENA替代NG/BTTN,推进剂抗拉强度由0.62 MPa降低至0.30 MPa,伸长率由48.2%提高至84.4%;使用NG/BTTN增塑剂,增塑比由1.0提高至3.0,推进剂抗拉强度由0.62 MPa降低至0.39 MPa,伸长率由48.2%提高至98.3%;加入NPBA键合剂使推进剂抗拉强度由0.13 MPa提高至0.39 MPa,伸长率由233.4%降低至98.3%。运用反相气相色谱法和接触角法,研究了主要组分的表面性质及组分间相互作用,GAP基体与CL-20的粘附功为70.69 mJ·m-2,低于PEG基体与HMX的98.61mJ·m-2,表明GAP基体与CL-20的相互作用弱于PEG基体与HMX的相互作用。利用分子动力学方法,计算了粘合剂分子与炸药分子间的结合能,PEG与HMX的结合能为456.48 kJ·mol-1,比GAP与CL-20的结合能259.32 kJ·mol-1高76.03%,表明GAP与CL-20的相互作用比PEG与HMX的相互作用大幅减弱。同时,使用动态热机械分析研究了推进剂中间相结构变化的影响,中间相和粘合剂基体对推进剂tanδ的贡献的比值用A值表示,A值越小说明界面粘接情况越好。常温下GAP/CL-20推进剂的A值为13.15,大于PEG/CL-20推进剂的4.91和GAP/HMX推进剂的10.24,表明GAP/CL-20推进剂的粘接情况较差。通过扫描电镜法观察了推进剂的原位拉伸过程,结果表明,与PEG/CL-20推进剂相比,GAP/CL-20推进剂的颗粒更容易“脱湿”,且“脱湿”扩展速率更快。从实验测试与理论计算两方面,揭示了GAP/CL-20高能固体推进剂力学性能差的根本原因之一是GAP基体与CL-20界面相互作用差。根据规律性和机理性研究结果,在高弹性聚合物状态方程及广义交联点模型基础上,考虑GAP/CL-20固体推进剂的大剂量增塑、GAP刚性分子链及CL-20与GAP基体相互作用等性质,建立了高增塑GAP/CL-20高能固体推进剂力学性能的物理和数学模型,并分析了造成力学性能较差的根本原因是GAP网络结构刚性较强和GAP基体与CL-20界面作用强度低。最后,从粘合剂结构特性及界面相互作用等方面提出了GAP/CL-20高能推进剂力学性能调节方法,采用添加大分子量粘合剂G-GAP和键合剂NPBA等手段对调节方法进行了有效验证。

关键词： GAP/CL-20高能固体推进剂力学性能力学模型性能调节

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