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2019年 第32卷 第2期 刊出日期：2019-02-15

  

4H-SiC材料干法刻蚀工艺的研究

许龙来,钟志亲

2019, 32(2):  1-3.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.001

摘要 ( 885 )   HTML ( 60 )   PDF (1120KB) ( 163 )  

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鉴于SiC材料具有很强的稳定性以及湿法刻蚀的种种缺点,目前主要使用干法刻蚀来刻蚀SiC材料。但是干法刻蚀后样品表面的粗糙度对器件的性能有一定的影响。针对这一问题,采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀技术,对SiC材料进行SF₆/O₂混合气体和SF₆/CF₄/O₂混合气体的刻蚀,并且探究了压强、ICP功率和混合气体比例对样品表面粗糙度的影响。实验结果表明使用SF₆/O₂混合气体刻蚀后,样品的表面平整度较好。在一定RIE功率条件下,当ICP功率为700 W、压强为20 mT和SF₆/O₂为50/40 sccm时,样品表面的粗糙度最小。

基于倒谱与频谱分析的模糊核估计算法

王文恺

2019, 32(2):  4-8.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.002

摘要 ( 650 )   HTML ( 80 )   PDF (1181KB) ( 248 )  

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图像盲去模糊是典型的图像和信号处理问题,其目的是从模糊图像中恢复出模糊核及清晰图像。在模糊核估计方面,以往的算法通常将模糊核尺度作为必要的输入参数,近年来有些算法虽然能较准确的估计参数化模糊核,但不能有效估计自然模糊图像中普遍存在的非参数化模糊核。文中利用图像梯度倒谱估计模糊核后再利用频谱分析以进一步精确的估计小尺寸模糊核的尺度。实验结果表明,文中提出的方法能适用于绝大多数场景下自然模糊图像的模糊核尺度估计。

基于智能算法的无人机航迹规划

岳秀,张伟

2019, 32(2):  9-13.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.003

摘要 ( 863 )   HTML ( 40 )   PDF (1065KB) ( 213 )  

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文中针对多无人机在复杂约束条件下编队协同、巡航范围内覆盖率高的问题,基于K-means算法和Hop-field神经网络算法实现了一种无人机整体航迹规划方法。对任务要求的禁飞区域、目标区域建立任务区域的数字地图模型,进行模型分解合理的将有效区域分解为多个子目标点。随后采用K-means算法对无人机巡航的目标点进行聚类,并结合Hop-field神经网络算法对同类子目标点进行无人机航迹规划。以无人机在抗震救灾中的真实数据为实例,通过仿真实现了巡航区域90%的覆盖率,验证了文中方法的鲁棒性和有效性。

基于LabVIEW的手术机器人虚拟仿真平台设计

郝嘉俊,王亚刚,马江涛

2019, 32(2):  14-19.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.004

摘要 ( 805 )   HTML ( 13 )   PDF (1875KB) ( 214 )  

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为了清晰地观察手术机器人的运动状态,文中提出了一种基于LabVIEW的3D虚拟仿真平台构建方法。该方法将图形化编程软件LabVIEW作为构建平台,结合SolidWorks机械建模、LabVIEW的GUI前面板、三维显示控件以及LabVIEW Robotics工具包搭建了可视化程度高、模型效果逼真的手术机器人3D虚拟仿真平台。针对文中设计里自主构建的从手机械臂和主手操作台,详细讲述了虚拟仿真平台的构建过程,并且使用算法实现了手术机器人在主从控制系统中的实时参数控制。最后结合MATLAB对手术机器人末端位置运动进行测试对比。测试结果表明轨迹路径一致,可以通过该方法实现对手术机器人的虚拟仿真平台构建。

稀土元素(Sm,Tm)掺杂ZnO的电学与光学性质

王岩,杨平

2019, 32(2):  20-24.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.005

摘要 ( 867 )   HTML ( 12 )   PDF (1410KB) ( 139 )  

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运用Materials Studio软件中的CASTEP子模块,借助第一性原理平面波超软赝势法,计算分析了稀土元素(Sm,Tm)掺杂ZnO前后的能带结构、态密度以及光学性质变化情况。计算结果表明,掺杂后体系的能带部分更加稠密,出现新的杂质能级,费米能级从价带顶处上移进入导带部分,出现载流子简并现象,形成简并半导体。掺杂体系显示出更强的金属性,呈现n型导电。同时定性分析了体系前后的光学吸收系数与介电函数的变化情况。

综合型精密制造技术实验教学平台研制与应用

姜晨,郝宇,姜臻禹,叶卉

2019, 32(2):  25-31.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.006

摘要 ( 345 )   HTML ( 5 )   PDF (1637KB) ( 69 )  

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为满足高等工程教育实验教学需要,需要建立综合型精密制造技术教学实验平台。文中搭建五轴联动运动台结构及其电控系统,设计了多种超精密抛光及测试子系统,包括气囊抛光子系统、磁射流加工子系统、超声振动辅助子系统、压痕子系统、材料硬度与表面检测子系统、材料亚表面损伤检测子系统,实现了多种加工与检测的教学实验功能。该综合型精密制造教学实验平台具有适用范围广、易组合扩展等特点,为“新工科”背景下高等工程教育实验教学改革和先进制造领域技术研究提供了良好的硬件平台。

高精度积分型电荷平衡式模数转换器

刘恋,魏榕山

2019, 32(2):  32-36.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.007

摘要 ( 563 )   HTML ( 6 )   PDF (1403KB) ( 151 )  

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文中提出了一个高精度积分型电荷平衡式模数转换器,它主要由开关电容积分器、比较器、计数器以及控制逻辑单元组成,主要应用于环境光传感器中。传统的双积分型模数转换器不能减小人工光源闪烁噪声的影响,且转换速度有限。新型转换器采用积分型电荷平衡式模数转换器结构,通过控制不同情况下积分器接入电路的电流的大小来改变模数转换器的量程,以此来提高整体电路的仿真速度和精度。Spectre仿真实验表明,电荷平衡式模数转换器的仿真精度可以达到16 bit,总体误差小于0.5%,仿真速度较传统结构有所提高。

GSC框架下的最小均方超声波束形成算法

骆英,吴强,秦云

2019, 32(2):  37-41.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.008

摘要 ( 566 )   HTML ( 6 )   PDF (1146KB) ( 81 )  

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针对传统超声信号幅度变迹方法中主瓣宽度较宽、空间分辨率较低的问题,提出了一种基于广义旁瓣相消器框架下的最小均方超声波束形成算法。该方法基于期望信号最小方差无失真准则,构造广义旁瓣相消器,将接收到的超声信号分解为自适应与非自适应上下两个部分:上支路保留期望信号与噪声信号,且期望信号无失真响应约束得到保证;下支路阻塞期望信号,只含有噪声。将两路信号进行维纳滤波,上下支路噪声得到抵消,期望信号被无失真输出。为了使该算法在硬件上易于实现,采用最小均方算法自适应迭代求取,并给出了FPGA的详细设计过程。仿真实验表明,采用该算法加权的得到的波束与传统幅度变迹方法相比,主瓣更窄,具有抑制干扰和噪声的能力,提高了超声成像的横向分辨率与对比度分辨率。

一种简化的火焰夹角计算方法及其遥测布站应用

庞岳峰,张越,张骞,马占顺

2019, 32(2):  42-46.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.009

摘要 ( 553 )   HTML ( 7 )   PDF (1111KB) ( 78 )  

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火箭尾焰造成的信号衰减是运载火箭设计及地面测量点位选择重点考虑的问题之一。针对遥测设备人员难以知悉目标飞行姿态参数,无法采用传统方法计算火焰夹角的问题,在推导测站位置、火焰夹角及火箭飞行过程俯仰角间数学关系的基础上,提出了一种采用空间两向量夹角余弦反算火焰夹角的方法并进行实测数据验证。简化方法不需要目标飞行姿态参数,与传统方法比较计算结果误差小于0.1°,满足设备布站分析的精度要求。在设备布站前,应用此方法对目标跟踪过程中的火焰夹角进行计算,进一步对火焰影响信号接收情况进行预估,提高了设备站址选择的合理性。

一种改进的字典学习方法在医疗疾病分析中的应用

骆冲,邬春学

2019, 32(2):  47-50.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.010

摘要 ( 370 )   HTML ( 5 )   PDF (1041KB) ( 72 )  

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针对传统字典学习算法忽略样本与字典原子之间关联信息及有限的训练集容易出现过拟合的现象,文中提出了通过加权机制及二范数约束的方法,建立样本与字典原子之间的权重关系,并对编码系数用二范数进行约束。采用留一交叉验证法在抑郁症数据集上比较了算法的精确度、灵敏度和错误率等指标。实验结果表明,改进的算法在医疗疾病分类中有良好的效果,分类精确度平均提高了21.87%,灵敏度和错误率等方面也有良好的表现。

基于卷积神经网络的少数民族头饰识别

李荣瑞,施霖,赵薇

2019, 32(2):  51-55.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.011

摘要 ( 486 )   HTML ( 12 )   PDF (1206KB) ( 85 )  

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传统头饰图片识别方法的特征点由研究人员手工提取,工作量大且准确率低,识别系统存在预处理步骤繁琐、样本要求高等缺点。针对上述问题,文中通过构建卷积神经网络从大量图片数据中自动学习头饰图片的深层特征。文中的CNN模型选用稀疏性较好的ReLU激活函数调整输出,利用反向传播算法(BP算法)优化网络参数,在训练得到的CNN模型后接Softmax分类器进行识别。实验结果表明,系统对头饰图片测试集的识别率达到96.25%,具有良好的识别准确率和识别效率。

基于繁忙因子的WSN自适应双簇头分簇算法研究

王康,邬春学

2019, 32(2):  56-60.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.012

摘要 ( 427 )   HTML ( 7 )   PDF (1087KB) ( 56 )  

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在WSN中,节点之间不平衡通信消耗大量能量,因此网络生存时间较短。为改善网络整体生存时间,提出一种基于网络繁忙因子的簇头自适应切换算法。首先,算法一次性选举双簇头,再根据网络实际情况自适应切换簇头。然后,在簇头选举完成后,节点通过当前簇头与基站通信,若当前簇头的能量低于门限值,则网络中的当前簇头将被切换到次级簇头,此时节点通过次级簇头与基站通信,从而降低节点能耗,减少节点的死亡率。双簇头切换机制缩短了整体通信距离,缓解簇头节点过早死亡,使网络生存时间增长。仿真结果表明,该算法通过缩短整体通信距离可显著降低整体网络的能量消耗,增加网络的生存时间。

基于动态频率补偿的LDO电路设计

牛刚刚,李威,刘文韬,翟亚红

2019, 32(2):  61-65.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.013

摘要 ( 825 )   HTML ( 19 )   PDF (1269KB) ( 184 )  

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文中提出了一种基于动态频率补偿技术的LDO电路。通过添加电压缓冲器,提高了LDO的环路增益和瞬态响应特性。该电路通过电流镜采样调整管电流,使主极点频率与第三极点频率随负载电流的改变而产生相同倍数的变化,克服了LDO零极点随负载变化而导致环路稳定性变差的问题。文中设计采用中电二十四所HC12.BJT工艺,利用Spectre仿真工具进行仿真,研究了不同负载电流下该LDO的频率特性及其稳定性问题。仿真结果表明,该电路在10 μA~100 mA负载电流的变化范围内,LDO环路的相位裕度保持在50°~70°之间,证明提出的LDO调整器具有良好的稳定性。

环境气氛对二维超薄ZnO纳米片紫外探测器性能的影响

赵爽,祝元坤,王现英

2019, 32(2):  66-69.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.014

摘要 ( 352 )   HTML ( 2 )   PDF (1194KB) ( 59 )  

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二维宽带隙半导体材料独特的纳米结构是高性能紫外光电探测器的潜在理想材料,但是在实际应用过程中,各种环境气氛可显著影响紫外光探测器件的性能。文中采用化学气相沉积方法制备超薄二维ZnO纳米片,并利用该纳米片制作了紫外光探测器件。将探测器件置于密闭系统中进行测试,排除了不同应用环境对测试结果的影响,同时重点研究了不同极性分子对二维超薄ZnO纳米片紫外探测器性能的影响。研究结果表明,在极性分子存在的条件下,ZnO纳米紫外光探测器的暗电流降低1.5~2倍,灵敏性和响应率提高了约1.5倍。

异步传感器网络随机事件捕获在线调度方案

余志祥,程宗毛,徐向华

2019, 32(2):  70-74.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.015

摘要 ( 393 )   HTML ( 6 )   PDF (1118KB) ( 70 )  

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针对已有异步传感器网络中依据随机事件的随机特性进行节点休眠调度离线问题,给出描述事件随机特性随机变量分布参数的Bayes估计。讨论了瞬时捕获概率、传感器捕获事件能量效率和分布参数的Bayes估计值之间的关系,得到了传感器休眠调度和分布参数Bayes估计值之间的关系式。由此得到了传感器节点在线实时调整的休眠周期调度方案。最后进行了在线调度方案和离线调度方案模拟实验,对相应结果进行了对比分析。实验结果表明相较于离线调度方案,在线调度方案具有更好的适应性。

基于LabVIEW和Modbus的蒸汽发生器半实物仿真

陈伟,王亚刚

2019, 32(2):  75-79.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.02.016

摘要 ( 490 )   HTML ( 11 )   PDF (1294KB) ( 69 )  

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蒸汽发生器是压水堆核电站最重要的部件之一,其运行状态关系到整个核电站的安全,因此蒸汽发生器的建模与仿真对核电事业的发展有着重要的意义。文中针对压水堆核电站U型蒸汽发生器进行半实物仿真。通过分析U型蒸汽发生器的结构特点与运行原理,运用模块化建模的方法,对蒸汽发生器进行分块建模,并且将仿真数据存储于控制系统中。在LabVIEW软件中根据压水堆核电站蒸汽发生器的划分控制体的数学模型建立仿真模型,采用Modbus协议实现上位机仿真程序与实物端UW500集散系统的数据交互,以进行关键仿真数据采集。半实物仿真模型正确模拟了蒸汽发生器的运行,展现了蒸汽发生器一、二回路的热工参数变化,并在集散系统中存储记录。半实物仿真模型不仅可以用于不同工况的测试研究,也可以作为核电研究的教学展示。