最新刊期
      2023 年 第 62 卷 5 期

        优化技术专栏

      • SHA Xingyu,ZHANG Jiaqi,YOU Keyou
        2023, 62(5): 1-23. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023A023
          
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        发布时间：2023-11-07
      • ZHANG Zhiyuan,ZHU Xuening
        2023, 62(5): 24-37. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023A027
          
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        发布时间：2023-11-07
      • HUANG Yu,HUANG Longbo
        2023, 62(5): 38-49. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023A022
          
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        发布时间：2023-11-07
      • 杨在,吴训蒙,徐宗本
        2023, 62(5): 50-58. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023A040
        摘要：谱压缩感知研究有限样本下谱稀疏信号及其连续频率参数的恢复问题，是经典的信号频谱分析问题的拓展，在阵列与雷达信号处理和无线通信等信息技术领域中有着广泛应用. 谱压缩感知的经典方法和本世纪诞生的凸松弛方法由于适用范围、估计精度或算法速度的制约，无法满足当下5G和未来6G无线通信等技术对于高精度、高速度的迫切需求. 近期，一系列基于结构低秩矩阵的非凸优化模型被提出，这些模型通过精确刻画谱稀疏信号的几何结构，将具有严重非凸性的原参数域优化问题等价刻画为信号域中的结构低秩矩阵恢复问题，为谱压缩感知问题提供了全新的求解思路，带来了算法精度的本质提升. 本文系统性地综述了已有关于单通道、多通道和恒模这三类常见谱稀疏信号的结构低秩矩阵恢复模型和求解算法，分析了这些模型的共同点和差异性，并对未来可能的研究方向进行了展望.  
        关键词：谱压缩感知;频谱分析;结构低秩矩阵恢复;非凸优化   
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        发布时间：2023-11-07
      • 包承龙,韦福超
        2023, 62(5): 59-66. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023A035
        摘要：Anderson混合是一种经典的外推方法，它能利用历史迭代信息加速定点迭代的收敛，在科学计算和机器学习中得到了成功的应用. 由于Anderson混合在实践中经常表现出优越的数值性能，在各类应用中围绕Anderson混合的算法设计和理论分析成为近几年的研究热点. 本文综述关于Anderson混合的研究进展，重点介绍基于Anderson混合的新算法.  
        关键词：Anderson混合;定点迭代;Krylov子空间方法;拟Newton法   
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        发布时间：2023-11-07

        研究论文

      • 王卓霖,江俊扬,杨耿超,姚清河,蒋子超,张仪
        2023, 62(5): 67-77. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2022A064
        摘要：在无网格法中，移动粒子半隐式方法（MPS）利用流体的不可压性构造泊松方程，在获得了压力求解准确性的同时也带来了巨大的计算量，导致其不适合实现大规模流体模拟. 针对上述问题提出新型算法NN-MPS，将泊松方程的求解转化为利用神经网络求解回归问题. NN-MPS算法通过构建每一步的流场特征与压力的预测模型，实现泊松方程的快速求解. 本文进一步将基于NN-MPS算法的泊松方程求解过程移植到Atlas 200 DK上，实现边缘侧加速求解泊松方程. 本文采用多种溃坝模型进行数值实验，结果表明，本文的MPS加速方法具有低成本、高速度且较少精度损失的特点，求解速度实现了一定的提升. 本文同时也验证了边缘计算设备在计算流体力学领域应用的可行性.  
        关键词：边缘计算;神经网络;NN-MPS;计算流体力学   
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        发布时间：2023-11-07
      • 王德亮,刘济科,刘广
        2023, 62(5): 78-84. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023A001
        摘要：增量谐波平衡法（IHB法）是研究强非线性振动系统的一种半数值半解析方法，然而已有研究表明，在求解含多重解的系统时该方法的收敛性强烈地依赖于初值的选择。Tikhonov正则化常被用于优化问题中来解决可能出现的病态问题。文章通过在原始的IHB法中引入Tikhonov正则化，提出一种改进的IHB法（TIHB法）来求解具有多重解的Mathieu-Duffing系统。结果表明，改进的TIHB法可以快速、高效地获得系统的多个稳定或不稳定解，且算法的收敛性能要远远优于原始的IHB法。  
        关键词：非线性振动;IHB法;Tikhonov正则化;多重解   
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        发布时间：2023-11-07
      • 卢浩宇,庄宏成,陈曾平,庞高昆
        2023, 62(5): 85-91. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B006
        摘要：随着无线网络密集化、网络覆盖容量日益立体化，传统的自组织网络（SON，self-organizing network）技术愈发不能保障网络优化的稳定性。针对无线网络由于干扰、受障碍物遮挡等导致的弱覆盖问题，提出了基于栅格化的智能超表面（RIS，reconfigurable intelligent surface）辅助覆盖优化的方法。建模弱覆盖问题为最大化覆盖问题区域的接收信号强度，其优化变量为RIS的部署位置、入射角和相位。针对优化问题的解耦处理难以获得最优解，通过覆盖问题区域栅格化确定RIS反射角集合，提出了快速获得最优RIS相位的算法，大大简化了原优化问题的求解。  
        关键词：智能超表面;自组织网络;毫米波;覆盖优化   
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        发布时间：2023-11-07
      • 韦仲爽,侯巍,赵彦,郑寿森,付青
        2023, 62(5): 92-100. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B012
        摘要：电池的荷电状态（SoC，state of charge）是锂离子电池最基本的参数之一，不能直接测量得到。本文基于二阶Thevenin模型对磷酸铁锂电池进行建模分析，通过混合脉冲功率特性（HPPC，hybrid pulse power characteristic）实验对不同SoC处的模型参数进行识别。基于MATLAB/Simulink平台，搭建了变参数二阶Thevenin模型与扩展卡尔曼滤波（EKF，extended Kalman filter）算法相结合的估算系统。仿真结果表明，估算系统在不同工况下的仿真误差不超过2.5%，为锂离子电池管理系统的搭建提供了支持。  
        关键词：磷酸铁锂电池;荷电状态;二阶Thevenin电路模型;参数识别;扩展卡尔曼滤波算法   
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        发布时间：2023-11-07
      • 宋海利,黄荣
        2023, 62(5): 101-106. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B021
        摘要：通过脉冲激光沉积方法沿着SrTiO3 衬底（001）方向生长了SrTiO3/SrTiO3（001）同质外延薄膜，薄膜退火前为导电状态，在氧气气氛中退火后变为绝缘态。运用环形高角暗场像、环形明场像和能量损失谱等多种先进的球差校正透射电镜技术，从原子尺度分析薄膜表面和界面处的原子占位、电子结构以及氧空位等。研究发现，退火前薄膜表面存在TiOx（1<x<2）重构层，退火后重构层仍然存在，但Ti的价态有所升高。同时，通过原子分辨率的能量损失谱分析对比了退火前后Ti和O的价态变化，发现：退火前薄膜表面和界面附近存在氧空位，薄膜表面的氧空位更多，退火后氧空位消失。因此，对于SrTiO3/SrTiO3同质薄膜来说，薄膜导电的起源主要为薄膜表面和界面附近氧空位的共同作用。  
        关键词：钙钛矿氧化物;球差校正透射电镜;电子能量损失谱;氧空位   
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        发布时间：2023-11-07
      • 罗仁宇,李奇志,黄云进,杨耿超,余毛毛,祖公博,姚清河
        2023, 62(5): 107-114. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B020
        摘要：基于穗莞深城际轨道项目，采用离散单元法对基坑深层岩体爆破过程进行数值模拟，并对周围地面影响加以安全性分析。首先，验证了PFC模拟爆破的合理性；随后通过单轴压缩试验，得到了合理的地质细观参数；并建立二维基坑模型，从不同初始应力、不同埋深以及是否存在预裂缝三个角度对地面扰动的影响进行了研究。结果表明：初始应力越大，对应的地面速度也越大；地面速度随炸药埋深的变化曲线呈上抛物线形状；预裂缝的存在可以有效减缓地面峰值速度，可达13%。  
        关键词：基坑爆破;PFC;爆破应力波;速度监测;预裂缝   
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        发布时间：2023-11-07
      • 廖逸枭,郑敏,章录兴,余发源,段焰辉
        2023, 62(5): 115-127. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2022E047
        摘要：分布式电推进飞行器通过机翼前缘规律分布的螺旋桨滑流作用改善飞行器的升阻特性。本文采用类X-57的分布式电推进机翼构型，通过等效盘方法研究了分布式螺旋桨倾转对机翼气动特性的影响。介绍了等效盘方法，并用实验数据和CFD计算数据对其进行验证。对比了在不同来流迎角下起降构型在有无滑流影响下的升阻力特性。分别对机翼起降构型分析了螺旋桨倾转角度对机翼气动性能的影响。结果表明，螺旋桨倾转改变了滑流对机翼的实际迎角和推力方向，当实际迎角减小时，机翼的气动升力系数也随之减小，但是倾转导致的螺旋桨推力在升力方向上的分量提高了机翼的有效升力系数；在5.5°迎角下，对于起飞构型，螺旋桨倾转角为20.18°时获得最大有效升力系数，约为2.445 1，对于降落构型，螺旋桨倾转角为23.83°获得最大有效升力系数，约为3.628 8。  
        关键词：分布式电推进;等效盘;螺旋桨倾转;有效升力系数   
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        发布时间：2023-11-07
      • 陈信君,吕中荣,汪利
        2023, 62(5): 128-135. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2022E053
        摘要：实际工程应用中，位移测量通常需要设置参考点，导致大型结构的位移难以直接测量。为此，本文提出了一种基于加速度信号分解和正则化的位移重构新方法，直接利用易获取（无需参考点）、精度高的加速度数据来恢复结构的位移信息。首先，建立位移与加速度的离散线性方程，直接求解该方程得出，位移是加速度的二重积分。但由于直接积分对低频噪声十分敏感，导致出现低频漂移现象。因此在离散线性方程的基础上引入Tikhonov正则化，克服求解中的病态性，解决低频漂移问题。为了提高位移重构精度，还发展了基于重叠窗的位移重构方案，每个窗的区间长度应取信号主频周期的3倍左右。研究发现，该方法适合于单一主频（或窄频）加速度的位移重构，对宽频位移重构通常效果较差。为了提高宽频位移重构精度，本文进一步提出有限带宽信号分解方法，将宽频加速度信号分解为若干窄频信号，然后，利用正则化方法对每个窄频信号进行高精度的位移重构。最后，数值和实验算例结果表明，所提方法确实能从宽频加速度信号中准确重构出结构的位移响应。  
        关键词：宽频位移重构;低频漂移;有限带宽信号分解;正则化   
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        发布时间：2023-11-07
      • 张栏,蒋子超,陈玉惠,张仪,杨耿超,姚清河
        2023, 62(5): 136-144. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023D008
        摘要：从间断解充分发展的黏弹性流体Rayleigh-Bénard（RB）热对流具备不同流态的时间信息和发展过程的流态变换，研究该问题对阐明Phan-Thien-Tanner（PTT）型黏弹性流体RB热对流的流动机理具有重要意义。本文首次采用二阶迎风型总变差不增差分格式对PTT型黏弹性流体的RB热对流进行了数值模拟，并基于与解析解的对比论证了该数值方法在空间离散上的收敛性与二阶精度。数值结果表明，本文的数值方法可模拟自间断初始场演化的PTT型黏弹性流体RB热对流，此外，本文还对该流动发展到稳态周期解的瞬态流动现象作了基本阐释，流动现象与从先验速度场发展的流动现象一致。  
        关键词：间断解;总变差不增格式;黏弹性流体;Phan-Thien-Tanner模型;Rayleigh-Bénard对流   
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        发布时间：2023-11-07
      • 宋浪,柴少波,宋博阳,柴连增,杜宇翔
        2023, 62(5): 145-156. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023D007
        摘要：充填节理特性是影响节理岩体工程安全稳定性的重要因素。为研究充填节理特性对岩石静态压缩力学及变形特性的影响，基于充填节理岩石室内静态单轴压缩试验结果，采用颗粒流数值模拟的方法研究不同节理倾角、多条节理数以及不同节理厚度情况下充填节理岩石的力学参数变化规律、微裂纹发育状况和最终破坏形态特点。结果表明：峰值应力和弹性模量随着充填节理倾角的增大呈现出U型变化趋势、随着充填节理厚度的增加而不断降低，且弹性模量降低速度逐渐变缓。随着充填节理倾角的增大，起裂应力和微裂纹总数量出现先减小后增大的变化趋势，微裂纹总数量随着充填节理厚度的增加而不断增加。节理倾角改变会严重影响充填节理岩石微裂纹的发育状况和最终破坏形态；当节理倾角较大且含有多条充填节理时岩样会发生明显的滑移破坏，充填节理岩石整体稳定性较差、破坏程度严重。  
        关键词：充填节理;节理特性;颗粒流模拟;力学特性;裂纹演化   
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        发布时间：2023-11-07
      • 林泽群,吴海鸥,杨振华,张智,王大刚
        2023, 62(5): 157-170. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023D002
        摘要：热带气旋降水的时空分布和变化对受灾地区具有重要影响，而目前鲜有关于短时热带气旋降水及其时空分布特征的研究。本文利用高时空分辨率的降水产品数据CMFD，基于基尼系数、空间基尼系数和线性回归方法，对1979—2018年影响我国的热带气旋降水时空分布特征及其变化趋势进行研究，结果表明：1） 热带气旋年影响频次和年降水量在空间上均表现出从东南向西北减少的规律；在趋势上，影响频次在我国东南大部分地区表现为显著下降，而年降水量则表现出明显的空间差异性。2） 热带气旋降水时长呈现出减少的趋势，导致降水强度和降水集中度增加，表明热带气旋会带来更强和在时间分布上更加集中的降水。3） 四场热带气旋事件分析的结果表明，中心路径200 km范围内为主要降水区域；在800 km范围内，降水随距离的增加在时间分布上更加集中。  
        关键词：热带气旋降水;降水集中度;基尼系数;时空变化特征   
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        发布时间：2023-11-07
      • 崔寅平,晋银保,张娟,沈傲,吴蒙,谭浩波,刘一鸣,卢骁,樊琦
        2023, 62(5): 171-180. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2022D055
        摘要：基于WRF中尺度数值预报模式和HYSPLIT后向轨迹模式对2017年11月10~11日发生在广东省佛山市的一次局地雾天气过程及其水汽来源进行高分辨率的数值模拟研究。WRF模拟结果表明：本次雾是一次典型的辐射雾过程；晴朗夜晚地面长波辐射冷却降温使得区域范围内水汽聚集并凝结产生相变，同时夜间存在逆温层以及局地低于1 m/s的静小风促进了此次雾过程的发展；垂直方向上温度和水汽含量的变化较为一致，揭示了近地面雾层的垂直发展情况。进一步利用WRF高分辨率模拟结果驱动HYSPLIT后向轨迹模式对此次雾天气过程的水汽来源进行分析发现：除本地水汽凝结相变外，佛山市辖区内珠江流域水汽的输送对本次雾天气有促进作用。  
        关键词：WRF模式;长波辐射冷却;水汽条件;HYSPLIT   
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      • 董艳秋,赵雄,白旭玲,王凯民,董雪艳,樊瑞峰,孙蔚青,马钰璐
        2023, 62(5): 181-186. DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023C001
        摘要：在溶剂热条件下，用三羧酸衍生物5-（（4-羧基苄基）氨基）间苯二甲酸（H3L）和4，4'-二甲基-2，2'-联吡啶（dbpy） 作为混合配体与Cd（Ⅱ）构建出具有荧光性质的配位聚合物，即［Cd2（L）（dbpy）2（HCOO）（H2O）］·2H2O （CP 1）。通过X射线单晶衍射、X射线粉末衍射和热重分析对其进行表征，结果表明CP 1是一个双核二维层状结构。此外，CP 1 具有良好的荧光性，能够对水溶液中的六价铬含氧酸根离子（Cr2O72-和CrO42-）实现选择的荧光猝灭检测。  
        关键词：配位聚合物;荧光传感器;六价铬含氧酸根离子;重铬酸根检测;铬酸根检测   
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