酉空时码的成对差错概率及其Chernoff界

相对于经典空时码,酉空时码是一种无需信道状态信息的适合高速移动环境的空时码,对提高和改善无线通信有效性和可靠性具有重要意义.成对差错概率是衡量通信系统可靠性的一个重要参数,然而,现有文献中只给出了成对差错概率的最终结果,并利用不等式放大得到Chernoff界,方法不具一般性.文中根据二元检测的一般思路,从以两个发射符号为条件的接收符号概率密度函数的对数似然比出发,利用矩生成函数得到酉空时码成对差错概率准确值的留数表达式及其Chernoff界.通过计算机实验,对所提出方法性能进行仿真比较,对酉空时码成对差错概率的Chernoff界进行了验证.     

矩独立的基本变量重要性测度及其概率密度演化解法

为有效分析基本变量对可靠性分析中失效概率的影响程度,提出了一种矩独立的基本变量对系统失效概率的重要性测度指标η,分析了其相应性质,并给出了性质的证明.在此基础上,比较了基本变量对系统失效概率与基本变量对响应量分布密度的重要性测度,并建立了求解2种矩独立基本变量重要性测度的概率密度演化方法,有效地解决了求解2种矩独立基本变量重要性测度在计算上的困难.采用所建立的重要性测度概率密度演化方法,求解了数值算例和具体工程中基本变量对功能响应函数分布密度和失效概率的重要性测度指标,结果证明所提重要性测度可以从输入变量随机取值的分布密度角度衡量基本变量对失效概率影响的程度,同时,计算结果也表明采用所建立的求解重要性测度的密度演化方法是高效可行的.     

基于鞍点估计的结构系统可靠性分析方法研究

利用鞍点概率估计可以直接逼近非正态变量空间中单个线性功能函数概率分布的特点, 提出了三种基于鞍点概率估计的系统多模式可靠性分析方法. 其一是基于鞍点估计的近似边界理论, 该方法首先采用鞍点概率估计方法得到各失效模式的失效概率和等价正态可靠度指标, 然后利用边界理论近似得到系统失效概率的上下界限; 其二是基于鞍点估计的Nataf分布逼近法, 该方法首先采用鞍点估计得到各失效模式响应量的概率密度函数及近似线性化功能函数的相关系数, 然后根据Nataf分布来逼近结构系统响应的联合概率密度函数, 进而利用直接数字模拟法来求得结构系统的失效概率; 其三是鞍点线抽样方法, 该方法首先通过变量的线性标准化变换来消除变量的量纲, 然后在标准化的变量空间中利用线抽样方法的样本点将系统失效概率转化为一系列线性响应功能函数失效概率平均值的形式, 再采用鞍点概率估计方法直接估计非正态变量标准化空间中这一系列线性响应功能函数的失效概率. 通过比较三种方法的基本思想、实现过程和算例结果可以发现: (1) 第一种方法只能给出多模式系统失效概率的界限, 并且只适用于线性程度较好的功能函数的情况; (2) 第二种方法可给出系统失效概率的确定值, 这种方法的误差主要来源于Nataf分布对多模式系统响应量联合概率密度函数的近似, 还来源于每个失效模式极限状态函数的非线性程度, 第二种方法也只适用于线性化程度较好的功能函数; (3) 第三种方法给出的是多模式系统失效概率的估计值, 该估计值随样本点数的增加而趋于真值, 并且该方法可以考虑功能函数的非线性对失效概率的影响, 因此方法三是适用范围最广的一种方法.     

高速可压缩流动壁函数边界条件的改进与应用

为发展适用于高速流动的壁函数边界条件以降低摩阻和热流模拟时的网格相关性，针对Nichols等人提出的可压缩壁函数边界条件开展了改进研究．首先，通过数值试验修正了可压缩速度壁面律的参数取值·9其次，基于数值试验和理论分析，对温度壁面律的表达式进行了修正；最后，推导了近壁区的热传导项表达式，更准确地实现了壁函数边界条件与CFD程序的耦合．之后，对修正的可压缩壁函数边界条件开展了应用研究．对超声速平板湍流边界层的模拟结果表明：壁函数在壁面法向第1层网格y＋〈400时均能给出准确的壁面热流密度和摩擦系数值，且在稀网格下也可得到合理的边界层速度型、温度型以及湍流涡黏性系数分布；数值实验表明对原始壁函数的修正显著提高了热流密度和摩擦系数的模拟精度．对包含分离流动的超声速凹槽和高超声速轴对称压缩拐角算例的数值模拟发现：基于充分发展的附着湍流边界层理论建立的可压缩速度壁面律对分离区内部近壁区仍然近似适用，可保证分离区内部给出可靠的摩擦系数和热流密度；而对于分离／再附点附近，壁函数的模拟精度相对较差，其原因在于分离／再附点附近的真实速度型与壁函数中速度壁面律形式出现明显差别．     

模糊随机可靠性分析中不确定性传递的鞍点线抽样方法

对于同时存在随机基本变量和模糊基本变量的结构系统,研究了模糊和随机两种基本变量的不确定性向结构响应性能的传递问题,提出了一种结构安全度量的模糊可靠度隶属函数求解的鞍点线抽样方法.所提方法首先按照模糊基本变量的隶属函数求得给定隶属水平下模糊基本变量的取值域.然后在与给定的隶属水平对应的模糊基本变量取值区域内,利用鞍点线抽样方法求得随机基本变量空间内结构响应量满足安全要求的可靠度值的上、下界,进而将基本变量的模糊和随机不确定性传递到结构的安全度量,得到模糊可靠度的隶属函数.与模糊随机不确定性传递的直接MonteCarlo法相比,所提方法可以在保证计算精度的同时大幅度提高计算效率.与已有的模糊随机不确定性传递的转化法相比,所提方法具有更广的适用范围,它对随机基本变量的分布型式及结构响应量的解析表达式均没有限制,并且所提方法未对响应量的表达式作任何近似,因而比转化法具有更高的精度.另外所提方法可以容易地处理结构响应中模糊基本变量与随机基本变量具有交叉项的情况.所提方法的优点将由文中算例进行验证.     

采用伪梯形隶属函数的一类模糊控制器的结构分析

推导了采用伪梯形隶属函数的一类双输入单出模糊控制器的解析表达式。在此基础上对模糊控制器进行了结构分析,证明了这一类模糊控制器相当于一个全局二维多值继电器和局部线性或非线性的ＰＩ或ＰＤ控制器的合,并且这类模糊控制器的输出是输入的连续不减函数。     

澳门友谊大桥“鹦鹉”台风的湍流特性实测和分析

为了探索、了解登陆台风强风过程的湍流特性和空间相关特性,利用设置在澳门友谊大桥主跨桥中相距30m的两台三维超声测风仪实测的"鹦鹉"台风过程数据,在数据可靠性、代表性判别基础上,采用谱分析、数值模拟和统计等方法,重点分析了"鹦鹉"台风过程的强风时段的平均风速和风向特征、湍流强度、湍流积分尺度、湍流功率能谱、空间相关系数和相干函数等.实测数据分析发现:(1)同步观测的两台测风仪获取的台风过程平均和湍流风特性变化均具有很好的一致性,台风的过程风速呈"M"型双峰分布,大于8级强风的风向转换了122°方位角;(2)台风眼壁强风区纵、横和垂直向湍流强度之比为1:0.96:0.36,与规范推荐的1:0.88:0.5相比,横向湍强更大,垂直向湍强较小;(3)台风眼壁强风区积分尺度增大,"鹦鹉"表现在其中心经过前的强风区湍流积分尺度是非台风风况的2倍左右;(4)脉动风空间相关性、相干函数曲线和衰减系数在台风过程的不同时刻存在显著差异,台风眼壁强风区水平向脉动风的空间相关性较强,水平空间相关谱随频率的衰减速度较慢,相干函数的衰减拟合系数C值最小为4.67,小于规范下限值;台风中心经过时刻衰减系数最大为27.75,也较规范给出的上限值大.上述"鹦鹉"的强风特征参数,部分地表征了台风强风的湍流和空间相关特性.     

沿海高层建筑玻璃幕墙风致应力现场实测研究

沿海地区受台风的影响,高层建筑玻璃幕墙容易发生破坏.目前关于玻璃幕墙抗风性能的各种研究方法都具有一定的局限性.在台风登陆时,受大气压变化、温度变化和暴雨的冲击作用的影响幕墙整体会发生振动和变形,使得幕墙玻璃实际的应变和应力分布情况与模型试验和风洞试验的情况大不相同.本文对厦门沿海某高层建筑的玻璃幕墙进行了现场实测研究,获得了台风登陆过程中幕墙玻璃表面的风压情况及大量风致应力数据,并分析了幕墙玻璃上的风压与应力或应变的关系,总结了应力分布情况.     

频率相关的电力系统网络等值新方法

针对实际大电力系统电磁暂态仿真耗时长问,本文出了一种频率关外部系统等值新方法,以加快电磁暂态仿真速度.该方法从外部系统端口纳混合矩阵出发,设计有效算法把端口纳混合矩阵函数行列式直接转成端口纳多项式;进而出了分步求解措施,实现对实际大系统端口纳多项式函数求解.在此基础上,对二端口网络纳函数重根特点进行了研究,了应命;基于此命及留数定理,把由端口纳函数行列式转化而纳多项式函数进一步化成纳有理函数式,基于此有理函数式而简化系统,作为外部系统等值系统.本文算法计算复杂性与外部系统节点数具有近似性关系,对于其他方法而言,具有比较快计算速度.因外部系统混合矩阵包含了外部系统所有信息,故本文方法所端口纳有理函数式,能够反应外部系统全频域特性,而具有很高等值精度.此外,由于本文方法求有理函数式即为稳定无源网络传递函数,因而不会出现不稳定极点情况.文中多个算例及与其他方法比较证实了本文方法有效性.     

非正态变量情况下结构可靠性分析的条件概率马尔可夫链模拟方法

基于对失效域样本的高效马尔可夫链模拟方法和鞍点估计法,提出了一种可快速分析高维小失效概率情况下含非正态变量的非线性极限状态函数的可靠性方法.所提方法在非正态空间中,将所求失效概率转化为线性极限状态函数的失效概率与一个特征比例因子的乘积.线性极限状态函数是通过马尔可夫链模拟非线性极限状态函数失效域中的样本而获得的,它与非线性极限状态函数具有近似相同的设计点.而概率论中的乘法定理是获取特征比例因子的理论依据,它反映了非线性极限状态函数失效概率与线性极限状态函数失效概率的关系.线性极限状态函数的失效概率可以由鞍点估计法求得,而特征比例因子可以由马尔可夫链快速模拟线性与非线性失效域中的样本而近似算得.定性分析和定量的算例对比分析表明,所提算法具有较广的适用范围,并且它的实现过程较为简单,计算精度和效率均较高.     

一种考虑飞行轨迹不确定性的碰撞风险评估方法

随着交通工具智能化与无人化的发展,交通系统的自动化管理成为一个必然趋势.而对于交通自动化管理系统,准确评估碰撞风险从而保证交通安全是一项关键技术.本文提出了一种基于碰撞概率计算的碰撞风险评估方法,以碰撞概率作为安全评估指标,帮助智能交通系统对碰撞风险进行精确控制.对具有不确定性的飞行轨迹之间的碰撞概率进行计算主要分为三个步骤,即数据预处理、建模与离散化、概率计算.首先,对飞行轨迹数据转换到相同的坐标系中,并且进行时间一致性处理.然后,根据插值间隔时间将飞行轨迹离散化成多个小段,在每个轨迹点上建立不确定性包围盒,并按照选定的安全距离分解成多个单元体.最后,使用离散化的包围盒模型计算瞬间状态碰撞概率作为对应离散时间段的碰撞概率,并根据条件概率公式进一步得到整个飞行时段的碰撞概率.理论分析与数值仿真结果表明该算法对插值间隔时间具有收敛性,并对安全距离的意义及其对碰撞概率计算结果的影响进行了分析.本文所提出的碰撞风险评估方法具有非常广阔的应用场景,只要选取合适的安全距离,该方法可以应用于各种对象类型的交通管理决策支持工具中,如航空宇航飞行器、地面无人驾驶车辆和自主式水下航行器,以实现对碰撞风险的精确控制.     

基于极值理论的北京市极端降水概率分布研究

以北京市作为研究区域,基于极值理论分析北京市降水极值的概率统计特征,探索不同极值分布在北京市降水极值研究中的适用性.选择北京市45个雨量站的1960~2012年汛期逐日降水数据,基于年最大值法和超门限阈值法(百分位法)筛选降水极值样本序列(AM和POT序列).利用广义极值分布(GEV)和广义Pareto分布(GPD)拟合两组样本序列,采用L矩法估计两种分布函数的拟合参数.基于Kolmogorov-Smirnov检验结果确定最优拟合分布函数,并根据最优拟合分布函数推求不同重现期水平下的降水量.结果表明:(1)除半壁店和沿河城外,AM序列的均值大于POT序列,所有站点AM序列的最小值小于POT序列;(2)GEV分布在AM序列的最优拟合分布函数中占优(40个站点,占全部站点的88.9%),而GEV和GPD分布均可用于POT序列降水极值的拟合,其中GPD分布的拟合结果较好(38个站点,占比为84.4%);(3)两种序列得到的不同重现期水平的降水量空间分布基本相似,总体上利用AM序列推求不同重现期水平下的降水量略大于POT序列,即基于AM序列推算一定重现期水平下的降水极值更有利于规避风险.     

光纤Bragg光栅的复合孤子

基于耦合模式方程，描述了单个孤子和复合孤子的特性。结合仿真指出3个主要参数无因次群速度、归一化频率和光栅强度对形成的孤子特性的影响。提出新型的光栅复用的并联与串联设计，并联光栅可以产生线性叠加复合孤子，串联光栅产生非线性叠加复合孤子，并得到两个通用表达式。从理论上证明复合光栅孤子作为光通信信号具有优越性和灵活性。     

参数不确定情况下结构系统重要性分析

为分析随机变量分布参数的主观不确定性对结构系统安全性能的贡献,建立了分布参数主观不确定性对结构系统功能函数和可靠度指标基于方差的重要性测度模型.通过对功能函数的各阶矩进行一阶泰勒展开,将局部参数灵敏度的计算和重要性测度的计算联系起来,并利用功能函数的各阶矩来近似结构系统的可靠度指标,从而建立主观不确定性参数对功能函数和可靠度指标影响的重要性测度求解方法.通过对数值算例和工程算例的分析,对比说明了文中方法在保证计算精度的条件下具有高效性,同时计算结果也提供了减小结构系统输出响应变异性和提高结构系统可靠性的途径.     

计算机网络病毒传播的概率模型

研究网络拓扑对病毒传播的影响.提出在双星图上计算固定概率(病毒成功蔓延整个网络的概率)的教值方法,并成功将其转化为求解线性方程组的问题.通过仿真发现:1)双星网络越不平衡,病毒越容易在其中蔓延;2)让网络规模趋于无穷大,固定概率收敛.固定概率还可以简单地作为判断双星网络是否安全可信的参考指标.     

不同下垫面的热带气旋强风阵风系数研究

利用设置在近海海上和海岸上的3个观测塔共同获取的一个强台风过程数据以及3个观测塔1个年度的梯度风实测资料,对观测塔不同方位的下垫面进行分类并定量计算出塔周边不同下垫面的粗糙长度参数,在对强台风＂黑格比＂的强风数据代表性判别和样本筛选的基础上,分析了不同下垫面的热带气旋强风阵风系数变化特征,发现以下观测事实和变化规律：1）依据实测风资料,采用对数风廓线法给出的中性大气层结条件下的粗糙长度参数,能够客观刻画出下垫面的细微变化;2）台风强风阵风系数不随风速大小产生趋势变化,但在粗糙下垫面上会产生很大的变幅,这对工程结构的设计取值将产生重要影响;3）阵风系数的高度变化呈幂指数或对数律分布,幂指数法可更好地拟合较光滑下垫面的近地层阵风系数廓线,对粗糙下垫面对数律拟合效果略好;4）对实测数据的分析还发现,阵风系数与其下垫面粗糙长度之间可用幂指数或线性方程来描述;5）本观测个例的阵风系数与WMO的推荐值存在差异——粗糙下垫面的离岸风阵风系数比WMO推荐值大,而来自光滑下垫面的离海风阵风系数则小于WMO的推荐值.     

对边简支平面自由振动的辛弹性动力学解法

在Hamilton辛对偶力学体系下,给出了求解一对边简支平面自由振动问题精确解的一般方法,并用该方法求得了一对边简支另一对边固支的矩形平面自由振动问题的精确解.首先用空间变量分离方法,求解矩形域平面自由振动问题的Hamilton正则方程,得到两个坐标方向的本征值关系;再利用Hamilton算子矩阵本征向量之间的共轭辛正交关系,得到广义振型函数向量的一般表达式;最后引入边界条件确定了两个空间本征值、频率方程和广义振型函数向量;讨论了固有振动频率与空间本征值的对应关系.把辛对偶方法和经典方法进行了比较,结果说明了本文方法的正确性和普适性.     

各向异性开孔弹性泡沫的压缩大变形分析与模拟

通过将规则Kelvin模型沿某一方向伸长,而保持与其垂直方向的原有尺寸不变,得到了结构各向异性的胞体模型;然后,利用其在整个空间具有的周期性和对称性得到了简化后的周期性结构单元,并类似于已有文献中的做法,采用半支柱求解单元和弹性挠曲理论来分析其力学行为,获得了沿胞体伸长以及垂直于胞体伸长两个不同方向上的应力、应变的理论表达式和相应的压缩应力-应变曲线;并且,利用有限元模拟方法对上述理论预测结果进行了验证.结果表明:在应变不太大时,理论预测与有限元数值模拟结果非常接近,证明了理论分析的有效性;各向异性比对泡沫材料的力学性能影响显著,随着各向异性比的增加,在相同应变下,压缩应力在胞体伸长方向得到提高,而在垂直于胞体伸长方向则表现为下降.     

厚壁筒受任意二次函数分布压力之解及圆筒无限长时的极限

构造一个新应力函数, 推出了厚壁筒受任意二次函数分布压力之解析解, 为求解厚壁筒受任意分布压力作用的空间轴对称变形问题打下了基础.     

腔内倍频的四能级固体激光器理论

在腔内倍频的连续激光器速率方程中考虑抽运光束、反转粒子数密度以及腔内基频和倍频光子数密度的空间分布, 通过归一化相关参量显示出该速率方程的解依赖于3个无量纲综合参量, 这3个参量为: 抽运光束与激光光束截面比、归一化的抽运水平及一个与倍频晶体倍频能力有关的参量η_SHG. 通过数值求解该速率方程, 得到了一组关于方程的通解与3个综合参量之间关系的普适曲线. 同时确定了最佳抽运光束与激光光束截面比以及最佳η_SHG, 还与平面波近似下获得的结果进行了比较.