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微流控的系统级设计

光学精密工程 2013年第12期21卷 3141-3151页

作者：苑伟政焦文龙常洪龙西北工业大学陕西省微/纳米系统重点实验室西北工业大学空天微/纳系统教育部重点实验室

微流控设计技术对于提高微流控设计效率,降低研发成本具有重要意义。微流控设计技术中的系统级建模与仿真是实现微流控快速设计、优化、验证的重要方法。本文首先对微流控设计的原理和方法做了简要介绍。在此基础之上,重点论述了微流控... 详细信息

微流控设计技术对于提高微流控设计效率,降低研发成本具有重要意义。微流控设计技术中的系统级建模与仿真是实现微流控快速设计、优化、验证的重要方法。本文首先对微流控设计的原理和方法做了简要介绍。在此基础之上,重点论述了微流控系统级设计中的两种主要方法——节点分析法和等效电路法,对两种方法的建模与仿真理论进行了分析,并总结了两种方法近十年来在国内外的研究发展概况和最新进展。最后,分析总结了这两种方法的优缺点,并对微流控系统级设计技术进行了总结与展望,指出微流控系统级建模与仿真技术在解决大规模、复杂性、多功能微流控系统的设计方面有巨大的优势。

关键词：微流控技术系统级设计建模仿真

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欠驱动AUV机动目标跟踪控制研究

欠驱动AUV机动目标跟踪控制研究

作者：焦文龙哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下机动目标跟踪控制是自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)实现近海防卫、对接回收、目标跟踪监控、目标动态打击等作业任务的关键技术,应用前景十分广泛。本文针对欠驱动AUV机动目标跟踪控制问题开展AUV数学模... 详细信息

水下机动目标跟踪控制是自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)实现近海防卫、对接回收、目标跟踪监控、目标动态打击等作业任务的关键技术,应用前景十分广泛。本文针对欠驱动AUV机动目标跟踪控制问题开展AUV数学模型、水下机动目标运动模型、水下机动目标状态估计、欠驱动AUV水下机动目标跟踪控制导引方法和跟踪控制方法等关键问题的研究。首先,建立欠驱动AUV三维水下机动目标跟踪控制系统中的相关对象模型,包括欠驱动AUV模型、水下机动目标运动模型。在惯性坐标系和随体坐标系中,分析艇体运动学规律并进行受力分析,建立欠驱动AUV空间运动学模型和动力学模型。考虑空间水下目标可能存在的机动运动状态,建立适用于水下目标的运动模型,包括匀速直线运动(Constant velocity)模型、匀加速直线运动(Constant acceleration)模型、辛格(Singer)模型、常速率转弯(Constant speed coordinate turn)模型,并给出运动学方程。其次,研究基于交互式多模型和扩展卡尔曼滤波的水下空间机动目标的状态估计方法。在给出水下机动目标跟踪的原理和基本组成、目标状态估计的基本原理以及标准卡尔曼滤波(Kalman filter)概念和原理的基础上,设计基于扩展卡尔曼滤波、交互式多模型扩展卡尔曼滤波以及改进的自适应交互式多模型扩展卡尔曼滤波算法的水下空间机动目标状态估计方法,设计水下机动目标运动状态滤波估计仿真实验,从而验证所提出的目标状态滤波估计方法的跟踪性能。再次,研究欠驱动AUV水下机动目标跟踪控制导引方法。介绍视线法、纯追踪法和常值方位角法等目标跟踪导引方法。基于视线法、欠驱动AUV的运动学方程以及李雅普诺夫稳定性原理,设计目标跟踪控制期望速度和角速度。最后,研究欠驱动AUV机动目标跟踪控制问题,设计跟踪控制律。分别基于动态面神经网络自适应控制和神经网络自适应非奇异终端滑模控制设计欠驱动AUV机动目标跟踪控制律,利用李雅普诺夫稳定性原理设计控制律和自适应律,并对控制器的稳定性进行分析。基于Matlab/Simulink设计跟踪控制仿真实验,验证本文所提出的欠驱动AUV水下机动目标跟踪控制器的可行性和有效性。

关键词：自主式水下航行器机动目标状态估计跟踪控制

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脑电信号加密与信息隐藏方法研究

脑电信号加密与信息隐藏方法研究

作者：焦文龙燕山大学

学位级别：硕士

脑机接口作为一种新的人机交互方式可以被应用于在线医疗和数字药物。在进行远程人机交互的过程中,脑电信号和用户的隐私信息需要借助不安全的互联网通道进行传输。在这个过程中用户的隐私信息和脑电信号可能被泄露,进而影响用户的生命... 详细信息

脑机接口作为一种新的人机交互方式可以被应用于在线医疗和数字药物。在进行远程人机交互的过程中,脑电信号和用户的隐私信息需要借助不安全的互联网通道进行传输。在这个过程中用户的隐私信息和脑电信号可能被泄露,进而影响用户的生命和财产安全。为了保护脑电信号的安全,本文从加密和信息隐藏两个角度来构建脑电信号安全防护体系。首先,混沌由于其独特的不可预测性、非线性和对初始状态敏感的特点被广泛应用于脑电信号加密。然而,一些一维混乱映射存在数据分布不均匀、混沌范围不连贯、周期性窗口等安全缺陷。为了解决这项问题,本文提出了一种基于K-正弦变换的耦合混沌系统(K-Sine-Transform-Based Coupling Chaotic System,K-STBCCS),KSTBCCS是一种通用框架,它可以将任意两个混沌映射组合起来生成一个新的混沌映射。利用K-STBCCS生成的混沌映射,进一步提出了一种基于正负扩散的脑电信号加密方案。实验结果与分析表明,所提出的脑电图信号加密方案性能良好,通过了严格的密码安全测试。其次,信息隐藏作为一种安全防护方法既可以保护隐私信息的安全,也可以检查脑电信号是否被更改。为了保护用户隐私信息和脑电信号的安全,本章提出了基于WPT-SVD-Logistic(Wavelet Packet Transform-Singular Value Decomposition-Logistic)的脑电信号信息隐藏算法。该算法将小波包变换和奇异值分解引入到脑电信号的信息隐藏中,算法在保证有较好的感知保真度的同时能够隐藏更多隐私信息。同时,该算法利用Logistic映射对隐私信息进行混淆处理,进一步加强隐私信息的安全性。实验结果与分析表明,本文所提出的脑电信号隐藏算法和其它同类型的方案进行比较具有更小的误差和更强的鲁棒性。最后,本文从加密和信息隐藏两方面来构建脑电信号防护体系,确保脑电信号和用户隐私信息的安全。

关键词：脑机接口混沌映射加密信息隐藏小波包变换

sTIM-1 P34L突变增强JEV感染的探究

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sTIM-1 P34L突变增强JEV感染的探究

作者：焦文龙南京农业大学

学位级别：硕士

日本脑炎(JE)是由乙型脑炎病毒(JEV)导致的一种人畜共患传染病,该病由蚊媒传播,主要流行与东亚和南亚地区。JEV属于黄病毒科,黄病毒属,与登革热、西尼罗、和寨卡等病毒关系相近。猪作为JEV的扩增宿主,在病毒传播中发挥重要作用。有报道... 详细信息

日本脑炎(JE)是由乙型脑炎病毒(JEV)导致的一种人畜共患传染病,该病由蚊媒传播,主要流行与东亚和南亚地区。JEV属于黄病毒科,黄病毒属,与登革热、西尼罗、和寨卡等病毒关系相近。猪作为JEV的扩增宿主,在病毒传播中发挥重要作用。有报道称JEV除了通过蚊媒传播,也可以在猪群中以口鼻等接触方式传播。当感染严重时,可导致妊娠母猪流产、死产,公猪出现睾丸炎,仔猪表现出致命的神经系统疾病。因此,有效预防和控制乙脑病毒在猪中的流行与传播是公共卫生的一项重要任务。病毒入侵宿主细胞是由受体介导的,在黄病毒的研究中报道了许多细胞受体分子,如糖胺聚糖、C型凝集素、整合素、热休克蛋白等。近年来,T细胞免疫球蛋白粘蛋白-1(T-cell immunoglobulin and mucin protein-1,TIM-1)作为一种新发现的受体蛋白,被证实可促进多种囊膜病毒的感染。TIM-1能够识别凋亡细胞表面的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS),促进凋亡细胞的吞噬与清理。病毒通过“凋亡拟态”的方式,即病毒在释放出细胞时,将细胞表面的PS整合到病毒自身的囊膜上,随后病毒利用囊膜上的PS与靶细胞中的TIM-1结合,促进病毒附着在细胞表面,随后介导病毒入胞。本实验室先前的研究发现人源TIM-1(h TIM-1)可促进JEV感染宿主细胞。然而对于猪,自然界中JEV重要的扩增宿主,猪源TIM-1(sTIM-1)在JEV感染过程中作用尚不清楚。本研究通过RT-PCR,在临床上多头猪的肺脏组织中扩增出了5种不同的sTIM-1变体,与h TIM-1一同进行了序列分析。此外,我们以sTIM-1的粘蛋白域(sTIM-1-M)为免疫原,制备了兔多克隆抗体用以探究sTIM-1在JEV感染细胞中的作用。具体研究内容如下。1、sTIM-1基因克隆及多态性分析已知TIM-1的多个外显子在转录过程中会发生剪切,产生不同的剪切体,并在翻译过程中生成氨基酸序列不同的TIM-1蛋白。本研究以临床上多头猪的肺脏组织为模板,通过RT-PCR扩增得到5种sTIM-1变体,命名为sTIM-1-V1、sTIM-1-V2、sTIM-1-V3、sTIM-1-V4和sTIM-1-V5。序列比对发现sTIM-1-V3和sTIM-1-V4在粘蛋白域179-186位存在8个氨基酸的缺失。此外,各sTIM-1变体间也存在着多个核苷酸位点的突变。在与h TIM-1比较中,我们发现sTIM-1与h TIM-1基因序列差异较大,氨基酸同源性只有43%左右,然而其在87-115位氨基酸区间同源性却达到了80%。2、sTIM-1粘蛋白抗原域的原核表达与多克隆抗体制备本实验通过软件分析了sTIM-1抗原表位与亲水性特征,设计了sTIM-1粘蛋白域扩增引物,PCR扩增得到sTIM-1粘蛋白域基因。将其克隆至p ET-28a(+)原核表达载体上,测序正确后转入Rosetta 2感受态细胞中,在优化表达条件后,大量表达了重组sTIM-1粘蛋白域。SDS-PAGE和Western blotting试验分析得出该重组蛋白在大肠杆菌中以可溶性形式表达,经Ni柱纯化后测定蛋白浓度,并以此蛋白为免疫原与佐剂乳化后免疫新西兰大白兔,二免后一周耳缘静脉采血制备多抗血清。经Western blotting和IFA验证,该兔多克隆抗体能够特异性的识别sTIM-1且反应性良好,为进一步研究sTIM-1对JEV感染机制的研究提供了基础素材。3、sTIM-1 P34L突变增强JEV感染探究本研究通过转染5种sTIM-1质粒至293T等细胞中,观察其对JEV感染作用,结果表明sTIM-1可显著促进JEV感染,然而sTIM-1中8个氨基酸的插入与缺失对JEV感染无明显影响。有趣的是,在5种不同sTIM-1变体中,我们发现sTIM-1-V3的蛋白表达量最高,然而其对JEV感染作用却弱于其他变体。通过氨基酸定点突变试验,我们确实了是sTIM-1-V3中P34L突变导致了这一现象。在受体介导病毒入胞的研究中发现sTIM-1-V3 P34L突变质粒在靶细胞中过表达后对JEV的吸附能力显著增强。进一步的研究发现,P34L突变导致sTIM-1在细胞膜上的分布增多,从而提高了靶细胞结合病毒的能力。总的来说,我们的研究证实了sTIM-1可促进JEV的感染,并解释了sTIM-1中第34位氨基酸对JEV感染的重要性,为sTIM-1在JEV感染中的作用打下了基础。

关键词：日本脑炎病毒 sTIM-1 受体突变感染

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祁连山山地地震勘探激发方法

石油地球物理勘探 2011年第3期46卷 370-373,500+324-325页

作者：宁宏晓张艳红章多荣蒋永祥焦文龙中国石油东方地球物理公司河北涿州072751 中国石油玉门油田分公司甘肃酒泉736200

针对祁连山山地地形起伏剧烈,地下岩性变化快,各种原生和次生噪声十分发育,原始资料信噪比较低等特点,通过理论研究和实际资料分析,本文提出以下提高激发效果的适用措施:①横向上选点激发,如在岩性相同区选择低缓平坦处激发、老地层出... 详细信息

针对祁连山山地地形起伏剧烈,地下岩性变化快,各种原生和次生噪声十分发育,原始资料信噪比较低等特点,通过理论研究和实际资料分析,本文提出以下提高激发效果的适用措施:①横向上选点激发,如在岩性相同区选择低缓平坦处激发、老地层出露区避开地面断层区段、在岩性接触面附近尽量不设激发点、避开巨厚第四系砾石及干燥冲沟分布区等;②纵向上选择在强波阻抗界面下激发,可有效地降低干扰、增强有效波能量;③采用相对较小的激发药量,降低源致线性噪声和次生噪声强度。将这些措施应用于实际复杂山地地震数据采集,明显地改善了地震资料的品质。

关键词：激发因素复杂山地强波阻抗界面信噪比选点激发激发层位

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酒泉盆地窟窿山构造特征与油气成藏规律

石油地球物理勘探 2007年第1期42卷 115-119页

作者：潘良云孙星孙学栋焦文龙中国地质大学东方地球物理公司研究院西北大学

窟窿山构造是酒泉盆地南缘山前冲断带最重要的控油构造,已发现亿吨级的青西油田。以断层相关褶皱和冲断构造理论为指导,利用地震、钻测井及地面露头资料合理建立了窟窿山构造模式,落实了整体构造形态。指出窟窿山构造整体上为一个完整... 详细信息

窟窿山构造是酒泉盆地南缘山前冲断带最重要的控油构造,已发现亿吨级的青西油田。以断层相关褶皱和冲断构造理论为指导,利用地震、钻测井及地面露头资料合理建立了窟窿山构造模式,落实了整体构造形态。指出窟窿山构造整体上为一个完整的北西向大型断层转折背斜构造,发育多条北北东向调节断层,将其切割为五个北东向断块(窿107,窿11,窿8—窿7,窿15和窿14)。油气勘探表明,不同断块由于地层、岩相(性)不同,特别是裂缝发育程度的差异,造成油气富集程度的差异。综合评价认为其中的窿15区块是下步油气勘探有利目标,窟窿山构造深层也具有较大的勘探潜力。

关键词：勘探目标油气勘探构造特征窟窿山构造酒泉盆地

LD端面泵浦棒状Nd:YAG晶体热效应分析

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激光杂志 2024年

作者：焦文龙李武军郭苗迪张佩西安工业大学基础学院

为了解决LD端面泵浦棒状Nd:YAG晶体引起的热效应问题，建立了Nd:YAG晶体热模型，利用热传导理论，采用有限元分析法，对晶体工作时的温度场分布，应力场分布和入射端面的热致变化量情况进行了定量计算，并分析了泵浦光斑半径与泵浦功率... 详细信息

为了解决LD端面泵浦棒状Nd:YAG晶体引起的热效应问题，建立了Nd:YAG晶体热模型，利用热传导理论，采用有限元分析法，对晶体工作时的温度场分布，应力场分布和入射端面的热致变化量情况进行了定量计算，并分析了泵浦光斑半径与泵浦功率对晶体温度场及应力场的影响。结果表明：当泵浦功率为10W，光斑半径为300μm时，晶体入射端面的最高温度为316K，在侧面无约束和施加约束时，晶体单位面积应力最大值分别为1.86×107Pa和3.28×107Pa，晶体入射端面的最大形变量分别2.81×10-4mm和3.01×10-4mm。晶体入射端面的最高温度，单位面积上最大应力以及热致形变量会随泵浦功率的增大而增大，随光斑半径的增大而减小。该结果为优化LD端面泵浦Nd:YAG晶体激光器的设计，减小晶体的热效应提供了重要理论依据。

关键词：端面泵浦温度场热形变 Nd:YAG晶体有限元分析

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微机电系统光学组件的系统级建模

光学精密工程 2012年第5期20卷 1069-1075页

作者：李晓莹李慧敏常洪龙何洋焦文龙西北工业大学陕西省微/纳米系统重点实验室陕西西安710072

为提高微机电系统(MEMS)中光学系统整体仿真的准确性和效率,解决光学组件系统级建模存在的问题,提出了一种光学组件系统级建模方法,该方法可同时支持与MEMS系统级机械组件和电路组件共同仿真。首先,介绍了多端口组件网络方法、高斯光束... 详细信息

为提高微机电系统(MEMS)中光学系统整体仿真的准确性和效率,解决光学组件系统级建模存在的问题,提出了一种光学组件系统级建模方法,该方法可同时支持与MEMS系统级机械组件和电路组件共同仿真。首先,介绍了多端口组件网络方法、高斯光束特点和空间坐标系变换理论。接着,以微平面镜为例,介绍了光学组件系统级建模方法的流程。最后,采用Verilog-A硬件描述语言建立了包含多个典型光学组件的系统级光学库。使用该库的光学组件在MEMS集成设计工具MEMS Garden中搭建微扫描系统进行了仿真与测试。与商业软件CoventorWare的分析结果相比,提出的建模方法解决了扫描盲区问题,且非差分电压分析的误差小于3%。结果显示,本文提出的建模方法精确有效,对MEMS的系统级设计有参考价值。

关键词：微机电系统(MEMS) 光学组件建模 Verilog-A硬件描述语言

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MEMS谐振器集总参数的系统级提取方法

仪表技术与传感器 2016年第8期 109-112页

作者：焦文龙苑伟政西北工业大学机电学院陕西西安710072

在MEMS谐振器的设计过程中,质量、刚度等集总参数在描述器件动态性能方面起着决定性的作用。因此,集总参数的获取至关重要。传统的集总参数的提取方法有解析法、有限元法、实验法等。但这些方法在提取效率、提取精度方面都存在着固有的... 详细信息

在MEMS谐振器的设计过程中,质量、刚度等集总参数在描述器件动态性能方面起着决定性的作用。因此,集总参数的获取至关重要。传统的集总参数的提取方法有解析法、有限元法、实验法等。但这些方法在提取效率、提取精度方面都存在着固有的缺陷。基于MEMS系统级仿真平台MuPEN,提出了一种由系统级仿真结果提取微谐振器刚度、质量等集总参数的方法。以文献中的微谐振器为例,对该方法进行了验证。首先,通过Mu PEN平台对微谐振器进行系统级建模、仿真、数据拟合等。然后,提取了谐振器的刚度和质量参数,并将仿真提取结果与实验提取结果进行对比,结果表明误差小于5%。集总参数的系统级提取方法是准确、高效的。

关键词：微机电系统系统级仿真微谐振器参数提取集总参数