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基于多尺度有限元法的频率域航空电磁三维正演研究

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1656-1668页

作者：陶梦丽殷长春张博韩雪任秀艳苏扬刘云鹤西安交通大学电子与信息学部西安710049 吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026

正演模拟是电磁数据反演的基础,其计算速度与精度一直是制约电磁反演的两大核心问题.在三维电磁正反演中,传统方法通过加密网格或增加插值基函数阶数提高计算精度,但由此也降低了计算效率,制约了三维电磁反演的实用化.因此,如何实现大... 详细信息

正演模拟是电磁数据反演的基础,其计算速度与精度一直是制约电磁反演的两大核心问题.在三维电磁正反演中,传统方法通过加密网格或增加插值基函数阶数提高计算精度,但由此也降低了计算效率,制约了三维电磁反演的实用化.因此,如何实现大尺度模型高精度快速正演是目前电磁三维正反演中亟需解决的问题.本文将多尺度有限元法应用到麦克斯韦方程求解中.我们首先在粗网格尺度上构建满足局部特性微分算子的多尺度基函数,进而在粗网格尺度上对原问题进行求解,通过建立粗细两套网格间场的映射关系,在未知数较少的粗网格上实现电磁问题求解之后,利用粗细两套网格间场的映射关系获取细网格上电磁场响应,由此可以在保证计算精度前提下快速获取不同尺度电磁场正演响应,计算速度得到很大提高.此外,本文还基于八叉树思想进行网格优化,进一步改善三维正演效率.我们通过对典型地电结构进行多尺度有限元正演模拟并与传统有限元结果对比验证算法的有效性.最后,我们通过模拟加拿大Voisey's Bay卵形体镍铜硫化矿区航空电磁响应以检验本文算法模拟地下复杂异常体的能力.

关键词：航空电磁三维正演模拟多尺度有限元

基于伪监督注意力短期记忆与多尺度去伪影网络的图像分块压缩感知

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 472-480页

作者：李俊辉侯兴松西安交通大学信息与通信工程学院西安710049

基于深度展开网络的分块压缩感知(BCS)方法,在迭代去块伪影时通常会同时去除部分信号和保留部分块伪影,不利于信号恢复。为了改善重建性能,在学习去噪的迭代阈值(LDIT)算法基础上,该文提出基于伪监督注意力短期记忆与多尺度去伪影网络(M... 详细信息

基于深度展开网络的分块压缩感知(BCS)方法,在迭代去块伪影时通常会同时去除部分信号和保留部分块伪影,不利于信号恢复。为了改善重建性能,在学习去噪的迭代阈值(LDIT)算法基础上,该文提出基于伪监督注意力短期记忆与多尺度去伪影网络(MSD-Net)的图像BCS迭代方法(PSASM-MD)。首先,在每步迭代中,利用残差网络并行地对每个图像子块单独去噪后再拼接。然后,对拼接后的图像采用含有伪监督注意力模块(PSAM)的MSD-Net进行特征提取,以更好地去除块伪影以提高重建性能。其中,PSAM被用于从含有块伪影的残差中抽取部分有用信号,并传递到下一步迭代实现短期记忆,以尽量避免去除有用信号。实验结果表明,该文方法相比现有先进的同类BCS方法在主观视觉感知和客观评价指标上均取得了更优的结果。

关键词：分块压缩感知短期记忆图像去伪影深度展开网络

面向铁电相变的机器学习:基于图卷积神经网络的分子动力学模拟

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物理学报 2024年第8期73卷 273-286页

作者：欧阳鑫健张岩星王之龙张锋陈韦嘉庄园揭晓刘来君王大威西安交通大学电子与信息学部微电子学院西安710049 河南师范大学物理学院新乡453007 桂林理工大学材料科学与工程学院桂林541004

铁电材料广泛应用于功能器件中,对铁电体进行方便、准确的理论建模,是一个长期被关注的问题.本文提出了一种基于图卷积神经网络的铁电相变模拟方法,利用图卷积神经网络对铁电材料的势能面进行原子层面的建模,并将得到的神经网络势函数... 详细信息

铁电材料广泛应用于功能器件中,对铁电体进行方便、准确的理论建模,是一个长期被关注的问题.本文提出了一种基于图卷积神经网络的铁电相变模拟方法,利用图卷积神经网络对铁电材料的势能面进行原子层面的建模,并将得到的神经网络势函数作为计算器,以驱动大体系的分子动力学模拟.给定原子位置,训练好的图卷积神经网络能够给出势能的高精度预测,达到每原子1 meV级别,与从头算(ab inito)精度基本相当,同时在计算速度上相比从头算方法有数个数量级的提升.得益于神经网络的高精度和快速预测能力,结合分子动力学模拟,本文对两种不同类型的铁电材料——GeTe和CsSnI3进行研究,成功模拟了它们随温度发生的结构相变,模拟结果和实验相符合.这些结果说明了图卷积神经网络在铁电体建模和相变模拟应用中的准确性和可靠性,为铁电体的理论探索提供了一个通用建模方法.

关键词：铁电相变机器学习势函数

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非晶态碳薄膜对金属二次电子发射的影响

物理学报 2024年第4期73卷 291-299页

作者：胡笑钏刘样溪楚坤段潮锋长安大学能源与电气工程学院西安710064 西安交通大学医学部西安710049

非晶态碳薄膜由于具有极低的二次电子发射系数(secondary electron yield,SEY),在真空微波器件与设备异常放电领域引起了广泛关注.然而,非晶态碳薄膜对二次电子发射影响的动态过程及微观机理仍缺乏了解.本文采用Monte Carlo方法,建立了C... 详细信息

非晶态碳薄膜由于具有极低的二次电子发射系数(secondary electron yield,SEY),在真空微波器件与设备异常放电领域引起了广泛关注.然而,非晶态碳薄膜对二次电子发射影响的动态过程及微观机理仍缺乏了解.本文采用Monte Carlo方法,建立了Cu表面非晶态碳薄膜的二次电子发射数值模拟模型,能够精确地模拟电子与薄膜及基底材料的散射及二次电子发射的微观物理过程.结果表明,随着薄膜厚度从0 nm增加至1.5 nm时,SEY峰值下降了大约20%;继续增大厚度,SEY峰值不再下降.然而,当薄膜厚度大于0.9 nm时,SEY曲线呈现出双峰形态,但随着薄膜厚度增加至3 nm,第二峰逐渐减弱甚至消失.电子散射轨迹和二次电子能量分布结果,表明这种双峰现象是由于电子在两种材料中散射所致.相比以往模型,所提模型考虑了功函数的变化以及界面势垒对电子散射路径的影响.该模型从微观层面上解释了SEY曲线双峰现象形成的原因,相关的计算结果为非晶态碳薄膜对SEY的抑制规律提供了理论预测.

关键词：二次电子发射非晶态碳薄膜金属 Monte Carlo模拟

用于高功率微波器件粒子模拟的三维柱坐标系共形网格生成技术

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强激光与粒子束 2024年第4期36卷 180-186页

作者：张磊翁明王玥蒋铭西安交通大学电子科学与工程学院电子物理与器件教育部重点实验室西安710049

基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序,对束-场互作用器件作共形网格剖分,为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据,使模型的空间信息能转换成... 详细信息

基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序,对束-场互作用器件作共形网格剖分,为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据,使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理,使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点,接着通过拓扑关系获得模型的顶点,保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合,在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分,能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。

关键词：粒子模拟三维柱坐标网格剖分射线跟踪共形技术

异面结构雪崩GaAs光导开关的制备及特性测试

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强激光与粒子束 2024年

作者：杨迎香杨向红朱章杰黄嘉李昕胡龙西安交通大学微电子学院西安交通大学电子信息工程学院

雪崩砷化镓光导开关（PCSS）因其超快开关速度、低触发抖动、光电隔离、高功率容量、高重复频率以及器件结构灵活的特点，得到广泛应用。制备封装了电极间隙为5 mm的异面结构GaAs光导开关，对不同偏置电场下（36～76 kV/cm）开关的暗态... 详细信息

雪崩砷化镓光导开关（PCSS）因其超快开关速度、低触发抖动、光电隔离、高功率容量、高重复频率以及器件结构灵活的特点，得到广泛应用。制备封装了电极间隙为5 mm的异面结构GaAs光导开关，对不同偏置电场下（36～76 kV/cm）开关的暗态和开态的电学特性进行了测试分析，结果表明其具有百皮秒～纳秒量级的上升沿、低暗态泄漏电流（0.15～6.61μA）、高耐压（18～38 kV）的特点。实验探究了开关工作次数与输出电压峰值的关系，结果表明随着工作次数的增大，输出电压幅值呈台阶型降低趋势，在20 kV、2 Hz条件下，开关寿命达4.0×10～4次。

关键词：砷化镓光导开关暗态泄漏电流输出特性寿命

扩展目标跟踪Student’s t逆Wishart平滑算法

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3353-3362页

作者：陈辉张丁丁连峰韩崇昭兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 西安交通大学自动化科学与工程学院西安710049

脉冲干扰和离群量测信息等因素通常会导致异常的厚尾噪声,这使得以高斯假设为前提的扩展目标跟踪(ETT)估计器的性能急剧降低,针对该问题该文提出一种基于扩展目标随机矩阵模型(RMM)的Student’s t逆Wishart平滑(StIWS)算法。首先,将目... 详细信息

脉冲干扰和离群量测信息等因素通常会导致异常的厚尾噪声,这使得以高斯假设为前提的扩展目标跟踪(ETT)估计器的性能急剧降低,针对该问题该文提出一种基于扩展目标随机矩阵模型(RMM)的Student’s t逆Wishart平滑(StIWS)算法。首先,将目标的运动状态以及过程噪声和量测噪声建模为Student’s t分布以表征异常噪声对扩展目标概率分布的影响,将目标扩展状态建模为服从逆Wishart分布的随机矩阵。然后,在Student’s t贝叶斯平滑框架下,详细推导了能在扩展目标的多重特征动态演变的过程中有效估计目标状态的StIWS算法。最后,通过扩展目标跟踪的仿真实验结果和真实场景实验结果验证了所提算法的有效性。

关键词：扩展目标跟踪 Student’s t平滑逆Wishart分布厚尾噪声

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基于改进AHA优化SVM的人脸识别算法

计算机工程 2024年

作者：肖剑黄博程鸿亮胡欣袁晔长安大学电子与控制工程学院长安大学能源与电气工程学院西安交通大学电子与信息学部

传统的人脸识别系统在最终人脸分类问题上，通常借助各种仿生学算法与支持向量机(Support Vector Machine，SVM)相结合，组成相应的人脸识别模型。此种方法通过算法的迭代选取最优SVM参数，然而这种策略通常存在人脸识别方法存在分类精... 详细信息

传统的人脸识别系统在最终人脸分类问题上，通常借助各种仿生学算法与支持向量机(Support Vector Machine，SVM)相结合，组成相应的人脸识别模型。此种方法通过算法的迭代选取最优SVM参数，然而这种策略通常存在人脸识别方法存在分类精度较低、训练时间较长且容易陷入局部最优解的问题，本文提出利用改进人工蜂鸟算法(Artificial hummingbird Algorithm，AHA)优化SVM的人脸识别方法。首先，通过引入Tent映射的混沌序列改进人工蜂鸟算法，使蜂鸟种群初始化更为均匀，避免算法陷入局部最优解；其次在采用SVM进行人脸识别的方法中引入改进AHA算法，通过设定算法一定的迭代次数，选择用来优化SVM的最优相关参数，达到提高人脸识别准确率的目的。从实验结果上看，将改进的人工蜂鸟算法与灰狼优化算法（Grey Wolf Optimizer，GWO）、麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）、鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm，WOA)进行对比，改进AHA在基准函数的求解上具有更快的收敛速度，同时在ORL人脸数据库进行人脸识别的实验中，将改进AHA与SVM结合相比于GWO、SSA和WOA与SVM结合，在人脸识别的准确率指标方面，改进AHA结合SVM方案具有更高的准确率和召回率，并且模型推理速度更快。

关键词：人工蜂鸟算法支持向量机人脸识别混沌序列

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基于先导发展模型的船舶直击雷防护分析方法

哈尔滨工程大学学报 2024年第7期45卷 1346-1357页

作者：庞宇郭俊陆佳骏黄文焘谢彦召中国船舶及海洋研究工程设计研究院上海200011 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

大型船舶平台搭载的精密仪器和探测装置相对其他设备高度较高,有尖端突起且抗干扰性较差,是海面上明显的突出物,雷电防护成为现代船舶重要的研究内容。本文提出一种基于海洋复杂环境改进Wiesmann-Zeller(WZ)模型概率发展函数的船舶雷电... 详细信息

大型船舶平台搭载的精密仪器和探测装置相对其他设备高度较高,有尖端突起且抗干扰性较差,是海面上明显的突出物,雷电防护成为现代船舶重要的研究内容。本文提出一种基于海洋复杂环境改进Wiesmann-Zeller(WZ)模型概率发展函数的船舶雷电防护分析方法,建立了海面雷电先导发展模型,以大型远洋调查船为对象,研究其雷击点的概率分布,并结合船舶特点进行了多避雷针的分析计算。基于本文提出的模型,通过Matlab软件模拟雷击船舶过程,揭示了防护范围、效果与避雷针位置、数量高度之间的关系,对比分析了不同避雷针数量和避雷针高度下的雷击概率和防护效果,验证了三针不等高为最优方案,能够指导和完善实际工程实践,保证船舶雷电防护效果的充分发挥。

关键词：船舶雷击雷电防护大型远洋调查船发展概率函数多避雷针计算直击雷

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