一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析

大规模量子通信网络中,采用量子分组传输技术能有效提升发送节点的吞吐量,提高网络中链路的利用率,增强通信的抗干扰性能.然而量子分组的快速传输与路由器性能息息相关.路由器性能瓶颈将严重影响网络的可扩展性和链路的传输效率.本文提出一种量子通信网络分层结构,并根据量子密集编码和量子隐形传态理论,给出一种基于分层的量子分组信息传输方案,实现端到端的量子信息传输.该方案先将量子分组按照目的地址进行聚类,再按聚类后的地址进行传输.仿真结果表明,基于分层的量子分组信息传输方案能够有效减少量子分组信息在量子通信网络中的传输时间,并且所减少的时间与量子路由器性能与发送的量子分组数量有关.因此,本文提出的量子分组信息传输方案适用于大规模量子通信网络的构建.     

海洋环境噪声场对称性分析及噪声消除方法

实际的海洋环境是非常复杂的,存在着海洋自噪声、舰船噪声、生物发声等,阵元接收到的噪声信号存在一定的相关性,此时基于传统阵列信号处理的目标方位估计方法的性能将变差,针对这一问题,提出了一种实部消除方法.首先从阵元接收环境噪声的物理机理出发,将圆环阵接收的噪声场分解为对称噪声场和非对称噪声场,并且研究发现对称噪声场只影响数据协方差矩阵的实部.然后通过消除协方差矩阵实部,达到消除对称噪声场的目的,提高信噪比,但是同时产生了虚假声源.针对虚假声源的问题,提出了基于优化算法重构协方差矩阵实部的方法,消除了虚假声源的影响.仿真分析与海试数据处理结果表明:该方法明显消除了对称噪声,提高了信噪比,改善了阵列信号处理算法的性能.实部消除方法易于实现,有一定的工程应用价值.     

辛体系下倾斜碳纳米管阵列波导研究

基于平行碳纳米管阵列的等效介质模型,将碳纳米管阵列的平行波导问题导入到Hamilton体系.首先,应用等效介质理论,得到了倾斜碳纳米管阵列的介电特性;随后,假设波导两侧边界条件为理想导电边界条件,通过在辛几何理论框架下的研究,得到了倾斜碳纳米管介质中波导传播的色散关系.数值模拟表明:对碳纳米管阵列来说,存在一个窄的频段,电磁波基模无法传播;然而在频段外,电磁波基模传播具有极低的损耗.通过优化设计,可找到最佳倾斜角,使得全频段内的传播特性得到极大的增强.对碳纳米管阵列波导的相关研究可为太赫兹频段内的波传导器件的设计提供理论参考.     

数控加工刀具运动的优化控制

数控加工的精准性与高速性主要体现在加工路径的插补与加工过程中刀具的速度控制.首先针对数控加工过程中常见的折线轨迹进行分析,提出了折线加工转角处的速度平滑过渡方案,保证加工精度的同时提高加工效率.进一步,得出了转角处的最大加工速度与加工误差关系.针对圆弧类曲线插补问题,在折线模型的基础上拓展了内接和外切两种插补方案.计算结果表明,采用折线平滑过渡时,外切插补方案可以保证更高的精度.     

非线性Black-Scholes模型下阶梯期权定价

在非线性Black-Scholes模型下,研究了阶梯期权定价问题.首先利用多尺度方法,将阶梯期权适合的偏微分方程分解成一系列常系数抛物方程;其次通过计算这些常系数抛物型方程的解,给出了修正障碍期权的近似定价公式;最后利用Feymann-Kac公式分析了近似结论的误差估计.     

基于微分单元的圆柱内辐射导热耦合传热分析

本文充分利用微分单元法不涉及积分、较为稳定、易于实施的特点,进行圆柱坐标系下辐射与导热耦合传热分析.在求解过程中,将热辐射的空间和角度耦合成三维计算域求解,实现空间和角度的高阶离散.针对具有强对流特性的辐射传递方程,采用一种迎风格式可有效抑制数值振荡,实现稳定计算.由于辐射边界条件与导热和对流边界条件不同,它是具有方向性的单向边界条件,且在边界处会存在强烈的间断性和奇异点.为了有效抑制间断并处理奇异点,本文提出双层间断节点方案.通过与文献中圆柱坐标系下辐射与导热耦合传热算例进行对比分析,发现微分单元模型在空间和角度方向上均能实现高分辨率刻画,获得较好的计算精度.     

并行间断有限元算法求解Navier-Stokes方程

间断Galerkin有限元方法非常适合在非结构网格上高精度求解Navier-Stokes方程,然而其十分耗费计算资源.为了提高计算效率,提出了高效的MIMD并行算法.采用隐式时间离散GMRES+LU SGS格式,结合多重网格方法,当地时间步长加速算法收敛.为了保证各处理器间负载平衡,采用区域分解二级图方法划分网格,实现内存合理分配,数据只在相邻处理器间传递.数值模拟了RAE2822翼型和M6黏性绕流,加速比基本呈线性变化且接近理想值.结果表明了该算法能有效减少计算时间、合理分配内存,具有较高的加速比和并行效率,适合于MIMD粗粒度科学计算.     

Gauss色噪声激励下含黏弹力摩擦系统的随机响应分析

研究了Gauss色噪声激励下含黏弹力、弱非线性阻尼的摩擦振子的随机响应.将适用于光滑系统的随机平均法推广到了非光滑摩擦系统,进而得到系统振幅、位移及速度的稳态概率密度函数.同时结合材料的黏弹性,研究了摩擦力和Gauss色噪声对系统响应的影响.研究表明,摩擦力、黏弹力及噪声项的相关参数均可引起随机P-分岔,并且在一定范围内系统响应对摩擦力极为敏感.此外,理论结果与Monte Carlo 模拟结果吻合较好,验证了方法的有效性.     

结构随机振动响应的工程简化分析

鉴于结构随机振动响应有限元分析的复杂性 ,本文提出了一种工程简化分析方法 ,以便于工程人员应用。它可以直接利用结构模型试验数据 ,从而保证分析结果具有足够的精度。     

一种基于应力的双方向结构拓扑优化算法

基于传统的渐进结构优化方法，提出了一种基于应力的双方向渐进拓扑优化算法。该方法是对传统方法和目前的双方向法的改进和完善。算例表明该方法能避免目前的双方向法具有的解的振荡问题，具有更高的可靠性，能获得更佳的拓扑结构。