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关键词： 黄连温胆汤   慢性失眠症   弥散张量成像   痰热内扰证  

摘要： 目的:1.基于弥散张量成像技术比较无失眠症状的健康者与痰热内扰型慢性失眠症患者脑白质结构,探究痰热内扰型慢性失眠症患者脑白质结构的改变。2.比较黄连温胆汤治疗前后痰热内扰型慢性失眠症患者的脑白质结构,初步探究黄连温胆汤治疗慢性失眠症(痰热内扰证)的脑部机制。方法:研究分为痰热内扰型慢性失眠症患者组及无失眠症状的健康对照组,各15例。对照组入组当天采集一般资料及脑部磁共振图像。痰热内扰型慢性失眠症患者组口服黄连温胆汤颗粒剂治疗4周,在治疗前后分别采集一般资料,匹兹堡睡眠质量指数量表(PSQI)、Spiegel量表、失眠严重程度指数(ISI)及脑部磁共振图像。统计治疗后慢性失眠症患者的临床疗效,并对DTI图像进行预处理后使用SPM12软件对经过预处理的FA图像进行逐像素统计分析。最后使用XjView软件进行统计分析结果的展示及定位。结果:1.经基于体素的分析比较,痰热内扰型慢性失眠症患者组与对照组相比,左侧海马、左侧小脑6区、左侧枕中回、左侧枕上回、左侧距状裂及其周围皮层、左侧颞横回、左侧楔叶、左侧楔前叶,右侧小脑前叶、右侧小脑舌、右侧小脑蚓部3区、右侧岛叶,双侧小脑后叶、小脑脚1区、小脑蚓部山坡、海马旁回、颞下回、颞中回、颞上回、舌回、梭状回、额中回、中央前回、枕下回、中央后回的FA值降低(KE>20,P<0.005,未校正);痰热内扰型慢性失眠症患者组与对照组相比,右侧枕中回的FA值升高(KE>20,P<0.005,未校正)。2.痰热内扰型慢性失眠症患者经黄连温胆汤治疗后,PSQI、ISI及Spiegel量表分数显著下降,差异具有统计学意义(P<0.05)。通过基于体素的分析比较,痰热内扰型慢性失眠症患者在口服黄连温胆汤治疗后,FA值较治疗前上升的区域(KE>20,P<0.005,未校正)有左侧海马、左侧额上回、右侧岛叶、右侧中央后回、右侧颞上回、脑桥;FA值较治疗前下降的区域(KE>20,P<0.005,未校正)有右侧小脑7b区、右侧小脑脚2区,胼胝体。在量表相关性分析方面,痰热内扰型慢性失眠症患者右侧扣带回中部及其侧面环绕的脑回、右侧梭状回的FA值在治疗前后的变化与PSQI量表数值在治疗前后的变化呈负相关关系(P<0.05);左侧眶部额上回、左侧眶部额中回、左侧三角部额下回,右侧眶部额上回、右侧眶部额中回、右侧眶部额下回的FA值在治疗前后的变化与Spiegel量表数值在治疗前后的变化呈负相关关系(P<0.05)。结论:1.痰热内扰型慢性失眠症患者脑白质结构破坏较为广泛,在边缘系统、额叶、颞叶、顶叶、枕叶、小脑区域均有分布。2.黄连温胆汤对痰热内扰型慢性失眠症患者前额叶皮层-边缘系统、颞叶、顶叶和脑桥区域的白质结构有一定的修复作用。3.双侧眶部的额上回和额中回、右侧眶部额下回、左侧三角部额下回、右侧扣带回中部及其侧面环绕的脑回、右侧梭状回的FA值变化可以反映失眠症状的变化,这些区域的白质结构越完整,失眠症状越轻,但二者的因果关系尚需进一步探究。

关键词： 图像去噪   偏微分方程   总变分   各向异性扩散   结构张量  

摘要： 数字图像在获取、传送和储存的整个过程中容易被诸多种类噪声污染,导致最终获得的图像质量降低,影响图像呈现的视觉效果以及对图像的进一步分析与研究。因此,对数字图像的降噪长期以来一直是机器视觉领域和数字图像处理中的热点讨论方向。图像去噪就是将含有噪声的受损图像修复成初始图像,去噪的过程要求尽可能的保持图像边缘纹理等结构。基于变分法和偏微分方程的图像去噪模型取得了很好地降噪效果,多年来在图像去噪领域中得到了广泛的应用。本文主要研究服从正态分布的加性高斯白噪声,改进基于偏微分方程和变分法的图像去噪方法。主要内容包括以下两个方面:（1）关于二阶和四阶偏微分方程用于图像去噪,二者均能一定成效的在去噪同时保护边缘细节,但二者也有着不同的缺陷,二阶模型去噪后的图像会出现“阶梯效应”,四阶偏微分方程在去噪后容易出现斑点。为了综合两者的优势,同时借助结构张量在分析图像结构信息上的优势,本文提出了基于结构张量的混合阶偏微分方程去噪模型。该模型利用结构张量的行列式和迹的大小来控制扩散,分别沿着图像的梯度方向和边缘方向自适应扩散,能确保图像边缘纹理信息的完整性,又能实现去噪。实验结果表明,提出的模型在主观视觉和客观评价指标上,与相关模型相比能较好的平衡降噪和边缘细节保持的平衡。（2）针对全变分（total variation,TV）去噪模型有边缘保持的优势,但在平滑区域容易产生“阶梯效应”的问题。本文提出了基于结构张量的加权混合阶全变分去噪模型,该模型利用结构张量的行列式或迹做扩散参数,在图像不同区域根据不同噪声密度的大小来控制平滑程度。使用split Bregman迭代算法求解相应的离散化问题。在每次迭代中先对噪声图像使用一次相干增强扩散滤波器（coherent enhanced diffusion filter,CED）进行预处理;然后再利用本文提出的去噪模型进行降噪。数值实验表明,本文模型能有效地去除噪声同时保护图像的边缘纹理等细节。

关键词： 超表面   超构光栅   波束调控   衍射模式  

摘要： 在无线通信技术高速发展和通信需求日益增长且趋向多样化的时代背景下,传统天线形式已经无法满足应用市场的需求,开发具有高增益、小型化、易集成、方向图可重构的天线成为亟需解决的问题。本文通过整理归纳现有用于波束调控的超表面器件、方向图可重构天线结合新兴发展的在大角度波束调控有独特优势的超构光栅器件,从理论层面介绍了超表面以及超构光栅调控电磁辐射波的机理,并通过仿真设计了传统不可调波束偏转超表面及超构光栅,分析了二者的区别与联系,同时基于超构光栅的设计原理,深入仿真探究了其在波束赋能方面的能力,最后通过引入有源器件,设计了能够有效用于波束电控扫描以及波束赋能的可重构超构光栅。本文的主要研究内容有:(1)通过广义Snell定律和广义边界条件结合Floquet衍射模式理论借助电容负载线型结构分别设计了一款能够使波束偏转41.8°的相位梯度超表面和超构光栅,通过仿真效果对比了其性能差异,从理论层面分析了超表面与超构光栅的区别与联系。(2)基于粒子群算法优化和软件仿真优化介绍了超构光栅单元的设计方法,仿真并验证了一款能够工作于高阶衍射模式(±2、±1、0)、实现-2、+1、0、+1、+2阶衍射模式波束按0:1:0:0:1比例赋能的超构光栅。(3)通过引入有源器件变容二极管设计了一款电控可重构超构光栅,仿真验证了其能够实现衍射波束0°、19.4°、56.4°、72.2°偏转,并且能够实现-1、0、+1阶衍射模式波束按1:0:0、1:0:1、1:1:1以及1:0:2比例进行能量分配。相较于现有研究理论,本文可能存在的意义及创新点包括:(1)将超表面与超构光栅进行了对比分析,从理论层面找到了二者的区别与联系,从仿真辐射效果上进行了对比。(2)详细阐述了基于Floquet理论分析超构光栅的衍射原理,介绍了基于粒子群算法的超构光栅设计流程,并展示了通过软件仿真优化设计超构光栅单元的方法,为设计超构光栅提供了新方法、新思路。(3)利用变容二极管实现了可重构超构光栅的设计,能够实现波束大角度扫描及波束赋能功能,对基于超构光栅的波束可重构天线进行了探索。(4)设计的超构光栅避免了超表面在波束大角度扫描因离散相位限制导致辐射效率低下的问题,为波束大角度扫描应用提供新器件。(5)设计的超构光栅有望与FPGA器件组装成为高增益小型化集成可重构天线,为新一代无线通信技术的发展创造了条件。

关键词： 交通数据缺失值恢复   交通流   低秩矩阵补全   低秩张量重建   时空相关性  

摘要： 智能交通系统是解决交通拥堵、事故频发等交通问题的关键途径。而完整准确的交通数据则是智能交通系统得以运行的基础和保障。但是数据在实际采集情况下通常会不可避免地由于各方面因素导致交通数据的丢失,使得路径规划、交通流预测等交通管理工作无法正常开展,严重阻碍了交通事业的发展。本文依托国家自然基金“基于时空特征驱动稀疏学习的路网交通流缺失值恢复研究(61773184)”,针对已有方法中对交通数据特性利用不足的问题,对交通数据的恢复进行系统研究,有效提高了交通数据恢复的准确度,主要工作如下:(1)深入分析了交通数据的时空相关性、差异性和周期性,结合现代数据采集技术,详细介绍了交通数据的缺失原因和缺失模式,为交通数据的恢复提供理论支持;深入探讨了基于低秩矩阵补全模型和基于张量重建模型的缺失值恢复方法,并提出模型求解算法。在真实交通流数据集上进行验证,实验结果表明恢复值与真实值具有较好的拟合效果,为交通数据的恢复奠定方法基础。(2)为最大限度地利用交通信息的局部邻近和全局关联结果,采用了一种基于最小化的图正则化与Schatten-p范数的方法解决交通数据缺失的问题。用Schatten-p范数代替核范数使得更能逼近矩阵的秩从而更准确刻画交通数据的时空相关性;其次,构造了用于描述数据局部邻近框架的图模型,解决了因忽略局部数据差异性造成的恢复不准确问题。实验结果表明,该方法与其它方法相比恢复误差降低了1.93%-22.8%,有效提升了恢复精度。(3)针对数据的多维相关性及样本自相似性利用不足的问题,通过将低秩张量补全和稀疏自表示集成到一个统一的框架中,提出一种新的交通数据缺失值恢复模型。保证全局多维关联性和交通数据样本自相似性的充分利用。在两个实际交通数据上展开实验,实验结果表明该方法显著提升了数据恢复性能。(4)针对所提的交通数据恢复模型变量耦合难以求解问题,设计了基于交替方向乘子法框架的求解算法,通过推导算法,将大规模优化模型分解成多个单变量优化模型联合优化,有效的降低了模型求解难度。此外,引入改进的和声搜索算法进行参数寻优,保证了模型最优解的产生。综上,本文通过对交通数据缺失值恢复方法的研究,高效解决了交通数据完整性和准确性表达难题,对实现精准的交通流预测、智能诱导等交通管理工作具有重要的理论意义和数据支撑保障。

关键词： 微变形   微位移传感器   光纤光栅   温度自补偿  

摘要： 高端精密制造装备在我国经济制造之中占有重要地位,其中高端机床高精密加工更是其重要的体现。高端机床大型底座、横梁等关键部件产生的自重或热源温度引起的微变形会对产品加工精度甚至是机床的使用寿命产生不利的影响。因此,对于这种结构微变形的精确测量是减小加工误差,提高产品质量的重要步骤。然而,这种类型的结构变形往往是微小的,这就要求传感测量技术具有高分辨率的特点。此外,这种结构变形通常还具备沿其轴向分布的特点。针对于这种高端机床的微变形特点,研发一种分布式、高分辨率的微位移测量方法,是一项具有重要意义和挑战性的工作。近几年随着光纤光栅传感测量技术的迅猛发展,凭借着其本身固有的抗电磁干扰,小尺寸,耐腐蚀性等优势而被广泛地应用至装备监测等领域。本课题将结合光纤光栅传感测量检测技术,研制高分辨率的光纤光栅微位移传感器,本文主要展开的工作如下:1)研究了一种具备温度自补偿功能的光纤光栅微位移传感结构,基于光纤光栅传感测量基本原理,通过倾斜平行差分式结构实现温度自解耦,并对光纤传感结构的理论建模与数学分析,讨论了不同的FBG传感结构模型对于传感器灵敏度的影响规律;2)提出了基于光固化3D打印技术的封装技术,对于温度自补偿光纤光栅微位移传感器的核心部件滑块设计,通过光固化3D打印技术实现U型滑块的设计,通过紫外线辐射对光敏树脂材料的滑块进行固化。探究紫外线辐射对于光纤光栅反射光谱的影响特性,确定基于光固化3D打印技术的光纤光栅微位移传感器制备流程;3)构建了传感器的位移特性与温度特性的测试平台,开展了FBG位移传感器的温度、位移静态标定测试实验以及动态测试实验,根据实验结果可以看出传感器在0-500μm的量程范围内,传感器的灵敏度为1.5pm/μm;在20-50℃的温度工作范围内,传感器具备良好的温度补偿性能,其温度灵敏度为46.5℃/pm。接着,模拟机床所处的复杂环境,譬如大变温环境、酸/碱/潮湿等恶劣环境,探究环境对光纤光栅长期工作下的反射光谱影响规律。研究温度位移的同步测量和模拟机床的微变形,对所设计的光纤光栅微位移传感器进行温度位移同步测量的应用测试实验以及分布式光纤光栅微位移传感网络的位移测量与变形重构。基于上述实验研究,验证了温度自补偿光纤光栅微位移传感器在机械装备微变形传感测量应用的可靠性与稳定性。

关键词： 大地电磁   阻抗分解   振幅张量   畸变校正   粒子群算法  

摘要： 在大地电磁勘探中,当近地表存在的小尺度电性不均匀体的尺寸远小于电磁波的趋肤深度时,观测数据所估算的阻抗张量会发生严重的畸变,倘若不消除这种影响,会使反演得到的电性结构模型偏离真实构造模型,进而影响后续的地质解释。传统的畸变校正方法大多假设区域构造为一维或二维结构,而对于更一般的三维(小尺度电性不均匀体)/三维(区域)构造的研究并不多,寻求一种无需假设区域构造维性、适应性更广的畸变校正方法具有重要的理论和实用价值。本文首先从大地电磁局部畸变理论出发,推导了电场、磁场、阻抗畸变张量,总结了目前常用的几种阻抗分解方法的使用前提条件,分析了这些方法的局限性。其次从阻抗的振幅-相位张量分解理论出发,分析了振幅张量和相位张量分解所得的参数的数学物理意义,并利用这些分解参数定义了能够衡量阻抗张量受电流型畸变影响大小的目标函数,以都柏林DSM2模型中D08测点为例,使用人工加畸变的方法添加畸变后计算各个畸变参数组合的目标函数值,分析了构建的目标函数的合理性。接着,使用改进粒子群算法进行畸变参数的搜索,将目标函数值作为粒子的适应度,通过迭代求解的方法获得畸变参数进而校正观测阻抗获得区域阻抗,由于此方法不用求解GB分解的方程组,故无需维性假设,实现了区域构造为任意维性的大地电磁电流型畸变校正。通过直接正演三维/二维、三维/三维理论模型和给二维区域模型、三维区域模型人工加畸变两种方法生成畸变数据,使用文中方法进行校正,验证了文中方法用于理论模型有效性。然后以安徽霍山火山岩盆地的一条测线和华北地区的7个测点的宽频带大地电磁数据为例进行了处理分析,验证了此方法用于实测数据处理分析的可行性和实用性。图41幅,表2个,参考文献55篇

关键词： 转移概率张量   平稳概率矩阵   高阶多元Markov链   非负张量   唯一性   扰动界  

摘要： 非负张量在工程和科学领域具有广泛的应用.转移概率张量作为一类特殊的非负张量,产生于描述高阶Markov链以及高阶多元Markov链的数学模型.高阶多元Markov链的转移概率张量的平稳概率矩阵反映了随机过程经过充分长时间后各个状态不再随时间变化的概率分布,它在生物基因序列分析、网页排序、规划管理等实际问题中起着重要作用,尤其是转移概率张量的平稳概率矩阵的唯一性条件已成为张量理论及其应用研究的热点之一.2019年,Li等给出了高阶多元Markov链的转移概率张量的平稳概率矩阵唯一性的一个判定条件.然而,该条件相对较强且较难验证.本文对高阶多元Markov链的转移概率张量的平稳概率矩阵的唯一性条件进行进一步研究,并在此基础上研究平稳概率矩阵的扰动界及其算法,主要包含以下四个方面的工作.首先,运用不等式放缩技巧、优化集方法、压缩映射原理以及加参量法等给出平稳概率矩阵的几个新的唯一性条件,并对具有特殊结构的转移概率张量的平稳概率矩阵的唯一性进行研究,获得了 4阶2维不可约转移概率张量的平稳概率矩阵的唯一性条件及其平稳概率矩阵的具体形式,然后将所得结果与现有结果从理论和数值例子两方面进行了比较;其次,在平稳概率矩阵的唯一性条件下,对平稳概率矩阵进行扰动分析,给出平稳概率矩阵的几个扰动界,再将所得的扰动界进行比较,并通过数值例子表明所得结果是有意义的;再次,应用平稳概率矩阵的唯一性条件给出了求平稳概率矩阵的已有算法的新收敛条件和误差界,并对已有算法进行改进给出求平稳概率矩阵的新算法,然后对新算法进行收敛性分析;最后,将上述研究思想与方法应用于一般非负张量,给出非负张量的正Z-特征向量的一些新唯一性条件.

关键词： 延时模型   非高斯   非线性采样   替代模型   仿真加速  

摘要： 随着集成电路制造工艺的进步,电路受工艺、电压和温度波动的影响加剧,加大了路径时序建模的难度。先进工艺下,电路路径延时建模是典型的高维非高斯问题。在不同的温度和电压工作条件下,路径延时会出现非高斯分布的情况,增大了时序预测难度。并且随着电路规模的增大,电路维度随之升高,呈现典型的高维特性。传统的静态时序分析方法过于悲观,造成芯片性能的浪费。本文使用基于低秩张量近似(Low Rank Tensor Approximation,LRTA)的路径延时建模方法替代计算代价很高的晶体管级电路仿真,快速获得电路延时分布参数。首先,对工艺参数方差缩放,优化拉丁超立方采样,提高了样本高维空间覆盖率;接着利用低秩张量近似的方法刻画工艺参数和模型的非线性映射关系,采用二分法快速求解模型参数。最后通过非线性度指示、中心点生成和尾部加权等自适应采样策略减少了需要的样本数量,丰富样本中非线性、尾部边界的样本信息。本文所提延时建模方法在45nm Free PDK的TAU15基准电路和28nm TSMC工艺的ISCAS’85基准电路上进行验证,对标方案选择蒙特卡洛分析,基于对数偏斜正态分布建模方法(Log Skew Normal,LSN)和最大熵估计建模方法(Maximum Entropy,Max Ent)。实验结果表明,本方法可以获得和蒙特卡洛基本相同的延时参数预测精度,在45nm和28nm工艺下的仿真量加速比分别为70.0-138.9倍和61.0-122.0倍。