DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 盾构隧道施工中因埋深而受到水土的压力作用，致使管片之间容易产生渗漏现象，对隧道使用功能有严重的影响。盾构隧道管片之间防水是通过预留沟槽嵌套密封垫来达到目的，密封垫的可靠性能决定了隧道的整体质量和安全，重复性的出现渗漏现象，返修时投入人力物力，严重的影响到施工效率和成本 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。 随着盾构施工埋深的深度不断增大，密封垫所受的水土压力增大。密封垫可靠性在于所受的接触应力大于水土压力才能起到密封效果，因此针对管片密封垫密封性能的研究对于提高隧道寿命、降低施工成本等具有重大意义。国内外学者对管片密封性能进行了大量研究。Ding [ 4 ] 等人研究开发了一套新颖的装置，用以研究在施工和操作阶段，在现场荷载条件下，检测管片密封垫的密封性能及力学行为。Gong [ 5 ] 等人采用试验与计算相结合的方法对南京渭三公路隧道(南京渭三公路隧道)进行了密封性与力学性能的研究，建立了密封垫的有限元模型，并对试验结果进行了验证。Shi [ 6 ] 等人根据隧道管片接头的使用环境，对三元乙丙橡胶在地下水环境中进行加速老化试验，得出其性能退化规律。根据材料老化后力学性能的变化规律，提出了一种用于管段连接的三元乙丙橡胶垫片的时变本构模型，并利用室内老化试验的结果，得到了材料老化后力学性能的时变参数表达式。Shalabi [ 7 ] 等人在静载荷和动载荷作用下，对密封垫的隧道衬砌管片的渗漏特性，设计实验分析不同垫圈材料在水压小于0.9 MPa时的密封性能(氯丁橡胶和三元乙丙橡胶垫圈，带开口底座)。Shalabi [ 8 ] 等人研究了槽内垫片的力学性能和密封性能。考虑了两种类型的垫圈：低设计水压的开式底座垫圈和高水压的闭式底座垫圈。重点研究了密封垫在槽内载荷作用下的变形行为和密封垫的密封潜力，包括密封垫接触载荷、松弛、挤压以及水压作用下接头间隙的变化。Li [ 9 ] 等人首次对上海地铁13号线采用的纵缝进行了足尺试验，实验中考虑到混凝土、螺栓和垫片对接头力学性能的影响。董林伟 [ 10 ] 设计实验研究密封垫两侧侧限材料的不同，对密封垫耐水压力试验的影响。陈云尧 [ 11 ] 等人利用ABAQUS软件建立二维模型，采用平均接触压力作为评价指标，分析盾构隧道管片接缝处于不利工况下的失效模式；最后结合橡胶硬度参数、密封垫孔洞参数调整，研究密封垫防水性能改善方法。龚琛杰 [ 12 ] 等人在调研国内典型大直径水下盾构隧道的接缝防水构造的基础上，建立接缝弹性密封垫的设计方法，该设计方法由工程参数提取、试验前有限元预分析、试验研究和试验后有限元分析4部分内容构成。最后，应用该设计方法成功指导南京纬三路长江隧道的接缝弹性密封垫设计，证明其科学性和可行性。吴炜枫 [ 13 ] 等人以广州深层排水盾构系统东濠涌试验段工程为依托，根据工程实际尺寸1:1制作了弹性密封垫和混凝土试件，进行密封垫防水试验，确保弹性密封垫具有稳定的长期耐高水压性能。 以上研究在试验方面对管片密封垫的分析已经很成熟，但是试验过程繁重且不易操作。因此考虑利用有限元软件对管片密封垫进行密封特性分析。对于隧道安全性能要求，长时间处于高水压的环境中，对密封性能要求更加严格。利用ansys软件，建立管片密封垫的仿真模型，由于模型处于对称结构，故建立二维模型，减少仿真时间，设计方案使密封垫模型在不同的压缩位移下，分析管片密封垫所受接触应力和Von Mises应力，分析管片密封垫的密封性能，为管片密封设计提供理论基础。
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user: 2. 工程背景 山西省某引水工程施工设计为单线单洞隧洞，盾构区间起始里程为K52 + 854，终止里程为K47 + 337.1，隧道全长5516.9 m，隧道内径4520 mm，外径5220 mm，设计纵坡1/3000，采用一台泥水盾构自下游向上游掘进。工程标段主要横穿中条山及其北麓，地面高程在530~600 m之间，地形总体沿隧洞出口方向逐渐降低，洞线位于地下水位以下，地下水位高出洞底最大约105 m，也即工作环境地下水最大压力大小为10 bar，且地下水位沿着隧洞出口方向逐渐降低。根据施工地段地质岩土勘察报告，隧道埋深60~100 m，标段地层上部为第四系全新统洪冲积物、下部为第四系上更新统洪积物。盾构法施工的主要隧洞穿越硬岩性为卵石混合土、含砂低液限粘(粉)土。砂卵石的主要成分是片麻岩、混合花岗岩、辉绿岩、角闪岩等，充填物为低液限粉土及中粗砾。施工区间桩号K52 + 854~K49 + 500段以低液限粘土为主，位于地下水位以下0~30 m向掘进方向地下水位逐渐升高；桩号K49 + 500~K47 + 350段以卵石混合土为主，位于地下水位以下30~105 m，其中桩号K47 + 500~K47 + 350位于地下水位90~105 m。
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user: 3. 管片橡胶密封垫的参数确定 EPDM(三元乙丙橡胶)橡胶密封垫是国内管片密封的主流材料，一般为多孔性，具有较好的耐压缩性，靠预压缩后产生的回弹力给密封接触面一定压力，当施工中由于管片拼装产生一定的间隙和偏移时，密封垫的密封性能依旧很好。由于实际施工过程中很难对其进行密封性能分析，故建立密封垫模型，利用ansys有限元软件模拟工作状态。现做如下假设 [ 14 ] [ 15 ] ：① 三元乙丙密封垫的材料的弹性模量和泊松比不随着密封垫压缩量改变而改变；② 密封垫在压缩过程中的体积不随压缩而变化；③ 混凝土的弹性模量比密封垫的大很多，将混凝土所做的边界当做刚性边界；④ 不考虑温度对橡胶材料的影响。 针对橡胶材料模型和本构方程，国内外学者已经提出许多用于描述橡胶材料应力应变关系的应变能函数：如Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型 [ 16 ] [ 17 ] Mooney-Rivlin模型可以针对橡胶大变形性能问题提供解决方法，因此本文材料Mooney-Rivlin模型2参数来描述三元乙丙橡胶材料性能。 W ( I 1 ， I 2 ) = C 10 ( I 1 − 3 ) + C 01 ( I 2 − 3 ) (1) 式中W为应变能密度， C i j 为Mooney-Rivlin系数， I 1 ， I 2 为第一，第二应力张量不变量。橡胶材料弹性模量 和剪切模量G有如下关系： (2) 由于前面已对橡胶材料进行假设，由橡胶材料不可压缩性可得泊松比 ，(2)式可得 。 剪切模量G与弹性模量 与系数 的关系为： (3) 结合 的经验比值 ，建立起弹性模量 与橡胶材料系数 的数学关系。橡胶材料一般情况下橡胶硬度是已知的，根据橡胶硬度HA和弹性模量 的数学关系式 [ 18 ] ： (4) 结合上述所列式子由橡胶材料硬度HA便可确定橡胶材料系数 的值，如表1所示。 Table 1 Properties of EPD 名称 管片密封垫模型 弹性模量 7.08 MPa Mooney-Rivlin系数 表1. 三元乙丙橡胶材料性能
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user: 4. 管片密封垫模型建立 盾构机隧道施工过程中，需要拼装管片。由于盾构法施工的主要隧洞穿越硬岩性为卵石混合土、含砂低液限粘(粉)土。砂卵石的主要成分是片麻岩、混合花岗岩、辉绿岩、角闪岩等，充填物为低液限粉土及中粗砾，而且洞口位于水平线一下，因此隧道管片密封垫受到较大的水土压力。因此管片密封垫的密封性能直接决定隧道的安全性和使用性。考虑到管片密封垫的结构和受力作用，对实际使用的管片密封垫进行简化建模，建立如图1所示模型。 图1. 管片密封垫 图2. 管片密封垫几何尺寸图 采用二维plane182轴对称单元，使用平面应变的单元行为。管片密封垫与刚体壁面之间设置为面-面接触(Surface-Surface)，管片密封垫表面为接触面，使用CONTA172单元模拟，设置该接触单元刚度在每一次迭代计算后基于下伏实体单元的平均应力进行更新，刚体为目标面，使用TARGER169单元模拟。共10，929个节点，11，633个单元，施加载荷为固定下部刚体，对上部刚体施加向下的位移载荷。密封垫的具体尺寸为如图2所示。
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user: 5. 管片密封垫密封性能分析 5.1. 管片密封垫压缩理论分析 管片密封垫的形状不是规则图形，而且橡胶受到压缩而变形，其受力跟位移是非线性问题，想要从理论方面直接计算管片密封垫受压变形力计算很难，因此借鉴矩形橡胶压缩弹簧的计算公式，得出管片密封垫的压缩受力计算公式。 根据机械设计手册 [ 19 ] 和文献 [ 20 ] 中提出矩形橡胶压缩弹簧的计算公式： (5) 中L为橡胶的压缩量，F为压缩力，h为橡胶弹簧自由高度，a为橡胶弹簧的自由长度，b为橡胶弹簧的自由宽度， 为橡胶弹簧表现弹性模量， ，i为橡胶弹簧的几何形状和硬度的影响因子， ，S形状因子之比即橡胶承载面积与自由面积之比， ，G剪切模量。 对于本文管片密封垫，作出以下假设：① 将管片密封垫视为类矩形，其形状因子S满足： ，η为类矩形形状因子变化系数，范围为0.6~1，随着压缩量变化变化。 ② 忽略受压管片密封垫截面的两侧边受力和变形。 (6) 根据管片设计资料和管片拼装质量检测标准，选取管片最大的张开量为6 mm，因此压缩量可设计为1、2、3、4、5、6 mm，计算受力为： 图3. 不同压缩量下管片密封垫所受的压缩力 由图3可得管片密封垫在压缩量为5 mm时的压缩力1.69 MPa，根据作用力与反作用力原则，其反向力大小也为1.69 MPa，大于水土压力时，满足管片密封垫的密封条件，保证了管片密封垫的正常密封性能。 5.2. 管片密封垫仿真分析 Von Mises应力含义是当单元体的形状改变比能达到一定程度，材料开始屈服。接触应力是两个物体互相挤压时在接触区附近产生的应力，反映了管片密封垫的密封能力，当管片密封垫的接触压力不小于水土压力则说明该密封垫的密封性能良好 [ 21 ] [ 22 ]。 由于本工程隧道位于地下水位以下，地下水位高出洞底最大约105 m，也即工作环境地下水最大压力大小为10 bar，且地下水位沿着隧洞出口方向逐渐降低。管片接缝防水的好坏直接影响着隧道的整体质量和安全。根据管片设计资料和管片拼装质量检测标准，选取管片最大的张开量为6 mm，张开量为两个管片之间的空隙距离。因此本文选取位移载荷梯度为1、2、3、4、5、6 mm。压缩量5 mm所对应的是管片最大张开量6 mm位置。 图4. 不同压缩量下的管片密封垫的最大Von Mises应力图 图5. 不同压缩量下的管片密封垫的最大接触应力图 综合图4和图5可以看出，管片密封垫随着压缩量的增大而变形增大，其抵抗变形的应力增大，所以接触应力和Von Mises应力随着压缩量增加而增大。当压缩量为5 mm之后，接触应力和Von Mises应力随着压缩量增大的幅度减小。此时管片密封垫的Von Mises应力为0.562 MPa，接触压力为1.79 MPa。当接触压力大于水土压力时，满足管片密封垫的密封条件，保证了管片密封垫的正常密封性能。 图6. Von Mises应力云图。(a) 压缩量4 mm；(b) 压缩量5 mm 从图6可以看出随着压缩量的变化，Von Mises应力峰值的位置也在发生变化，即说明了在随着压缩量的变化过程中可能出现破坏的位置是不断变化的。 5.3. 管片密封垫受力分析对比 管片密封垫压缩理论分析通过对矩形橡胶压缩弹簧计算公式进行因地制宜化，引入η为类矩形形状因子变化系数，对管片密封垫进行理论计算得出管片密封垫所受的压应力。管片密封垫分析是通过有限元仿真软件对密封垫受压过程进行模拟，得到密封垫的最大接触应力。通过受力分析可得压缩力和最大接触应力是相同的。 图7. 在不同压缩量下管片密封垫压缩力值对比图 通过图7可以看出由理论计算所得管片密封垫所受的压缩力与仿真分析具有相同的一致性，从而验证了滚刀密封垫仿真分析的正确性。从图中看出两条线没有完全重合，很大程度是因为所做的假设情况没有考虑到，存在偏差。
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user: 6. 结论 1) 通过在矩形橡胶压缩弹簧计算公式的基础上，因地制宜的分析管片密封垫的实际情况，引入η为类矩形形状因子变化系数，从而计算管片密封垫所受的压缩力，为分析管片密封垫密封性能提供理论基础。 2) 以橡胶Mooney-Rivlin本构模型的基础上，采用有限元方法分析了盾构机管片密封垫密封性能，计算了管片密封垫在不同的压缩量情况下管片密封垫所受的最大接触应力和Von Mises应力。管片密封垫所受最大接触应力和Von Mises应力随着自身的压缩量的增大而增大，当压缩量达到5 mm时，最大接触应力为1.79 MPa，满足密封条件，此时达到管片最大张开量。与实际情况相符，可以判断建立的模型的正确性，研究结果管片为密封垫设计提供了理论参考，对盾构机在高水土压力环境中的施工具有重要工程价值。 3) 理论计算跟仿真分析管片密封垫压缩量为5 mm时，密封垫的所受压力为分别为1.69和1.79 MPa相差较小，验证了管片密封垫仿真分析的正确性。管片密封垫仿真分析为管片密封垫密封性能提供了一种可利用的途径。
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user: 摘 要 为了实现大区域内的土壤湿度数据可靠传输，设计了一个土壤湿度无线检测系统，系统分为前台部分和后台部分。其中前台部分由土壤湿度传感器和ZigBee节点两大部分组成，实现数据采集和数据短距离无线发送的功能；而后台部分则由WIFI无线模块和APP组成，WIFI实现数据转发的功能，手机APP作为远程监控中心负责数据的接收和分析，实现系统的无线接收、数据显示、报警等功能。同时，手机APP随时可以选择是否检测土壤湿度值。通过测试证明系统可以保证传输数据的准确性，同时可以实现远距离的数据传输。 关键词 :土壤湿度检测器，ZigBee，无线传感器网络，WIFI，手机APP Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着社会的进步、科技的迅猛发展，人们的生活水平显著提高，而我国是人口大国，也是农业大国，因此对产品的质量和数量要求越来越高，为此希望能够通过改善农作物的生长环境这一关键因素来提高产品的质量和数量。而传统农业模式已经难以满足作物生长环境的严格要求，传统农业对大棚内环境的调控主要通过人们手工现场采集、手动控制相关设备等方法 [ 1 ]，这种管理系统精确度较差，且存在很大的滞后性。近年来诸多发达国家在智能农业设施、环境的综合调控及农业机械化、智能化等方面都有着较高的发展水平，诸如美国、荷兰等，而我国在这方面相较逊色。我国在一些沿海城市开发运营了一些智能大棚系统，但是这些系统大都用以花卉观赏为主 [ 1 ]。我国地域辽阔并且各地区环境变化各异，因而我国智能农业系统的发展及应用应该符合我国实际情况和需求，采用多种技术相结合，设计开发出适用于我国的、可靠实用的智能系统 [ 2 ]。本文通过引入ZigBee和互联网相关技术，解决我国目前农业生产中对湿度数据信息采集的远程性、实时性不足的问题，提高对湿度数据的可检测性和可调控性，同时实现方便快捷的管控功能。
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user: 2. 系统方案 土壤湿度检测系统分为前台部分和后台部分两大部分。前台部分由土壤湿度传感器和ZigBee节点组成。后台部分由WIFI无线模块和手机APP组成 [ 3 ]。采用YL-69土壤湿度传感器来进行湿度检测 [ 4 ]，利用ZigBee节点进行短距离无线传输，将采集到的土壤湿度数据上传 [ 5 ]。在远程无线数据传输方面，利用ZigBee与WIFI连接实现基于无线传感器网络的远距离传输。方案框图如图1所示。 关于数据处理模块，在现有的一些系统中大多用直接单片机对传感器的数据进行处理，而本系统利用ZigBee节点进行数据处理，可以减少数据中加入干扰的可能性，并且可以在一定程度上增加无线传输的距离。关于传输系统，现有的系统中有的采用蓝牙模块实现远距离传输，有的利用STM32根据数据做出相应处理之后，将数据发送到云平台，再利用WIFI实现远距离传输。但是为了能够达到远距离传输的要求，这类型的蓝牙产品在成本较高并且其功耗方面较大，而直接采用带MCU的WIFI模块代替STM32和普通WIFI，同样也可以改良系统的结构和性能。
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user: 3. 系统前台部分的设计 3.1. 土壤湿度检测传感器的设计 在选择土壤湿度传感器时需要满足以下几个条件：测量精度高、可靠性高、稳定性高；密封性好，抗腐蚀能力强；受土质的影响较小，且响应的速度快；安装、操作简单。本设计中选择YL-69土壤湿度传感器来检测湿度。YL-69是一个简易化的土壤湿度传感器，工作原理：将两个插片插进土壤里面，然后在AC口处采集电压值。当检测到土壤湿度较小时，两个插片之间的电阻趋向于无穷大，此时AC值近似等于VCC值。当检测到土壤湿度较大时，两个插片之间的电阻会减小，根据土壤湿度的不同，电阻值会减小到几千甚至几百欧，此时AC值会产生相应的变化。其中LM393是一个双电压比较器集成电路，通过电阻R1设置一个标准值。当检测到湿度较大时，AC值较小，OUT为低电平；当检测到湿度较小时，AC值较大，OUT为高电平。可以直接用OUT输出的高低电平信号来估算湿度的大小，但是为了获得更准确的湿度值，要将AC的值进行模数转换，将其转换成数字量后再读取。从模块原理图可知，当电路接通时V1亮，否则V1灭。当湿度小时AC值大，此时V2灭；当湿度大时AC值小，此时V2亮。土壤湿度传感器模块原理图如图2所示。 图1. 方案框图 图2. 土壤湿度模块原理图 3.2. ZigBee节点的设计 ZigBee网络制定了三种包括星型、网状型和树状型。因为本设计中节点较少并且测试地点较为集中，由多个终端设备和一个协调器组成，所以本系统采用星型网络拓扑结构更为合适。在实际环境中在一定区域采用五点取样法进行数据采集，各节点分布图见图3。 ZigBee的软件开发环境用到的是IAR软件。通过IAR软件可以电脑上编写和调试程序，然后将所写的程序下载到ZigBee硬件就可以实现相应的功能应用；由于ZigBee协议栈已经实现了ZigBee协议，所以可以直接调用协议栈提供的应用程序接口进行程序开发；利用ZigBee实现数据通信时，需要实现进行如下步骤：建立网络。由于协议栈里面包含了组网函数、节点加入函数，所以只需要调用即可实现无线网络的组建；同时，数据发送、数据接收也可以通过调用协议栈的数据发送和接收函数实现。 图3. 各节点分布图 3.2.1. 协调器节点的设计 在ZigBee网络中，只有协调器和还没有参与网络的全功能设备可以在信道上建立自己的ZigBee网络，协调器通过发送不同的原语来实现建立新ZigBee网络的过程。 下面对协调器的软件流程做出说明：在启动协调器节点之后，首先对协议进行初始化，然后开始建立网络 [ 6 ]。若网络被成功建立，就等待终端节点加入该网络。若网络建立失败则重新建立网络。网络一旦建立成功，协调器就会给第一次加入新建立的网络的终端节点分配16位的短地址，即网络地址 [ 7 ]。随后协调器节点开始等待终端节点上报数据，一旦有数据上报，协调器收到数据之后，将收到的数据信息送给WIFI模块。到此ZigBee协调器一次完整的数据传输工作执行完毕，其后便是按此过程中终端节点上报数据，协调器接收并转发过程不断的循环 [ 8 ]。协调器执行的流程图如图4所示。在IAR软件中编程实现协调器功能。 3.2.2. 终端节点的设计 在ZigBee网络中，通过选择EndDeviceED选项卡来指定终端节点的功能。终端节点可以在信道中选择相对于最佳的网络加入进去。终端节点不允许其他节点加入网络，所以终端节点不能作为父节点并且不具有数据转换的功能。 下面对终端节点的软件流程做出说明：在启动终端节点后，首先进行初始化，随之它开始尝试加入由协调器建立的网络，一旦终端节点成功加入网络，就开始每隔1 s发送一个任务消息，此消息的操作为：土壤湿度传感器进行数据采集，然后，通过调用Get_ADC0_Value()函数用软件进行AD转换，最后，将带有网络地址的数据包发送给相应的协调器。发送数据的格式设置为：{“sdx”：xxx}。详细的AD转换代码见Get_ADC0_Value()函数。到此ZigBee终端节点一次完整的数据采集和传输工作执行完毕，其后便按此过程不断进行循环。图5给出了终端节点执行的流程图 [ 9 ]。 图4. 协调器执行流程图 图5. 终端节点执行流程图
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user: 4. 系统后台部分的设计 4.1. WIFI模块 WIFI模块在物联网中属于传输层，是一个智能硬件开发组合能够提供云端设计。WIFI模块可以实现用户串口、无线网(WIFI)、以太网它们之间任意的透明转换，正是因为拥有这个功能它就可以让传统的串口设备更加快捷的加入到无线网络之中。并且通过WIFI模块，在不改变任何之前的配置的情况下，传统的串口设备就可以直接通过Internet网络对自己的数据进行传输。 本设计中WIFI模块采用的是ESP8266，只要客户端连接到WIFI就可以实现相应的数据传输。该模块采用串口(LVTTL)与MCU(或其他串口设备)通信方式，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换 [ 10 ]。在性能方面，ESP8266具有低功耗，作用面积广，传输数据稳定的优点。所以在性能方面也可以达到本系统设计的要求。WIFI模块电路图如图6所示。 该WIFI模块支持标准的IEEE802.11b.g.n协议和完整的TCP/IP协议栈，用户可以根据相应的规则自己设计使用该模块。通过对整体的硬件分析，可以更加确定整个硬件更加有利于整个土壤湿度无线检测系统的设计和实现。WIFI模块工作流程图如图7所示。 图6. WIFI模块电路图 图7. WIFI模块工作流程图 4.2. 手机APP的设计 本系统利用Android Studio编程来实现手机客户端的开发设计。Android Studio是Google推出的一个Android集成开发工具，可用于开发和调试。该开发环境具有运行速度快且稳定、强大的UI编辑器等优点 [ 11 ] [ 12 ]。 手机应用程序主要为了实现对土壤湿度传感器采集到的数据进行显示、报警提醒及文字提示的功能。结合本系统的设计要求，进行需求分析后确定APP需要实现的功能有：用户可以注册并登录系统；能够接收WIFI模块发送出来的数据并显示当前湿度值；可以设置正常湿度范围的上下限，当超出或者低于预设范围时发出声音报警，并且有文字显示过高和过低，当湿度检测值在预设范围内时，不启动声音报警，文字显示正常；支持手动选择开始检测显示和结束检测显示。设计该APP具体执行流程图如图8所示 [ 13 ]。 关于手机APP客户端，本系统设计了一个登录界面和一个检测控制台界面。用户打开本Android客户端后，首先是进入登录界面如图9所示，第一次使用该软件的用户注册后才可登录，之后可直接输入正确的账号以及密码进入监测控制台如图10所示的检测控制台界面。需要监测时，点击开始检测在节点一、二湿度处即可看到当前的检测区域的湿度状况。可以调节湿度上下限来满足不同作物对湿度的要求。 图8. APP执行流程图 图9. 登录界面 图10. 监测控制台界面
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user: 5. 实物实现 5.1. 搭建实验平台 首先搭建好软件实验平台，通过仿真器将IAR中的程序下载到协调器和两个终端节点中。组网成功之后，连接有土壤湿度传感器的终端节点将采集到的数据传送给协调器汇总，然后由协调器传送给WIFI模块。手机APP通过连接WIFI模块，接收数据并进行显示，本土壤湿度无线检测系统的实物连接如图11所示。 5.2. 实物效果 为了客观的看到终端节点和协调器的组网是否成功，终端节点请求加入协调器组建的网络后，当协调器底板上的数码管显示C，终端节点底板上的数码管显示E代表组网成功，若没有相应的数码管显示代表组网还没有成功。组网成功实物效果如图12所示。当检测湿度超出预设值手机APP显示如图13所示，当湿度低于预设值时手机APP显示如图14所示。 图11. 土壤湿度无线检测系统的实物连接图 图12. 组网成功实物效果图 图13. 湿度超出预设值 图14. 湿度低于预设值
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user: 6. 总结 本系统实现了湿度信息的远距离检测。将无线传感器网络与WIFI相结合，用于土壤湿度信息采集的系统，实现远距离准确传输，可用于大田及其他大区域中。通过分析检测到的土壤湿度的数据，可以及时对农作物进行浇水灌溉或者放风、松土等措施提高或者降低土壤湿度，以达到适合农作物生长的土壤湿度环境。同时，有利于农业管理，在减少传统的测试方法由于人为等因素造成数据不准确以及降低相关人员工作量等方面有一定的帮助。
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user: 摘 要 研究了基于协作多点网络的非正交多址系统的物理层安全问题，在协作多点网络中存在一个窃听者且中继采用放大转发策略的场景下，对NOMA-CoMP系统的物理层安全性能进行理论分析，推导了全局保密中断概率和各子信道保密中断概率的闭式解。经验证，NOMA-CoMP系统的物理层安全性能优于非CoMP的多小区NOMA系统。 关键词 :协作多点，非正交多址，物理层安全，放大转发 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 非正交多址(NOMA)技术具有频谱效率高和网络吞吐量大等特点，被认为是未来第五代(5G)和超5G蜂窝网络系统的多址技术 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。协作多点技术具有减轻小区间干扰、提高小区吞吐量和小区边缘用户性能等特点。在同一小区不同扇区或不同小区之间可以利用CoMP技术协作调度，对小区间干扰进行减轻甚至利用 [ 4 ] [ 5 ]。文献 [ 6 ] 最先提出把NOMA技术引入到CoMP无线网络进行性能分析，研究结果表明所提出协作叠加编码算法能够提高边缘用户的速率的同时，不降低中心用户速率。最近几年，基于NOMA-CoMP系统的资源调度和性能分析得到了大量研究 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]。 无线通信的广播特性使得它比有线通信存在更大的安全性问题，随着量子计算机等技术的发展使得基于计算量加密的传统加密方法适用受限，在未来5G无线网络中，保证通信安全显得尤为重要。文献 [ 12 ] 最先提出了物理层安全的概念，并且设计了无线网络中存在窃听者的信道模型。文献 [ 13 ] 研究了异构蜂窝网络物理层安全的性能，构建了基于几何理论的物理层安全模型，推导了用户接入中继基站、宏基站、为基站的中断概率闭式解。 最近，基于NOMA系统的网络安全性能分析成为了研究热点 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]。文献 [ 14 ] 针对NOMA系统的保密性提出了用户的解码顺序、传输速率和功率最优设计，并推导了最小发射功率和最大化保密速率问题受到保密中断和服务质量约束限制的闭式解。文献 [ 15 ] 研究了合作NOMA系统的物理层安全，对NOMA系统使用放大转发(AF)和解码转发(DF)协议的保密性能进行了研究，实验结果表明AF和DF协议达到的保密性能几乎相同，且NOMA系统的保密性能与中继和弱用户之间的信道条件无关。文献 [ 16 ] 针对存在多个窃听者的情况，提出了一种两阶段的NOMA安全中继选择算法，该算法保证了一个信源到目标用户的容量最大化并且确保另一信源到目标可成功接收。文献 [ 17 ] 考虑了存在自干扰的现实假设下，提出了用户在NOMA中继系统中使用解码转发协议的全双工模型，并导出了在延迟受限的传输模式下的停机概率、分集阶数、遍历率和系统吞吐量的闭式解。然而，目前关于NOMA系统的物理层安全的大量研究工作中，大部分并没有考虑NOMA子信道差异化情况，而且并没有研究工作考虑在CoMP网络中研究NOMA系统的物理层安全。因此，这就是本文的研究动机。 本文考虑基于协作多点网络研究研究多小区的NOMA子信道化差化的非正交多址系统的物理层安全，考虑了存在窃听者情况下，中继处实施放大转发(AF)策略的NOMA-CoMP系统性能，分析并推导了NOMA子信道的保密速率，全局保密中断概率和各子信道保密中断概率的表达式。最后，通过仿真证明了随着信噪比增加，全局保密中断概率和各子信道保密中断概率均趋向于定值，并且验证了影响NOMA-CoMP系统全局中断概率的因素。
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user: 2. 系统模型 如图1所示，考虑一个存在窃听者的双小区NOMA-CoMP模型， B = { 1 ， ⋯ ， B } 表示基站集， M = { 1 ， ⋯ ， M } 表示每个小区的移动用户集，假设用户和基站均为单天线。基站将可用带宽划分为子信道集 S = { 1 ， ⋯ ， S } 。假设BS可获知完整的信道状态信息(CSI)，BS可根据完整的CSI对用户进行联合子信道调度和功率分配。假设各小区基站与边缘用户之间无直接链路，需通过各小区中继与边缘用户进行通信。窃听者可在中继到用户的下行链路中被动窃听。 P v ， j ( k ) 表示子信道s分配给用户j的功率，满足 ∑ j ∈ M P v ， j ( s ) ≤ P v ( s ) 和 P v ( s ) = P / S ，其中P为每个基站的总发射功率，我们假设各个基站总发射功率相等。假 设各个基站总发射功率相等。考虑传输信道为块衰落信道， h v ( s ) 表示基站与中继之间的子信道s的信道条件复系数，且 h v ( s ) = g v ( s ) / G ( d v ( s ) ) ，其中 g v ( s ) 表示瑞利信道衰落增益， d v 表示中继v与基站b之间的距离， G ( · ) 表示路径损耗函数。假设 x j ( s ) 表示子信道s上的传输信号，每个子信道可同时传输两个用户，则基站到中继v在子信道s上的传输信号在中继v的接收端表示为： 图1. 存在窃听者的双小区NOMA-CoMP模型 y v ( s ) = h v ( s ) ( P v ， 1 ( s ) x 1 ( s ) + P v ， 2 ( s ) x 2 ( s ) ) + n v ( s ) (1) 其中， n v s ∼ ℂ N ( 0 ， σ n 2 ) 表示叠加高斯白噪声(AWGN)， σ n 2 是噪声变量。 在中继v处采用放大转发(AF)协议， θ 表示放大因子， H v ， j ( s ) 表示中继v到用户j的子信道s的信道条件复系数， n v ， j ( s ) 表示中继v到用户j的子信道s的叠加高斯白噪声，则中继v在子信道s上的传输信号到用户j的接收端表示为： y v ， j ( s ) = θ H v ， j ( s ) ∑ i = 1 V y v ( s ) + n v ， j ( s ) (2) 其中， θ = 1 | h v ( k ) | 2 + 1 / τ ， τ = S N R = P s ( s ) σ 2 = P v ( s ) σ 2 表示下行链路的平均信噪比。 窃听者E的接收端截获的信号表示为： y v ， E ( s ) = θ H v ， E ( s ) ∑ i = 1 V y v ( s ) + n v ， E ( s ) (3) 因此，在NOMA-CoMP系统中，中继v到用户j的传输速率可以表示为： R v ， j ( s ) = l b ( 1 + φ v ， i ( s ) ) (4) 中继v到窃听者E的传输速率表示为： R E ， j ( s ) = l b ( 1 + φ E ， j ( s ) ) (5) 令各基站到中继和中继到各用户的接收端处叠加的高斯白噪声相等， t v ， 1 ( s ) + t v ， 2 ( s ) = 1 ， P v ， j ( s ) = t v ， j ( s ) P v ( s ) ，则 φ v ， 1 ( s ) = θ 2 | H v ， 1 ( s ) | 2 | h v ( k ) | 2 ( P 1 ， 1 ( k ) + P 2 ， 1 ( k ) ) 2 | H v ， 1 ( s ) | 2 | h v ( k ) | 2 ( P 1 ， 2 ( k ) + P 2 ， 2 ( k ) ) 2 + θ 2 | H v ， 1 ( s ) | 2 σ 2 + σ 2 (6) φ v ， 2 ( s ) = θ 2 | H v ， 2 ( s ) | 2 | h v ( s ) | 2 ( P 1 ， 2 ( s ) + P 2 ， 2 ( s ) ) 2 θ 2 | H v ， 1 ( s ) | 2 σ 2 + σ 2 (7) φ E ， i ( s ) = θ 2 | H v ， E ( s ) | 2 | h v ( s ) | 2 ( P 1 ， i ( s ) + P 2 ， i ( s ) ) 2 θ 2 | H v ， E ( s ) | 2 σ 2 + σ E 2 (8) 由(4)和(5)可得在NOMA-CoMP系统中子信道k上的用户j的保密中断速率表示为： R j ( s ) = [ R v ， j ( s ) − R v ， E ( s ) ] + (9) 其中 [ w ] + = max { w ， 0 } 。
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user: 3. NOMA-CoMP系统保密性能分析 保密中断概率定义为可达保密速率小于目标保密速率的概率，是评估无线移动网的物理层安全性能的重要指标。由(12)可以得到子信道s上的用户j的保密中断概率为： P o u t ( s ) = Pr { R 1 ( s ) < R 1 ∥ R 2 ( s ) < R 2 } = 1 − Pr { R 1 ( s ) > R 1 ， R 2 ( s ) > R 2 } (10) 由于各子信道是否发生中断是相互独立的，则全局中断概率表示为： P o u t = ∏ s = 1 S P o u t ( s ) (11) Pr { R 1 ( s ) > R 1 ， R 2 ( s ) > R 2 } = Pr { l b ( 1 + φ v ， 1 ( s ) ) − l b ( 1 + φ E ， 1 ( s ) ) > R 1 ， l b ( 1 + φ v ， 2 ( s ) ) − l b ( 1 + φ E ， 2 ( s ) ) > R 2 } = Pr { m i n ( | h v ( s ) | 2 ， | H v ， 2 ( s ) | 2 ) > | H v ， 2 ( s ) | 2 X 1 + X 2 } − Pr { min ( | h v ( s ) | 2 τ ， | H v ， E ( s ) | 2 τ E ) > T 1 ， m i n ( | h v ( s ) | 2 ， | H v ， 2 ( s ) | 2 ) > | H v ， 2 ( s ) | 2 X 1 + X 2 } (12) 其中 T 1 = 1 − ( t 1 ， 2 ( s ) + t 2 ， 2 ( s ) ) 2 2 R 1 ( t 1 ， 2 ( s ) + t 2 ， 2 ( s ) ) 2 ( t 1 ， 1 ( s ) + t 2 ， 1 ( s ) ) 2 2 R 1 (13) T 2 = | H v ， E ( s ) | 2 | h v ( s ) | 2 τ τ E 2 R 2 ( t 1 ， 2 ( s ) + t 2 ， 2 ( s ) ) 2 | H v ， E ( s ) | 2 τ E + τ | h v ( s ) | 2 + 2 R 2 − 1 (14) X 1 = 2 R 2 τ E / τ (15) X 2 = ( 2 R 2 − 1 ) / ( τ ( t 1 ， 2 ( s ) + t 2 ， 2 ( s ) ) 2 ) (16) 等式(15)的第一部分可简化为： P a = Pr { m i n ( | h v ( s ) | 2 ， | H v ， 2 ( s ) | 2 ) > | H v ， E ( s ) | 2 X 1 + X 2 } = Pr { | h v ( s ) | 2 > | H v ， E ( s ) | 2 X 1 + X 2 ， | H v ， 2 ( s ) | 2 > | H v ， E ( s ) | 2 X 1 + X 2 } (17) 令 z = | H v ， E ( s ) | 2 ， x 1 = | h v ( s ) | 2 ， ， 由定理：事件A，B相互独立，有 ，指数概率密度函数 和分布函数 ，可求得(16)的进一步简化： (18) 同理，等式(15)的第二部分可简化为： (19) 因此，NOMA-CoMP系统各子信道的中断概率表示为： (20)
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user: 4. 仿真结果 在以上NOMA-COMP系统物理层安全理论分析的基础上，本部分将利用MATLAB软件得到上述NOMA-CoMP物理层安全模型的仿真结果，对所提出的算法性能进行评估，并且与传统的NOMA-非CoMP物理层安全算法进行性能对比。在以下仿真中，基站峰值功率设为3 dBm，联合子信道数设为3，每个NOMA子信道上叠加的配对用户数为2，每个子信道在用户接收端上叠加的高斯白噪声均相等。 图2表明了存在窃听者的NOMA-CoMP系统的全局中断概率、各联合子信道中断概率与信噪比的关系，其中各子信道上强用户与弱用户的目标速率分别为 和 。由图2可知，当信噪比小于30 dB时，全局保密中断概率和各子信道保密中断概率随着信噪比增加而下降，中继处采用放大转发协议的NOMA-CoMP系统的总体性能随着信噪比增加而增加；当系统处于高信噪比时，全局保密中断概率和各子信道保密中断概率趋向于定值，仿真结果表明子信道上叠加的高斯白噪声对系统物理层安全性能有着关键影响。从图2可以看到，各子信道的保密中断概率随着信噪比的变化，呈现出的差异更加明显，这表明子信道的信道条件也是影响NOMA-CoMP系统物理层安全的因素，且信道条件越好，保密中断概率越小，NOMA-CoMP系统物理层安全性能越好。 图2. NOMA-CoMP系统中保密中断概率与信噪比之间的关系 图3. NOMA-CoMP系统与NOMA-非CoMP系统的安全性能对比关系 图3对使用CoMP技术和不使用CoMP技术的多小区NOMA系统的物理层安全性能进行了对比，其中各子信道上强用户与弱用户的目标速率分别为 和 。由图3分析可知，多小区NOMA-CoMP网络在同等条件下的保密中断概率要比多小区NOMA-非CoMP网络高。
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user: 5. 总结 本文研究了基于协作多点网络的非正交多址系统的物理层安全，考虑了协作多点网络中存在窃听者的情况下，中继采用放大转发(AF)策略，分析并推导了CoMP网络中NOMA子信道的保密速率，全局保密中断概率和各子信道保密中断概率的表达式。最后，仿真结果表明，随着信噪比增加，全局保密中断概率和各子信道保密中断概率均趋向于定值，验证了影响NOMA-CoMP系统全局中断概率的因素，并且证明了NOMA-CoMP系统的物理层安全性能要比非CoMP的多小区NOMA系统好。
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user: 摘 要 教育众筹在一定程度上可以优化、检验教育课程，有效整合社会资源及教育资源，为地方缓解资金压力，如果众筹失败，将造成巨大的时间成本，因此对众筹项目结果进行预测研究具有重要意义 [ 1 ]。本文针对教育众筹的成败预测问题，将卷积神经网络模型运用于教育众筹成败预测中，通过采用神经网络语言模型word2vec对文本进行词向量的训练，并用训练好的词向量表示文本，使用卷积神经网络对文本进行抽象特征的提取，在提取出抽象特征的基础上，对纯文本信息进行网络训练和预测，获得了88.16%的测试正确率。 关键词 :教育众筹，成败预测，卷积神经网络 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 众筹(Crowdfunding)是一种大众通过互联网进行沟通联系，并汇集资金支持由其他组织和个人发起的活动的群体性行为，也是通过互联网平台进行小额融资的新型融资模式 [ 2 ]。学界对众筹的研究集中在 2011年以后，主要来自金融和商业两个方面，在教育领域应用较少。教育众筹通过互联网方式帮助有需要的老师发布筹款项目并向网友募集资金，以此为学生提供更好的基础设施。跟传统办学模式相比，教育众筹直接面向广大网民募集资金，形式更加开放灵活，课程更加实用和新颖。一旦项目集资失败，会损失项目发起人和众筹参与者的时间，造成巨大的集资时间成本，因此，预测老师发布的请求书能否被社会人士认同并成功获得相应的教育资源成为了众筹平台和老师都迫切关注的问题。 当前国内关于众筹的研究主要集中在对众筹模式的定性研究、众筹融资的影响因素、众筹投资者参与动机和行为等方面 [ 3 ]，预测众筹融资结果的研究比较少。黄健青等人在逐步回归分析的基础上预测了项目融资的结果 [ 4 ] ；陈肖华等人将BP神经网络用于众筹项目融资结果的预测 [ 5 ]。BP算法能够帮助深度神经网络得到有效的训练，使得网络的结构可以向更深的方向发展。但当网络隐含层数量到达一定程度时，网络的性能往往不再提升，甚至会出现下降。卷积神经网络(Convolutional Neural Network， CNN)是近年发展起来并在计算机视觉和语音识别取得重大突破的一种深度神经网络，采用了局部连接和权值共享技术，不仅能够更好的提取特征信息，同时还减少了网络的参数，便于模型的训练。 本文针对教育众筹的成败预测问题进行了深入研究，主要研究了教育众筹预测的基本原理、基于word2vec的特征提取、基于卷积神经网络的预测模型等几方面的问题，最后根据众筹网站的数据进行训练和预测分析，得到较理想的预测效果。因此本文可以为今后的教育众筹提供一定的理论建议，一定程度上帮助教育众筹者提高众筹的成功率。
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user: 3. 结论 本文将卷积神经网络模型运用于教育众筹成败预测中，提出基于word2vec和卷积神经网络文本分类算法，完成了教育众筹的预测。该算法既有传统分类算法的简单高效性，又利用了word2vec将词表征为实数值向量的高效性，利用卷积神经网络对文本进行模型的构建、训练和分类。最后利用已经训练好的网络，对测试样本输入网络并得到了分类结果，获得了88.16%的测试正确率，并比较了不同卷积和尺寸下的测试正确率。
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user: 摘 要 频率选择表面(Frequency Select Surface，简称FSS)在实际运用与设计过程中，不可避免的遇到单元在曲面结构上的排布问题，这与仿真中无限大平面模型有所差异。本文以实际工程为背景，针对现实情况中出现的问题为重点，利用EastFDTD软件，以圆环形单元结构为基础，研究了直锥形天线罩下，单元排布对其电磁散射特性的影响。通过对比分析三种排布方式发现：消除缺陷后的优化排布对罩体电磁散射特性的影响有利，更好的实现了电磁波在工作频段的自由通透，非工作频段的高反射。 关键词 :频率选择表面，雷达截面，单元排布，电磁散射 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在现代化战场中，雷达探测起着至关重要的作用 [ 1 ]。同理，雷达为提高自身生存能力也要尽可能的降低被探测到的风险 [ 2 ]。反雷达探测又可以称作隐身技术，而表示目标隐身效果强弱的物理量被称作目标对电磁波的雷达截面(Radar Cross Section) [ 3 ]。RCS是基于平面波照射状态下目标各向同性散射的概念，降低雷达截面可以大大减少雷达探测作用，而频率选择表面可以实现这种效果。 由此提出FSS实现隐身天线罩，在我方雷达工作频段保证电磁波的自由通透，而在非工作频段实现高反射 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。对于有限大尺寸FSS甚至是曲面FSS的研究才是对FSS的有效扩充，找到高效建立应用FSS模型并快速分析应用FSS的传输特性是目前重要的研究领域 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。在实际运用中曲面天线罩体因其表面不能完全展开成平面，导致单元不能像无限大平面模型一样严格周期分布，其效果也就产生了变化，所以FSS单元排布设计对天线罩起到了至关重要的影响 [ 11 ] [ 12 ]，针对该问题本文研究了单元排布对曲面FSS天线罩传输特性的影响。
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user: 2. 单元设计与仿真 本文以实际工程为背景设计了圆环形单元结构，周期为10 mm × 10 mm正方形排布，工作中心频点为10 GHz。该单元由三层结构构成，基底陶瓷(天线罩)介电常数为3.5、厚度为9 mm，中间层为粘合胶体介电常数为3、厚度为0.025 mm，上层为金属板、厚度为0.025 mm，具体尺寸如图1(a)~(b)所示。文中使用的仿真软件为EastFDTD，是一款基于时域有限差分算法的光电磁实时仿真模拟软件，广泛用于各种电磁系统(天线/雷达、雷达罩、暗室、RCS、探测、加热等)和光电系统(如激光、LED、光纤等)等行业的仿真，与国际软件相比，在计算速度、精确度和电磁材料等方面，具有特殊的技术优势。 以该单元为周期结构，仿真其在无限大平面下的透过率曲线，分别以入射角和极化角为变量，观察随着角度的变化模型工作频点的变化规律：图1(c)为TE模极化角固定，入射角变化时对工作频点的影响，当入射角由0增加至80˚时，透过率仿真曲线的工作中心频点逐渐增大，有向高频段移动的趋势；图1(d)为入射角固定在70˚ (因为直锥模型的角度设置，在此选择固定入射角为70˚)，极化角变化时对工作频点的影响，当极化角由0增加至90˚时，透过率仿真曲线的工作频点基本不变，说明该单元结构极化不敏感，且入射角70˚时各个极化角下单元的工作频点均处在10 GHz，透过率也基本处在90%以上。 图1. (a) (b) 单元结构的正视图和侧视图，单位(mm)；(c) 极化角固定入射角变化时，单元模型的透过率曲线；(d) 入射角固定极化角变化时，单元模型的透过率曲线
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user: 3. 天线罩的仿真与分析 3.1. 无FSS加成的天线罩 如图2所示天线罩模型通过在二维平面x-o-y内的直线绕x轴旋转得到，其中直线方程为y = x*tan20˚，锥体顶角20˚。天线罩厚度为9 mm，介电常数为3.5。 图2. 天线罩的三维示意图(单位：mm) 3.2. 平面FSS排布与仿真 排布一如图3(a)：严格的正方排布：在锥体的扇形展开面上按照严格的正方周期将FSS单元一一排列，然后将扇面进行卷曲得到直锥，为保证单元的完整性，如果遇到边界处无法排列一个完整单元的位置，则不在该处放置单元。排布二如图3(b)：初步优化排布，沿x轴每隔10 mm在罩体径向进行单元排布，单元周期不变且保证完整性，罩体表面将出现较小的空缺，虽然径向上形成周期排布但母线方向无序。排布三如图3(c)：再优化排布，针对前一步中径向上每一圈的周长调整单元周期大小，做到径向严格周期排布消除空缺。仿真扇面模型工作波段，10 GHz的工作频点包含在其工作频段内。如图3(d)所示在5~15 GHz频段内，排布一模型的工作曲线与单一单元结构相同，排布二模型的工作频带杂乱峰值相对更高，排布三的工作频带更稳定峰值相对较低。对于有限大平面模型，无论排布二还是排布三都不是严格的周期排布，所以与排布一相比透过率曲线变化很大。 图3. (a)~(c)直锥模型展开为平面扇形的示意图，按顺序分别对应排布一、二、三；(d) 在5~15 GHz内三种排布模型的透过率曲线 3.3. 直锥模型的FSS排布 将平面扇形模型进行卷曲得到最后的锥形FSS天线罩，需要将FSS单元结构排布在天线罩表面，首先沿x轴方向从x = 20到110处每隔10放置一个单元，再将单元绕x轴按一定角度旋转并复制，则在该处构成一圈排布的FSS，总计排布十圈。排布中所需要的坐标，旋角等数据通过Matlab程序计算得出，根据数据在仿真软件中构建模型如图4所示。排布三中，仅对单元周期进行了修改而单元的其他数据并未变化，故排布二中使用Matlab程序得到的排布数据仍然可以利用。用每一圈的周长去除以取整后每一圈排列的个数，得到了新的旋角、新的周期大小，由于周期改变量较小，故忽略周期对仿真结果的影响。 图4. 天线罩的正视图、俯视图和后视图，(a) 为排布一的模型视图；(b) 为排布二的模型视图；(c) 为排布三的模型视图 3.4. 直锥模型的FSS仿真数据 通过平面扇形模型曲线可以看出，FSS的工作频带在9~11 GHz，非工作频带为5~9 GHz、11~15 GHz，故在对锥体模型仿真时，添加带内频点的监视器：10 GHZ，带外频点的监视器：7、13 GHZ。由于排布一和排布二的直锥模型有缺陷，三种FSS排布的天线罩模型在进行数据分析时将对缺陷部分和非缺陷部分分别进行讨论。 3.4.1. 缺陷部分的讨论 不同频点下排布一模型、排布二模型和排布三模型的RCS仿真结果如图5所示。图5(a)中在7 GHz下，排布一模型和排布三模型的散射曲线在100˚时开始有明显的下降，且排布三模型在135˚附近有一个非常低的散射抑制。因此在带外7 GHz排布三模型的效果是最好的，因为排布三模型在一定程度上消除了缺陷对电磁波传输的影响。图5(b)中在10 GHz下，三种排布的散射效果相差不大。图5(c)中在13 GHz下，排布一模型和排布三模型的散射曲线整体要比排布二模型的散射曲线更低。在缺陷部分的对比中，排布三具有无缺陷的优势，工作频带内的散射效果与排布一、二相当，但工作频带外压制电磁波的效果最好。 图5. 缺陷部分不同频点下三种排布模型的电磁波散射曲线，(a) 为7 GHz下的电磁波散射曲线；(b) 为10 GHz下的电磁波散射曲线；(c) 为13 GHz下的电磁波散射曲线 3.4.2. 非缺陷部分的讨论 不同频点下三种排布方式的直锥模型RCS仿真结果如图6所示。图6(a)中在7 GHz下，排布三模型从85˚到160˚有一个非常明显的电磁散射压制，而排布一模型和排布二模型的曲线基本一致。图6(b)中在10 GHz下，三种排布模型的RCS曲线非常接近，其工作效果基本一致。图6(c)中在13 GHz下，从55˚到165˚之间，排布三模型的RCS曲线一直处于比较低的水平，说明在带外排布三模型对电磁波的压制效果最好。 通过对三种排布模型的缺陷部分和非缺陷部分的仿真结果对比和分析之后，发现在工作频带内排布三模型的效果和排布一、二模型相当，但在在工作频带外排布三对电磁散射的压制最好，说明这种优化后的排布方式更好的实现了工作频段电磁波的通透，非工作频段的高反射，采用这种消除缺陷排布的天线罩的实际应用效果会更好。 3.5. 小结 对天线罩表面的FSS从简单的正方形周期排布(排布一)到初布优化排布(排布二)到再优化排布(排布三)，使用了圆环形单元进行仿真，排布一和二中单元交合处的缺陷在实际的运用中经常遇到，针对这个问题提出了排布三的优化办法，略微改变锥体上每圈单元的周期，使其能合理排布以消除缺陷的出现。 图6. 非缺陷部分不同频点下三种排布模型的电磁波散射曲线，(a) 为7 GHz下的电磁波散射曲线；(b) 为10 GHz下的电磁波散射曲线；(c) 为13 GHz下的电磁波散射曲线 在数据分析中可以看出，FSS在罩体表面起到在工作频段电磁波的通透，非工作频段的高反射的作用，最关键的是在缺陷处排布三的FSS效果优于排布一和二的FSS，说明了这种优化排布想法的可行性，说明了不同FSS的排布方式对天线罩电磁波散射有不同的影响，但与设想中全面优于、明显优于的结果有所差距，这将作为下一步更高优化的方向。
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user: 4. 总结 本文考虑到FSS在实际运用中不能像在平面一样严格周期排布，提出了FSS排布方式对罩体散射的影响。本文构建了三个模型：正方形周期排布FSS的天线罩、初步优化排布FSS的天线罩和再优化排布FSS的天线罩，对比观察影响。 结果说明优化后的排布可以解决缺陷问题，并产生了一定的优化影响，实现了工作频段电磁波的通透非工作频段的高反射，但效果并没有预想的明显。原因是本文仅考虑了平行于锥体底面的、位于锥体表面的每一圈上的单元周期化排布，而对于锥体母线方向上单元的周期化未进行处理，从而导致整体的周期化不完善，故优化结果没有特别显著。在后续的研究中，对经线方向和纬线方向同时设计优化，可作为一个研究方向。
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user: 摘 要 面向以任职能力为核心的军校人才培养目标，针对科研成果转化为任职专业教学内容的现实问题，分析了科研成果向教学转化的国内外研究现状，在此基础上，针对军校科研成果和军校人才培养的特点，提出了军校科研成果如何转化为教学内容的方法与机制。该方法机制为加强军校任职专业的课程建设、提高军校学员的岗位任职能力提供了方法途径。 关键词 :军校科研成果，岗位任职能力，教学 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 如何正确认识和处理教学与科研二者关系，一直是教育研究者和实践者关注的问题。正式把科研作为大学的一个基本职能的是19世纪的德国教育家洪堡以及当时的柏林大学。此后，教学、科研并重一直被认为是现代大学的基本特征。军校作为军内科研成果的基地，也是培养军队高素质新型创新人才的摇篮。军校的专业人才队伍建设是打赢未来战争、获取未来获取战斗力的重要保证。当前，在军校教学中，还存在相关的专业教学内容滞后军队科研发展、专业教学方法不够新颖，教学效果不佳，教学实践环节缺失等问题，导致军校人才培养的岗位专业能力素质不强。而这些专业能力素质的培养需要以推进相关任职专业的课程建设为依托。本文在分析军校教学问题的基础上，结合科研向教学转化的国内外现状研究，探析如何将最新军校科研成果转化为课程教学中，并加强相关专业的课程建设。
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user: 2. 军校存在的相关教学问题分析 结合对以国防科技大学、国防大学、解放军工程大学等为代表的军校教学的调研，总结当前在军校教学中存在主要教学问题包括以下几个方面： 1) 科技迅猛发展造成的任职专业教学内容滞后。当前，信息技术迅速发展，使得军队信息系统技术发展迅速、更新换代周期变短。比如在指挥信息系统领域，指挥信息系统更新换代周期变短，原有的教材内容很快滞后于先进科研成果，需要把科研的前沿成果尽快转化到教学内容，帮助学员了解前沿知识，并提高学员运用前沿知识解决实际问题的能力。 2) 军校的“涉军”相关课程存在教学内容不够新颖、教学效果不佳的问题。比如，合成孔径雷达构成复杂，学员难理解难掌握。针对军校专业人才培养相关课程建设的问题，需要对相关教学内容和教学方法进行革新，通过采用具体案例式、演示型教学，加强学生对军内高新技术的理解，解决各类军内高新技术的复杂性、集成性造成的理解难、运用难的问题，切实提高相关课程的教学效果和教学质量。 3) 培养的任职人才欠缺实践能力的问题。当前，任职专业相关课程在教学过程中存在重理论轻实践的问题，专业学员对所学理论知识缺乏直观的理解和感受，不同知识基础的学员对科研成果的理解能力不一，并且，任职专业的相关实践类课程还处于建设改进过程中，迫切需要将军校相关的科研成果转化到教学过程中，有针对性地提高学员在任职的实践能力，对不同知识基础的学员制定相应的实践类课程教学设计，提高任职专业学员的实践能力，进而提升任职人才的综合培养质量。