基于FPGA便携式光谱分析仪设计

为了大幅提高光谱检测的抗干扰能力和实时数据处理能力,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的静态光谱分析系统.选用静态干涉具取代机械扫描,从而提高系统的抗震动能力,使其适用于便携式光谱仪的设计要求.采用FPGA芯片完成干涉数据的高速处理,从而达到实时响应的设计要求.设计了系统的结构、硬件电路以及光谱分析算法,给出了光谱还原的理论推导与计算过程.实验采用Virtex2-pro型FPGA开发板,对660 nm激光光谱进行测试,频谱计算效果与Matlab仿真数据作对比.实验结果显示:本系统可以有效地将被测激光光谱分布函数解出,速度快,准确度高,并具有较好的抗干扰能力,适合于便携式光谱分析仪的应用特点.     

分子信标用于平阳霉素切割DNA反应的实时监测

报道了一种实时监测平阳霉素(BLM A5)氧化切割DNA过程的荧光分析方法.利用分子信标核酸探针作为BLM A5底物和探针分子,通过检测BLM A5切割分子信标反应过程中荧光信号的变化,实现了对BLM A5在Fe2 和O2介导下切割DNA反应的实时监测.同时,考察了一些金属离子和抗肿瘤药物对BLM A5切割DNA反应的影响.在此基础上建立了一种快速、灵敏的BLM A5定量测定方法,线性响应范围为0.05～1.0 μmol/L.     

基于汉明距离的DNA编码约束研究

DNA计算是将现实问题进行编码映射到DNA分子上,通过生物实验产生出代表问题的解的DNA分子,最后通过检测技术提取出该DNA分子。高质量的DNA编码可以尽可能避免或减少计算过程中出现的错误,并使检测阶段易于提取出代表问题的解的DNA分子。对DNA编码约束进行了研究,分析了基于汉明距离的编码约束可以有效降低DNA分子间相似程度,减少DNA计算过程中DNA分子间的相互干扰,从而提高DNA计算的有效性和可靠性。还证明了基于汉明距离的编码约束存在等价的序列组合,降低了编码计算的复杂度。     

一种新型DNA自组装磁珠光电检测系统及其在DNA计算机研制中的应用

文中提出了一种基于硅芯片集成自组装磁珠颗粒的新型DNA光电检测系统,该系统利用普通照射光源及光电二极管进行光电信号转换,通过比较DNA杂交反应前后的光电流值,来识别DNA杂交信号.该系统是一种首次将磁珠和光电二极管相结合的新型DNA杂交检测系统,具有成本低廉、快速检测及高精度的特点.这种检测方法不需要信号增强步骤,就能够有效区分DNA单碱基错配及完全杂交的情况;由于采用了磁珠颗粒,易于在DNA计算中删除问题的非解.文中给出了求解图的最小顶点覆盖问题DNA计算模型实例,该实例证实了文中所提出的检测系统较传统检测系统具有明显的优势,有利于实现DNA计算机检测系统中解的自动化检测.     

结合基因工程的生物电子鼻用于气味检测的研究

为了实现结合生物工程的仿生嗅觉传感器系统的多气味检测和目标气味的特异性识别和区分,使用生物工程化的大鼠嗅觉系统作为敏感元件,植入嗅球的多通道微丝电极作为换能器,采用无线数据采集系统收集和分析响应信号。最后,利用Matlab计算神经元平均放电率,对神经元的气味响应进行相关性分析和主成分分析,证实了该系统检测和区分不同气味的性能。创新性地提出将嗅觉受体基因整合、克隆到在体嗅觉细胞上,用于改造生物嗅觉系统,使之可以对目标气味分子产生敏感的响应信号。结果表明结合基因工程的生物电子鼻系统能够显著增强其检测特异性目标气味的性能,在环境监测、公共安全等领域中有很大应用潜力。     

DNA计算中核酸序列设计方法比较研究

DNA计算是将现实问题进行编码,映射到DNA分子上,然后通过分子生物实验产生出代表问题解的DNA分子,最后通过检测技术提取出该DNA分子．高质量的DNA编码可以尽可能避免或减少计算过程中出现的错误,并使检测阶段易于提取出代表问题解的DNA分子．文中对基于汉明距离和基于自由能的DNA核酸编码方法进行研究,分析了两类方法的约束条件对DNA编码质量的影响,比较了两类方法排除非特异性杂交的完备性和计算量,进一步分析了两类方法编码DNA序列的效率．通过分析和比较得到,两类DNA计算编码方法都能有效地限制DNA分子间的非特异性杂交,其中基于汉明距离的DNA编码方法的计算量比较小,但是它仅能近似地估计DNA分子间杂交的热力学稳定性,不能完全替代最小自由能的编码方法．在满足DNA计算试验精度要求的条件下,采用基于汉明距离的DNA编码设计方法不仅能有效地的挑选出特异性杂交和非特异性杂交的DNA序列,还能有效地减少计算量,从而提高DNA序列设计的效率．     

DNA密码研究现状及展望

密码学作为信息安全的重点,一直以来都是讨论的热点。DNA分子强大的存储能力以及DNA分子计算的超低能耗和较快的并行处理速度,使DNA分子计算迅速受到广泛关注。DNA分子计算涉及生物、计算机、数学等领域,目前已出现许多DNA分子计算的研究方向。特别是在密码模型研究方面,利用DNA分子计算能力破解传统密码系统,结合新技术与现有技术,在传统密码系统的基础上形成更加可靠稳定的新密码系统,这给现代密码系统带来了机遇和挑战。文章描述了利用DNA分子构造计算模型对DES、RSA、NTRU等传统密码机制进行破解,结合一次性密码本等密码原理提出了新的加密解密模型,总结了当前DNA密码研究存在的不足,并展望了其在信息安全领域的发展前景。     

混沌振子弱信号检测系统构成及响应速度研究

针对混沌振子微弱信号检测系统中初值影响检测系统输出状态的问题,利用广义胞映射方法对检测系统分岔点附近的全局性态进行分析,根据所获得的数值分析结果,给出一种构成无误判性检测系统的方法,并进一步定义了响应步长作为衡量检测速度的指标,利用该指标对无误判性检测系统响应微弱信号的速度进行了分析,所得的结论可为混沌振子检测系统的工程实施提供有效的理论支撑。     

DNA计算机原理、进展及难点(V):DNA分子的固定技术

在DNA计算机的研制中,DNA分子的固定是首先需要处理的一个最为基本的技术问题.事实上,DNA分子的固定技术不仅是生物计算的一个基本技术,而且是整个基因工程、生物芯片,甚至某些疾病诊疗的基础.基于此,文中将对DNA分子的固定技术给予较为系统的研讨,包括基本原理、具体方法等.文中引入了"DNA分子固定系统"的结构体系,并对该结构体系中载体子系统、固定剂子系统、标记子系统这3个主要子系统进行了详细的论述.     

超淬灭分子信标的合成与性能研究

合成并纯化了普通DNA引物、常规分子信标和超淬灭分子信标,利用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱对产物进行解析,证明了其为目标产物.与cDNA杂交的结果表明,超淬灭分子信标的信背比达到40倍,比常规分子信标高出4倍,有望实现对样品的高灵敏检测.     

互相关技术中基于零阶保持器的离散冲激响应模型

利用互相关技术能有效估计线性系统的冲激响应。然而,对于基于数值计算的互相关技术,D/A和A/D转换器的使用必然会带来原理性的误差。该文利用零阶保持器（ZOH）模型从理论上分析了离散时间系统的冲激响应,即它与连续系统冲激响应之间的关系,并给出了时域解析表达式。通过该公式可以直观地把握冲激响应估计的逼真度。     

Control system design and analysis using closed-loop Nyquist and Bode arrays

In this paper a method is described for designing linear multivariable control schemes which have a closed-loop frequency response as close as possible, in a least squares sense, to a desired response. After using characteristic gain loci to ensure system stability, the closed-loop Bode array gives easily understood information about the controlled system in terms of bandwidth, speed of response, resonance and interaction. The closed-loop Nyquist array indicates the robustness of the control scheme for sensor failures ; it also indicates the extent to which state and input noise will be suppressed, since the feedback just multiplies the open-loop disturbances by a unit matrix minus the closed-loop frequency response. Bands of Gershgorin and Ostrowski circles are used to indicate the behaviour for changes in the characteristics of more than one sensor at a time. A similar frequency-response array, obtained by breaking the feedback loops next to the actuators instead of next to the sensors, can be used to predict the behaviour of the controlled system for actuator failures. Parameter sensitivity can be investigated by determining the rate of change of the closed-loop frequency response with changes in the parameter concerned.

Three examples are used to illustrate these closed-loop array methods. Linear multivariable control schemes are designed for a 5-input, 5-output, 33-stato jet engine ; and for a 3-input, 2-output, 29-state chemical reactor. A parameter-dependent compensator is designed for a 2-input, 2-output, 8-state missile in which the control scheme was required to work for a wide range of values for one of the system parameters.     

An electrical contour integrator†

A simple electrical system capable of evaluating the contour integrals involved in the transformations between Laplace (frequency) and time domains as developed by the authors is described in this paper. Given the frequency response data of a fixed-parameter linear system, its transient response can be evaluated using this integral analyser. In addition to being useful in such domain transformations this instrument can also be used for Fourier coefficient analysis of periodic functions.     

基于主动网的自适应入侵响应系统的研究

对入侵检测系统(intrusion deteetion system,IDS)的相关属性进行数学分析,根据报警可信度,响应成本、系统损失等因素的考虑,提出了基于最小代价的响应决策模型,该模型能够根据IDS的报警可信度和入侵响应系统(intrusion response system,IRS)的响应执行状况自适应的调整响应策略.在此基础上设计了基于主动网络的自适应入侵响应系统,采用主动网技术,使自适应响应系统具有更强的灵活性、可扩展性以及鲁棒性.     

System analysis by simplified models

A method is proposed by which a large linear dynamical system can be reduced to a number of simplified models by dividing the total time of response into a number of smaller intervals. This reduction is based on retaining only those eigenvalues of the system which have a dominant effect on the transient response during the time interval of interest.     

履带车辆悬挂系统半主动控制仿真

磁流变减振器是一种新型的阻尼器,具有结构简单、响应迅速、出力大和耗能小等特点,通过改变线圈电流来调节其阻尼力,在结构振动半主动控制领域有着广阔的应用前景.该文将这种阻尼器应用于履带车辆悬挂系统的半主动控制中,建立出了二自由度1/2车体模型,采用最优控制算法,得出了悬挂系统的最优控制力,并采用控制系统仿真软件 MATLAB中的Simulink工具进行仿真计算,得出了被动悬挂与半主动悬挂车体垂直加速度和角加速度时域响应曲线.通过比较表明该悬挂系统半主动控制能使位移和加速度同时减少30%以上,具有较好的减振效果.     

基于FPGA的快速自动增益控制系统设计

快速自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)系统可以扩大接收机的动态范围,同时保证系统响应时间.本文提出了一种快速峰值检测算法,并应用于实际AGC系统.首先分析了快速峰值检测算法的准确性,然后进行计算机仿真,最后完成了基于FPGA的快速AGC系统硬件实现.理论分析、计算机仿真及硬件测试证明,应用快速峰值检测算法的AGC系统响应时间可达微秒级.     

一种无锁相环i_p-i_q检测新方法

针对常用的基于瞬时无功功率的谐波检测法计算量大、矢量变换复杂、实时性差、鲁棒性弱等问题,提出了一种基于反馈和高性能低通滤波器的无锁相环ip-iq检测新方法。该方法通过预设变换矩阵的频率实现谐波和基波电流的检测,无需坐标变换和锁相环;采用基波电流反馈技术,减小了检测误差及动态响应时间;采用低通滤波器和均值滤波器级联组成高性能低通滤波器,提高了谐波和基波检测的精度和响应速度。该方法适用于单相电路、三相三线制电力系统、三相四线制电力系统的谐波和基波电流检测。     

一种基于波形分析的PID自整定方法

提出了一种根据闭环系统在阶跃扰动作用下输出波形的某些特征值，直接对ＰＩＤ调节器参数进行自动整定的方法。本方法所需的被控对象的先验知识少，且无需对系统加入人为的扰动信号，适用于工业实时控制。文中给出仿真实例说明本法的性能。     

一种磷酸根离子选择电极的测量与补偿

研究了基于金属钴作为敏感材料制成的磷酸根离子选择电极,设计了一种与之配套使用的数据采集系统,用于动态记录和显示被测溶液的电势响应。通过实验建立了以磷酸根离子选择电极的响应电势和溶液pH值为自变量,离子浓度为因变量的数学模型。实验结果表明:建立的模型能很好地拟合响应过程曲线,补偿pH值变化对电极测量的影响,为磷酸根离子选择电极的开发和应用提供了依据。