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同為論文范文第1篇

關(guān)鍵詞:兒童;問題行為;評估;對策

1兒童“問題行為”的概述

“問題行為”(ProblemBehavior)又叫做行為問題，研究者們從不同的研究角度提出了眾多概念，涉及到心理、教育、社會、醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域.但可以概述為:是后天形成的、影響兒童身心健康發(fā)展的、給家庭.、學(xué)校、社會帶來麻煩的行為.有關(guān)兒童“問題行為”的分類也眾說不一，有二分法、三分法、四分法、七分法等等，但較有代表性的是左其沛先生的分類，他將問題行為分為四種類型:過失型(如遲到、拖欠作業(yè)等);品德不良型(如撒謊、偷竊、攔路搶劫、流氓性等);攻擊型(如頂撞師長、故意擾亂課堂、發(fā)泄、遷怒等)和壓抑型(如膽小、孤僻、逃避、消極、自暴自棄等)，由于年齡的不同，兒童和青少年的問題行為的類型也不同.在兒童期(6歲一11歲)，過失型問題行為最多(占77.5%)，其他依次是品德不良型(占12.9%)、壓抑型(64%)和攻擊型(32%).不同分類都有其各自的特點和在具體情況下的適用性.而且，不同角度的分類之間也存在交叉現(xiàn)象，因此，沒有必要強求統(tǒng)一。此外，問題行為的表現(xiàn)形式是復(fù)雜多樣的，有些具體的行為表現(xiàn)很難嚴(yán)格歸人某一個類別中去，也就是說任何分類都難以涵蓋所有具體的問題行為.因此，對問題行為的分類只具有相對意義。至于采用哪種分類更合適，還應(yīng)根據(jù)具體的研究目的和研究情境而定.

2兒童“問題行為”的評估

不同研究者對“問題行為”的含義理解不同，因此對問題行為的評估標(biāo)準(zhǔn)也不同.有學(xué)者認(rèn)為，兒童偶爾表現(xiàn)出來的、輕微的、對學(xué)習(xí)和生活影響不大的行為不屬于問題行為，只有那些在兒童行為中經(jīng)常出現(xiàn)的、比較穩(wěn)定的、擾亂性較大、對學(xué)習(xí)效率影響較嚴(yán)重、需要作耐心和長期教育的行為，才屬于問題行為.也有學(xué)者認(rèn)為，由于行為本身就是在正常和不正常間發(fā)展的連續(xù)體，因此一般兒童都不同程度地存在一些問題行為.

兒童“問題行為”的評估標(biāo)準(zhǔn)雖然沒有統(tǒng)一，但可從以下幾方面綜合考慮:

(1)統(tǒng)計學(xué)標(biāo)準(zhǔn).在普通兒童中，其行為在統(tǒng)計學(xué)上顯示為常態(tài)分布.在常態(tài)曲線上，居中的大多數(shù)兒童行為屬于正常范圍，而遠離中間的兩端則被視為異常.也就是說，某兒童行為與其所處年齡階段的正常狀態(tài)相比，若明顯不同于同齡人的一般行為則可以看作是問題行為.顯然這里的“問題行為”是相對的，它是一個連續(xù)變量，偏離平均值的程度越大，則越不正常.以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，確定正常與異常的界限，這種判斷方法多以心理測驗法為工具.例如，Achenbach兒童行為量表(cBCL>是篩選兒童“問題行為”的常用量表.

(2)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn).著重對兒童的個體行為發(fā)展?fàn)顩r進行縱向考察與分析.即與兒童自身行為發(fā)展相比，若較長時間存在行為發(fā)展上的退步現(xiàn)象，則可能預(yù)示著問題行為的出現(xiàn).

(3)環(huán)境適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn).在正常情況下，兒童的行為是與家庭、學(xué)校、社會的合理要求相符的，若嚴(yán)重偏離了行為規(guī)范則屬于問題行為.

(4)運用有關(guān)的規(guī)章、制度、條例、守則、規(guī)范去進行鑒別，看行為“出軌”的程度.

3兒童“問題行為”評估時應(yīng)注意的問題

3.1客觀性

兒童問題行為評估的客觀性主要包括三個方面:(1)實事求是的態(tài)度;(2)必須考慮到兒童生活的客觀條件，即兒童周圍社會生活條件、教育條件和生物條件;(3)任何結(jié)論都要以充分的事實材料為依據(jù).

3.2發(fā)展性

兒童是有著自己身心發(fā)展規(guī)律、有巨大發(fā)展?jié)撃艿摹⑻幱诎l(fā)展過程中的活生生的人，因此，在評估兒童問題行為時，要用發(fā)展的眼光、變化的眼光看兒童，而不能用眼前的表現(xiàn)武斷地給兒童下一個發(fā)展的結(jié)論.

小學(xué)階段的兒童在感知覺方面，他們感知事物時目的性不夠明確，無意性和情緒性比較明顯，知覺的持續(xù)性差，不善于進行分析綜合，對事物的主次特點往往分辨不清，時間和空間知覺還比較模糊.在注意力方面，主要是無意注意占優(yōu)勢，注意力不穩(wěn)定、不持久，容易被一些新異刺激所吸引.在思維方面，以具體形象思維為主，不具備思考深層問題的能力.在情感意志力方面，小學(xué)生情緒具有沖動性和易變性，道德情感在發(fā)展當(dāng)中，但仍是狹隘模糊的.所以在小學(xué)兒童身上，常出現(xiàn)上學(xué)遲到、課堂上不遵守紀(jì)律、為一塊橡皮與同桌發(fā)生打架、偷拿別人物品等事情.

3.3注意區(qū)分“問題行為”和“問題兒童”

問題兒童和問題行為是心理學(xué)上兩個不同的術(shù)語.問題兒童是指生理、心理發(fā)展異常和品德行為上有嚴(yán)重缺陷的兒童.這類兒童有一系列生理.、心理癥狀，往往不能與他人正常交往，不遵守社會公認(rèn)的正常兒童的社會規(guī)范，在處理事情、學(xué)習(xí)等方面與正常兒童有顯著差別.間題兒童如果得不到及時的治療，會有兩種后果:一種是成為精神病性兒童，一種是形成怪癖性格，不能與他人正常交往，社會適應(yīng)不良，易做出越軌舉動，走上道路.

問題行為在兒童的成長過程中是普遍存在的，在提及問題行為時，關(guān)注的是行為本身，而不是對行為發(fā)生者做出整體評價，也就是說要區(qū)分好“問題行為”和“問題兒童”的概念.比如:問題行為可以存在于差生身上，也可以存在于品學(xué)兼優(yōu)的好學(xué)生身上，不能片面地認(rèn)為問題行為只有在差生身上才會出現(xiàn).

3.4要多方面搜集信息

問題行為產(chǎn)生的原因極其復(fù)雜，它與兒童自身素質(zhì)和心理狀態(tài)，如需要、氣質(zhì)、情緒和性格等有關(guān)，也受家庭、學(xué)校、社會環(huán)境的制約，如家庭狀況、交友情況、社會風(fēng)氣，等等，都可能成為誘發(fā)問題行為的因素.因此，對問題行為的分析要從多方面人手，收集社會、家長、各科教師、同學(xué)對兒童問題行為的反映，看問題行為的征兆、環(huán)境特點、表現(xiàn)形態(tài)，以克服所獲信息的片面性.

此外，對問題行為的評估要考慮到行為發(fā)生的經(jīng)常性、表現(xiàn)的穩(wěn)定性、對他人或自身的擾亂性等因素.對那些暫時的、偶然的、得到及時糾正行為不能列為問題行為，那些經(jīng)常出現(xiàn)的‘穩(wěn)定的、對兒童的發(fā)展影響較重的、需要一定時間的教育才能矯正的行為，才可以判定為問題行為.

總之，對“問題行為”的評估要慎重，要明確評估的目的不是給有某種問題行為的兒童貼標(biāo)簽，而是有針對性地實施教育計劃，更好地促進兒童的健康發(fā)展，

4兒童“問題行為”的對策

4.1行為矯正法

對于兒童的問題行為，一般比較注重運用行為矯正的方法，在教育過程中最常見的矯正方法有:

4.1.1正強化法通俗地說就是獎勵，在兒童表現(xiàn)出某一良好行為以后，加以獎勵，強化所期望的行為，增加以后這種行為發(fā)生的可能性.正強化的方法是教師經(jīng)常運用的方法，它可以用于解決兒童的各種行為問題，但在運用中教師應(yīng)該注意:(1)選擇和分析需要強化的具體行為，確定哪些行為需要獎勵，如何避免強化不適當(dāng)?shù)男袨?如，兒童為了得到表揚將家里的錢交給老師;(2)根據(jù)兒童的興趣.、特點和教育的情境來決定，恰當(dāng)?shù)剡x擇和運用強化物，它可以是一種兒童喜歡擁有的東西，可以是兒童喜歡做的活動，也可以是一種具有社會意義的口頭稱贊、注意和鼓勵等;(3)在時間上，強化應(yīng)該緊跟在行為表現(xiàn)之后;(4)當(dāng)期望的行為建立和鞏固后，應(yīng)該逐漸淡化和降低外部的獎勵和強化，促進行為的自主性和自控性，弓}導(dǎo)外部他人強化向內(nèi)部的自我強化轉(zhuǎn)化，這往往是教師容易忽視的.

4.1.2負強化法負強化是指當(dāng)個體表現(xiàn)出所期望的良好行為時，減少或消除他不喜歡的刺激或情境，以促進該個體以后此種良好行為的出現(xiàn).例如，對于回家后不認(rèn)真完成作業(yè)的兒童，家長可以先剝奪兒童觀看他所喜歡的電視節(jié)目的權(quán)利，一旦兒童能夠認(rèn)真做作業(yè)了，就允許他觀看有關(guān)電視節(jié)目.

4.1.3懲罰懲罰是當(dāng)個體發(fā)生不良行為時，通過給予厭惡刺激，或者減少、消除正強化的方法來減少或終止該行為.懲罰雖然可能造成兒童不良的心理影響，受到了一些教育學(xué)家和心理學(xué)家的批評，但是在家長和教師等實際教育工作中，這仍然是一種應(yīng)用比較廣泛的方法.為了有效地運用懲罰，應(yīng)該注意以下幾點:(1)懲罰的時間一般認(rèn)為，懲罰的實施越及時越好，如果在兒童不良行為發(fā)生后較長的時間后懲罰，效果比較差，這就需要告訴兒童受罰的原因;(2)懲罰的連貫性和一致性.如果教育者對兒童的同一種不良行為的態(tài)度不確定少有時懲罰，有時不管，甚至有時縱容;或者教育者之間(如不同科目的教師、父母)意見不統(tǒng)一，懲罰就難以奏效;(3)懲罰者同兒童的關(guān)系.與兒童情感越密切的人，對兒童實施懲罰的效果越好:這樣可以使兒童深刻感受到情感疏遠或剝奪帶來的不快，并且有恢.復(fù)親密關(guān)系的強烈愿望，有利于及時改正問題行為;(4)懲罰和正強化的結(jié)合.

而在實際生活中，人們常常把負強化等同于懲罰，這是不對的.因此，正強化、懲罰和負強化的關(guān)系是這樣的:正強化是利用獎勵來促進良好的行為，懲罰是利用不良刺激制止或減少不良的行為，而負強化是通過減少或消除不良刺激促進良好的行為.

4.1.4示范法根據(jù)社會學(xué)習(xí)理論，兒童的許多行為可以不直接通過現(xiàn)實生活中的強化或懲罰來建立或消除，而通過觀察別人的行為及其后果來學(xué)習(xí)。教師最好能夠根據(jù)兒童的心理發(fā)展水平，利用電視或多媒體技術(shù)，用現(xiàn)場示范、參與示范或角色扮演的方法，給學(xué)生提供一個學(xué)習(xí)的榜樣或參考，讓學(xué)生親眼看一下在某種情境下不同的行為方法及其不同的效果.如有些學(xué)生在交往時因為不知道如何行動而出現(xiàn)退縮行為，就可以用示范或角色扮演的方法來進行輔導(dǎo).

4.1.5認(rèn)知行為矯正法就是通過矯正間題發(fā)生者的思想.、信念、態(tài)度和認(rèn)知風(fēng)格等來改變個體的行為表現(xiàn).隨著兒童和青少年心理發(fā)展水平的逐步提高，認(rèn)知活動，尤其是社會認(rèn)知活動在行為中的作用越來越大，有時起著主導(dǎo)作用.研究表明，有品性問題的青少年可能在解釋社會交往信息方面有問題，他們更容易把別人的言行看成是敵視的、拒絕性的，因此更容易引發(fā)對他人的攻擊行為.例如，進人小學(xué)后，兒童對其他人的侵犯的動機有了進一步的了解，當(dāng)他們認(rèn)為侵犯行為是故意進行的時候，更有可能用侵犯加以報復(fù).

4.1.6行為契約法是指有問題行為的兒童與家長或教師達成一個協(xié)議，承諾自己為達到某一目標(biāo)所實施的基本行為策略.同時又作為矯正評估的工具，以此改變問題行為的一種心理矯治方法.具體實施步驟為:(1)目標(biāo)選擇;(2)目標(biāo)行為的監(jiān)控;(3)改變環(huán)境事件;(4)建立有效的督促指標(biāo);(5)效果鞏固.

4.2樹立正確的問題行為觀

家長、教師除了要掌握問題行為矯正的一般方法外，還應(yīng)該樹立正確的問題行為觀，從而科學(xué)、有效地矯正學(xué)生的問題行為.近一年來，國外學(xué)者提出.了從生態(tài)系統(tǒng)角度來解釋學(xué)生的問題行為.這種觀點認(rèn)為，學(xué)生的問題行為并不是個人的缺點或不足，不少問題行為是學(xué)校和家庭中人際交互作用的結(jié)果.根據(jù)這種觀點，要減少學(xué)生的問題行為，要善于應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)原理來分析和處理問題.具體地說，生態(tài)系統(tǒng)原理主要包括以下一些技術(shù):

(1)重擬技術(shù)。即教師和家長對孩子的問題行為做一種新的擬定，把某種往常認(rèn)為是消極的.、不合情理的行為，擬定為積極的、合乎一定情理的行為.如某學(xué)生在課堂上未經(jīng)老師同意就搶答或插老師和同學(xué)的話.對此，一些老師和家長不把它認(rèn)為是學(xué)生在出風(fēng)頭或故意搗亂，而是重新擬定為學(xué)生對課程學(xué)習(xí)興趣濃厚、積極思考的表現(xiàn).如果老師將學(xué)生的搶答行為看成是一種消極的問題行為，就容易對學(xué)生產(chǎn)生反感、厭惡的情緒，而采取批評、指責(zé)、諷刺、挖苦等手段。反之，如果把學(xué)生的這種行為看成是積極的行為，對學(xué)生就會是另外一種態(tài)度和教育方式.

(2)積極動機內(nèi)涵技術(shù).即把學(xué)生的行為動機想象為并非受到某種不好的、甚至很壞的動機的支配，而是受正確良好的動機所支配.例如，上面所舉的學(xué)生搶答的例子，教師既可以把學(xué)生的行為動機看成是出風(fēng)頭和故意搗亂，又可以看成學(xué)生是出于喜歡教師，想急于回答老師提出的問題等.經(jīng)驗證明，對于小學(xué)生的問題行為，家長和老師少從或不從消極的動機方面考慮，而是多從積極的動機方面去推測，更有利于對他們的教育.

(3)積極功能內(nèi)涵技術(shù).是指對學(xué)生的行為要從積極方面去發(fā)現(xiàn)，研究它所產(chǎn)生的結(jié)果功能.比如，學(xué)生搶答或插嘴的行為，如果從積極的方面去認(rèn)識，認(rèn)為學(xué)生的這種行為可以提示教師在提問方法上、講課或組織教學(xué)上還有不夠完善的地方，起到促進教師進尸步改進提問方法和教學(xué)方法的作用，教師就會以積極的態(tài)度對待學(xué)生.

同為論文范文第2篇

1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)由兩段組成，即地面段和空間段。

1.1.1空間段空間段包括通信衛(wèi)星以及地面用于衛(wèi)星控制和監(jiān)測的設(shè)施，即衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站，能源裝置等。

1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，這些地球站通常通過一個地面網(wǎng)絡(luò)連接到終端用戶設(shè)備，或直接連接終端用戶設(shè)備。地球站的主要功能是將發(fā)射的信號傳送到衛(wèi)星，再從衛(wèi)星接收信號。地球站根據(jù)服務(wù)類型，大致可分為用戶站、關(guān)口站和服務(wù)站3類。

1.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作過程衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站中各個已調(diào)載波的發(fā)射或接收通路經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)，可以組成多條單跳或雙跳的雙工或單工衛(wèi)星通信線路，整個通信系統(tǒng)的通信任務(wù)就是分別利用這些線路來實現(xiàn)的。單跳單工的衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行通信時，地面用戶發(fā)出的基帶信號經(jīng)過地面通信網(wǎng)絡(luò)傳送到地球站。在地球站，通信設(shè)備對基帶信號進行處理使其成為已調(diào)射頻載波后發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星作為中繼站，接收此系統(tǒng)中所有地球站用上行頻率發(fā)來的已調(diào)射頻載波，然后進行放大和變頻，用下行頻率發(fā)送到接收地球站。接收地球站對接收到的已調(diào)射頻載波進行處理，解調(diào)出基帶信號，再通過地面網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶。為了避免上下行信號互相干擾，上下行頻率一般使用不同的頻譜，盡量保持足夠大的間隔，以增加收發(fā)信號的隔離度。

2衛(wèi)星通信所使用的頻率

衛(wèi)星通信所用的頻率大多是C頻段和Ku頻段，但是由于業(yè)務(wù)量急劇增加，這兩個頻段乃至1—10GHz的頻段都顯得過于擁擠，所以必須開發(fā)更高的頻段。現(xiàn)已開發(fā)出Ka（26—40GHz）頻段，其帶寬是3—4GHz，遠大于上述兩個頻段。

3衛(wèi)星通信的基本參數(shù)

3.1有效全向輻射功率：也稱等效全向輻射功率，其定義為發(fā)射機發(fā)出的功率與天線增益的乘積。

3.2噪聲系數(shù)和等效噪聲溫度：噪聲系數(shù)，定義為接收機的輸入信噪比與輸出信噪比的比值，它用來表示接收機噪聲性能的好壞。根據(jù)噪聲理論，電子元器件內(nèi)部的電子熱運動和電子不規(guī)則的運動都將產(chǎn)生噪聲，而且溫度越高，噪聲越大。所以接收機的噪聲可用等效噪聲溫度來衡量。等效噪聲溫度是假設(shè)接收機輸入端接一等效電阻，該電阻在一定溫度下與該系統(tǒng)實際產(chǎn)生的噪聲溫度相同的熱噪聲。

3.3載噪比：衛(wèi)星通信線路中的載波功率與噪聲功率之比，是決定衛(wèi)星通信線路性能的最基本的參數(shù)之一。

3.4地球站的品質(zhì)因數(shù)，定義為接收機天線增益與接收端系統(tǒng)噪聲溫度之比。

3.5衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器飽和通量密度：表示衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的靈敏度，其基本含義是，為使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和工作，在其接收天線的單位面積上應(yīng)輸入的功率。

3.6門限載噪比：為保證用戶接收到的話音、圖像和數(shù)據(jù)的質(zhì)量達到一定要求，接收機所必須得到的最低載噪比，也是門限載噪比的含義。

4衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)是全球最大的多媒體商用網(wǎng)絡(luò)、信息庫和數(shù)字媒體?；ヂ?lián)網(wǎng)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使得所有信息內(nèi)容都在網(wǎng)上實現(xiàn)，特別是數(shù)字音視頻技術(shù)使得可以在互聯(lián)網(wǎng)上看電視聽廣播[3]。由于衛(wèi)星通信具有三維無縫覆蓋能力、遠程通信、廣播特性、按需分配帶寬，以及支持移動性的能力，成為互聯(lián)網(wǎng)擺脫自身諸多問題的一個重要途徑，也是向全球用戶提供寬帶綜合互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的最佳選擇[4]?；谛l(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)是衛(wèi)星直播、數(shù)字音視頻、互聯(lián)網(wǎng)的有機結(jié)合，作為一個開放、寬頻、實時廣播的網(wǎng)絡(luò)平臺，可以提供以下服務(wù)。

4.1寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，可根據(jù)使用者的需求，通過地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星線路回傳。

4.2多媒體服務(wù)，比如網(wǎng)頁內(nèi)容投遞、內(nèi)容鏡像、緩存、數(shù)字電視、商務(wù)電視、流式音視頻、軟件分發(fā)(更新)、遠程教學(xué)、信息商亭等。

4.3交互式應(yīng)用，如視頻點播、網(wǎng)上學(xué)習(xí)、網(wǎng)上游戲等。衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合能夠帶來很多益處，同時也應(yīng)注意到，衛(wèi)星系統(tǒng)和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)地面基礎(chǔ)設(shè)施之間的結(jié)合存在著互操作性問題，再設(shè)計和實現(xiàn)基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)時還存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。

5衛(wèi)星通信與導(dǎo)航定位系統(tǒng)

該系統(tǒng)是以人造衛(wèi)星為導(dǎo)航臺的星基無線定位系統(tǒng)，其基本作用是向各類用戶和運動平臺實時提供準(zhǔn)確、連續(xù)的位置、速度和時間信息。目前該技術(shù)已基本取代無線電導(dǎo)航、天文測量和大地測量，成為普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)。擁有此技術(shù)及能力，國家就會在政治、軍事和經(jīng)濟等諸多領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，因此世界各大國不惜花巨資發(fā)展這一技術(shù)。1958年美國為解決北極星核潛艇在深海航行和執(zhí)行任務(wù)中的精確定位問題，開始研究軍用導(dǎo)航衛(wèi)星，命名為“子午儀計劃”，從1960年起就取消了無線電導(dǎo)航，第二代導(dǎo)航系統(tǒng)即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便應(yīng)運而生。俄羅斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是繼GPS之后又一全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐盟與歐空局也開發(fā)了新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)———伽利略（Galileo）系統(tǒng)，習(xí)慣上稱其為3G（GPSGLONASSGalileo）系統(tǒng)。我國的導(dǎo)航定位技術(shù)始于GPS，從2000年10月開始，我國發(fā)射了多顆導(dǎo)航衛(wèi)星，命名為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，現(xiàn)已覆蓋我國及周邊地區(qū)，預(yù)計2020年前后覆蓋全球。

6衛(wèi)星與激光通信

衛(wèi)星與激光通信是利用激光光束作為信息載體在衛(wèi)星間或衛(wèi)星與地面間進行通信。經(jīng)過多年探索，衛(wèi)星激光通信已取得突破性進展，逐步成為開發(fā)太空、利用廣闊的宇宙空間資源提供大容量、高數(shù)據(jù)率、低功耗通信的最佳方案，對于國防及商業(yè)應(yīng)用都具有極大的價值。其原理是信息電信號通過調(diào)制加載在光波上，通信雙方通過初定位和調(diào)整以及光束的捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤建立起光通信鏈路，然后在真空和大氣中傳播信息。其組成有激光光源子系統(tǒng)、光發(fā)射/接收子系統(tǒng)、APT子系統(tǒng)和其他一些輔助系統(tǒng)，其工作過程如下：

6.1發(fā)射過程。使用不同的激光器，產(chǎn)生信號光和信標(biāo)光。經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)對激光進行光束準(zhǔn)直后，具備了合適的發(fā)射角，2束光由合束器合成1束光，然后經(jīng)分光片、精對準(zhǔn)機構(gòu)和天線發(fā)射出去。

6.2接收過程。接收到的光經(jīng)過天線和分光片后，信標(biāo)光一部分到達粗對準(zhǔn)探測器，由粗對準(zhǔn)控制器控制和驅(qū)動電路控制粗對準(zhǔn)機構(gòu)，完成粗對準(zhǔn)和捕獲；信標(biāo)光另一部分經(jīng)精對準(zhǔn)機構(gòu)、分光片、分束片到達精跟中蹤探測器，由精對準(zhǔn)控制器控制精對準(zhǔn)機構(gòu)，完成雙方的精確對準(zhǔn)和跟蹤。信號光由信號光探測器檢測。

7衛(wèi)星與量子通信

衛(wèi)星搭載量子通信技術(shù)，能夠使人們借助外太空的衛(wèi)星平臺，建立星地高效自由空間量子信道，實現(xiàn)量子保密通信、星地量子糾纏分發(fā)、量子隱形傳態(tài)實驗。我國擬在近期發(fā)射量子通信衛(wèi)星，在衛(wèi)星平臺應(yīng)用量子技術(shù)的能力將達到世界領(lǐng)先水平。

7.1星地量子通信通過自動跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在高速相對運動的地面站和衛(wèi)星終端之間建立高效穩(wěn)定的量子信道，地面站隨機發(fā)送H/V和+/-四種偏振狀態(tài)的單光子信號；接收端接收量子信號，并隨機選擇H/V或+/-基矢對單光子信號進行測量；測量到足夠的量子比特后，接收端將通過經(jīng)典信道通知發(fā)射端其每次測量所用的基矢，拋棄所用基矢不一致的測量結(jié)果；接收端再將基矢選擇一致的測量結(jié)果取一部分在經(jīng)典信道公布出來供發(fā)射端校驗。通過這一過程就可以在星地之間建立安全的量子密鑰。

7.2星地糾纏分發(fā)將糾纏光源放在衛(wèi)星上，通過搭載在衛(wèi)星平臺上的望遠鏡系統(tǒng)和自動跟瞄系統(tǒng)同時與兩個地面站之間建立量子信道。將糾纏光子對的兩個光子分別發(fā)送給兩個地面站，兩站在滿足類空間隔條件下分別對糾纏光子對進行獨立測量，觀測量子糾纏現(xiàn)象。

7.3星地量子隱形傳態(tài)地面量子信源產(chǎn)生一對糾纏光子，其中一個光子通過地面發(fā)射端傳輸給衛(wèi)星，另一個放入量子存儲器中存儲起來?？臻g量子通信平臺將接收到的光子態(tài)和未知量子態(tài)進行聯(lián)合Bell態(tài)測量，同時將測量結(jié)果通過經(jīng)典信道傳輸給地面系統(tǒng)。地面系統(tǒng)將另一個糾纏光子從量子存儲器中讀出來，并根據(jù)空間量子通信平臺的測量結(jié)果進行相應(yīng)的幺正變換，從而得到空間量子通信平臺的未知量子態(tài)。

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1.1微電子機械系統(tǒng)的概念

微電子機械系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)有微型傳感器、制動器以及處理電路。其是一種微電子電路與微機械制動器結(jié)合的尺寸微型的裝置，其在電路信息的指示下可以進行機械操作，并且還能夠通過裝置中的傳感器來獲取外部的數(shù)據(jù)信息，將其進行轉(zhuǎn)化處理放大，進而通過制動器來實現(xiàn)各種機械操作。而微電子機械系統(tǒng)技術(shù)是以微電子機械系統(tǒng)的理論、材料、工藝為研究對象的技術(shù)。微電子系統(tǒng)并不只是單純的將傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品微型化，其制作材料、工藝、原理、應(yīng)用等各個方面都突破了傳統(tǒng)的技術(shù)限制，達到了一個微電子、微機械技術(shù)結(jié)合的全新高度。微電子機械系統(tǒng)是一種全新的高新科學(xué)技術(shù)，其在航天、軍事、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域都有著重要的作用。

1.2微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的特點

1.2.1尺寸微型化

傳統(tǒng)機械加工技術(shù)的最小單位一般是cm，而微電子機械系統(tǒng)技術(shù)下的機械加工往往最小單位已經(jīng)涉及到了微米甚至納米。這以尺寸的巨大變化使得微電子機械系統(tǒng)技術(shù)下的原件具有微型化的特點，其攜帶方便，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。

1.2.2集成化

微電子機械系統(tǒng)技術(shù)下的原件實現(xiàn)了微型化為器件集成化提供了有力的基礎(chǔ)。微型化的器件在集成上具有無可比擬的優(yōu)勢，其能夠隨意組合排列，組成更加復(fù)雜的系統(tǒng)。

1.2.3硅基材料

微電子機械系統(tǒng)技術(shù)下的器件都是使用硅為基加工原料。地面表面有接近30%的硅，經(jīng)濟優(yōu)勢十分明顯。硅的使用成本低廉這就使得微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的下的器件成本大大縮減。硅的密度、強度等于鐵相近，密度與鋁相近，熱傳導(dǎo)率與鎢相近。

1.2.4綜合學(xué)科英語

微電子機械系統(tǒng)技術(shù)幾乎涉及到所有學(xué)科，電子、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等多個學(xué)科的頂尖科技成果都是微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)。眾多學(xué)科的最新成果組合成了全新的系統(tǒng)和器件，創(chuàng)造了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域。

2微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)類別

2.1體微機械加工技術(shù)

體微機械加工技術(shù)主要將單晶硅基片加工為微機械機構(gòu)的工藝，其最大的優(yōu)勢就是可以制作出尺寸較大的器件，最大的弊端是難以制造出精細化的靈敏系統(tǒng)。并且使用體微加工工藝難以優(yōu)化器件的平面化布局，制作出來的器件難以與微電子線路直接兼容。體微機械加工工藝一般在壓力傳感器和加速度傳感器的制造中普遍應(yīng)用。

2.2表面微機械加工技術(shù)

表面微機械加工技術(shù)就是通過集成電路中的平面化技術(shù)來實現(xiàn)微機械裝置的制造。其主要優(yōu)勢表現(xiàn)在充分利用了已有的IC工藝，能夠靈活掌握機械器件的尺寸，因此表面為微機械加工技術(shù)與IC之間是兼容的。表面微機械加工技術(shù)與集成電路的良好兼容性使得其在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了快速普及。

2.3復(fù)合微機械加工技術(shù)

復(fù)合微機械加工技術(shù)就是體微機械技工技術(shù)與表面微機械加工技術(shù)的結(jié)合，其結(jié)合了兩者的優(yōu)點，但又同時避免了相應(yīng)缺點。

3微電子機械技術(shù)的應(yīng)用

3.1環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域

微電子機械系統(tǒng)技術(shù)下的微型設(shè)備可以在環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理分析上發(fā)揮巨大的作用。由化學(xué)傳感器、生物傳感器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所集合的測量與處理設(shè)備。該微型裝置可以用來監(jiān)測空氣和液體的成分，其獨特優(yōu)勢在于尺寸微小，便于攜帶。

3.2軍事領(lǐng)域

納米器件所構(gòu)成的裝置先要對半導(dǎo)體器件運行速度高，攜帶方便，信息輸出和處理快捷，在軍事領(lǐng)域其能夠用來制作各種微型設(shè)備，例如“蚊子導(dǎo)彈”、“麻雀衛(wèi)星”等。

3.3醫(yī)療領(lǐng)域

在臨床化驗分析、介入治療領(lǐng)域其也能夠?qū)崿F(xiàn)巨大的價值。近幾年獲得發(fā)展的介入治療技術(shù)與傳統(tǒng)治療技術(shù)相比臨床治療效果優(yōu)越，能夠有效緩解患者痛苦。但是當(dāng)前介入治療儀器價格高，體積巨大，準(zhǔn)確性難以保證，尤其是在治療重要器官時風(fēng)險較大。微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的微型與智能特性可以顯著降低介入治療的風(fēng)險。

4結(jié)束語

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關(guān)鍵詞自動微分切線性模式數(shù)據(jù)相關(guān)分析統(tǒng)計準(zhǔn)確率

1.引言

計算微分大致經(jīng)歷了從商微分，符號微分，手寫代碼到自動微分幾個階段。與其它幾種微分方法相比，自動微分具有代碼簡練、計算精度高及投入人力少等優(yōu)點。自動微分實現(xiàn)的基本出發(fā)點是：一個數(shù)據(jù)相對獨立的程序?qū)ο螅Ｊ健⑦^程、程序段、數(shù)值語句乃至數(shù)值表達式），無論多么復(fù)雜，總可以分解為一系列有限數(shù)目的基本函數(shù)（如sin、exp、log）和基本運算操作（加、減、乘、除、乘方）的有序復(fù)合；對所有這些基本函數(shù)及基本運算操作，重復(fù)使用鏈?zhǔn)角髮?dǎo)法則，將得到的中間結(jié)果自上而下地做正向積分就可以建立起對應(yīng)的切線性模式，而自下而上地做反向積分就可以建立起對應(yīng)的伴隨模式[1]。基于自動微分方法得到的切線性模式和伴隨模式，在變分資料同化[2]、系統(tǒng)建模與參數(shù)辨識[3]、參數(shù)的敏感性分析[4]、非線性最優(yōu)化以及數(shù)值模式的可預(yù)測性分析[5]等問題中有著十分廣泛的應(yīng)用。

迄今為止，已有數(shù)十所大學(xué)和研究所各自開發(fā)了能夠用于求解切線性模式的自動微分系統(tǒng)，比較典型的有TAMC系統(tǒng)[6]、ADJIFOR系統(tǒng)[7]和ODYSSEE系統(tǒng)[8]。在一些特定的運用中，它們都是比較成功的，但在通用性和復(fù)雜問題的處理效率上還存在許多不足。通常，自動生成切線性模式的關(guān)鍵難題在于對象自身的強相關(guān)性，這給系統(tǒng)全局分析（如數(shù)據(jù)IO相關(guān)分析和數(shù)據(jù)依賴相關(guān)分析）和微分代碼的整體優(yōu)化都帶來了很多困難。同時，對于程序?qū)ο蟛豢蓪?dǎo)處的準(zhǔn)確識別和微分處理，至今仍還沒有一個統(tǒng)一而有效的算法。另外，最優(yōu)或有效求解稀疏雅可比矩陣一直是衡量一個自動微分系統(tǒng)有效性的重要尺度。

統(tǒng)計準(zhǔn)確率被我們視為評價一類自動微分工具及其微分模式代碼可靠性與有效性的重要尺度。其基本假設(shè)是：如果對于定義域空間內(nèi)隨機抽樣獲得的至多有限個n維初始場（或網(wǎng)格點），微分模式輸出的差分和微分逼近是成功的；那么對于定義域空間內(nèi)所有可能初始場（或網(wǎng)格點），微分模式輸出的差分和微分逼近都是成功的。微分模式統(tǒng)計準(zhǔn)確率評價的具體方法是：在所有隨機抽樣得到的初始場（或網(wǎng)格點）附近，當(dāng)輸入擾動逐漸趨向于機器有效精度所能表示的最小正值時，模式輸出的差分和微分之間應(yīng)該有足夠精度有效位數(shù)上的逼近。

DFT系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，它能夠完全接受用FORTRAN77語言編寫的源代碼，微分代碼結(jié)構(gòu)清晰，其微分處理能力與問題和對象的規(guī)模及復(fù)雜性無關(guān)。它基于YACC實現(xiàn)，具有很強的可擴展性。DFT系統(tǒng)具有四個重要特色。它通過對象全局依賴相關(guān)分析，準(zhǔn)確求解雅可比矩陣的稀疏結(jié)構(gòu)，自動計算有效初始輸入矩陣，從而可以用較小的代價求得整個雅可比矩陣。同時，它可以自動生成客觀評價微分模式效率與可靠性的測試程序，對奇異函數(shù)做等價微分處理，并采用二元歸約的方法，在語句級層次上實現(xiàn)微分代碼優(yōu)化。

2.系統(tǒng)概況

DFT系統(tǒng)主要由兩部分組成：微分代碼轉(zhuǎn)換和微分代碼評價，圖2.1。微分代碼轉(zhuǎn)換部分接受用戶輸入指令并自動分析對象模式，生成切線性模式代碼及其相關(guān)測試代碼，后者直接構(gòu)成微分代碼評價系統(tǒng)的主體。微分代碼評價是DFT系統(tǒng)的一個重要特色。DFT系統(tǒng)的開發(fā)小組認(rèn)為，一個微分模式如果在可靠性、時間和存儲效率上沒有得到充分的驗證，至少對實際應(yīng)用而言，它將是毫無意義的。

原模式切線性模式

統(tǒng)計評價結(jié)果

圖2.1DFT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2.1微分代碼轉(zhuǎn)換

DFT系統(tǒng)是基于YACC在UNIX環(huán)境下開發(fā)的，其結(jié)構(gòu)圖2.2所示。通過DFT系統(tǒng)產(chǎn)生的切線性模式代碼成對出現(xiàn)，并在語句級程度上做了簡化，可讀性很強，如圖2.4。

切線性模式

評價函數(shù)集

圖2.2微分代碼轉(zhuǎn)換

微分代碼轉(zhuǎn)換部分從功能上分為四個部分：詞法分析，語義分析，對象復(fù)雜性及數(shù)據(jù)相關(guān)分析和微分代碼轉(zhuǎn)換。對于一組具有復(fù)雜數(shù)據(jù)相關(guān)的程序模式對象，通常需要系統(tǒng)運行兩遍才能得到有效而可靠的微分代碼。這主要有兩方面的考慮：其一，根據(jù)對象的復(fù)雜性（如最大語句長度、最大變量維數(shù)、子過程或函數(shù)數(shù)目、子過程或函數(shù)內(nèi)最大變量數(shù)目等對象特征）選擇合適的系統(tǒng)參數(shù)以求最優(yōu)的運行代價；其二，模式內(nèi)各子過程或函數(shù)之間以及一個子過程或函數(shù)內(nèi)往往具有很強的數(shù)據(jù)相關(guān)性，需要事先保存對象的相關(guān)信息并且在考慮當(dāng)前對象的屬性之前必須做上下文相關(guān)分析。

圖2.3PERIGEE源程序代碼圖2.4DFT系統(tǒng)生成的切線性代碼

2.2微分代碼評價

通常，評價一個編譯系統(tǒng)的性能有很多方面，如處理速度、結(jié)果代碼可靠性及質(zhì)量、出錯診斷、可擴展和可維護性等。對于一類自動微分系統(tǒng)來說，由于軟件開發(fā)人力的局限以及對象模式的復(fù)雜多樣性,通過自動轉(zhuǎn)換得到的微分模式并非常常是有效而可靠的（即無論是在數(shù)學(xué)意義上還是在程序邏輯上應(yīng)與期待的理想結(jié)果一致），因而在微分模式被投入實際應(yīng)用前，往往需要投入一定的人力來對其做嚴(yán)格的分析測試。

對切線性模式做統(tǒng)計評價測試的主要內(nèi)容可以簡單敘述為：在網(wǎng)格化的模式定義域空間內(nèi)，選擇所有可能的網(wǎng)格點形成微分模式計算的初始場；在不同的網(wǎng)格點附近，隨機選取至少個線性無關(guān)的初始擾動，對每個擾動輸入分別進行網(wǎng)格點逼近，統(tǒng)計考察模式輸出差分和微分在有效位數(shù)上的逼近程度。圖2.5描述了整個測試過程，它包含網(wǎng)格點數(shù)據(jù)隨機采樣（1）和網(wǎng)格點數(shù)據(jù)逼近（2）兩級循環(huán)。

圖2.5切線性模式代碼的測試過程

3.系統(tǒng)主要特色

DFT系統(tǒng)并不是一個完整的FORTRAN編譯器，但它幾乎可以接受和處理所有FORTRAN77編寫的源模式代碼，并且可以很方便地擴展并接受FORTRAN90編寫的源模式代碼。本節(jié)將著重介紹DFT系統(tǒng)（版本3.0）的以下幾個重要特色。

3.1結(jié)構(gòu)化的微分實現(xiàn)

DFT系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的代碼實現(xiàn)，切線性模式的擾動變量和基態(tài)值變量、微分計算語句和基態(tài)值計算語句總是成對出現(xiàn)，并具有清晰的程序結(jié)構(gòu)。微分代碼保持了原模式本身的結(jié)構(gòu)和風(fēng)格（如并行和向量特性、數(shù)據(jù)精度等），即語句到語句、結(jié)構(gòu)到結(jié)構(gòu)的微分實現(xiàn)。在奇異點或不可導(dǎo)處，DFT系統(tǒng)對微分?jǐn)_動采取簡單的清零處理，實踐證明這對抑制擾動計算溢出具有重要意義，但并不影響評價測試結(jié)果。

3.2全局?jǐn)?shù)據(jù)相關(guān)分析

DFT系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)相關(guān)分析能力，它包括全局?jǐn)?shù)據(jù)IO相關(guān)分析、全局?jǐn)?shù)據(jù)依賴相關(guān)分析、全局過程相關(guān)分析以及數(shù)據(jù)迭代相關(guān)分析幾個不同方面。數(shù)據(jù)依賴相關(guān)與數(shù)據(jù)IO相關(guān)關(guān)系密切，但又存在根本不同。前者強調(diào)每個變量在數(shù)學(xué)關(guān)系上的依賴性；而后者描述了一個對象的輸入輸出特性，且具有相對性，即任何一個變量參數(shù)，無論它是獨立變量還是依賴變量，在數(shù)學(xué)意義上都可等價為一個既是輸入又是輸出的參數(shù)來處理。

DFT系統(tǒng)記錄所有過程參數(shù)的IO屬性表，通過深度遞歸相關(guān)計算，準(zhǔn)確計算每個過程參數(shù)的最終IO屬性。DFT系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)相關(guān)矩陣做模二和及自乘迭代計算（An+1=AnAn2）來完成數(shù)據(jù)的依賴相關(guān)分析，這種算法具有很好的對數(shù)收斂特性。DFT系統(tǒng)通過全局過程相關(guān)分析的結(jié)果，自動生成模式的局部或整體相關(guān)引用樹結(jié)構(gòu)（如圖3.1），這對用戶分析復(fù)雜數(shù)值模式和微分評價測試都具有很好的指導(dǎo)作用。DFT系統(tǒng)還具有分析局部數(shù)據(jù)迭代相關(guān)和函數(shù)迭代相關(guān)的能力，這兩種形式的數(shù)據(jù)迭代相關(guān)是自動微分實現(xiàn)頗具挑戰(zhàn)的難題之一。

圖3.1GPSRayshooting模式的相關(guān)樹結(jié)構(gòu)片段

3.3自動生成測試程序

基于IO相關(guān)分析的結(jié)果，DFT系統(tǒng)自動生成微分測試代碼，分別對切線性模式的可靠性和運行代價做統(tǒng)計評價測試。特別地，DFT系統(tǒng)還可將任何模式參數(shù)都視為輸入輸出參數(shù)，生成在數(shù)學(xué)意義上等價的測試代碼，這樣處理的不利之處在于往往需要極高的存儲開銷。

3.4基于語句級的代碼優(yōu)化

目前，DFT系統(tǒng)僅僅具備局地優(yōu)化能力。在語句級微分實現(xiàn)上采用二元歸約的方法對微分代碼進行優(yōu)化是DFT系統(tǒng)的一個重要特色。根據(jù)右端表達式的乘法復(fù)雜性及含變元數(shù)目的不同，DFT系統(tǒng)采取不同的分解策略。二元歸約的方法避免了微分計算中的許多冗余計算，在一些復(fù)雜的非線性表達式的微分計算中具有最小的計算代價，同時也非常適合于微分系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)。同時，對于某些特殊的運算操作（除法、乘方）和特殊函數(shù)（如sqrt、exp），DFT系統(tǒng)較好地利用了基態(tài)值計算得到的中間結(jié)果，避免了微分實現(xiàn)中的冗余計算。

4.系統(tǒng)應(yīng)用

運用自動微分工具得到的切線性模式，可以在無截斷誤差意義下求解函數(shù)的數(shù)值微分和導(dǎo)數(shù)、稀疏雅可比矩陣。同時這些結(jié)果在數(shù)值參數(shù)敏感性分析、非線性最優(yōu)化以及其它數(shù)值理論分析中有著非常重要的應(yīng)用。這里簡單介紹切線性模式的幾個基本應(yīng)用。

4.1符號導(dǎo)數(shù)和微分

如果輸入為數(shù)學(xué)關(guān)系式，DFT系統(tǒng)可以自動生成對應(yīng)的微分表達式和梯度，而與數(shù)學(xué)關(guān)系式的復(fù)雜程度無關(guān)。例如我們輸入關(guān)系式：

，（1）

DFT系統(tǒng)將自動生成其符號微分形式及其梯度形式分別為

，（2）

4.2數(shù)值導(dǎo)數(shù)和微分

切線性模式最基本的應(yīng)用就是在一定擾動輸入下求解輸出變量的擾動（響應(yīng)）。表4.1給出了DFT系統(tǒng)在對IAP9L模式、GPSRayshooting模式和GPSRaytrace模式三個數(shù)值模式做切線性化的具體應(yīng)用中，一些不同計算粒度、不同引用深度和不同程序風(fēng)格的核心子過程，以及它們的切線性模式在SGI2000上運行的統(tǒng)計評價測試結(jié)果，其中切線性模式的可靠性指標(biāo)都準(zhǔn)確到六個有效數(shù)字以上，在運行時間、存儲開銷和代碼復(fù)雜性方面分別是原模式的兩倍左右，比較接近于理想的微分代價結(jié)果（1.5倍）。除了IAP9L模式由于過于復(fù)雜僅做粗略統(tǒng)計外，其余模式都用非注釋語句行數(shù)來表示各自的代碼復(fù)雜性。

表4.1DFT系統(tǒng)在三個數(shù)值模式中的統(tǒng)計評價測試結(jié)果

性能指標(biāo)

對象模式運行時間（10-3秒）存儲開銷（字節(jié)數(shù)）代碼復(fù)雜性

原模式切線性

模式

原模式切線性

模式

原模式切線性

模式

Xyz2g2.5306.1605524110485589

IntCIRA1.5602.750133426614165

Dabel0.0350.072601202749

LSS8.30017.50669133879143

RP42.4085.10360572102238

Vgrad10.1000.21218564368282454

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DYFRM3.800

×1037.250

×1035000*9500*161279

PHYSIC2.750

×1035.385

×10330005000*1399*

(含注釋行)2826*

(含注釋行)

適當(dāng)設(shè)置輸入擾動的初值，運用切線性模式可以簡單求解輸出變量對輸入的偏導(dǎo)數(shù)。例如，對于一個含有個輸入?yún)?shù)的實型函數(shù)

（3）

這里設(shè)，。運用DFT系統(tǒng)，可以得到對應(yīng)的切線性模式

（4）

其中，為切線性模式的擾動輸入?yún)?shù)?？梢酝ㄟ^以下辦法來求得偏導(dǎo)數(shù)：

（5）

其中。如果對于某個既是輸入?yún)?shù)又是輸出參數(shù)，可以類似以下過程引用的辦法來處理。對于過程引用的情形，例如一個含有個輸入?yún)?shù)的子過程

（6）

其中，為輸入?yún)?shù)；，為輸出參數(shù)；，既為輸入?yún)?shù)又為輸出參數(shù)。運用DFT系統(tǒng)，可以得到對應(yīng)的切線性模式為

（7）

其中，，，分別為切線性模式的微分?jǐn)_動輸入、輸出和輸入輸出參數(shù)?？梢酝ㄟ^以下輸入擾動設(shè)置并引用切線性模式（7）來求得偏導(dǎo)數(shù)：

a)設(shè)置；（，）；（）可以同時求得（）和（），其中。

b)設(shè)置（）；；（，）可以同時求得（）和（），其中。

4.3稀疏雅可比矩陣

運用上節(jié)討論的方法來求解稀疏雅可比矩陣,具有極高的計算代價。例如，一個含個獨立和個依賴參數(shù)的子過程，為求解整個雅可比矩陣就需要反復(fù)調(diào)用次切線性模式，當(dāng)相當(dāng)大時，這對許多實際的數(shù)值計算問題是不能接受的。事實上，如果雅可比矩陣的任意兩列（行）相互正交，那么可以通過適當(dāng)設(shè)置擾動輸入值，這兩列（行）的元素就可以通過一次引用切線性模式（伴隨模式）完全得到。設(shè)和分別為雅可比矩陣的行寬度和列寬度，即各行和各列非零元素數(shù)目的最大值，顯然有，。這里介紹幾種常用的求解方法。

正向積分當(dāng)時，通常采用切線性模式來計算雅可比矩陣。根據(jù)雅可比矩陣的稀疏結(jié)構(gòu)，適當(dāng)選擇右乘初始輸入矩陣，可以獲得接近的計算時間代價。DFT系統(tǒng)采用一種逐列（行）求解的方法，來有效求解右（左）乘初始輸入矩陣。其基本思路是：按照某種列次序考察雅可比矩陣的各列；考察當(dāng)前列中所有非零元素，并對這些非零元素所在行的行向量做類似模二和累加運算（即將非零元素視為邏輯“1”，零元素視為邏輯“0”），從而得到一個描述當(dāng)前列與各行存在“某種”相關(guān)的標(biāo)志向量（其元素都是“1”或“0”）；依據(jù)此標(biāo)志向量，就很容易得到一個與之正交的列初始向量，其中與當(dāng)前列序號對應(yīng)的元素設(shè)置為“1”，而與標(biāo)志向量中非零元素序號對應(yīng)的元素設(shè)置為“0”，與標(biāo)志向量中非零元素序號對應(yīng)的元素設(shè)置為“-1”，顯然，該列初始向量是唯一的，并且對應(yīng)著當(dāng)前右乘初始輸入矩陣的最后一列；逐一考察已求解得到的列初始向量，如果某列初始向量與當(dāng)前求解得到的列初始向量按下面定義的乘法（見過程4）正交，那么這兩列就可以合并，即將當(dāng)前列初始向量中非“-1”的元素按照對應(yīng)關(guān)系分別賦值給該初始向量，并從記錄中刪除當(dāng)前列初始向量；重復(fù)以上過程，繼續(xù)按照給定列次序考察雅可比矩陣的“下一列”。不難說明，按照不同列次序求解得到的右乘初始輸入矩陣可能不同。其中逐列求解右乘初始輸入矩陣的過程可以簡單敘述為：

1）將右乘初始輸入矩陣所有元素的初值均設(shè)置為，，。。

2）如果，轉(zhuǎn)6）。否則，如果雅可比矩陣的第列中的所有元素均為，，重復(fù)2）的判斷。否則轉(zhuǎn)3）。

3）計算標(biāo)志向量。令，做如下計算：

，;

4）設(shè)為的列向量。在上定義乘法，對任意的，我們有：a）；b)如果，必有和。然后，做如下計算：

,;

，6);

2);

5）令，并做如下計算：

，;

令,。如果，轉(zhuǎn)6）；否則，重復(fù)2）的判斷。

6）對，，如果，則。取的前列，這樣，我們就得到了一個維右乘初始輸入矩陣。

這里需要說明的是，運用上面的方法求得的右乘初始輸入矩陣不僅與求解雅可比矩陣的列序有關(guān)，而且與過程4）中的合并順序也有關(guān)系。至于如何最優(yōu)求解右乘初始輸入矩陣，目前還很難討論清楚。但是，大量模擬試驗結(jié)果表明，運用上面自然次序求得的右乘初始輸入矩陣寬度已經(jīng)非常接近于其下界值。

反向積分當(dāng)和時，通常采用伴隨模式來計算雅可比矩陣。根據(jù)雅可比矩陣的稀疏結(jié)構(gòu)，適當(dāng)選擇左乘初始輸入矩陣，可以獲得接近的計算時間代價。其中左乘初始輸入矩陣的求解過程完全可以按照上面的方法進行，但是在處理前必須先將雅可比矩陣轉(zhuǎn)置，最后還需將得到的初始輸入矩陣轉(zhuǎn)置才能最終得到左乘初始輸入矩陣。同時，其行寬度也已經(jīng)非常接近于其下界值。

混合積分如果將切線性模式和伴隨模式相結(jié)合，往往可以避免梯度向量運算中的諸多冗余計算。例如，ADJIFOR系統(tǒng)在求解雅可比矩陣時，在語句級微分實現(xiàn)中首先用伴隨方法求得所有偏導(dǎo)數(shù)，然后做梯度向量積分；其計算時間代價與和模式的語句數(shù)目有關(guān)，而其存儲代價為。具體討論可參考文獻[7]。

5．結(jié)論

切線性模式在無截斷誤差意義上計算函數(shù)的方向?qū)?shù)、梯度或雅可比矩陣，以及在模式的可預(yù)測性及參數(shù)敏感性分析、伴隨模式構(gòu)造等相關(guān)問題中有著廣泛應(yīng)用。DFT系統(tǒng)主要用于求解FORTRAN77語言編寫的切線性模式，具有很強的全局?jǐn)?shù)據(jù)相關(guān)分析能力。此外，DFT系統(tǒng)還具有其它幾個重要特色，如結(jié)構(gòu)化的微分實現(xiàn)、自動生成微分測試程序以及基于語句級的微分代碼優(yōu)化。本文簡單給出了DFT系統(tǒng)在求解數(shù)值和符號導(dǎo)數(shù)和微分、稀疏雅可比矩陣中的應(yīng)用。為評價一類自動微分系統(tǒng)，本文初步提出了統(tǒng)計準(zhǔn)確率的概念。

參考文獻

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Derivatives--Fast"inControlProblemsinIndustry,editedbyI.LasieckaandB.Morton,pages1-16,Birkhauser,

同為論文范文第5篇

1.1信號采集天線對準(zhǔn)某顆通信衛(wèi)星（如中星6A）后，移動車載站上的衛(wèi)星信標(biāo)接收機會收到一定強度的衛(wèi)星信標(biāo)，信標(biāo)值的大小用來衡量對星的準(zhǔn)確度。信標(biāo)機提供串行通信接口，通過串口服務(wù)器，將串行通信做協(xié)議轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，再通過一根網(wǎng)線與交換機連接，最終與控制計算機進行數(shù)據(jù)交換。設(shè)備連線后，在計算機上要進行虛擬串口映射，即把串口服務(wù)器的串口映射到計算機上，映射成功后，就可以把這些虛擬串口作為計算機上的串口使用，解決計算機本身無串口的問題。載波的發(fā)射狀態(tài)是通過改變調(diào)制解調(diào)器參數(shù)來實現(xiàn)的，控制載波發(fā)射狀態(tài)實際上通過控制調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射狀態(tài)繼而達到控制載波狀態(tài)的目的。調(diào)制解調(diào)器提供網(wǎng)絡(luò)接口，通過交換機最終與控制計算機進行數(shù)據(jù)交換?？刂栖浖崟r監(jiān)視信標(biāo)機和調(diào)制解調(diào)器的工作狀態(tài)，以此作為發(fā)送控制指令的依據(jù)。

1.2信號處理通過監(jiān)控軟件完成，為了不占用更多的主線程資源，監(jiān)控軟件分別建立兩個獨立的線程CThreadBeacon信標(biāo)機線程類和CThreadModem調(diào)制解調(diào)器線程類，通過這兩個線程的通信處理載波的關(guān)閉與開啟。當(dāng)確定天線進入遮擋區(qū)后，CThreadBeacon信標(biāo)機線程根據(jù)當(dāng)前的信標(biāo)強度和調(diào)制解調(diào)器載波發(fā)射的狀態(tài)，發(fā)送打開或關(guān)閉載波的消息給CThreadModem線程。CThreadModem線程主要有兩個作用，一是讀取調(diào)制解調(diào)器當(dāng)前的參數(shù)，明確設(shè)備的工作狀態(tài)，二是負責(zé)接收由CThrea-dBeacon線程發(fā)送過來的消息，根據(jù)消息的具體內(nèi)容，向調(diào)制解調(diào)器發(fā)送相應(yīng)的控制指令。

車載站在載波發(fā)射的行進中，如遇到高大的貨車或小面積的建筑遮擋瞬間遮擋時，這時關(guān)閉載波是不必要的，故在信標(biāo)機線程中，設(shè)定當(dāng)遮擋超過10s后發(fā)送關(guān)閉消息給調(diào)制解調(diào)器線程，進而關(guān)閉載波發(fā)射。同樣在離開遮擋區(qū)超過5s后發(fā)送開啟消息給調(diào)制解調(diào)器線程，進而開啟載波發(fā)射。具體流程見圖1“載波自動關(guān)閉流程圖”。

2實現(xiàn)過程

軟件以visualc++6.0作為開發(fā)編譯環(huán)境，在基于對話框的應(yīng)用程序界面中，運用多線程串口通信編程和SNMP網(wǎng)絡(luò)編程方法，利用線程間通信機制，完成載波自動關(guān)閉功能。軟件啟動時，建立CThreadBeacon線程并啟動運行，運用串口通信編程，在InitInstance函數(shù)中，初始化串口參數(shù)，線程中使用定時器，頻率為300ms，按照通信協(xié)議格式，以查詢方式讀取信標(biāo)強度，經(jīng)過適當(dāng)處理后，以浮點數(shù)顯示在監(jiān)控界面上，范圍是0~10，根據(jù)浮點數(shù)的大小，來判定天線是否進入遮擋區(qū)，如當(dāng)信標(biāo)強度小于3時，確定天線進入遮擋區(qū)，再以PostThreadMessage的方式發(fā)送消息給CThrea-dModem線程。建立CThreadModem線程，運用SNMP網(wǎng)絡(luò)編程，在In-itInstance函數(shù)中，初始化調(diào)制解調(diào)器SNMP相關(guān)參數(shù)，創(chuàng)建兩消息響應(yīng)函數(shù)OnGetParam_Modem用來獲取設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，和OnSetParam_Modem用來接收由CThreadBeacon線程發(fā)送過來的消息，根據(jù)消息的附加參數(shù)和當(dāng)前調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)，確定發(fā)送關(guān)閉或開啟載波的指令。

3結(jié)語