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《中国科学技术大学》 2008年
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信息获取与应用的若干关键技术研究

宋记锋  
【摘要】: 信息链由信息获取、信息传输和信息传处理三个环节组成,他们构成了信息获取科学的三大学科支柱,即信息获取、计算机、通讯。目前,信息处理和信息传输方面的学科建设同趋成熟和完善,而信息链的源头—信息获取仍旧停留在传统的传感技术和检测技术等较低层次,逐渐成为21世纪信息科学与技术发展的瓶颈。 创建“信息获取科学与技术学科”,是信息化时代在传统的传感技术和检测技术基础上进行学科升华,它在科学的深度和技术的广度上突破了原来的界限,是一个具有基础性、前瞻性、战略性的创新研究方向,有重要的意义。已经有不少学者对此进行了研究,状得了相应的成果。本文力图沿着这个创新方向,在前人的基础上,研究信息获取科学的若干基本问题,希望能够为以后的学科建设起到抛砖引玉的作用。 本文主要做了以下几个方面的工作: 一,以溯源论的思想,对传感技术和检测技术的物质层进行了内在基本原理分析。从微观粒子运动和物理基本相互作用的角度,针对物质层进行信息获取概念的界定,指出信息即物质存在形式的外在表达,信息获取即通过一系列手段对信息进行转换和捕获。这种概念源自物质的基本存在形式,适合于传感器领域的普适性分析。 二,在物质层研究中,从微观粒子运动角度切入,对常见敏感效应进行了剖析,基于物质粒子运动形式和信号传递机制的区别,提出一种传感器二元法分类,提出了传感器族属概念:并在此基础上挖掘出相应的敏感机理族群效应。该族群效应具有几个明显的特征:1,不同族传感器性能差异明显;2,同族传感器其性能相近;3,传感器族属关系越近则性能差别越小。针对传感器物质层进行了信号传递分析,建立了一个多环节误差传递数学模型,并基于此给出了相应的误差累计传递函数及相应的性质,用于评估误差在物质层的累计程度,给出一种通过减少环节来降低误差的设计策略。 三,在信息获取数据层研究上,针对数宁滤波用的差分方程,给出了一种完全线性化的变形Z变换降阶算法。该算法本质上是通过对Z变换和逆变换进行线性化处理,避免求导和留数运算,仅涉及行列式和矩阵算式,非常适合计算机自动求解,并且结果为具有重要分析意义的封闭解。该算法针对不同的方程特征根,依次对输入项进行拆分处理,利用递推操作对差分方程进行降阶表达,再结合矩阵和行列式工具运算,直至获得最终封闭解,并给出了建立在克莱姆法则上的封闭解判据。该算法的严格证明和实例分析都一并在文中得到详细阐述。 四,在信息获取特征层研究上,提出一种利用模糊数学实现瓦斯突出特征快速识别的算法。并以国家自然基金重点项目(煤矿瓦斯传感技术和预警信息系统基础理论与关键技术研究No:50534050)为应用背景,分析了煤矿瓦斯突出与正常涌出的浓度数据,通过深度挖掘瓦斯浓度变化的特征,建立瓦斯突出浓度模型,利用模糊推理区分瓦斯涌出与瓦斯突出,实现瓦斯突出预警;瓦斯突出预警装置模拟试验显示,瓦斯突出能够得到有效预警。该系统能够比较方便的与煤矿瓦斯监测系统直接接驳,对煤矿安全生产有一定的应用价值。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP212

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