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癌症发生发展主要由体细胞基因组变异导致，不同癌症组织基因变异多不相同，一些驱动基因往往变异互斥，体现了它们潜在、特定的变异规律和作用机制，显示出异质性和复杂性，这也是目前癌症难以彻底治疗的一个重要原因。基因检测技术的成熟化，使得肿瘤的分析维度从形态学、免疫组化向包含基因序列的多组学研究方向发展，也为癌症亚克隆区分地诊断和治疗提供了更多有力的信息，并产生一些全新治疗方案。本文针对癌症基因组测序数据可能的变异互斥，从基因和亚克隆样本两方面研究癌症与基因间的关系。 变异互斥信息是识别癌症驱动基因的一种有效途径，目前有不少识别变异互斥的方法，但这些方法难以兼顾并突破计算的合理性和效能。本文对此提出了两种变异互斥模型，并针对性设计了前向选择式贪婪算法和后向选择式随机算法。前者提出了互斥度量标准及近似评判互斥的方法，并基于互斥关系上一种假设设计了贪婪计算过程。在不同数据上应用该算法，验证其召回率和准确度良好，甚至可达100%；与两种成熟方法比较验证了其较好的召回；应用在真实数据上的结果也得到了一些文献的支持。后者首先基于变异协同将样本聚类获取初始的基因集，然后利用后向选择的思想，以一种快速、近似的方式对可能的互斥组删除干扰基因得到结果，最后用多次计算取最优的思想优化了结果。与前一种方法比较，验证了其对II类模型具有更好的召回效果。 癌症基因组数据，反映了各通路间一些可能的固有协作和互斥模式，为分析肿瘤异质性和亚克隆分类提供了直接有力的信息。目前主要利用WES或WGS混合测序数据针对拷贝数变异或其他特征区分亚克隆，但这类方法难处理分支进化情况，而从单细胞测序分析大多又需要与癌症具有强关联的特征。对此，本文利用变异互斥信息进行聚类实现，定义了样本相似度更新、类别共存可信度等，并以此为基础进行聚类过程、下一次聚类样本选择、判断算法结束的过程设计。在仿真数据上实验，其分类结果和亚克隆演化过程的准确性很好，可达95.31%；通过与SciClone比较，也验证了本方法的分类优势。

Keyword ：

变异互斥 层次聚类 前向、后向选择 贪婪策略 亚克隆分类

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近年来，随着基因测序技术的发展，生物序列的数量呈爆炸性增长，对生物数据中包含的知识进行挖掘成了一个重要的课题。传统的序列相似性度量方法可分为基于比对的方法和基于非比对的方法。比对方法通过对序列进行全局或局部的比较，从而发现序列中的相似性片段。该方法的准确性高，但在大型数据库中进行搜索或进行多序列比对时，随着序列长度增加，运行速度越慢。非比对方法则从序列中提取出特征向量，通过计算距离来度量序列相似性。该方法准确性略低，但能够快速地对大批量数据进行处理。另外，随着神经网络技术的不断发展，神经网络在生物信息学中的应用也逐渐普遍，并展示出了很好的适用性。 本文针对甲型流感病毒H1N1亚型HA段蛋白质数据提出了ICA（Integrated-Clustering-Analysis）聚类模型。该模型结合了比对方法和非比对方法，通过进行两阶段聚类将蛋白质序列划分为一系列簇，从簇中提取出代表性序列，再对代表性序列和WHO给出的推荐疫苗株进行比对，从而构建出H1N1病毒的演化分布图。本文对病毒的漂变速度和漂变程度进行了定量分析，并通过聚类结果和演化分布图研究了H1N1病毒的多样性及其在时间和空间上的演变情况。实验表明，H1N1病毒在2009年三月出现了新的病毒类型，该类型从出现直到2017年这段时间内的演化情况可以分为三个阶段：爆发阶段、低速演变平台期阶段和加速演变阶段。 循环神经网络在生物信息学中有很好的表现，但该网络对训练时间的需求较高，当进行大型数据集的处理时，循环神经网络的时耗问题是个很大的问题。本文针对该问题研究了基于卷积神经网络的蛋白质分类模型，比较了多种蛋白质编码方式对于网络性能的影响，包括OhWin（One-Hot-Window）编码、PEStack（Position Embedding Stack）编码、PEAdd（Position Embedding Add）编码以及物理化学性质编码。通过在SCOP数据集上进行实验，结果表明，基于卷积神经网络的模型在蛋白质特征提取上有很强的潜力，半数模型的性能都超过了LSTM模型。其中，使用物理化学性质编码的ConvRes（Convolutional ResNet）模型在ROC指标上达到了最高，在ROC50指标上仅次于ProDec-BLSTM模型，但ConvRes模型的训练时间比ProDec-BLSTM模型的训练时间减少了九倍，在时间上有很大提升。另外，在DeepLoc数据集上的实验也证明了ConvRes模型结构的有效性。

Keyword ：

蛋白质聚类 非比对模型 甲型H1N1流感病毒 神经网络

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涡旋电磁波携带轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM），具有螺旋式的等相位面和环状的波束形状。作为一个独立的电磁波特性，轨道角动量在复用理论上具有提高信道容量的潜力；在雷达成像领域具有超分辨率成像、检测物体旋转多普勒频移等应用。涡旋电磁波产生技术是其应用的基础，也是目前研究的关键点。本文主要研究利用新型人工电磁材料产生涡旋电磁波的方法，具体工作分为四个部分。 首先，设计了超宽带反射型涡旋电磁波超表面，在4-10 GHz内分别实现了OAM模态+1/-1和+2/-2的涡旋电磁波的产生。设计了悬空的几何相位超表面单元，它可以在4-10 GHz的工作频带内实现高效率的电磁波反射和准确的相位控制。通过合理的设计超表面口面上反射相位的排布，实现了四种OAM模态的宽带涡旋电磁波的产生，超表面的工作效率高于82 %。二维近场扫描和远场方向图的测试验证了加工的超表面的特性。本部分还设计了近场聚焦的涡旋电磁波超表面，将聚焦超表面的原理引入涡旋电磁波超表面的设计中，实现了反射涡旋电磁波近场的聚焦。 第二，设计了可电调多模态涡旋电磁波超表面。设计了加载变容二极管的超表面单元。通过改变二极管容值的大小，它可以在5.35 GHz附近实现完全的透射相位控制。基于这个单元结构，实现了包含9 × 9个单元的可电调多OAM模态的透射超表面，它可以将入射的电磁波转换为携带五种轨道角动量模态的电磁波。 第三，设计了带有交叉极化变换的涡旋电磁波超表面。首先设计了一种基于耦合-传输-解耦的多层超表面结构，它工作在5.15 GHz处，其透射损耗低于0.5 dB，且可以360度的调控透射电磁波的相位特性。同时，此超表面单元具有交叉极化转换功能，同极化透射率低于-35 dB。通过超表面口面上不同模态的透射相位排布，可以将入射电磁波转化成交叉极化的，携带有轨道角动量模态l = +1，l = -1，l = +2，l = -2的涡旋电磁波。 最后，设计了电磁波自旋角动量与轨道角动量调控超表面。设计了基于耦合-传输-解耦的多层结构超表面单元，它工作在4.6 GHz处，可以将入射的线极化波透射转换为右旋圆极化电磁波。设计的结构具有极低的透射损耗（低于0.5 dB），且可以完全调控透射电磁波的相位特性。利用超表面单元的线-圆极化转换特性和超表面口面透射相位排布设计，设计的超表面可以将入射的线极化电磁波调控成带有轨道角动量模态+1和+2的右旋圆极化电磁波。

Keyword ：

超表面 轨道角动量 涡旋电磁波

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随着技术的发展，近几年相控阵技术在雷达领域获得了越来越广泛的应用，对很多应用于移动载体平台的雷达来说，相控阵天线已经占据了雷达大部分成本与尺寸、重量。为更好的适配载体，雷达要求相控阵天线具备更轻薄的尺寸与结构，这些都要通过降低雷达剖面来实现。具体研究内容包括： 首先，进行了天线综合与分析。根据天线指标要求和天线综合方法进行天线综合设计，本文采用泰勒线源综合方法确定天线各个参数，进行天线阵列设计；根据天线综合的参数，对天线进行分析，利用MATLAB软件计算其方向图和增益等性能参数，确保各指标满足设计要求。 其次，设计了一款低剖面宽带宽角扫描辐射单元。选取双层微带天线作为辐射单元并进行了理论设计和仿真，其具有实现宽带的优点；仿真分析了串联和并联馈电网络组成天线线阵的优缺点，设计的并馈双层微带天线线阵的有源反射系数和有源单元方向图性能优良满足设计要求；利用电磁场的主从边界条件，仿真计算了无限大阵列中该辐射单元的扫描电压驻波比，计算有限阵列中，该辐射单元阵中单元方向图；加工了一种辐射单元试验小阵，测试其扫描电压驻波比和阵中单元方向图，满足设计指标要求。 然后，设计了一款集成化馈电网络和轻薄叠层结构的TR组件。馈电网络主要完成控制信号传输、电源功率分配、本振信号、混频后中频信号的传输和分配以及中频信号的采样；馈电网络选用1分64的T型分支结构实现。TR组件主要实现信号的控制与处理。其中，重点仿真设计了射频信号传输层，并完成了实物加工与测试。 最后，完成了天线实物的加工与测试。按照理论设计，加工了天线样机，最终实现天线的尺寸为：500mm×300mm，厚度仅为70mm，重量小于20kg，实现了小型化和轻型化设计。进行了天线装配和电气连通工作，测试样机的方向图、增益，符合预期目标，从而验证了天线设计的正确性。

Keyword ：

低剖面 双层微带天线 天线综合与分析

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随着第五代（5G）移动通信的迅速发展，系统将需要越来越宽的工作频带和越来越高的数据传输速率。为了满足5G通信技术和毫米波技术的要求，研究和设计毫米波段的小型化、高增益、高辐射效率的天线非常重要。此外，在现代无线通信系统中，为了提高射频前端的性能和集成水平，滤波天线的设计越来越受到关注。而Vivaldi天线具有剖面较低和性能优良等优点，在现代无线通信系统中具有重要的应用价值。基于上述研究意义，本文对小型化高增益的Vivaldi天线、滤波Vivaldi天线及其阵列开展了一系列研究。主要研究内容如下： （1）提出了一种加载了渐变波纹边缘和三角形金属引向器的小型化、高增益的反足Vivaldi天线（AVA），工作频段为23.58-28.32GHz。渐变波纹边缘的加载使天线的工作频带得到了扩展，加载金属引向器使天线在高频处的增益得到了提升。以所设计的改进型天线为单元，设计、加工和测试了E面八元Vivaldi天线阵列，阵列的尺寸为54.4×28.2×0.508mm3，工作频带为24.75-27.5GHz，在频带范围内，测试的增益为12.3-12.9dB。并且该阵列具有良好的远场辐射特性。 （2）提出了一种面向5G的低频段的双通带滤波AVA。将设计的一种双通带基片集成波导（SIW）滤波器，作为天线的馈电结构，使天线获得了双通带滤波性能。此外，为了进一步提升天线的远场辐射性能，引入了不等长的波纹边缘。最终测试得到的天线的工作频段为3.37-3.58GHz和4.85-5.02GHz，两个通带内的最大增益分别为7.69dB和7.95dB，天线的S11和增益都具有良好的滤波特性。在此基础上，提出了H面四元双通带滤波AVA相控阵，阵列的最大扫描角可以达到±40°，该阵列同时具有良好的滤波特性和波束扫描特性。

Keyword ：

5G Vivaldi天线 滤波Vivaldi天线 阵列

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第五代移动通信（The Fifth-Generation Mobile Communication, 简称5G）技术的研究已成热点，5G系统要求更高的无线资源的复用效率和更低的系统功耗。在这种背景下，多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术因其可以提升无线链路传输可靠性的特点成为一项关键技术，其中多天线预编码发射技术可以降低多个数据流或不同用户之间的干扰并大大提高系统容量，基于空时自适应均衡的多天线接收技术可以有效地对抗干扰。 本文的主要内容包括单用户和多用户的MIMO预编码技术、单载波频域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization, SC-FDE）技术、空时自适应均衡技术、定时同步以及信道估计算法等的理论研究，并基于通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral, USRP）设计验证了单用户预编码系统、多用户预编码系统和空时均衡系统。论文的主要工作包括： 首先，详细研究了单用户和多用户的MIMO预编码算法、单载波频域均衡算法和空时自适应均衡算法，并给出仿真结果及性能分析；然后，基于以上理论和定时同步、信道估计、相位跟踪等算法，给出了单用户和多用户MIMO预编码以及空时均衡系统的设计方案，其中单用户系统采用了基于householder变换码本的预编码技术，多用户系统采用了块对角化线性预编码技术，空时均衡系统中利用双通道同时发送目标信号和不同的干扰信号；最后，基于USRP实现了上述系统，并分别给出了系统性能的硬件测试结果。 仿真结果表明，MIMO预编码技术能切实有效地降低系统误码率，提升系统性能，空时自适应均衡技术有良好的抗干扰能力。基于USRP的硬件测试结果表明了多天线预编码和自适应均衡技术在实际系统中的有效性。

Keyword ：

MIMO USRP 空时均衡 预编码

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随着电子商务的飞速发展，电商评价成为网上购物的重要环节。在如今的电商评价机制中，用户需要完全信任电商平台对商品评价的管理，然而近来不断曝光的各种电商平台中伪造篡改商品评价和泄露用户隐私事件令购物用户对电商评价机制产生了信任问题。针对不可信电商平台评价的隐私性与可认证性问题，本文对基于区块链的可认证匿名电商评价机制进行了研究。 本文针对电商平台中商品评价的隐私保护问题与可认证性问题主要完成了以下三方面的工作。1）设计并实现了不依赖于可信电商平台的电商评价机制。利用区块链平台对不可信电商平台进行监督，设计了基于密码学的购物证据与评价证明，实现了电商平台中商品评价的可认证性与匿名性。该机制通过在电商平台中存储评价，与现有的电商评价机制模型相兼容，可以安全的工作在不可信电商平台中，同时通过避免在区块链中存储评价而提高了利用区块链的效率；2）针对现有区块链带来的存储开销问题，本文对电商评价机制中购物证据在区块链中的存储形式进行了优化设计，减少了该机制应用区块链的存储开销，根据区块链交易的特性设计了证据交易链，并在证据交易链的基础上设计了冗余读取策略；3）通过在不同的设备和不同的区块链平台上针对本文电商评价机制的各项操作进行系统化性能实验，验证了本文电商评价机制的可行性。 综上所述，本文利用区块链实现了一种可认证匿名的电商评价机制，为用户提供了在不可信电商平台中评价的可认证性与匿名性。同时在此基础上设计的证据交易链减小了使用区块链的存储开销，并通过实验验证了该机制的可行性。

Keyword ：

电商评价 密码学 区块链

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随着科学技术的发展，近年来时域脉冲技术得到广泛应用，其中，超宽带脉冲源的研制技术也受到了学术界的广泛关注。本文基于雪崩三极管的雪崩特性和阶跃恢复二极管的阶跃恢复特性，设计了体积小、功耗低、性能优越的超宽带脉冲信号源，并将基于雪崩管的脉冲源应用于实际探地雷达系统中。具体工作如下： 首先，本文利用雪崩三极管的雪崩特性设计了基于单个雪崩管和两个雪崩管的两种不同的脉冲产生电路，所设计的脉冲源具有体积小、功耗低、脉冲重复频率稳定的特点。其中，基于单管脉冲源的输出电压脉冲的峰值达到100V以上，脉冲底宽小于5ns，上升沿1.5ns；基于两个雪崩管的脉冲源差分输出脉冲的脉冲幅度为72V，脉冲前沿小于1ns，脉冲底宽均小于5ns。两种脉冲源的重复频率均为500kHz。基于单个雪崩管的脉冲源和Vivaldi天线搭建了超宽带系统，并对源和天线的匹配问题做了大量的调试，使得天线接收的回波拖尾小、峰值个数少。 其次，本文利用阶跃恢复二极管的阶跃恢复特性以及场效应管的性能优势设计了基于阶跃恢复二极管与场效应管的脉冲生成电路。一种脉冲源的脉冲重复频率为2MHz，脉冲上升沿宽度1ns，脉冲电压幅度约为3.8V。另一种脉冲源输出脉冲的上升沿为600ps，脉冲幅度约为6V。 最后，基于单管脉冲源与Vivaldi天线，研制了用于隧道衬砌检测的探地雷达系统，并在模拟隧道衬砌的测试场地中进行了实际测试。测试结果表明，探地雷达的探测效果达到了预期目标。

Keyword ：

阶跃恢复 脉冲电路 探地雷达 雪崩三极管 重复频率

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MIMO雷达是近年来由通信中的MIMO技术发展起来的一种新型雷达，其在抗截获能力、速度分辨力、强杂波环境下检测弱目标的能力等方面都优于传统雷达。 在与空军工程大学合作的横向课题中，开发了一套软硬件结合的MIMO雷达信号产生及处理演示系统，其具有纯数字和数模混合两种工作模式。论文中的主要工作是完成演示系统的上位机软件发送端与接收端的开发，以及数模混合模式下的FPGA数据链路工作和中频信号的上下变频。 首先，介绍了MIMO雷达演示系统的整体方案，包括纯数字模式和数模混合模式。并简单介绍了上位机软件部分使用到的软件技术以及中频部分使用到的硬件单板。 然后，设计并实现了上位机软件，包含发送端和接收端。实现了参数设置、航迹生成、二维\三维显示、与FPGA网口通信等功能。同时，在上变频板上完成了上变频板的时钟管理，信号生成板与上变频板间的数据传输，数模转换与上变频；在下变频板上完成下变频后传输到信号处理板，在信号处理板上完成匹配滤波与相位纠正，完成数模混合模式下的目标估计。 最后，先分别对数模混合模式中的上变频和下变频模块进行了测试，测试结果显示相应模块都工作正常，接着再对整个演示系统进行整体测试，测试结果表明系统功能足以满足课题需求，在两种工作模式下都能正确估计出目标信息。

Keyword ：

FPGA MIMO雷达 软件设计 上变频 下变频

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本文拟开发一套软硬件相结合的正交波形MIMO雷达回波信号生成及处理演示系统。在已有部分模块实现的基础上，本文围绕演示系统DSP部分展开研究工作，实现了MIMO雷达演示系统在纯数字模式下的多目标参数检测以及模数混合模式下的动目标参数检测。 首先，本文深入研究了MIMO雷达系统模型以及多目标检测算法，在课题组前期研究成果的基础上完善了MIMO雷达系统的设计，并使用MATLAB仿真了MIMO雷达以及多目标检测算法。 其次，根据“MIMO雷达演示系统”的系统架构，本文完成了系统在纯数字工作模式下多目标参数检测DSP部分的实现并对程序进行了优化，提高了在纯数字工作模式下系统检测多目标参数的实时性；完成了系统在模数混合工作模式下动目标参数检测DSP部分的实现，实现了系统的模数混合工作模式；完成了基于FLASH的EMIF16接口DSP多核加载。 最后，完成了“MIMO雷达演示系统”在纯数字工作模式以及模数混合工作模式下的整体测试，测试结果表明系统满足课题要求。

Keyword ：

DSP MIMO雷达 纯数字模式 多核烧写 模数混合模式

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