定向设计

2024-06-27

定向设计（通用12篇）

定向设计篇1

1 常规定向井轨道设计

垂深3000m以内, 水平位移不超过1000m的定向井, 一般称为常规定向井, 这种类型的井是最为常见的, 它可以设计的轨道有很多, 但要注意造斜点的选择及井斜角大小的控制。

造斜点应选在比较稳定的地层, 避免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层等容易坍塌及复杂地层定向。常规定向井轨道设计的余地较大, 但最好把井斜角控制在合适的范围之内。除此之外, 在轨迹设计时还应该考虑井身结构、采油泵下深、井眼曲率的选择等问题。

2 大位移井轨道设计

通常认为现在钻井技术中难度最大的是大位移井, 一个好的轨道设计对减少施工难度会有很大帮助。国外在大位移井中推荐悬链曲线 (悬链曲线:由圆在一直线上滚动时圆上一点的运动轨迹形成。) 轨道。最新的理论研究表明, 较低的造斜率 (小于3°/30m) 、高稳斜角是大位移井的趋势。

上表中是国外所钻典型大位移井, 都采用较低斜率 (小于3°/30m) 较高稳斜角, 取得了成功, 为我们的大位移井轨道设计提供了经验。因此有必要对这类井的轨道进行仔细研究。

3 水平井轨道设计 (水平井轨道的基本形状有两类)

单增轨道, 一般采用固定的井眼曲率, 井眼曲率范围在3°/30m-6°/30m。井眼曲率小于3°/30m会导致造斜井段太长, 不利于井眼轨道控制, 大于6°/30m, 钻杆将会对套管或者井眼产生偏磨, 会磨损套管或对井壁造成伤害。

双增轨道, 由于双增轨道几乎都是在地质目标不确定的条件下使用, 在进行轨道设计时, 第一次造斜时, 应使稳斜段有较大的井斜角。如图1所示, 如果在钻井前, 地质没有确定此油层, 轨道2采用高稳斜角, 相比采用低稳斜角的轨道1, 轨道2在油层内井段更长, 录井时更容易发现这一油层, 同时高稳斜角轨道发现油气显示, 可以迅速进行二次造斜, 在很短的进尺内进入水平段。如图2所示, 轨道1从发现油气层到进入水平段需要更长的进尺, 所以轨道1的水平段就不能在油层内钻进, 而轨道2采用高稳斜角轨道, 在不出油层的情况下就能进行水平段的钻进。通过两种轨道的比较, 双增轨道设计时, 要采用较高的稳斜角。

4 结语

4.1 要根据地层情况、井身结构、完井要求、采油要求等进行轨道设计。

4.2 轨道设计要贴近现场实际情况, 应该根据造斜工具的造斜能力、造斜点的深度、施工难度等确定合理的井眼曲率和井斜角。

4.3 在地质目标不确定的条件下, 双增轨道应采用高稳斜角。

定向设计篇2

高校通用信息定向发布系统的可行性分析

高校通用信息定向发布系统是建立在B/S结构之上的应用程序,并且采用目前多种流行的技术,下面本文将逐一分析并论述本系统在技术中的可行性。⑴数据的获取。通用信息发布系统的数据来源有两种:①现有系统数据库的中的数据;②工作中制作的数据表格文件。对于现有系统具备数据导出功能,多数情况可以导出为Excel文件,也有的系统不可以导出为Excel文件(这种情况下数据存在于数据库中)。由于Office的普及,在工作中制作的数据表格,基本都会利用Excel来制作。所以又可以将数据两种来源分为两种数据形式:Excel文件和数据库中的数据。导入数据库中的数据,必须请原软件开发公司进行配合,需要缴纳一定的费用即可实现。另外一种情况,对于Excel文件,系统具备Excel文件导入功能,即可实现获取其他系统生成的Excel文件或者手工制作的Excel文件中的.数据。所以本系统获取数据的方法也是可行的。⑵数据的保存。本系统也需要保存⑴中的数据,由于本系统面向本校教职工使用,所以访问量不会很大,目前流行的数据库SQLServer或者MySQL级别的数据库即可满足要求。处于费用和版权的考虑,本系统选择MySQL数据库。⑶数据的安全。本系统需要保存重要数据,所以安全性是系统必备的功能之一。a数据管理安全。由于本系统需要综合各个系统的数据信息,管理员权限设定为多管理员模式,每个管理员只能添加,修改和删除属于自己负责的部分数据,其他管理员无权修改。权限为Admin管理员只能添加,删除其他管理员,如图1。管理员对数据的操作会记录在日志文件中,可以帮助管理员实现数据恢复,实现数据管理安全。b数据访问安全。教职工登录需要身份验证。身份验证成功后,教职工只能查看与自己相关的信息,而不能查看其他员工的数据。实现数据访问安全。c数据存放安全。管理员可以对重要数据进行加密处理,密钥由用户的个人信息数据生成,做到一人一钥,加密算法3DES或者AES均可满足要求,AES速度快,安全级别高可以优先选用,如图1所示。实现数据存放安全。d软件运行环境安全。通过安装防火墙,杀毒软件提高系统的安全级别。对用户进行IP检测,通过访问IP白名单来限制系统访问范围,比如内网用户或者授权IP地址用户才能访问。数据库定时异地备份[2],遇到灾难性问题时,可以最大程度恢复数据库。通过以上几个措施可以提供软件运行的安全环境,可以全面提高数据管理安全,数据访问安全以及数据存放安全的安全系数。

通用数据信息发布系统的设计实现

在可行性分析中,数据可以提取为Excel文件,那么导入Excel文件就是系统必须具备的功能之一。在PHP中导入Excel文件可以使用PHPExcel类库,或者使用PHP-ExcelReader类库等方法,本系统中使用PHPExcel类库导入Excel数据文件。Excel文件中数据表格的格式多种多样,有一层表头,也有两层表头甚至更多。那么导入数据前,必须对Excel数据文件进行处理。

(1)表格修改为一层表头。将多层表头转化为一层表头可以降低处理表格的难度,本系统选择只支持一层表头的表格格式。

(2)对于表格的内容必须做出约定。本系统约定第2列约定为阅读对象(第1列为ID),表示可以查询到本条信息的用户。为了系统的灵活性,阅读对象可以是用户本人,也可以是其用户组。Excel表格的内容也有很多形式,需要发布给用户的表格形式大致可以分为两种:第1种情况,表格内容信息出现很多类似项,例如:10月,11月,如表1所示。将双层表格合并系统可以识别的单层表格,合并结果为表2。经过分析,这个表格表达的意思是11月份电费,所以10月电表数(上个月)可以省略,单价是基本不变的也可以省略。继续简化后的表格内容,如表3。简化表格可能会被认为是不便的操作,但是由于Excel对表操作十分方便,在建立一个标准的简化表格后,操作员便可以方便的从原始表格复制数据到简化表格,所以表格建好以后工作量就变小了。第2种情况,表格内容信息各不相同没有相似项,例如:学生姓名,论文题目,联系方式,邮箱,等,各项只有内在逻辑关系。如表5所示。导入数据库的形式为表6。第2列使用JSON将表格的多个字段合并,JSON中包含表头信息。使用JSON可以方便存放,多组数据存放在一个字段中。本条信息受检单位即可查询到。注:如果第2种情况是多层表头,也需要先合并为一层表头,然后在进行导入数据。系统需要很多的表模型,本文只介绍两个重要的表模型,信息表和用户表。信息表,如图2所示,包含了用户可以浏览的信息,从上面分析可以得出信息表基本设计,现信息表设计如下:

(1)member_id为用户id或者用户组id,member_id属于外键;

(2)如果title不为空,那么content为单一信息,如果title为空,那么content为数组的JSON表示,需要解析JSON;

(3)admin_id是表示本条信息属于哪一位管理员进行管理,本系统设计的目标之一就是管理员分别管理自己输入的数据,admin_id属于外键。

用户表,如图3所示,包含了用户的基本信息以及与用户组隶属关系,其中group_id可以是一个member_id也可以是多个member_id使用逗号分隔的字符串。如果group_id是多个member_id逗号分隔组成,说明该用户属于多个用户组。用户查询信息的时候,除了属于该member_id的信息需要显示,本组的信息也需要显示。用户表中的key,是敏感数据加密的密钥。如果管理员加密敏感数据,必须使用member_id对应的key来加密数据;如果用户查看加密数据必须用本用户对应的key来解密,查看用户组信息必须使用用户组对应的key来解密。这样做的目的是加强数据安全。短信通知和邮件通知已经成为目前最流行的信息传递方式。为了提高本系统的便捷性和易用性,在系统中加入邮件短信通知功能。当管理员有信息发布时,可以通过邮件或者短信方式通知用户。具备短信邮件通知功能后,本系统便可以将会务通知,物品领取通知等重要公告及时通知到教职工,而不再需要飞信或者手机群发短信。而这一切,你只需要做的就是准备好一份Excel表格,包括通知对象名单和通知内容。

定向设计篇3

关键词：重定向编译器；编译器后端；体系结构描述语言；控制关键路径降低

中图分类号：TP314

文献标志码：A

Design of retargetable compiler back-end based on XP-ADL

WEI Lianghui, LI Xi, XU Burong, JI Jinsong

(Dept. of Computer Sci. & Tech., Univ. of Sci. & Tech. of China, Hefei 230027, China)

Abstract： To develop a compiler for embedded system which can be applied in various architectures in short time and generate high quality codes, a retargetable compiler back-end based on Trimaran is designed and implemented. The back-end uses XP-ADL (XML-based Power-architecture Description Language) which can describe broad architectures, and manipulates schedule scope of instructions by profiling information，so the generated code quality is greatly improved. The experiments for DLX architecture show that the running time is decreased by 5% compared with GCC in generating codes.

Key words： retargetable compiler; compiler back-end; architecture description language; control critical path reduction

0 引言

在嵌入式应用中使用C/C++等高级语言编程是趋势所在.^[1]嵌入式系统设计不仅要考虑系统性能约束，还要考虑能耗或功耗以及TTM(Time to Market)等方面的约束，这就要求开发能在短时间应用于不同体系结构并产生高质量代码的编译器.重定向编译器^[2]就是一种能够在短时间内产生某种目标体系结构汇编码的编译器，其本身的大部分代码可以重用.它接受某种机器描述语言(Architecture Description Language, ADL)描述的目标处理器体系结构模型而生成可在该处理器上高效运行的目标代码，在最短时间内实现重定向，见图1.

图 1 重定向编译器

目前，重定向编译器的成果很多.GCC是在多种平台上得到广泛使用的编译器，但其体系结构描述不够精确，无法表达结构中并行部件数量、各部件流水特性等硬件信息，因而对DSP等不规则处理器不能产生高质量代码.Trimaran^[3]能在一定体系结构空间内实现可配置参数化，虽然其前后端均进行大量优化，代码质量较好，但它采用Hmdes^[4]作为ADL，而Hmdes主要针对EPIC体系结构且扩展性差，不适合描述其他体系结构，因而无法支持较大范围的体系结构.在克服这些不足的基础上，设计基于XP-ADL^[5]的重定向范围广且产生高质量代码的编译器.

1基于XP-ADL的重定向编译器后端框架

1.1 后端整体框架

编译器由前端和后端两部分组成.前端完成词法分析等一些与体系结构无关的工作，并产生中间表示(Intermediate Representation, IR)传给后端；后端根据不同的体系结构信息，在IR的基础上进行指令调度等优化，产生最终的汇编码.

编译器后端框架重用Trimaran的前端——IMPACT，对其产生的中间表示Rebel进行优化处理.IMPACT原本是一个独立的编译器，包含大量的机器无关优化，在一定程度上保证代码的质量，这也是选择它作为前端的原因.后端框架见图2.

图 2 基于XP-ADL的重定向编译器后端框架

图2中，粗线框表示新增模块，其余的则表示在原基础上修改的模块.填充的普通箭头代表编译器的编译流程，透明的花式箭头则表示与机器相关的描述信息以及相应的查询请求.C/C++源程序经过IMPACT前端编译后，转换成Rebel形式的IR传给后端，经过代码选择、调度、寄存器分配和代码产生后最终转换成汇编码.

该后端将XP-ADL作为体系结构描述语言，采用结构化思想、使用对象来描述部件等信息，相比Trimaran原来所用的Hmdes，它语法简单、扩展能力好、描述能力强，能描述各种不同的体系结构，因而该后端的重定向范围很广.另外，该后端除重用前端IMPACT外，还使用原后端中的大部分优化，包括代码选择、代码调度和寄存器分配等.对代码质量影响最大的是代码调度，包括针对循环和非循环的各种调度.循环调度中采用模块调度，它将循环剥落和展开，直至找到重复的迭代时间间隔II，在II内每次迭代的操作完全相同，然后在II内进行代码调度；非循环调度有多种选择，包括表调度、操作调度和周期调度，其中表调度用得最多，它从所有ready状态的操作中选择静态优先级调度最高的进行调度.这些优化中大部分只须修改相应的机器描述查询接口，使得该后端能够产生高质量的代码.

新增的代码产生模块将Rebel转换成汇编，按照调度确定的顺序依次输出到汇编文件.针对不同的体系结构汇编格式也不一样，因此在重定向到某个具体体系结构时，需要根据该体系结构的汇编格式修改该模块中的输出语句.

1.2 用XP-ADL描述体系结构模型

编译器后端主要包括代码选择、指令调度和寄存器分配等阶段，它们无需目标体系结构的完整模型，只关心抽象的寄存器和操作等信息.此外，还加入功耗信息，具体为：(1) 部件信息，描述各功能部件的种类和个数；(2) 存储信息，描述各寄存器文件的大小、数据宽度和数据类型；(3) 操作信息，描述所有操作的操作码、所属资源占用类、操作格式及操作行为、对应的编译器操作码以及基本功耗等；(4) 指令信息，描述指令的格式和拼装发射规则；(5) 资源占用信息，描述某一类操作的延迟和占有资源情况；(6) 相干功耗信息，描述操作之间的相干功耗.

用本实验室提出的XP-ADL对这些体系结构信息进行描述：采用XML作为元语言，XML文件主要由元素组成，元素又由子元素和属性对其作进一步描述.整个文件仅有一个根元素，其他元素都包含在该元素中或该元素的子孙元素中.在XP-ADL中使用某个元素描述某个部件或操作等体系结构信息.这类似于面向对象的思想，使得描述数据极为容易且扩展性好，需要表示其他新特征时也易于插入.

根元素包括6个子元素：OP-GROUP，UNIT-GROUP，REG-GROUP，INSTRUCTION-GROUP，RES-

USE-GROUP和ENERGY-GROUP.它们分别对应前面提到的6类体系结构信息，这些元素又包含各自的子元素来描述具体的部件之类的信息.下面是一个操作的描述示例，该操作对应的元素被包含在OP-GROUP中：

＜ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ＞

＜ＯＰＣＯＤＥ＞ＡＤＤＩ＜／ＯＰＣＯＤＥ＞

＜ＲＥＳ－ＵＳＥ＞ＡＬＵ－１＜／ＲＥＳ－ＵＳＥ＞

＜ＯＰＥＲＡＮＤＳ＞

＜ＯＰＥＲＡＮＤＮＵＭ＞３＜／ＯＰＥＲＡＮＤＮＵＭ＞

＜ＳＲＣ－１＞Ｒｅｇ＜／ＳＲＣ－１＞

＜ＳＲＣ－２＞Ｉｍｍ＜／ｓｒｃ－２＞

＜ＤＳＴ＞Ｒｅｇ＜／ＤＳＴ＞

＜／ＯＰＥＲＡＮＤＳ＞

＜ＢＥＨＡＶＩＯＵＲ＞ＤＳＴ＝ＳＲＣ－１＋ＳＲＣ－２

＜／ＢＥＨＡＶＩＯＵＲ＞

＜ＢＡＳＩＣ－ＥＮＥＲＧＹ＞１６．５＜／ＢＡＳＩＣ－ＥＮＥＲＧＹ＞

＜ＣＯＭＰＩＬＥ－ＯＰ＞ＡＤＤ＜／ＣＯＭＰＩＬＥ－ＯＰ＞

＜／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ＞

该示例描述的是立即数加法操作ADDI，它采用ALU-1类资源占用，执行的语义是reg=reg+imm，基本功耗为16.5，对应的编译器操作码是ADD.

XP-ADL机器描述文件基于XML格式，采用DOM分析XML文件.在经过DOM提供的接口读入后，整个XML文件被转换成一棵DOM树，每个元素则对应树中的一个DOM节点，元素的子元素在树中则对应该元素节点的子节点.遍历每个DOM节点，根据节点的类型将其转换成对应的数据结构.处理一个操作元素的伪代码如下：

xml-process-op(char *file-name){

XML分析器初始化；

读入XML文件，得到根节点root；

op-group-node=root->get-child(OP-GROUP);

op-node=op-group-node->get-first-child();

while(op-node不为空){

根据op-node得到相应的操作描述符，并插入到对应的数据结构中；

op-node=op-node->get-next-sibling();

}

所有的这些机器描述信息被读入后均存放在大的描述信息类中，分成寄存器文件表、寄存器表、资源表、资源使用表、机器操作表、IO表、编译器操作表、指令表和相干功耗表，每个表都有相应的描述符表项，这些描述符表项之间存在一定连接关系.要找到一个机器操作的完全信息，除了需要找到它对应的描述符外，还需要找到它指向的资源使用描述符和IO描述符.这样做实际上是把操作分别按占用资源和IO格式分类，相同类的操作共用相同的资源使用描述符或IO描述符，可节省大量的程序空间.

代码选择首先在编译器操作表中找到相应的编译器操作描述符，然后在该描述符指向的机器操作集合中选择合适的机器操作进行绑定.

代码调度则使用矩阵形式的资源动态使用表，表的每列分别对应一种功能部件，每行则对应一个循环的时间，第i行、第j列的操作m则表示在时刻i使用部件j的操作是m，见表1.

在调度时常使用两个算法：get-nonconflict-op(current-time)，取出在current-time时不与表中已调度操作冲突的某个操作；place-op(op,time)则将该操作添加到资源动态使用表中.

1.3 使用profile信息控制调度范围

在现代编译器中，需要扩大操作的调度范围来增加单位时间内执行的操作数，以减少程序的执行时间.在Trimaran后端中使用称为控制关键路径降低(control critical path reduction，CCPR)^[6]的技术扩大调度范围：前端IMPACT传过来的Rebel由一些区域(以下称为基本块)组成，每个基本块包含大量操作，其中有且仅有一个分支操作在基本块的出口，操作之间有边相连，代表着这些操作的依赖关系；所有基本块和操作都有一个模拟得到的profile值，代表该基本块或操作可能的执行次数；CCPR根据这些profile信息选出一条包含多个基本块的最有可能执行的路径作为新的调度单位，将该路径上的所有分支操作合成一个总分支提至最前，且该总分支操作的跳转条件等于原来所有分支跳转条件的逻辑或.这样该路径上的控制依赖大大减少，代码调度时的指令并行度增大.

为了保证程序的正确性，还需要增加许多冗余操作；当程序不执行这条路径时，则需要执行这些冗余操作，从而耗费更多的时间.通过对测试程序的运行结果分析，发现有一些测试用例在使用CCPR后执行时间反而增加，这是因为程序没有执行CCPR选定的路径而执行冗余操作的结果.

使用这些profile信息计算路径的不执行概率，即该路径上所有的分支操作跳转离开该路径的概率之和，将这个概率控制在某个阈值之下.在路径扩张时，将一个新的基本块bb加入到该路径之前，如果增加bb后整条路径的不执行概率大过某个阈值C，就终止该路径的扩张.这样保证了路径的执行概率大于1-C，减少程序执行冗余操作的代价时间.阈值C通过对实验结果的分析和折半查找来确定.

2 实验数据及分析

实验1，在后端中加入profile信息控制调度范围，在Trimaran模拟器上运行自带的那些测试基准程序的结果见表2.

在测试用例①②③中，由于程序执行关键路径，使用CCPR能不同程度地减少执行周期数；而对于测试用例④⑤⑥，由于程序没有执行关键路径、执行了冗余操作，使用CCPR后反而增加执行周期数.在使用profile信息控制调度范围后，很好地减少测试用例④⑤⑥中CCPR引起的冗余周期数，同时在测试用例①②③中还能达到与CCPR相似的效果.

实验2，将该后端重定向到了经典的DLX体系结构，对测试用例编译后，由simpower模拟器运行的结果见表3.

测试用例②③④⑥中，该后端产生的代码与GCC相比，执行周期数减少8%以上，而对于测试用例①⑤，该后端产生的代码执行周期数比GCC仅少5%左右.查看这些程序后发现，测试用例②③④⑥中都存在很多循环，而后者中则没有，可见该后端对循环的优化效果显著.总之，该后端产生的DLX代码的执行时间比GCC要少，这也说明该后端中各种优化的有效性.

3 结束语

嵌入式系统设计中需要能够产生高质量代码的可重定向编译器的支持.针对Trimaran产生的代码质量好的优点和重定向范围窄的缺点，采用XP-ADL作为新的体系结构描述语言重建编译器后端，扩展该后端适用的体系结构范围；并在后端中使用profile信息控制调度范围，改进代码质量，最后将其重定向到DLX体系结构.实验结果表明：产生的代码执行时间比GCC少.下一步工作是将其重定向到VLIW等复杂的体系结构，并且结合XP-ADL描述的功耗信息，进行一些功耗方面的优化工作，进一步完善该后端.

参考文献：

[1] LEUPERS R,Compiler design issues for embedded processors [J].IEEE Design & Test of Computers,2002,19(4): 51-58.

[2] LEUPERS R,MARWEDEL P.Retargetable compiler technology for embedded systems-tools and applications[M]. Netherlands:Kluwer Academic Publishers,2002.

[3] Trimaran Comsortium.Timaran:an infrastructure for research in instruction-level parallelism.[2005-10-18].http://www.trimaran.org.

[4] GYLLENHAAL J C,HWU W W,RAU B R.Hmdes version 2.0 specification [R].USA：Univ of Illinois,1996.

[5] 熊悦,李曦，周学海，等.功耗-体系结构描述语言XP-ADL及其设计环境.小型微型计算机系统，2003，24(8)： 1 470-1 473.

[6] Schlansker M,Mahlke S,Johnson R.Control CPR:a branch height reduction optimization for EPIC architectures [C]//Proc ACM SIGPLAN 1999 Conference on Programming Language Design and Implementation.USA:ACM Press,1999: 155-168.

定向井轨道优化设计研究篇4

1 定向井轨迹优化设计模型

定向井轨迹设计方法多种多样, 有定向井二维设计方法, 也有三维设计方法。定向井轨迹优化设计方法也在不断的改进和更新, 可以满足定向井中各种井型和多个曲率半径的施工要求。但是最重要的一点是, 设计的轨迹能够满足现场施工条件的要求。由于钻井实际条件比较复杂, 地质环境不能直观的了解, 这给定向井井眼轨迹优化设计造成了困难, 因此在实际的井眼轨迹优化时, 要对现场的实际条件做一些简化和假设。

首先在井眼轨迹轨道假设方面, 假设井眼的轨迹是由一段接一段光滑的圆弧和线段构成的。在每一段圆弧和线段中, 曲线的弯曲是均匀过渡的, 即每段的曲率是不变的。在定向井钻井造斜的过程中, 影响所钻轨迹的因素是很多的。例如造斜工具的造斜率, 这是影响井眼轨迹的主要因素, 但是由于地层的非均质性和钻头受力的不均匀等方面的原因, 会导致井眼轨迹会造成造斜工具产生的轨迹稍微偏离设计轨迹的问题。这样影响井眼轨迹的因素就很多了, 为了简化计算, 假设井眼轨迹的方向完全是由造斜工具的斜率来确定的。定向井钻井过程中, 钻井成本的多少, 主要取决于井眼轨迹的长度之和。在这些假设下, 简化了井眼轨迹的影响因素, 这样就可以将实际的负责的定向井井眼轨迹设计问题, 简化为非线性目标函数的非线性数学问题。这样就可以通过数学计算的方式, 利用最优化的原理, 为定向井钻井定量的设计最优的井眼轨迹, 提高定向井钻井效率和成功率。以下介绍在定向井钻井中常用数学模型。

三段式井眼轨迹优化模型。三段式井眼轨迹模型主要包括直井段、造斜段和稳斜段三段, 直径段有井口到井下的造斜点, 一般直井段钻完后要下套管。通过套管将井壁稳定后开始下造斜工具, 一般通过弯螺杆马达的方法, 井口转盘不转, 通过井下螺杆动力钻具造斜。造斜完毕后, 中间的造斜段就钻完了。转盘再次开动开始稳斜段的钻井, 当钻头达到目的层时, 三段式井眼轨迹已经钻完了。

五段式井眼轨迹优化模型。五段式井眼轨迹优化模型主要包括两种, 一种是直井段、增斜段、稳斜段、降斜段和稳斜段五部分。该类型的井眼设计模型主要包括五段和六个关键的点。首先是从井口开始的直井段到达第一个造斜点, 从该造斜点开始, 利用井下动力钻具完成第二段的增斜段。增斜段钻完后, 开动转盘开始钻稳斜段, 钻到第二个增斜点后, 第三段的稳斜段结束。从第二个增斜点开始, 钻盘停止, 利用井下螺杆动力钻具开始第四段的增斜段, 当到达最后一个稳斜点后, 第四段的增斜段接受。再次开动转盘, 开始第五段稳斜段的钻进, 当钻到目的层位时, 第五段稳斜段到此接受, 这时整口定向井也已钻完。另外一种五段式的井眼轨迹主要包括直井段、增斜段、稳斜段、降斜段和稳斜段。这种类型的井眼轨迹和以上介绍的五段式井眼轨迹前三段和最后一段都是一致的。区别在于第四段, 以上介绍的第四段是增斜段, 现在这种第四段是降斜段。

2 井眼轨迹优化设计计算方法

井眼轨迹的优化设计方法和其他的优化设计方法一样, 首先要建立模型, 然后去分析和选择影响模型的主要因素, 从而对模型进行简化。模型简化后就可以将复杂的问题简单化, 可以建立相应的数学模型。再选择模型的优化方法和计算机程序, 通过计算机的计算得到最优的优化方案。本文建立的就是定向井钻井中轨迹的数学模型, 该类型数学模型的目标函数是非线性的。而且目标函数和优化的变量之间是一个相互推进的关系。因此不能使用简单的对目标函数求一阶或者是二阶导数的方法来求的模型的解析解。通过以上分析, 结合定向井钻井过程中的实际和特点。可以利用Matlab软件编程的方法, 解决这种非线性条件下的非线性的最优解。具体的可以利用Matlab软件优化工具箱中的非线性多元函数最小值的方法进行求解。通过这种方法可以有效的得到定向井轨迹优化模型的最优解。

3 结束语

定向井的井眼轨迹优化设计是定向井钻井中的关键问题, 随着定向井技术不断的发展, 定向井轨迹优化不断的出现新方法。文章通过理论分析结合现场实践, 介绍了常用的定向井轨迹设计模型。同时提出了一种定量求解定向井轨迹模型最优解的方法。为定向井轨迹优化设计研究不断的发展和应用提供了技术支持。

参考文献

[1]韩志勇, 定向井设计与计算, 北京:石油工业出版社, 1989[1]韩志勇, 定向井设计与计算, 北京:石油工业出版社, 1989

[2]江天寿, 周铁芳, 刘励慎, 等.受控定向钻探技术, 北京:地质出版社, 1994[2]江天寿, 周铁芳, 刘励慎, 等.受控定向钻探技术, 北京:地质出版社, 1994

定向设计篇5

（抛砖版）

设计目的：

提高发言人业务水平，使发言具有高度（维护国家最高利益）、宽度（所有围观者都能从中得到好信息）、深度（让自己所说的话深度符合情况，且有礼有节，以免落下狗屁之类不雅骂名）

发言人岗位设计：

第一层：总发言人（假定名叫S），S主持日常发言事务，按照发表信息的需要现场指定或提前预定即席发言人。

第二层：副总发言人（假定名叫B），B是S的备份，在S因为收受记者红包而被双规时或者因健康原因不能主持发言事务时，代行其职（类似美国副总统的职能）。

第三层：定向发言人（由S或B指定其对具体问题或议题发表官方意见，数量根据国家发展需要而定，不论其姓甚名谁一旦归属发言人队伍，可以编定统一的系统序列号，即SB1,SB2,SB3，，，,）。按照其所担任专项的重要程度排序或随机排序，下列为建议的定向发言人序列：

SB1：美国行政事务发言人

SB2：美国两院事务发言人

SB3：美国军方事务发言人

SB4：美国商业事务发言人

SB5：美国民间事务发言人

SB6：美国事务临时发言人（其身份是临时工，说错了立即下岗）。

SB7：美国日本事务发言人（基于日本被美国实质占领的特殊关系，日本事务列入美国序列）。

SB8：西方事务发言人

SB9：友好国家1一般事务发言人（可以设立SB9子系统）

SB10：友好国家1临时事务发言人

SB11：友好国家2一般事务发言人（可以设立SB11子系统）

SB12：友好国家2临时事务发言人

……

SBn：友好国家m一般事务发言人（可以设立SBn子系统）

SBn+1：友好国家m临时事务发言人

工作模式：

固定发言：由中国外交事务委员会定期发起。

应约发言：应媒体或其它方面要求而发言。

临时发言：根据国内外事务发展要求而发言。

岗位管理：

持证上岗：通过国家考试委员会相关国际事务专业及政治专业考试后，发给SB系统定向发言人证书（考试作弊的一略终身禁考）。

竞聘上岗：获得发言人证书，由国家外交部用招聘等办法（可以萝卜招聘）聘用进入SB系统相应岗位后，方可上岗发言（可以举贤不避亲）。

解聘：发言人一旦发表与国家、民族、个人利益有损的言论，立即就地免职临时工（必要时可首先弄清其是否临时工）。

定向爆破“红胎记” 篇6

虽然说“红胎记”对身体无害，可对外观的影响是毋庸置疑的。例如，学龄儿童可能因为同学的奚落与嘲笑，而形成孤僻、自卑和内向的性格，其间接危害可能比“红胎记”本身更大。青年人可能因此丧失在求职、求偶、晋升中的平等竞争机会。到了40岁以后，由于畸形血管逐渐扩张，约65%患者的“红胎记”不再平坦，慢慢有结节形成、病灶增厚等现象。这种倾向发展到一定程度，患者即丧失了采用非手术治疗的良机，必须选择植皮等整形外科手术来治疗。少数症状比较严重的患者，年轻时“红胎记”还是很平坦的，可到了中年或晚年时却可能已面目全非，扩张的病灶类似肿瘤的外观，样子十分丑陋，甚至会影响到眼、鼻、口的正常功能。

现代非手术治疗“红胎记”的方法，包括激光治疗与光化学治疗两大类。它们是以无创或微创，瘢痕发生率明显低于任何其他治疗方法为特征的。其治疗原理完全不同，各有不同的适应证，只有合理选择，才有可能取得较理想的治疗效果。

目前，在全国各地广泛开展的进口激光器治疗，是一种常用的方法，其基本原理都是利用20世纪80年代早期发现的选择性光热作用。从疗效与治疗次数两方面来看，面积较小、散在的患者比较适合激光治疗。治疗过程便捷，操作简易、安全，对医生的病灶操作经验依赖性低，所以极易推广。其缺点是治疗次数多，难以达到完全消退的效果，甚至有些患者可能因不敏感而疗效不好，术后的外观又欠均匀。此外，国外学者使用此方法历史较长。他们的一项随访发现，到治疗后第4年，有50%的患者出现部分血管再通，红色回复的迹象。

在20世纪90年代初，我国的医学研究人员开始把化学治疗用于“红胎记”的治疗。这种治疗从原理上讲，与激光治疗完全不同，主要是利用光敏物质由静脉注入后，可在血管内皮细胞内聚集一定时间的特性。此时，内皮细胞以外的组织中光敏物质浓度极低，因而实现了对病变细胞的针对性选择。经体外使用特定波段的大光斑照射“红胎记”区域，导致该区域内畸形血管中内皮细胞的“定向爆破”。治疗后，经过一段时期，畸形的血管网出现不可逆的萎缩。这种治疗利用了“红胎记”的组织特性，所以是一种很巧妙的生物化学治疗方法，尤其适合于面积大、病灶集中的患者。其优点是：治疗后病灶消退均匀、自然，较少有治疗留下的痕迹(如图);相对治疗次数较少，医疗费用较低。不过，其治疗过程中所需的医疗设备、光敏物质、时间、操作等，有多种选择，因此对医生的经验与技术依赖性较高。此外，治疗后，患者需要坚持一定的避光期，对小面积、散在病灶不太适合。

一种矿用定向天线设计篇7

在煤矿巷道类受限空间,无线电传播最突出的一个现象就是多径效应,即从发射源辐射出的电磁波由于巷道壁和各种障碍物阻挡,会发生反射、散射、绕射等现象[1]。近年来国内外学者对无线电波在井下的传播预测理论比较关注,已建立了初步的信道模型系统,为巷道内电磁波传播特性的研究奠定了基础[2]。但目前针对巷道等带状环境下的天线理论研究还未形成体系。现有矿井无线通信系统大多采用单极子类鞭状天线[3]和微带天线[4]。该类天线近似为全向辐射,在狭长巷道中的辐射波束会因巷道壁的阻挡而产生较多的反射损耗。霍羽等[5]研究表明,该类天线辐射波束与巷道耦合后的波束为有向辐射波束,证明具有定向辐射波束的天线更适用于巷道类受限空间。现有的矿用定向天线主要有喇叭天线、反射面天线、螺旋天线等,其中工作频率为2.4GHz的喇叭天线体积较大,反射面天线和普通螺旋天线均为单向辐射天线,辐射效率较低。

研究表明,圆极化天线收发数据时可有效减弱多径效应影响,且提高无线通信系统的信道容量[6]。双臂平面螺旋天线同时具有圆极化特性和定向辐射特性,并可实现双向窄波束辐射,符合巷道类受限空间对定向天线的应用需求,因此,本文设计了一款双臂平面螺旋天线作为矿井无线通信系统基站的收发天线,以减少因巷道壁和颗粒反射造成的多径效应干扰,改善井下无线通信质量,并可对不同波束进行频分复用,提高信道容量。

1 天线结构设计

双臂平面螺旋天线结构如图1所示。该天线包括2个螺悬臂,每个螺悬臂由2条起始角相差δ的等角螺旋线构成。ρ为内圈半径,rw为外圈半径。

在XOY平面上,螺旋线方程为

式中:r,φ分别为极坐标的矢径与幅角;1/α为螺旋率;δ为螺旋线角宽度。

式(1)符合拉姆斯提出的非频变天线的一般形状方程。选取δ=90°的双臂自互补型结构,每个螺旋臂为5圈,线宽为0.1cm,线间距为0.1cm,内圈半径ρ=0.5cm,外圈半径rw=2.5cm。螺旋臂末端采用平滑过渡,基板选择常用的FR4,其相对介电常数为4.4。

2 仿真分析

当中心频率为2.4GHz时,双臂平面螺旋天线辐射归一化方向如图2所示。由于该天线为平面且双臂结构对称,所以其在XOZ和YOZ平面辐射出的辐射波瓣均为对称双向波束,且最大辐射方向均在天线两侧的法线方向上,上下波束的半功率波瓣宽度(Half Power Beam Width,HPBW)均大于60°,增益大于4dB。

图3为HFSS软件仿真的双臂平面螺旋天线辐射方向3D效果。可见该天线辐射的2个波瓣分别在天线平面(XOY平面)的两侧。已知具有圆极化特性的双臂平面螺旋天线具有旋向正交性,即发射天线和接收天线之间满足互易定理:天线若辐射左旋圆极化波,则只接收左旋圆极化波;天线若辐射右旋圆极化波,则只接收右旋圆极化波。由图3可知,本文设计的双臂平面螺旋天线同时辐射左旋圆极化波和右旋圆极化波波束,因此该天线具有旋向正交性,可工作于同一频段而互不干扰,从而实现频率复用,提高信道容量。

图4为双臂平面螺旋天线的电压驻波比。电压驻波比为反映馈线传输效率的指标,通常要求小于1.5,在工作频点应小于1.2。从图4 可看出,在1.5~10GHz范围内,该天线电压驻波比小于1.5,说明天线阻抗匹配良好。图5 为该天线的回波损耗,表征信号反射性能。可见天线中心频率为2.4GHz时,回波损耗为-28 dB;中心频率为5.8GHz时,回波损耗为-18.4dB,均满足小于-10dB的设计要求。天线相对带宽达60%,属于超宽带天线范畴。

可通过增大天线辐射表面积来获得更高增益。图6为工作频率为2.4GHz的10圈双臂平面螺旋天线辐射归一化方向,外圈半径为45 mm,3dB波瓣宽度为120°,增益大于6dB,优于参考文献[7]中小型单极子超宽带天线增益(5.2dB)。由图2 和图4可知,双臂平面螺旋天线辐射的“8”字型对称波束的最大辐射方向均在法线方向上,与全向覆盖的单极子天线和副瓣很多的微带圆极化天线相比,其辐射能量更集中,辐射效率更高。

3 结语

双臂平面螺旋天线的辐射波瓣分别在天线平面两侧并对称,HPBW大于60°,满足矿用天线最大扫描角大于30°的要求。5圈双臂平面螺旋天线的增益大于4dB,10 圈双臂平面螺旋天线增益大于6dB,高于常用单极子全向天线。后续将在条件允许的情况下,在巷道环境内对该天线及其辐射的电磁波传播特性进行测试,以验证理论分析结果。

参考文献

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[4]黄凯,张然,卑璐璐.一种紧凑型宽频带圆极化射频识别天线设计[J].工矿自动化,2014,41(5):34-38.

[5]霍羽,徐钊,刘逢雪.融合波模和射线理论的矿井电波传播模型[J].电子学报,2013,41(1):110-116.

[6]孙晓玲.MIMO系统终端天线研究与设计[D].太原:太原理工大学,2011:74.

智能定向耦合器的设计篇8

对于无线信号同频同时收发的单天线系统如雷达, 无源RFID等, 一个重要的问题是要解决自身发送的前向信号对接收的反向信号的干扰。前向信号泄漏到反向会从三个方面干扰接收, 引起系统性能下降。一是导致射频链路阻塞, 使射频链路的增益不能很高。二是导致基带信号直流偏移, 在传送码流直流平衡的编码时可以通过电容耦合方式消除。三是前向信号所带的相位噪声和幅度噪声对接收链路的干扰。因此提高前反向信号的隔离度是单天线同频同时系统要解决的关键问题。

通常的前反向信号隔离的方法是采用定向耦合器和/或环形器, 双工器的前反向信号频率是不同的, 所以在这里不适用。由于定向耦合器和环形器自身的隔离度只能作到30d B左右, 而且其端口阻抗的阻抗在批次和环境影响下会发生变化, 导致隔离度下降, 因此实际工作时系统的隔离度会降到20d B, 或者更低。更复杂的情况是, 由于实际应用时电磁场环境快速变化, 通过更改电容电感调整电路阻抗改善隔离度的方法适应性差, 不能可靠的提高隔离度。

对于这一问题的解决思路通常是, 通过生成一个与原前向泄漏的干扰信号强度相同, 相位相反的对消信号, 通过合路器将两个信号叠加, 抵消掉前向干扰信号, 因此也称为泄漏对消。本文基于这一思路, 提出了一种结构新颖的定向耦合器自适应对消方法, 能实时对消前向载波泄漏信号, 使前向反信号的隔离度大幅增加, 由原先的20~30d B增加到50~60d B以上。

二、智能定向耦合器工作原理

通常的四端口定向耦合器分为输入端口、直通端口、耦合端口、隔离端口。系统发送信号时, 功放输出的射频信号从输入端口输入, 直通端口输出到天线, 部分能量输出到耦合端口, 极少的能量输出到隔离端口。而接收信号时, 由于定向耦合器的端口互易性, 反向信号从输出端口输入, 部分耦合到隔离端口, 通过隔离端口输出到接收器, 从而实现前反向信号的隔离, 如图1所示。

本文表述的智能定向耦合器, 通过在耦合端口传输路径上增加四个节点, 用来反射前向信号。利用传输线的传输延时对信号移相, 使相邻节点的相位差为1/8波长 (45度) 。前向功放输出的信号, 部分从耦合端口输出, 到达各节点, 当节点阻抗不为50欧时, 由于阻抗不连续时, 部分信号会从节点反射回耦合端口, 可以看出相邻节点的反射回定向耦合器耦合口的信号, 其相位差为90度, 如图2所示。

各反射节点上通过PIN二极管实现的可变电阻来改变节点阻抗, 节点阻抗变化引起反射信号的幅度变化。四个反射结点反射信号分别为:其中Γ= (ZL-Z0) / (ZL+Z0) , Z0=50Ω, ZL=Z0//ZPIN, ZPIN为PIN管阻抗。则在定向耦合器耦合口反射信号为:

三、反向信号控制实现

反射信号控制模块采用FPGA实现, 模块结构功能如图3所示。

正交解调器解调出I、Q两路信号, 经过表示反向泄漏信号的强度r1和相位兹1 (兹1为输入射频信号与本振信号的相位差) 。

I、Q信号经过AD转换为数字信号输入到FPGA芯片后, 首先输入进行滤波处理, 过滤掉高频噪声信号。然后输入到相位旋转单元, 通过改变信号的旋转角度和增益, 来调整IQ信号的相位和幅度, 相位旋转的公式如下:

I'、Q'所表示的幅度r'=r1×A和相位

再进行积分处理, 同相积分器输出结果为:

反向积分器输出结果为:

判断模块实时检测I、Q信号的幅度, 当I2+Q2小于阈值时, 表明耦合器的前反向隔离度已经达到要求, 此时积分器停止输出控制信号保持不变。

四、仿真和实际测试

不启动反向信号控制时, 采用定向耦合器的前反向信号在目的频点处的隔离度约为-28d B, 启动反向控制后优化到-55d B如图4所示, 显著提高了前反向链路的隔离度。

同时模拟了环境变化引起的泄漏信号的不同的初始相位和幅度, 系统都迅速对消, 如图5所示。

五、结束语

本文实现了一种高隔离性的智能定向耦合器, 并在超高频无源RFID系统上进行了测试, 测试结果表明:采用了智能定向耦合器技术后, 系统的前反向隔离度由28d B提高到55d B, 提高了27d B, 减少了系统前反向干扰, 提高了接收灵敏度和系统通讯距离。

参考文献

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[7]何方勇, 杨柳, 严浩.无源RFID系统发射白干扰对消技术研究[J].现代雷达, 2013, 35 (5) :67-71.

智能电网定向供电系统设计与应用篇9

当前我国电能资源短缺,国家电网对现有供电系统实施优化改造,以智能技术为中心规划新型电网模式,创建符合区域用电要求的电网调度平台。智能电网作为国家电网未来改造趋势,其要求供配电系统形成更加优越的作业环境,并且建立新型操控作业平台。因此,对传统供电系统实施定向改造,可减小供电传输不当带来的能源耗损问题。

1智能电网的特点

智能电网就是电网的智能化,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,采用了先进的传感技术、测量技术、设备技术、控制方法及先进的决策支持系统技术,其与传统电网的区别如图1所示。因此,智能电网作为国家电力工程改造发展趋势,具有可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全等诸多优点,带动了国家电力产业经济发展。

2智能电网对供电传输的新要求

近年来,我国城市及农村地区用电量不断增加,供电线路运行效率出现不同程度的下降,阻碍了区域用电资源的最优化配置。供电系统是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。鉴于智能电网概念普及推广,其对供电传输作业提出了更多的要求,主要包括以下几方面:

2.1效率方面

随着我国电网工程改造步伐的加快,供电线路运行效率成为电网考核的主要标准之一,及时解决线路运行效率也是供电公司的重要任务。因此,为了摆脱传统供电模式存在的不足,从多个方面设定线路运行管护机制是提高效率的保障性措施。

2.2故障方面

由于供电环境的特殊性,供电线路工作期间面临着许多故障隐患,阻碍了电网向地区供电的作业水平,建立科学的故障检修体制是很有必要的。例如,供电线路是电网配电传输的主要方式,借助线路介质可实现定向、定点传输方案,保障区域供电生产流程一体化水平。

2.3安全方面

新时期国家电网建设步入新阶段,各地区开始根据实际供电需求分布电力线路,维持区域用电调度的一体化水平。供电线路是供电系统的传输介质,架设于地面之上形成供电运输网络,解决了传统地面线路埋设存在的安全隐患。

3定向供电系统设计与应用

当前,智能电网供电作业面临着严峻考验,社会用电需求量大增降低了供电传输质量。而影响供电线路运行效率的因素复杂多样,供电公司可从电力定向传输系统方面采取措施,形成“人员—设备—保护”定向式的供电作业平台,全面保障区域供电的最优化水平。

3.1智能保护系统

对电力系统继电保护的新原理进行深入研究,将国内外最新的人工智能、模糊理论、综合自动控制理论、自适应理论、网络通信、微机新技术等应用于新型继电保护装置中,使得新型继电保护装置具有智能控制的特点,大大提高电力系统的安全水平。

3.2实时仿真系统

定向供电系统对线路负荷动态特性监测、电力系统实时仿真建模等方面进行了研究,提供大量实验数据,并可和多种控制装置构成闭环系统。协助科研人员进行新装置的测试,从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。

3.3人机操控系统

设计定向供电平台,必须将计算机、网络和多媒体技术的最新成果和传统的电力系统分析理论相结合(图2),设计符合智能电网运行要求的人机操控系统。此外,利用专家系统、智能控制理论,进行电力系统结构改造,设定符合定向传输作业标准的新系统,为智能电网节约更多的资源。

3.4安全告警系统

未来,定向供电系统要考虑安全告警系统要求,采用与供电系统相对应的调控模式。例如,结合电力工业发展的需要,开展了将专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。

3.5状态监测系统

通过将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来,针对电气设备绝缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究,开发了发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统。

3.6定向监控系统

供电线路具有空间广、距离长、性能优等特点,已经广泛应用于电网改造工程中,扩大了区域供配电传输范围。当前,国内电网改扩建工程逐渐增多,供电线路面临的故障风险越来越高,这取决于线路暴露在外的工作环境因素。智能电网是电力系统改造的主要趋势,采用多种信息技术辅助电网调度与监控。

4结语

超宽带微波直接定向耦合器设计篇10

随着雷达、微波通信、移动通信、卫星通信、电子对抗等技术的迅速发展, 对微波无源器件的需求也日益增多, 本文对其中的超宽带定向平行耦合器设计的基本原理进行探讨, 采用多节带状耦合线实现超宽带定向平行耦合器的设计, 并给出5 dB耦合器设计及仿真结果。该定向耦合器的工作范围600～2 700MHz;耦合度范围5～30 dB;插入损耗≤0.5 dB;隔离度≥70 dB;VSWR≤1.05;承受功率≥200 W。

1 理论公式

传统的微带线边缘耦合结构虽然结构简单易于实现, 但由于其结构的限制无法实现强耦合[5]。其结构如图1所示。

单节平行耦合带状线虽然可以实现较强的耦合, 且同样具有结构简单、尺寸小、制造方便等优点, 因此被广泛应用, 但其工作带宽较窄。为满足宽带甚至超宽带的要求, 必须使用多节带状线结构, 多节带状线结构是以单节为基础的。单节定向耦合器与微带线平行耦合滤波器等效, 都需要用到等效传输线理论[1], 计算出相应的奇模和偶模阻抗。平行耦合带状线如图2所示。

单节平行耦合器示意图如图3所示。

假设1端口为输入口, 则2端口为耦合输出端口, 3端口为隔离端口, 4端口为直通端口。如前所述,

要先确定与进而才能确定带状线的结构参数。为此我们从插入损耗的公式入手开始推导。

其中L为1、4端口的插入损耗, 和分别为传输线的奇模和偶模阻抗[1]。FEl’dshtein在他的文章[2]中已经指出, 对于这类不对称的n节耦合器在2和4端口的功率分配比用下式计算:

其中

为传输线电长度, 和h为与带内波纹及耦合度相关的参数, nT为第1类n阶Chebyshev函数。于是得到下式:

将图3网络等效成图4所示的n节l/4传输线级联网络, 其中每一段的偶模阻抗为、、...、Zoen。2端口和4端口与1端口的耦合分别对应于图4网络中的反射系数和传输系数。这个等效已经在参考文献[3]和[4]中得到证明, 其传输矩阵为:

1、4端口的插入损耗为

相应的反射系数的方程如下:

利用Richards变化理论, 经过进一步推导[1], 得到如下两个重要公式:

由以上两个因子可以得到耦合度及带内波纹的计算式如下:

其中C为耦合度, R为带内波纹。于是就得到、h与C和R的间接关系, 根据需要的耦合度及带内波纹指标就可以确定、h的值。其与耦合度

关系的典型值如表1所示。

文献[1]所给高阶阻抗计算公式经验证是错误的。但按照文献[1]给出的推导方法我们可自行推出任意所需阶数的阻抗计算式。这里我们直接给出5阶时的阻抗计算公式的推导结果:

其中各计算因子为:

阶数n的选择需要考虑带宽指标, 带宽是以单个

耦合线的电长度的形式表示的, 带宽比为

, 与阶数n的关系由下式确定:

例如, 耦合度要求为5 dB, 波纹为0.1 dB, 带宽比为2:3时, 得到, 由式 (22) 得到n=3.1632, 即耦合器实际需要4节。

2 设计与计算

得出以上计算公式后, 即可按如下的步骤计算所需的各节耦合带状线的奇模和偶模特性阻抗:

(1) 利用 (22) 式计算所耦合器阶数n。

(2) 利用 (8) 、 (9) 、 (10) 、 (11) 式由给定的耦合度及带内波纹指标确定和h。

(3) 根据带宽要求 (如使用 (12) - (16) 式) 计算每段带状线的归一化偶模特性阻抗。

(4) 利用计算出每节对应的归一化奇模特性阻抗。

(5) 利用微波辅助计算软件 (如ADS) 计算每段带状线的尺寸。

(6) 软件仿真。

为说明耦合器的阶数对带宽的影响, 现以5 dB耦合器为例, 按照上面的设计步骤我们分别计算出2节、3节和5节时耦合器的尺寸参数并进行仿真和比较, 其中心频率均为1 700MHz。各段带状线的尺寸分别见表2～表4:

基板Er=3, B=6.8mm

基板Er=3, B=8.8mm

基板Er=3, B=6.8mm

3 仿真与比较

利用以上的设计参数在ADS中搭建仿真电路进行仿真, 仿真后的结果如图5～图10所示, 并同时给出传统单支节耦合器仿真结果:

由仿真结果我们可以清楚的看到三支节耦合器的带宽相对于单支节和双支节分别增加了183%和41%, 隔离度增加85.7%, 驻波比 (最大值) 下降0%和2.2%。五支节相对于三支节带宽又增加23.5%, 其隔离度指标由于传输0点增加故相对于三支节又有显著的改善。可见增加节数对增加耦合器的带宽及改善其它性能指标都有十分重大的意义。

4 总结

本文介绍了多支节平行偶合带状线线偶合器设计公式的推导及工程实用中使用的设计步骤。给出五阶时的阻抗计算公式并给出一、二、三及五阶时5 dB偶合器的实际设计尺寸和仿真结果。充分证明了该设计方法的正确性和可行性, 具有十分重大的工程使用价值。

摘要：本文采用矩阵运算和网络综合理论设计出600-2700MHz超宽带带状线定向耦合器, 给出该定向耦合器的详细的设计过程并使用ADS仿真软件实现带状线尺寸计算, 进行仿真, 最终给出仿真结果。

关键词：超宽带,带状线耦合器,ADS仿真

参考文献

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定向增发的玄机篇11

东方富海、达晨创投、高盛、软银赛富亚洲、诺基亚成长伙伴基金、天津德厚投资基金、泰山投资、KTB等多家投资机构的参与，使得定向增发成为2009年PE圈的热点之一。第一季度，江苏瑞华等斥资2亿元增资晋西车轴；3月25日。瑞华再度出手力源液压，格外显眼。通过定向增发获得上市公司股权是一种，试图以该方式实现投资项目的退出又是另外一种。

在众多PE涌向定向增发的过程中，达晨创投就试图采用一个巧妙的方式实现退出。然而，这个过程也充满了变数，并折射出诸多操作风险。

达晨创投的算盘

2008年，达晨创投完成了18家企业的投资，实际投出去的金额达4.2亿元。虽然没有受到金融危机直接冲击，但一方面是快速投资的进行，另一方面是退出的压力。

这次，达晨创投投资的某软件服务相关公司成为主角之一。为了实现对该公司的退出，达晨创投锁定了用友软件。

用友软件确立了2009年稳健积极的业务增长策略，全面推进实施“中国企业转型升级加速器”计划。在该计划中，用友软件为实现稳健积极增长，确定了相应的关键任务：抓住机会，积极实施合适的并购。

根据用友软件2009年的目标，面向中高端企业的管理软件u9今年应至少应用到100家企业。如果能通过定向增发实现对同业优质公司的并购，提高营业利润，对于用友软件来说将是一箭双雕。用友软件积极寻找并购目标，被达晨创投视为退出机会。

达晨投资的该软件服务公司，正好符合用友软件“未来针对行业互补性软件企业的投资并购”的目标。如果用友的定向增发顺利实施。对于参与各方来说，都是多赢——用友的盈利能力增加，该公司可以获得更大发展空间，达晨创投顺利实现退出。

具体操作是，用友软件通过定向增发，可以获得该项目公司的优质资产，而该项目公司股东以公司资产换得用友软件的新增股份。达晨创投作为该项目公司股东，就可以在IPO停滞的情况下，实现另一种形式上的退出。虽然根据规定，项目公司的大股东一般需要锁定三年，而PE作为项目公司的小股东，在获得上市公司股份一年后，就可以退出。然而，现实并不是预料中的顺利。

“价格是关键。”达晨创投执行总裁肖冰这样表示。比如，项目公司净利润水平能够达到5000万元，而上市公司的市盈率为30倍，如果收购价格打9折，项目公司的“上市价值”可达13.5亿元，双方就可以在此基础上进行谈判。

“除了双方的利益分配出现一定分歧之外。对于股票就相当于现金的观念，虽然在国外是并购的主渠道，但在国内，很多人并不认同。”达晨创投投资总监傅忠红告诉记者。这成为该事宜推进的一个暂时障碍。

定向增发吸引力

“一般来说，对于vc、PE参与的定向增发，主要是因为上市公司的业务与其投资的项目公司有关联，双方有一定合作空间，经双方管理层仔细沟通之后，双方才会进行定向增发。”深圳创新投资集团北京总经理刘纲告诉记者。

从2008年10月以来，A股的IPO基本处于停滞状态，众多PE无不为退出渠道发愁。但另一方面，上市公司股票所具有的良好流动性，使PE看到了困境中的希望。热衷于定向增发也就不难理解了。除了退出渠道、促进投资公司的发展之外，隐藏在背后的财富效应也使众多投资机构趋之若鹜。

2009年3月25日，力源液压增发成功，其中江苏瑞华投资以10.5元获配1600万股。4月9日该股股价涨至19.825，短短10个交易日内，瑞华账面获利1149亿元。

“一些私募股权机构在产业整合和资本市场上所拥有的资源，能够为上市公司的发展带来极大益处，这也是其他普通投资人无法比拟的。目前A股的一些上市公司业务成熟、成长性好，但价值被低估。”麦格理投资顾问集团中国区高级副总裁Julian告诉记者，从上市公司方面看，对PE参与定向增发总体持接纳态度。

冷面定向增发

“企业定向增发与借壳一样，同样需要经过尽职调查、资产评估、财务预测、监管层批准等几个重要步骤。首先，如果价格不是十分诱人，不能保障股东利益，收购很难获得股东大会的同意；其次，对于收购双方来讲，还要使收购价格及方案同时获得双方管理层的一致意见，这往往也很难做到；其次，还要符合国家相关规定。”刘纲表示。

风险之一：证监会审批。

根据规定，定向增发价格不得低于定价基准日前20个交易日公司股票均价的90％；增发新股募集资金量不超过公司上年度未经审计的净资产值。一旦需要证监会审批，则由于审批周期、上市公司信息披露不充分等原因，容易导致尽职调查困难。根据安永研究报告，目前在中国完成单笔并购交易大约为12--24个月，而发达市场这一过程仅需3--9个月。

高盛曾在2006年11月15日参股阳之光。11月20日是福耀玻璃，11月24日又投资美的电器，创下10天之内连续参股3家国内上市公司的PIPE纪录。但这三笔交易都因为人股价格过低，没有得到证监会的批准。

风险之二：双方价格预期差异过大。

上海创业投资管理公司的董事长陈爱国曾公开表示，产业资本和上市公司双方的价格分歧也会加大并购的难度。他认为产业资本当前的并购市盈率可能不会超过5倍，但和上市公司之间则可能难以达成一致。

KTB虽然在2008年曾经看过三四个定向增发的项目，但是由于双方管理层“对结果的期待差异过大”，最终并没有走到一起。“一般企业进行定向增发。往往是企业的基本面不错，公司有扩张的需求，但在双方实际洽谈过程中。对于价格预期存在很大分歧；此外，由于定向增发会造成股权稀释，因此很多企业更愿意考虑企业债或者贷款。”KTB投资集团合伙人安宝信告诉记者。

风险之三：国内金融大环境并不成熟。

定向设计篇12

从号称“互联网金融元年”的2013年开始,“互联网+”的模式开始渗透到人们日常生活的方方面面,逐步影响着各个传统行业。如京东白条,就是一种新兴的网贷形式,通过追踪用户的消费行为来进行信用评级,最终确定借款额度,其本质是基于大数据的预测。从海量数据中挖掘真正的价值是一系列的处理过程目的,其第一步即是数据的获取,在Web 2.0的时代,大量可公开的数据均是通过网页形式进行展现的,网络爬虫作为一个通用的网页数据采集技术得到了广泛的应用。网络爬虫分为定向爬虫和广义爬虫,本文将介绍定向爬虫的实现和应用。

二、模块设计

本文介绍的网络爬虫采用开源Web应用程序测试工具Selenium来实现,Selenium完全由Java Script编写,因此可运行于任何支持Java Script的浏览器上。就像真正的用户在操作一样,无须用户去关注底层的网络通信协议细节,只要通过程序控制操作流程即可,大大节省了开发时间,方便可视化追踪整个执行流程。另外,因为采用User Agent模式,Selenium可直接绕过某些网页对广义爬虫抓取的限制。

(一)浏览器驱动模块

浏览器驱动模块,即利用Selenium来调用浏览器完成用户定义操作,目前Selenium支持以下几种操作。

1.启动浏览器

支持Chrome,Firefox,IE(可视化浏览器)、静默模式Phantom JS(只启动浏览器内核)或者远程驱动的方式。其中Firefox可以加载用户定制化的Profile等插件来提高对特殊应用的支持,另外可以获得当前URL的HTML信息,用于解析当前文档元素。

2.查找页面元素

支持通过XPath,CSS Selector等方式寻找指定页面元素,找到元素之后通过用户定义的过程来操作。

3.鼠标交互

支持mouse_over,ouse_out,click,double_click,drag_and_drop操作页面元素。

4.页面及表单交互

填充表单,下拉菜单选择,支持单选框和复选框,链接单击,获得元素值和状态。

获得当前页面包含的指定iframe,支持和alert及弹出窗口的交互,并可以在页面选项卡及窗口间跳转。

5.支持Java Script

目前支持基本的Java Script的语法,方便完成页面的异步操作。

6.Cookie管理器

添加、删除、返回所有当前浏览器支持的Cookie。

7.异常处理支持

目前支持驱动查找失败和页面元素查找失败的异常捕获。

(二)页面元素解析模块

页面元素解析模块采用Beautiful Soup来完成,它是一个从HTML或XML文件中提取数据的Python库,能够通过用户指定的转换器实现通用的文档浏览、查找和修改,从而大大节省开发时间。

Beautiful Soup通过将页面内容格式化为内存文档树的方式,提供了直接访问页面元素属性、子节点和遍历查找文档树的方式来完成文档相关的操作。

(三)验证码识别模块

验证码是用以区分用户是计算机还是人的公共全自动程序,可以防止恶意破解密码、刷票、论坛灌水,以及有效防止某个黑客对某一个特定注册用户用特定程序暴力破解的方式进行不断登录尝试。虽然验证码起到了保护作用,但是对于正常的爬虫程序来说,这一关如果无法绕过,则接下来的尝试都是没用的。

验证码识别是一个复杂的过程,涉及模式识别,一般复杂的验证码识别程序也是收费的,不能作为方便的插件嵌入到当前的程序中。而且并不是所有的验证码都可以通过程序来识别,本方案中采用Google的开源工具Tesseract-OCR来完成基础验证码识别,采用神经网络并利用样本集进行有监督的学习,Tesseract-OCR能较好地识别比较规范的数字英文字符串,如图1所示。

但是,对于有噪音及扭曲过的字符串识别效果很差,如图2所示。

所以,一般需要对图像进行预处理,然后再利用Tesseract-OCR来识别,这样可以取得较好的效果。

本项目中使用到的图像预处理技术有初步处理、清除噪点、清除干扰线、图像切割、字符标准化。

1.初步处理

初步处理包含:对比度处理、锐化、二值化。

(1)对比度处理

对比度,其实就是色差,增加对比度可以使亮的地方更亮,暗的地方更暗,从而使得验证码信息和噪音信息的区别更加明显。增强对比度的方案实际上就是将R,G,B通道乘以一个比例,这样就将相近颜色之间的差距变大,处理效果如图3所示。

(2)锐化

图像锐化处理的目的是使模糊的图像变得更加清晰。图像模糊实质就是受到平均或积分运算造成的,因此可以对图像进行逆运算来使图像清晰化。从频谱角度来分析,图像模糊的实质是其高频分量被衰减,因而可以通过高通滤波操作来清晰图像。但要注意,能够进行锐化处理的图像必须有较高的信噪比,否则锐化后图像信噪比反而更低,从而使噪音的增加比信号还要多。因此,一般做法是去除或减轻噪声后,再进行锐化处理。

图像锐化一般有两种方法:一种是微分法,另一种是高通滤波法,处理效果如图4所示。

(3)二值化

验证码的图像往往会加入杂色干扰,形成一个浓淡分布不均的多值图像。把这样一幅多灰度值的图像转化为只有黑(前景文字部分)和白(背景部分)分布的二值图像的工作叫做二值化处理。

一般来说,二值化方法可以分为:全局二值化和局部自适应二值化。全局二值化方法对每一幅计算一个单一的阀值。灰度级大于阀值的像素被标记为背景色,否则为前景。

局部二值化方法以像素的邻域信息为基础来计算每一个像素的阀值。其中一些方法还会计算整个图像中的一个阀值面。如果图像中一个像素的灰度级高于阀值面的计算值,那么把像素标记为背景,否则为前景字符。

常用的二值化方法包括:双峰直方图阀值分割法和平均灰度法,处理效果如图5所示。

2.清除噪点

图像去噪是数字图像处理中的重要环节和步骤,去噪效果的好坏直接影响后续的图像处理工作,如图像分割、边缘检测等。图像信号在产生、传输过程中都可能会受到噪声的污染,一般数字图像系统中的常见噪声主要有:高斯噪声、椒盐噪声等。

目前比较经典的图像去噪算法主要有以下3种。

均值滤波算法:也称为线性滤波,主要思想为邻域平均法,即用几个像素灰度的平均值来代替每个像素的灰度。它能有效抑制加性噪声,但容易引起图像模糊,可以对其进行改进,主要避开对景物边缘的平滑处理。

中值滤波:基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性平滑滤波信号处理技术。中值滤波的特点是首先确定一个以某个像素为中心点的邻域,一般为方形邻域,也可以为圆形、十字形等,然后将邻域中各像素的灰度值排序,取其中间值作为中心像素灰度的新值。这里邻域被称为窗口,当窗口移动时,利用中值滤波可以对图像进行平滑处理。其算法简单,时间复杂度低,但对于点、线和尖顶多的图像,不宜采用中值滤波。

Wiener滤波:使原始图像和其恢复图像之间的均方差误差最小的复原方法,是一种自适应滤波器,根据局部方差来调整滤波器效果,对于去除高斯噪声效果明显。清除噪点效果如图6所示。

3.清除干扰线

一般验证码中会通过增加连续的干扰线来加大信息识别的难度,去除连续干扰线即识别出图像中的最大的连通线。基本思想是认为相邻的前景像素为一个连通线集合,通过递归和回溯法来寻找所有集合中最大的,即为最大连通线。清除连续干扰线效果如图7所示。

4.图像切割

对于去噪后的图像,需要对图片进行切割,切割的目的是为了提取信息,方便把图片中的数字转化为0,1形式的文本,方便后期利用Tesseract-OCR训练神经网络,进一步提高验证码的识别率。一般采用的切割方式是投影法,如图8所示。

如图8所示,对于切割数字3,首先需要找到垂线A和B,判断步骤是:纵向从左向右扫描图片,找到第一条含有信息点的直线记为A,继续向右扫描,从A开始找到第一条无信息点的直线记为B。从投影的角度来看,A与B之间X轴上的投影的信息值均大于0,切割A与B中间的图像后,以新图像为基础,找出C与D,至此便可切割出数字3。

获取了切割好的图像后,由于图像只有黑色与白色两种,因此遍历每一个像素点,根据像素点来进行0,1输出,一般认为黑色像素输出1,白色像素输出0。

5.字符标准化

标准化的意思是指对于图像中的字符尽量做到样式一致,以提高识别率。验证码的设计者往往会通过膨胀、旋转等方式来处理信息,增加识别难度。

(1)骨架细化:腐蚀算法

腐蚀算法的原理类似于剥洋葱,从最外层开始一层一层地将像素去掉,直到只剩下一层像素为止。腐蚀算法要借助凸包算法,用来找一堆像素点里面最外围的一层。腐蚀算法效果如图9所示。

(2)旋转卡壳算法

旋转卡壳算法主要用来处理旋转的字符,一般通过将单个字符左右各旋转一定度数范围来处理。每次1度,旋转后用扫描线法判断字符的宽度,对于标准的长方形字体,在完全垂直的时候肯定是宽度最窄的。旋转卡壳算法效果如图10所示。

经过上述两步处理后,还要将全部字符都缩到最小的字符一样大小来完成标准化处理。

6.样本训练

经过图像切割之后的矩阵包含了字符的相关信息,前景是1,背景是0,通过人工识别出相对应的字符。接着将这个矩阵转换为字符串,建立一个键值对,标明这串字符串是什么字符。之后只须多搜集几个同样字符的不同字符串变形,就能完成制作模版的过程。当搜集了足够多的模版后,就可以开始识别环节了。

通过构建神经网络,对上述字符串提取特征值,将其输入神经网络,再告诉它是什么字符,这样经过一定规模的训练之后,神经网络的内部结构会随之改变,逐渐向正确的答案靠拢,如图11所示。

利用神经网络识别的优势是,对于扭曲的字符识别成功率非常高。