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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2017年, 第57卷, 第9期 上一期    下一期
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    计算机科学与技术
    开源智能终端认证漏洞挖掘及登录认证改进  收藏
    刘武, 王永科, 孙东红, 任萍, 刘柯
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 897-902.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.037
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1098KB)
    开源智能终端占智能终端市场的绝对优势,基于开源智能终端的应用层出不穷,但与此同时,其安全隐患也一样触目惊心。该文以典型社交网络APP登录认证为例,通过逆向分析当今市场上的主流Android应用,分析登录认证实现过程的机理,对登录认证机制进行安全性评估,挖掘基于现有认证机制的安全漏洞,并针对所发现的安全问题提出了登录认证机制改进方案,总结出一套安全实用的登录认证实践方案,有效提高移动智能终端系统的安全性。
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    基于脆弱点特征导向的软件安全测试  收藏
    欧阳永基, 魏强, 王嘉捷, 王清贤
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 903-908.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.038
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1188KB)
    为克服模糊测试方法具有盲目性和覆盖率不高的缺点,缓解当前符号执行方法所面临的空间爆炸问题,该文提出一种基于脆弱点特征导向的软件安全测试方法。该方法结合模糊测试和符号执行方法的特点,针对缓冲区溢出,精确分析了具备该脆弱点特征的代码,并以此为测试目标,力图提高测试针对性;通过域收敛路径遍历策略生成新测试数据进行测试。实验数据表明:该方法的缓冲区溢出可疑点识别率比现有的以经验为主的识别方法至少提高41%,与CUTE符号执行工具相比,较好地缓解了空间爆炸问题,并有效验证了OpenSSL等常用软件的脆弱点。
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    基于单证人节点的分布式节点复制攻击检测  收藏
    马锐, 朱天保, 马科, 胡昌振, 赵小林
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 909-913,920.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.039
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1064KB)
    在无线传感网络中,现有的节点复制攻击检测方法存在检测率低、通信消耗高、存储消耗高等问题。该文提出一种基于单证人节点的分布式节点复制攻击检测(single-witness-based distributed detection,SWDD)方法。SWDD方法分为选择证人节点、生成声明信息、发送声明信息、验证证人节点和检测复制节点5个步骤。SWDD方法中引入单证人节点选择机制,采用随机数作为位置声明信息,利用多重映射机制进行证人节点验证,并由最终证人节点完成对复制节点的检测。在OMNeT++平台上进行仿真实验,结果表明:SWDD方法在检测率、通信消耗和存储消耗方面均优于SDC(single deterministic cell)和P-MPC(parallel multiple probabilistic cells)方法。
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    基于命令语法结构特征的IRC僵尸网络频道检测  收藏
    闫健恩, 张兆心, 许海燕, 张宏莉
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 914-920.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.040
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1248KB)
    僵尸频道是基于因特网在线聊天(Internet relay chat,IRC)协议僵尸网络传递控制命令,操纵整个网络的唯一途径。该文针对IRC僵尸网络频道检测问题,提出一种利用僵尸网络控制命令语法结构特征,实现检测僵尸网络频道的方法。使用可信系数描述频道中的字符串为僵尸网络控制命令的可能性,并结合可信系数,改进阈值随机游走(threshold random walk,TRW)算法,用以加快僵尸网络频道检测速度。实验结果表明:该方法对僵尸频道有很好的识别能力,检测效率明显提高。
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    基于Kinect辅助的机器人带噪语音识别  收藏
    王建荣, 高永春, 张句, 魏建国, 党建武
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 921-925.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.041
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1454KB)
    音视频信息融合可以提升机器人在噪声环境下的语音识别性能。然而受说话者的头部旋转、唇部尺寸不一、距摄像头距离不固定以及光照等因素影响,唇部信息不能得到有效的全面表征。该文提出融合机器人与Kinect的多模态系统。该系统采用Kinect获取3-D数据和视觉信息,并使用3-D数据重构侧唇来补充音视频信息。一系列基于特征融合和决策融合方法的结果表明:该文提出的多模态系统优于基于音视频单流和双流的语音识别系统,能够辅助机器人在自身噪声环境下的语音识别。
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    基于联合模型的商品口碑数据情感挖掘  收藏
    王素格, 李大宇, 李旸
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 926-931.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.042
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (982KB)
    为了同时挖掘商品口碑数据中所谈论的对象、对象的某个方面以及评论者对这个方面的观点,用于指导消费者消费和生产厂家对商品的改进,该文面向口碑数据提出一个无监督对象方面情感联合模型。该模型假设方面分布依赖于对象分布,情感分布依赖于方面分布和对象分布,词是采样的最小单位。在汽车口碑数据上进行了多组实验,实验结果表明:无监督对象方面情感联合模型不仅可以判别文本方面和文本情感的类别,还可以获取文本对象信息。
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    JavaScript优化编译执行模式下的动态污点分析技术  收藏
    梁彬, 龚伟刚, 游伟, 李赞, 石文昌
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 932-938.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.043
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (1701KB)
    目前,主流的JavaScript执行引擎为了提高效率,引入优化编译执行模式,对频繁运行的热点函数进行即时优化编译。优化编译执行模式的引入,给通过动态插桩实现JavaScript程序的动态污点分析(dynamic taint analysis,DTA)带来了新的挑战。针对这一问题,该文针对HTML5混合型安卓应用,通过修改其所使用的V8 JavaScript引擎,基于动态插桩实现了一种优化编译执行模式下的动态污点分析方法。该方法使用污染包裹对象的方式对污点标签进行存储,在优化编译执行模式下的Hydrogen中间代码层面进行插桩操作。实验结果表明:该方法能够有效地在优化编译执行模式下进行污点跟踪,且性能开销也在可以接受的范围内。
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    电子工程
    基于局部校准的大规模MIMO互易性校准  收藏
    刘羽, 张秀军, 周世东
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 939-944,951.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.044
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1317KB)
    在时分双工大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统中,上下行通道的互易性校准是非常关键的。在相对校准方案中,系统仅需获得天线之间的信道响应,无需增加额外的硬件电路,其中最小二乘(least square,LS)校准表现出了较高的精度。然而,LS校准导致算法复杂度过高。该文提出了一种局部校准方案,利用若干组局部天线间的通道测量,使校准精确度得到保证,并且通过限制局部天线的规模降低校准复杂度。仿真结果表明:该方案可在大幅度降低计算复杂度的前提下保证校准精度损失很小。
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    矢量半径驱动的汉语普通话立体声道模型  收藏
    姚云, 吴西愉, 孔江平
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 945-951.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.045
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2949KB)
    为得到更加精确的声道共鸣特性,人们越来越关心说话时声道的结构及其形状变化。该文从MRI 3-D图像数据中提取了汉语普通话7个单元音[a]、[o]、[r]、[i]、[u]、[y]、[e]的声道边缘、中线和矢量半径数据,并沿着声道中线从唇到声门等间距截取声道的36个截面,对于每个截面,根据矢量半径的大小使同一个位置的截面形状作线性过渡,从而建立用矢量半径驱动的汉语普通话立体声道模型。计算模型的共振峰并合成语音样本,在与自然语音对比的听辨实验中,该模型取得了较好的语音合成效果。
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    基于伪影模板的术后电极定位方法  收藏
    李波, 姜长青, 张锋, 李路明, 马羽
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 952-957.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.046
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3198KB)
    术后电极位置及轨迹信息是脑深部刺激临床疗效评估的有效工具,但是核磁图像中电极伪影严重地影响了术后电极位置的准确估计。该文提出基于核磁图像电极伪影估计术后电极位置的方法,进而确定电极与靶点核团之间的位置关系,有助于明确治疗疗效与电极定位之间的联系,更好地指导外科医生规划最佳植入通路和程控。进行了电极伪影体模实验和分析了10名帕金森病患者脑部核磁图像,结果表明:该方法可以测量电极在丘脑底核中的位置,并具有较小测量误差。
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    语速对三合元音共振峰动态特征的影响  收藏
    曹洪林, 王宇靖, 李敬阳
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 958-962.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.047
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1915KB)
    该文以30位18至28岁的男性被试为对象,在快速、中速和慢速3种语速条件下,对汉语普通话中4个三合元音(/iau/、/iou/、/uai/、/uei/)共振峰的动态特征进行了量化分析。运用三次多项式拟合方法描述前3条共振峰的动态轨迹,以拟合系数为自变量,对共振峰的动态特征进行了判别分析。结果表明:相同语速语音比对时,语速不同,判别能力也不同,快速发音的判别能力最高(平均为76.7%),中速和慢速发音的判别能力相对较低(分别为69.5%、70.3%)。不同语速语音组合比对时,各三合元音的判别能力均有所下降,其中"快+慢"组合的判别效果最差(平均为48.0%)。所有的语速条件下,判别能力最高的三合元音均为/iau/。由此可知,语速相同或相近时,三合元音的共振峰动态特征可以有效区分不同说话人。
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    语速对普通话音段产生的影响  收藏
    李英浩, 孔江平
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 963-969.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.048
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1589KB)
    语速影响音段的语音实现以及相邻音段发音动作的时间关系,然而对普通话音段产出的影响却并不清楚。该文使用动态电子腭位方法分析语速对普通话跨音节辅音丛/η#C2/中音段发音动作的时间关系以及V1#C2V2中音段的生理和声学特征的影响。研究发现:辅音丛音段发音动作的绝对时差和动作重叠度随语速的加快而增大;音段的生理/声学时长与语速线性相关,语速对辅音动作幅度的影响与辅音发音部位和方式有关;元音动作幅度减弱,在声学上表现出央化的趋势。研究结果表明:普通话语速控制与音段发音动作的时间关系以及音段动作的时空特征有关,音段发音属性和发音人发音策略也影响不同语速条件下的音段产出。
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    机械工程
    空间三角面片对相交判断算法  收藏
    关立文, 戴玉喜, 王立平
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 970-974.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.049
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1097KB)
    空间三角面片对相交判断是数控加工过程仿真中碰撞干涉检验和材料去除仿真等研究的关键技术。为了提高算法准确性和计算效率,该文提出一种基于向量运算的三角面片对相交快速判断算法,有效避免了计算误差对相交判断准确性影响,全面解决共面和异面情况下的快速准确判断问题,通过与典型相交判定算法比较,该算法与被比较算法的检测准确率都能够达到100%。该文算法全面考虑了异面和共面情况,综合计算效率有所提高。
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    基于PSO优化LS-SVM的刀具磨损状态识别  收藏
    刘成颖, 吴昊, 王立平, 张智
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 975-979.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.050
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1378KB)
    为监测刀具的磨损状态,该文建立了一个基于声发射的刀具磨损状态监测系统。在刀具磨损状态监测实验中,采集加工过程中的声发射信号,提取方根幅值、绝对值均值、均方根、最大值作为反映刀具磨损的时域特征值。针对人工神经网络容易陷入局部极小值、结构难以确定、学习收敛速度慢等缺点,提出最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)的刀具磨损状态识别方法。针对LS-SVM性能依赖于惩罚因子和核参数,利用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法对LS-SVM参数进行自动寻优,建立PSO优化LS-SVM模型进行刀具磨损状态识别。结果表明:与LS-SVM识别模型相比,优化后的LS-SVM模型具有更高的识别率。
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    改进型流量误差反馈迭代法及其空气静压轴承应用  收藏
    李雅哲, 周凯
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 980-985.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.051
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1298KB)
    空气静压轴承以空气作为润滑剂,尤其适用于高速应用场合。该文基于Reynolds方程,在极坐标条件下推导出止推空气静压轴承的有限差分模型。提出改进型流量误差反馈迭代法并应用于止推空气静压轴承的迭代计算中,采用伴随迭代随时更新的流量相对误差作为反馈变量,并随时修正速度因子。研究改进型流量误差迭代法的收敛特性,具体分析速度因子和迭代初值对收敛速度的影响。结果表明:迭代初值对收敛速度影响不明显,改进型方法可以增加速度因子裕度。通过研究轴承节流参数对轴承性能的影响表明:配合良好的节流孔和气隙可以显著提升轴承刚度。
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    水利水电工程
    简单管路中水击的类型偏误分析及解析计算  收藏
    张明, 郑双凌, 马吉明, 齐文彪
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 986-992.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.052
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1320KB)
    简单管路的水击分析是水电站设计的重要部分。该文对目前设计中采用的阀门开度匀速变化时水击的解析计算中存在的问题进行研究,详细推导和分析水击计算的区域划分,给出了正确的负水击区域划分图;通过以直线代替曲线的方式,提出足够精确的简化水击区域划分图;通过与精确水击区域划分图的比较,阐明了简化水击计算中可能出现的类型误判;基于直接求取水击最大值的考虑,提出第一相水击和末相水击类型的后验判别方法。此外,还给出了直接水击和第一相水击的直接计算公式。算例分析表明:该文给出的水击区域划分、提出的水击类型后验判别方法以及推导的水击直接计算公式正确可行。
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    核能与新能源工程
    基于轴向力自由控制的磁悬浮飞轮基座振动抑制  收藏
    蒲芃成, 张剀, 刘平凡, 赵雷
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 993-998.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.053
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1865KB)
    高速磁悬浮飞轮壳体或机座振动是影响运行精度的关键问题。对于外转子式飞轮结构,当转子轴向基准面与转子旋转轴线之间的垂直度精度在一定范围内时,这种形位误差会导致额外的基座振动。基座的同频振动幅值由转子自身的残余不平衡和位移传感器测量面的形位误差同时决定。因此,该文在传统力自由控制基础上提出了轴向力自由控制方法对基座的轴向振动进行抑制。通过实验比较了不开启不平衡控制、仅开启径向不平衡控制和同时开启径向、轴向不平衡控制3种情况,验证了在转子各自由度同时开启不平衡控制能更有效地减小基座振动。实验结果表明:在工作转速下,该方法能有效地消除转子轴向的同频振动力,抑制基座振动。同时,也证明了在承担重力方向同样也能实现力自由控制,与磁轴承仅有径向力自由的不平衡控制方法相比,拓宽了不平衡力自由控制方法的应用领域,取得了较好的振动控制效果。
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    环境科学与工程
    利用自识别的供水管网监测数据质量控制  收藏
    刘书明, 吴以朋, 车晗
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 999-1003.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.054
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1321KB)
    复杂庞大的供水管网系统拥有众多监测点,在人工判断的情况下,各个监测点采集的海量数据无法被及时有效地处理,数据准确性无从保障,这对供水管网异常情况的判断造成极大阻碍。针对此情况,将北京市某供水管网监测站56个月的在线监测数据进行时段上和季节上的切分,构建自回归滑动平均(autoregressive moving average,ARMA)模型,并通过该模型建立的置信区间识别人工模拟序列中的异常值,从而实现独立节点自身数据的自识别。结果表明:经过数据反馈矫正,该自识别过程能够准确提取人工模拟监测数据中的异常值。ARMA模型的建立极大限度压缩了需人工处理的数据量,以便在异常数据中人工甄选无效数据,实现数据质量控制。
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    精密仪器与机械学
    三自由度动量球渐变色编码与方位测量  收藏
    张高飞, 潘成刚, 范春石
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (9): 1004-1008.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.055
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2923KB)
    针对动量球转子全姿态空间测量的应用需求,该文对转子按照经纬度渐变的颜色编码方案进行了改进,分析了编码纬度范围与传感器分布之间的关系,提出一种按照三正交轴渐变的颜色编码方案,该编码方案具有颜色分布均匀,颜色矢量与坐标值之间的映射关系更为直接等特点。仿真实验验证了2种渐变色编码测量方案在全姿态空间范围内快速方位测量的可行性,比较了2种方法的测量误差,结果表明:按照三轴渐变色的编码方式具有更好的测量精度。
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