上海交通大学学报

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孟令通, 蒋祖华, 陶宁蓉, 刘建峰, 郑虹

2020,54 (4): 331-343.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.001

摘要 ( 1073 )

PDF(2083KB) ( 349 )

为了解决船舶分段多堆场调度过程中工作效率低、运输成本高的问题，针对多堆场调度任务执行顺序、进场及阻挡分段移动等环节，综合考虑堆场的工艺属性、分段形状组合等要素，建立以最小化运输成本为目标的分段多堆场调度模型.通过对比分析2种进场分段堆位分配策略，提出阻挡分段跨堆场调度的移动策略；改进传统的任务顺序调整策略，并用禁忌搜索算法进行优化；最后，分析堆场占用率及各个调度策略组合对实验结果的影响.实验结果表明，堆位分配策略和阻挡分段的跨堆场调度策略能有效降低多堆场调度的运输成本，减少阻挡分段产生的比例，进而达到提高运输效率的目的.

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基于模糊迭代算法的曲面恒力跟踪

张铁, 肖蒙, 邹焱飚, 肖佳栋

2020,54 (4): 344-351.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.002

摘要 ( 955 )

PDF(1390KB) ( 294 )

针对机器人末端执行器对曲面轮廓跟踪时难以得到恒定跟踪力的问题，对机器人末端执行器和曲面轮廓的接触力进行了研究，建立了研究对象曲面法向力和已知传感器坐标系的映射关系，提出了一种模糊迭代算法.模糊迭代算法不需要得到系统内部传递函数，简化了建模设计，同时，模糊迭代算法根据上次实验力误差以及误差变化量模糊补偿机器人的轨迹，加快了收敛速度，文中在理论上证明了模糊迭代算法有界收敛.实验结果显示: 接触力的波动范围在±3 N之内，验证了此算法的可行性，相比于传统的比例微分(PD)算法，接触力误差波动的均方差减少了42%；相比于未进行模糊补偿的算法，在所选择的时间段内迭代周期至少减了1次.

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基于时间反转的多用户差分混沌键控方案

张刚, 赵畅畅, 张天骐

2020,54 (4): 352-358.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.003

摘要 ( 952 )

PDF(1061KB) ( 300 )

针对差分混沌键控(Differential Chaos Shift Keying, DCSK)误码性能较差，传输率低的问题，提出一种基于时间反转的多用户DCSK(Time Reverse Multiuser-DCSK, TRM-DCSK)通信系统.该系统利用时间延迟的不同来区分不同的信息时隙，在每个信息时隙中利用时间反转可以传输2bit的信息信号，然后将这2bit的信息信号叠加后作为信息承载信号一起发送.使用时间反转能增强信号之间的自相关性，改善了系统的误码性能.推导了TRM-DCSK系统在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise, AWGN)和Rayleigh衰落信道下的误码率公式并进行了实验仿真.仿真结果表明：在传输相同用户数的情况下，TRM-DCSK系统的误码性能相对于传统的多用户DCSK系统有了明显的提高.

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基于稀疏贝叶斯的多跳频信号二维波达方向估计

李红光, 郭英, 眭萍, 蔡斌, 苏令华

2020,54 (4): 359-368.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.004

摘要 ( 982 )

PDF(1428KB) ( 255 )

分析了现有跳频信号二维波达方向(DOA)估计算法的优缺点，提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的跳频信号二维DOA估计算法.该算法利用L型阵列特点，将方位角、俯仰角和跳频率三维信息转换为一维空间频率信息，降低了冗余字典长度和稀疏求解难度.其次，经过奇异值分解降维处理，减少了矩阵运算维数，降低了算法复杂度，通过稀疏贝叶斯算法和快速傅里叶变换估计出空间频率和跳频率，利用Capon空间频率配对算法将空间频率和跳频率正确配对，计算出空间角.最后，由空间角几何关系解算出方位角和俯仰角.模拟结果表明，在低信噪比或低快拍数条件下，该算法DOA估计精度较高，且不易受空间频率间隔和跳频信号源相干性的影响.

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保密多输入多输出无线携能系统的节能稳健优化

杨广宇, 仇洪冰

2020,54 (4): 369-375.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.005

摘要 ( 889 )

PDF(854KB) ( 184 )

研究了包含多个多天线窃听者的多输入多输出无线携能系统.在窃听者信道状态信息不精准的情况下，通过联合设计波束成形矩阵、人工噪声协方差矩阵和功率分配比，在满足发射功率约束和能量收获约束的条件下，最大化系统最差情况保密能量效率.基于分式理论，将原非凸问题转化为减式形式的等效优化问题.通过新颖的等效变换，解决了多个优化变量之间的耦合问题，避免了交替优化.借助于S-procedure和一阶泰勒级数展开，将难以处理的非凸问题转化为凸问题.提出了基于Dinkelbach方法的两级优化迭代算法且仿真结果验证了该算法的有效性和收敛性.

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基于混合多变量经验模态分解和极限学习机的非平稳过程预测

李春祥, 张浩怡

2020,54 (4): 376-386.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.006

摘要 ( 1012 )

PDF(5958KB) ( 292 )

传感器布置不足和传感器数据缺失是风压实测研究中需要解决的重要问题，风压的空间预测可以恢复缺失数据和拓展风压空间信息，帮助建立结构表面的风压分布.为此提出一种基于多变量经验模态分解(MEMD)和极限学习机(ELM)的空间预测算法.采用MEMD分解非平稳信号，得到多组模态数目相同且频率匹配的固有模态函数和余项.对分解得到的数据按频率进行重组，作为输入数据，用ELM进行学习和预测.采用基于自回归滑动平均的模拟风速数据和实测非平稳风压数据来验证算法的有效性和精确度，同时引入基于径向基核函数的最小二乘支持向量机(RBF-LSSVM)和ELM方法作为对比.试验结果表明，MEMD-ELM方法的预测结果误差更小，与真实值更为接近.MEMD的多变量同时分解可以保留数据间的相关性，从而在非平稳过程空间预测时达到更好的效果，是一种稳定而有效的多变量预测方法.

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两维地震激励下格构拱动力响应简化评估方法

曲扬, 罗永峰, 朱钊辰, 黄青隆

2020,54 (4): 387-396.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.007

摘要 ( 939 )

PDF(3764KB) ( 238 )

通过对振型位移响应进行合理的线性组合，给出了两维地震激励下格构拱结构的变形模式，基于该变形模式导出了推覆分析的荷载模式，采用该荷载模式对结构进行一次非线性推覆分析，建立了一种等效单自由度体系，通过对该等效单自由度体系进行时程分析，求得结构目标性能点，进而得到结构整体动力响应；在此基础上，通过对两维地震动输入进行适当简化，提出了格构拱在两维地震激励下动力响应的简化评估方法.采用简化方法对某大跨度柱承格构拱结构分别在硬土和软土场地一系列地震波两维分量激励下的动力响应进行分析，与时程法分析结果进行对比表明：简化方法计算的动力响应变化趋势与时程法基本一致，两向节点位移和单元最大应力平均误差分别为15.1%、12.5%和16.6%，但计算耗时仅约为时程法的25%.

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非对称开挖砂性土基坑刚性支护结构解析解

范晓真, 许海明, 徐长节, 方焘, 谭勇

2020,54 (4): 397-405.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.008

摘要 ( 1141 )

PDF(1185KB) ( 272 )

工程上常用的基坑支护结构设计计算方法无法适用于基坑非对称开挖的情况.针对日渐常见的非对称开挖工程，通过变形控制设计，首先引入考虑位移的非极限状态土压力理论，对作用于支护结构上的土压力进行修正.基于获得的修正土压力模式，在对支护结构进行整体受力分析的基础上，获得了可用于两侧挖深不同的单撑式刚性支护结构设计计算的解析解，并进一步分析了土体内摩擦角、支撑刚度、基坑开挖的非对称程度对支护结构安全最小插入比的影响.结果表明：经典等值梁法由于采用极限状态土压力理论，计算得到的支护结构插入比偏于不安全，且计算结果的不安全程度在土体内摩擦角较小的情况下更为严重；相对于较深侧，较浅侧插入比将对基坑的非对称开挖更加敏感；与仅按单边设计相比，该解析解可以有效节约工程造价.试验实测数据验证表明，该计算方法可用于桩土刚度差异较大情况下基坑两侧挖深不同的单撑式支护结构的设计与计算.

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静钻根植桩低应变动力响应的现场试验和数值模拟

肖偲, 王奎华, 张日红, 王孟波

2020,54 (4): 406-412.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.009

摘要 ( 1133 )

PDF(5770KB) ( 351 )

针对静钻根植竹节桩的成桩特性，通过现场试验和有限元数值模拟，研究桩周水泥土随着龄期变化对竹节桩低应变测试曲线的影响.首先通过现场试验，得到现场试桩在水泥土不同龄期的低应变曲线，发现桩端反射信号的幅值和到达速度均受到水泥土硬化的影响；同时通过室内弯曲元试验，测得不同龄期下相同配合比水泥土的切变模量；然后通过多次反演拟合，建立三维有限元数值模型，结合室内试验结果，对竹节桩低应变测试特性进行研究；接着将模型曲线与实测曲线进行对比，重点研究了桩端低应变反射信号的幅值和综合波速，两者曲线特性符合良好；最后对三维有限元数值模型进行参数分析，分析桩周普通土和桩底土切变模量对桩身低应变曲线的影响.结果表明：桩周水泥土在随着龄期硬化期间，会导致桩端反射信号幅值逐渐变小，在5 d以后已较难分辨；同时，低应变测试的综合波速也会随之增大，但是均明显小于竹节桩在地表时的波速，该数值模型能较好的模拟静钻根植竹节桩的低应变动力特性；参数分析说明，桩身低应变测试的综合波速变化与桩周普通土和桩底土的切变模量变化无关，仅由桩周水泥土引起.

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基于初始缺陷的混凝土锈裂模型时变可靠度

张强, 卢朝辉, 赵然, 伦培元

2020,54 (4): 413-420.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.010

摘要 ( 850 )

PDF(1099KB) ( 291 )

根据断裂力学理论，建立了考虑初始缺陷的混凝土结构锈胀时间预测模型，以此为基础建立了结构寿命预测极限状态函数，并发展了基于三阶矩法的时变可靠度分析方法.研究结果表明：与Monte-Carlo方法对比，在计算结果较为吻合的情况下，本文方法减少了计算次数，提高了分析效率；在混凝土材料参数中，混凝土结构失效概率对保护层厚度的随机性和不确定性最为敏感，失效概率对随机变量概率分布类型敏感性较差.

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基于文化萤火虫算法-广义回归神经网络的船舶交通流量预测

薛晗，邵哲平，潘家财，张锋

2020,54 (4): 421-429.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.011

摘要 ( 937 )

PDF(934KB) ( 439 )

为了给海事部门提供科学准确的船舶交通流量预测，本文提出一种基于文化萤火虫算法（CFA）来优化广义回归神经网络（GRNN）的算法(CFA-GRNN)，对船舶交通流量进行预测分析.介绍了基于自动识别系统(AIS)的航道交通流量统计方法.利用快速排斥试验和跨立试验来判断船舶轨迹是否穿过航道某一断面的观测线，并将AIS数据中的经纬度数据转换为墨卡托平面坐标系数据.研究了GRNN的实现原理，CFA以GRNN输出均方差为适应度函数，以GRNN的输入层和隐含层中的权值、隐含层和输出层中的权值、隐含层的阈值及输出层的阈值为编码进行优化，进化目标是得到最合适、最优的神经网络结构.利用AIS收集统计到并经过预处理后的数据, 应用CFA-GRNN对舟山螺头通航的船舶进行交通流量预测, 并对试验结果和误差进行了统计分析.结果表明：CFA-GRNN与GRNN和萤火虫优化广义回归神经网络相比，泛化性能好，不易陷入局部最优，预测结果精度更高.本研究对船舶交通流量进行预测分析有着十分重要的理论和实际意义.

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基于目标参数最优的磁耦合谐振式无线能量传输系统频率特性分析及仿真验证

范兴明，贾二炬，高琳琳，张伟杰，焦自权，张鑫

2020,54 (4): 430-440.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.04.012

摘要 ( 1009 )

PDF(2367KB) ( 306 )

磁耦合谐振式无线能量传输技术能实现中等距离的高效能量输出，表现出极大的应用潜力.在该技术中，频率的变化会对系统传输性能产生重要的影响.因此频率特性分析对提高系统性能具有重要的意义.在考虑线圈内阻的条件下，利用阻抗反射理论分析了4种拓扑结构下距离和负载的变化对系统发射端谐振补偿策略的影响，发现串串型拓扑结构的频率稳定性最好.基于互感理论分析了在理想和非理想状态下距离和负载的变化对系统最佳工作频率的影响.在MATLAB环境下建模分析验证了上述理论的正确性.利用插值法和多项式拟合对理想状态下传输效率的最佳工作频率进行仿真分析.结果表明，样条插值和8次多项式拟合效果最好，可为后期提高频率控制的精确性提供一定的参考.

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