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当期目录

    2011年, 第45卷, 第07期 刊出日期:2011-07-29 上一期    下一期
    自动化技术、计算机技术
    刀具柱面二维条码识读发光二极管照明均匀度仿真分析
    王红霄, 何卫平, 雷蕾, 林清松
    2011,45 (07):  945-948. 
    摘要 ( 3300 )  
    为了预测刀具柱面条码图像的光源设计能否达到照明均匀度要求,通过计算机辅助光学照明软件,在实际发光二极管(LED)光源实体模型、发光特性、光强分布分析的基础上建立仿真光源模型,根据实际应用要求进行拓展模型设计.分析了3种关键因素对LED照明均匀度的影响规律,对仿真和实验结果通过拟合曲线进行对比分析,验证了仿真模拟的正确性和指导性.研究结果对刀具柱面二维条码识读时的光学系统设计具有指导意义.
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    一种基于最优控制的车队协作算法
    谢强德a, 杨明a, 王冰a, 王春香b
    2011,45 (07):  949-953. 
    摘要 ( 3761 )  
    为缩短车队通过路口的时间,提出了一种基于最优控制的车队协作算法.首先,根据车辆运动的物理关系构建车队模型,并利用包含原理对其进行分解,获得车队系统的扩展模型.然后,使用最优输出跟踪控制算法,并根据车队安全性要求求取算法中的权重矩阵,得到车队系统的最优控制率.最后,通过收缩原系统获得车队的次优控制率.该方法可以在保证车辆安全行驶情况下,使车队能尽快达到目标巡航速度,从而快速通过路口.仿真和实际实验结果证明了该方法的有效性.
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    一种变步长前瞻性电子侦察卫星引导调度方法
    王慧林, 冉承新, 黄维, 马满好
    2011,45 (07):  954-960. 
    摘要 ( 4362 )  
     针对存在区域先验信息的电子侦察卫星引导调度问题,提出了一种变步长前瞻性引导调度机制.以卫星实时侦察信息引导后续有限步长内的卫星侦察策略,随着侦察信息的不断下传形成滚动推进的引导调度窗口;提出了一种基于贝叶斯规则的更新方法对区域状态进行预测,建立了引导调度窗口内有限前瞻步长的通用多目标规划模型,并针对模型特点设计了一种改进型多目标蚁群算法进行求解.仿真对比实验表明,该方法能够有效解决面向区域搜索的电子侦察卫星引导调度问题.
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    海流作用下全驱动自主式水下航行器环境最优动力定位控制
    葛晖, 敬忠良
    2011,45 (07):  961-965. 
    摘要 ( 4179 )  
     针对海流作用下的全驱动自主式水下航行器(AUV)的动力定位控制,提出了一种新的环境最优动力定位控制策略.通过位置、姿态控制,使得水下航行器的头部“顶住”海流,并和目标点保持一定距离,此时海流的扰动力由轴向主推进器承担,减少了辅助推进器的工作量,同时降低能源消耗.考虑到海流作为系统模型中的非匹配不确定性,基于神经网络自适应反演法设计了动力定位控制器.通过计算机仿真,验证了控制算法的有效性以及鲁棒性.
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    求解含等式约束优化问题的遗传算法
    胡宽1, 2, 常新龙1, 宋笔锋2, 张琳3, 龙兵1, 余堰峰1
    2011,45 (07):  966-969. 
    摘要 ( 6228 )  
    针对遗传算法较难处理含等式约束的优化问题,在设计变量独立性分析的基础上对等式约束采用了降维处理方法,不仅使等式约束在优化时始终严格满足,而且经降维处理后优化问题仅包含不等式约束;然后,借鉴多目标优化思想,提出了从个体违反约束程度和违反次数2方面同时对种群进行排序,使算法对个体的排序和选择更符合实际.实例验证了该算法的有效性和可行性.
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    基于子空间学习算法的单模态生物特征识别系统
    刘欢喜1, 吴哲1, 朱俊2, 李雄1, 刘允才1
    2011,45 (07):  970-974. 
    摘要 ( 3079 )  
    建立了一种适用于人脸、步态等生物特征识别的单模态生物特征识别系统.首先,单位化原始生物特征数据,得到新的数据集;然后,利用局部拓扑结构保存映射算法,确定新数据集的内蕴低维子空间;最后,在确定的低维子空间上利用类内距离和执行分类.在这个系统中,局部拓扑结构保存映射算法是一种新颖的子空间学习方法,与其他子空间学习算法相比,判别能力更强,更适合于生物特征识别.此外,对原始数据进行单位化处理以及在确定低维子空间上利用类内距离和执行分类都能有效提高生物特征识别系统性能.实验结果表明:该单模态生物特征识别系统是有效性的.
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    基于机会约束规划的生产全过程实时优化
    张艳1, 丁茂森1, 毛宏燕2
    2011,45 (07):  975-979. 
    摘要 ( 3460 )  
     针对一类生产全过程,提出了基于机会约束规划的动态实时优化策略.基于产品质量优化模型,利用机会约束规划,将实时优化问题中的经济和模型不确定约束以一定的置信水平概率满足,通过求解联合概率约束问题,确定各子过程控制器的最优设定值.通过步进式加热炉炉温设定值优化问题的仿真研究,验证了该方法的有效性和实用性.
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    有界Petri网的进程演算表达
    董振华a, b, 董笑菊a, b
    2011,45 (07):  980-984. 
    摘要 ( 3304 )  
    为了进一步探讨Petri网与进程演算的关系,给出了一种使用进程演算模型(CCS)表示有界Petri网的方法.对于任意的有界Place/Transition网,可以用该方法构建一个与之相对应的有限进程.并且证明了所得进程与原网之间满足操作一致性和观察一致性.同时,证明了该方法在网的标号互模拟上满足完全抽象性.
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    基于VRML节点树的双臂移动
    机器人碰撞检测及优化
    刘忠, 曹其新, 朱笑笑, 王雯珊
    2011,45 (07):  985-989. 
    摘要 ( 4141 )  
    针对双臂移动机器人三维仿真中存在大量非凸模型而无法精确进行实时碰撞检测,提出了基于虚拟现实建模语言(VRML)节点树实现凸分解的方法.利用分解得到的单位形体的顶点数据,使用Quickhull算法构造应用于V-Clip算法的凸多面体,实现虚拟环境中模型与机器人之间的精确碰撞检测.为了提高碰撞检测的效率,优化仿真过程中碰撞检测的实时性,采用了包围盒技术.实验结果表明:该方法具有良好的实时性和较高的碰撞检测精度.
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    多模块式移动机器人系统的自组织协作行为
    费燕琼a, b, 朱越梁a, b, 宋立博a, b
    2011,45 (07):  990-994. 
    摘要 ( 3087 )  
    设计了一种新颖的、由4个基本功能模块组成的模块式移动机器人.针对多模块式移动机器人系统在复杂环境下的自组织协作行为,提出了目标趋向控制、多障碍物避障和自组织协调3种运动策略.分析了多机器人目标趋向运动的方向选择规则;描述了基于“感知动作”的多障碍物避障控制策略,实现了多机器人连续避障并到达指定目标点;研究了多机器人的协调运动策略,通过多机器人协作完成了单机器人无法完成的搬重物、过台阶等任务.三维仿真结果表明了该控制策略对不同环境、多障碍物条件下多机器人协作行为的适应性.
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    基于随动预警区域的主动安全避碰系统设计
    陈平a, 王春香a, 杨明b, 王冰b
    2011,45 (07):  995-999. 
    摘要 ( 3101 )  
    为提高城市环境中车辆驾驶的安全性,设计了一种主动安全避碰系统.该系统底层硬件采用分布式架构,底层软件采用uC/OSII嵌入式实时操作系统,通信系统采用CANopen通信协议.针对城市环境道路曲率变化大的情况,提出了一种基于激光雷达的随动预警区域检测方法.实际实验证明了系统的稳定性和检测方法的有效性.
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    统计模式识别和自回归滑动平均模型在
    设备剩余寿命预测中的应用
    廖雯竹1, 潘尔顺2, 王莹2, 奚立峰2
    2011,45 (07):  1000-1005. 
    摘要 ( 4035 )  
    为了对设备预知性维护研究提供支持,采用统计模式识别(SPR)方法对设备进行性能评估,获取设备健康指标;再运用自回归滑动平均模型(ARMA)对设备剩余寿命进行预测,建立了基于设备健康状况的设备剩余寿命预测模型.对生产过程中刀具加工设备寿命预测进行分析和验证结果表明,该设备评估和预测方法是有效且实用的.
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    彩虹表密码分析算法的图形处理器优化设计与实现
    金铨a, 谷大武a, 赵建杰b
    2011,45 (07):  1006-1011. 
    摘要 ( 3794 )  
    设计了一种在图形处理器(GPU)上的彩虹表密钥分析算法.结合GPU单指令多线程的特点改进了Oechslin的彩虹表算法,将预处理中彩虹链的计算分别映射到GPU的单个线程,并利用预计算链提高了在线分析的效率.所使用的硬件平台GPU Tesla C1060 相对于CPU Core2 Duo 2.8 GHz,在运行速度方面,预处理提高了41.2倍(每秒110×106次DES加密),在线分析提高了3.52倍.在此系统上用1.3 GB的磁盘空间,平均2.73 s的在线分析时间以及46%的概率,成功获得了加密选择明文的40 bit DES密钥.
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    一种基于多传感器融合的车辆检测与跟踪方法
    麦新晨a, 杨明a, 王春香b, 王冰a
    2011,45 (07):  1012-1016. 
    摘要 ( 3485 )  
    针对城市道路环境,提出了一种基于激光雷达和视觉的车辆检测与跟踪方法.首先,采用透视变换和多传感器联合标定,根据激光雷达数据生成包含车辆假设的兴趣区域,以提高车辆检测的可靠性和降低图像处理的计算量;然后,提出了一种基于多维特征空间马氏距离的车辆检测算法,通过提取兴趣区域内图像特征向量,并将其与标准向量间的马氏距离作为车辆状态估计;最后,采用Kalman滤波实现车辆运动跟踪.为了提高鲁棒性,将粒子滤波算法与Kalman滤波相结合,以在雷达信息不准确的情况下准确地实现目标状态估计.实验结果表明,该方法在城市环境中取得了比较理想的车辆跟踪效果.
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    关节履带式管道检测机器人越障性能优化
    陈宗尧, 颜国正, 王坤东, 赵忠华
    2011,45 (07):  1017-1020. 
    摘要 ( 3613 )  
    针对一种特殊管道内部检测,设计了一种小体积紧凑型的关节履带式机器人.根据本机器人结构设计,建立了描述机器人姿态的各参数与越障性能之间的数学关系式.探讨了该机器人在越障过程中的姿态调整对越障能力的影响.在此基础上采用最优化方法求解了该机器人的最大越障高度,并确定了适合的姿态调整方法.Matlab仿真及实验验证了该设计和优化计算对于提高机器人越障性能的有效性.
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    无线电电子学、电信技术
    分布式无线传感器网络的速率分配和网络成本联合优化
    谭冲1, 邹君妮1, 汪敏1, 熊红凯2
    2011,45 (07):  1021-1030. 
    摘要 ( 3252 )  
     针对无线传感器网络资源和带宽分配不合理的问题,引入网络净效用性能指标,联合网络流量控制和成本控制两个层面,建立了基于网络编码多径路由的无线传感器网络资源分配的优化模型,提出了一种基于流量控制因子和网络拥塞代价的分布式迭代优化算法.本文定义网络净效用为网络传输效用与传输成本之差值.仿真实验结果表明,该算法能有效进行节点速率分配和链路流量控制,优化网络资源分配和净效用.
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    基于可控多扫描使能信号的片上系统TR-TC联合测试成本模型
    张金艺a, b, c, 黄徐辉b, 蔡万林b, 翁寒一a, c
    2011,45 (07):  1026-1030. 
    摘要 ( 3031 )  
    基于片上系统的扫描链结构,针对全速测试研究了多扫描使能(SE)信号的可测性设计,并建立了新颖的测试资源覆盖率(TR-TC)联合测试成本线性规划数学模型.研究结果表明,该模型不仅可以高效控制全速测试的测试资源消耗以及可测性设计复杂度,而且还可以确立SE信号数量的最优上限,进而避免了以盲目提升SE信号数量来提高转换故障覆盖率的纯理论方式,使面向片上系统全速测试的多SE信号可测性设计方法有一个可靠的目标控制值.
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    一种基于重心计算的角点检测算法
    屠晏欣, 朱逸, 杜正春
    2011,45 (07):  1031-1034. 
    摘要 ( 5191 )  
    提出了一种基于重心计算的轮廓曲线角点提取算法.针对图像的数字化轮廓曲线,首先,以等曲线长为特征点检测邻域,通过插值法得到精确的支持区域端点;接着,采用分割多边形法计算支持区域重心,避免了重心近似引起的误差;最后,以曲线上的点到其对应支持区域重心距离为特征值,依据该特征值区域最大化方法实现角点提取.实验证明,本算法具有较强的抗噪声、干扰能力,且运行速度快,角点寻找准确.
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    柔性衬底MEMS技术制备脑电图干电极阵列研究
    吴澄a, 陈迪a, 胡锐军a, 陈景东a, 陈翔a, 王晓韡b, 吕宝粮b, c
    2011,45 (07):  1035-1040. 
    摘要 ( 4270 )  
    设计了一种新型的脑电图干电极,主要用于采集脑电信号以进行基于脑电图的警觉度分析,替代传统的湿电极.采用柔性衬底微电子机械系统(MEMS)加工技术,在柔性衬底上制备出具有化学稳定性与生物相容性的微针状干电极阵列.通过铜牺牲层实现干电极微针的悬臂梁结构,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)剥离层实现器件从玻璃基底的完全释放,并经平面电极的多层组装实现了立体电极阵列.实验中干电极以聚酰亚胺作为柔性衬底,其针端及导线部分材料为镍,针端部分表面镀金.采用Neuroscan的脑电信号采集放大器对干电极性能进行了测试,测得阻抗约为10 kΩ,其时域和频域信号与传统湿电极基本一致.所制备的干电极成品率高、尺寸小、屏蔽佳、装配简单、可靠性好、机械强度大,符合快速、无痛的脑电信号采集要求.
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    多接收机局域机场监视系统的完好性算法
    王志鹏, 张军, 朱衍波, 薛瑞
    2011,45 (07):  1041-1045. 
    摘要 ( 4284 )  
    现有局域机场监视系统(LAM)采用单接收机,健壮性和完好性较差.基于多接收机LAM(MLAM)概念,从地面监测站和机载用户两方面讨论了其完好性.在地面监测站方面,研究了多接收机伪距校正数校验方法;通过地面监测保护级最小原则选择最佳可见卫星组合,减小了机载用户的计算负担.在机载用户方面,考虑系统完好性、连续性和可用性的前提下进行漏检系数计算,精确估计了机载用户保护级,改善了系统的整体性能.实验结果表明,与LAM相比,MLAM的精度和完好性指标都得到了提高.
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    鲁棒的基于几何均值分解的矢量预编码算法
    武大伟, 何晨, 蒋铃鸽
    2011,45 (07):  1046-1049. 
    摘要 ( 4287 )  
    针对非理想信道的多输入多输出(MIMO)系统,提出了一种鲁棒的基于几何均值分解方法的矢量预编码算法.利用非理想信道误差矩阵的二阶统计信息,以最小化收发信号的均方误差为准则,求出基于几何均值分解矢量预编码的最优扰动矢量和预编码矩阵.仿真结果表明,该鲁棒算法优于现有的基于几何均值分解矢量预编码算法性能.在高信噪比时,误码率可提高2dB以上.
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    多进多出中继系统中基于失真信道估计的线性预编码
    邹俊1, 刘伟1, 罗汉文1, 俞晖1, 马继鹏2
    2011,45 (07):  1050-1053. 
    摘要 ( 3368 )  
    在放大转发多进多出(MIMO)中继系统基础上,提出了一种基于失真信道估计的中继线性预编码设计方案.该方案将信道估计误差建模为高斯随机变量,并根据最小均方误差(MMSE)准则,通过理论推导给出了闭式解.数值仿真结果表明,与不考虑信道估计误差时的方案相比,该方案有效降低了系统的均方误差和误码率. 
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    多入多出中继系统的一种贪心天线选择算法
    刘市1, 丁铭1, 2, 刘伟1, 罗汉文1
    2011,45 (07):  1054-1057. 
    摘要 ( 3432 )  
    针对多输入多输出(MIMO)中继系统天线选择算法容量不高的问题,提出了一种基于容量最大化的贪心天线选择算法.该算法在考虑噪声的影响情况下,根据添加一个天线对后系统容量的闭式表达式,逐步选取使得容量最大的天线对.仿真结果表明,在不同的中继数量及功率约束条件下,该算法与已有算法相比,能够获得更高的系统容量性能.
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    一种高频段正交频分复用系统中相位噪声消除算法
    杜文, 蒋铃鸽, 何晨
    2011,45 (07):  1058-1062. 
    摘要 ( 3373 )  
    针对高频段正交频分复用(OFDM)无线通信中相位噪声功率增加导致系统性能降低,提出了一种低导频开销的相位噪声消除算法.通过分析高频段OFDM系统信道传递函数和相位噪声特性,在OFDM导频时隙上同时估计信道传递函数与相位噪声;在导频子载波假定信道不变,连续估计相位噪声以抑制相位噪声引起的载波间干扰.仿真结果表明,在大相位噪声下,该算法降低了导频开销,同时有效消除相位噪声,提高了信道传递函数估计的准确度.
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    ARIA的不可能差分分析
    张磊, 郭建胜
    2011,45 (07):  1063-1067. 
    摘要 ( 3420 )  
    研究了ARIA在不可能差分分析下的安全性.通过对ARIA线性扩散层的分析,提出一类新的6轮ARIA的不可能差分,并从差分重量的角度,给出了2类具有一般形式的6轮ARIAR的不可能差分的结构和计数,从理论上证明了能够达到目前研究最优的6轮ARIA的所有不可能差分.研究结果表明,在输入输出差分重量为10的条件下,攻击6轮ARIA所需的数据量为2120个选择明文,计算量为294.5次6轮加密.
     
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    交通运输
    基于能量流动分析的电磁式馈能型主动悬架控制
    黄昆, 喻凡, 张勇超
    2011,45 (07):  1068-1073. 
    摘要 ( 3815 )  
    针对已开发的电磁式悬架作动器样机进行数学建模,并采用主环/内环分层式结构对其进行主动控制.通过对内环系统的简化分析得到控制电流可实现范围以及不同条件下作动器能量流动状态,并采用模型预测控制方法设计了全主动和半主动2种模式的主环控制器,分别侧重于车辆悬架系统振动抑制和不平路面振动能量回收.在不同路面输入条件下进行仿真对比分析,结果表明,相对于传统被动悬架,电磁式悬架作动器在全主动模式下消耗蓄电池能量,但可以将车辆乘适性提高30%,而在半主动模式下可以回收路面振动能量并将车辆乘适性提高10%.
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    航空、航天
    座舱功能试验压力控制系统建模与PID控制器设计
    韩叶飞, 方刚, 胡永祥, 姚振强
    2011,45 (07):  1074-1079. 
    摘要 ( 4282 )  
    针对座舱功能试验压力控制系统参数调试不允许在飞机座舱上直接进行的问题,建立了包括气动减压阀阀芯构件动态特性与试验管道压力变化过程等因素在内的座舱功能试验压力控制系统模型,可使压力控制系统设计客观化、解析化.通过对系统模型进行线性化和拟合降阶,再根据降阶模型应用解析化方法,设计了座舱功能试验压力控制系统的比例、积分、微分(PID)控制器,并对设计结果进行了仿真验证.结果表明,解析化方法设计的PID控制器可以满足飞机座舱功能试验压力控制系统的技术要求.
    关键词: 
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    环境科学
    遗传算法在城市污水处理厂污泥处理处置项目选址中的应用
    侯晓峰1, 薛惠锋1, 2
    2011,45 (07):  1080-1084. 
    摘要 ( 4102 )  
      针对我国大中城市污水处理厂污泥处理处置项目选址问题,在传统选址决策基础上,以处理处置成本最小为目标建立数学模型,进行了目标函数的求解分析.以西安市污水处理厂污泥处理处置项目选址为实例,采用污泥生产烧结砖的处理处置方案,运用遗传算法进行了选址优化,在传统决策初步确定15个备选厂址基础上,得到了建设1~5个污泥处理处置工程项目的优化方案,包括相应的选址、生产规模、运输费用、运输路径等,通过讨论与分析,提出了建设3个污泥处理处置工程项目的建议,为选址决策提供了科学依据.
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    数学
    一个退化抛物双曲方程柯西问题熵解的唯一性
    郝兴文1, 2, 王钦1
    2011,45 (07):  1085-1090. 
    摘要 ( 2768 )  
     Kuznetsov方法是估计双曲型方程熵解与它的数值解之间误差的有效方法,文中应用该方法证明一个二阶退化抛物双曲方程熵解的唯一性,并用双变量方法得到了熵解在初值的L1连续性.
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    一类分数阶非线性微分方程正解的存在性与唯一性
    李晓艳, 蒋威
    2011,45 (07):  1091-1094. 
    摘要 ( 3004 )  
     利用巴拿赫空间锥上的不动点定理和压缩映像原理,研究了一类分数阶非线性微分方程正解的存在性与唯一性. 这类微分方程等号右边的非线性函数项中含有未知函数的分数阶导数.在给出这类微分方程解的积分表达式的基础上,分别得到了其正解存在和唯一的充分条件.文中还给出了2个例子来验证主要结果.
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