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当期目录

    2015年, 第49卷, 第02期 刊出日期:2015-02-28 上一期    下一期
    自动化技术、计算机技术
    光轴外扩式布置的双目相机图像立体校正
    荆旭1,邱世广1,尹旭悦1,范秀敏1,2,何其昌1,2
    2015,49 (02):  141-149. 
    摘要 ( 858 )  

    摘要:  针对宽视野光轴外扩式布置双目图像采集和显示系统的图像立体校正问题,利用三维重建误差,提出了一种基于双目图像视差特性的立体校正方法.在分析光轴外扩式布置双目相机图像视差特性的基础上,针对相机光心与显示投影中心间的位置误差和相机光轴与显示视轴间的角度误差,建立图像仿射变换、水平视差畸变和垂直视差的校正函数,利用一组空间采样点的三维重投影误差作为目标函数通过优化方法求解校正参数.仿真实验表明:在视轴外扩夹角为30°时,本方法可以有效地消除光心位置误差和光轴角度误差对图像视差造成的影响.真实图像校正实验表明:校正后的图像水平畸变小,在显示宽视野双目图像时,能保持正确的三维立体感.
    关键词:中图分类号: 文献标志码:  A

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    基于位图构建的RFID自适应N树防碰撞算法
    王鑫1,贾庆轩1,高欣1,陈钢1,赵兵2
    2015,49 (02):  150-157. 
    摘要 ( 604 )  

    摘要:  针对无线射频识别技术(RFID)共享信道多路访问导致的碰撞问题,提出两种基于位图构建的RFID自适应N树(N为子树个数)防碰撞算法——单帧位图跟踪N树算法(SFBTNA)和多帧位图跟踪N树算法(MFBTNA).利用极大似然位跟踪标签数估算法(MLBE)估算标签数量;在MLBE基础上提出了探针法构建位图,SFBTNA算法根据位图在单帧内自适应调整最优N值并构建N树,而MFBTNA算法则逐帧调整最优N值并构建多个N树.同时,对N树下的子树利用跟踪树算法(CT)识别,位图与跟踪树的结合使用极大降低了碰撞时隙的影响.理论分析和仿真实验表明,提出的两种算法的性能明显优于现有防碰撞算法.

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    一种提高电子罗盘航向和姿态测量精度的新方法
    胡超1,2,艾国祥1,庞峰1,2,李圣明1,马利华1
    2015,49 (02):  158-163. 
    摘要 ( 898 )  

    摘要:  针对电子罗盘在甚小口径终端(Very Small Aperture Terminal,VSAT)应用中出现的航向和姿态测量精度问题进行了研究.讨论了电子罗盘航向和姿态测量的基本原理,推导了姿态测量误差和航向测量误差的数学模型,分析了滚转角和航向角测量误差随俯仰角增大而增大的原因,提出了一种提高航向和姿态测量精度的新方法.仿真和实测结果表明:新方法能基本消除俯仰角对滚转角测量精度的影响,同时能有效提高航向角测量精度.在转台俯仰角30°情况下,采用新方法修正后的滚转角精度约为0.2°,航向角精度约为0.5°.

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    改进的反正切跟踪微分器设计
    卜祥伟,吴晓燕,马震,钟宇
    2015,49 (02):  164-168. 
    摘要 ( 791 )  

    摘要:  针对反正切跟踪微分器存在设计参数多、整定困难和噪声抑制能力有限等不足,提出了一种改进反正切跟踪微分器(Modified Arctangentbased Tracking Differentiator, MATD).通过引入非线性函数和简化设计参数构造了MATD的跟踪函数,证明了其全局一致渐近稳定性.在分析MATD跟踪函数的状态收敛过程的基础上,阐述了其改进机制,并通过分析设计参数不同取值对频域特性的影响,得到了MATD的参数整定规则.仿真结果表明,MATD响应快速,精度较高,且具有更强的噪声抑制能力.

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    基于加速度时域特征的实时人体行为模式识别
    刘宇,江宏毅,王仕亮,王伊冰,陈燕苹
    2015,49 (02):  169-172. 
    摘要 ( 1076 )  

    摘要:  针对高精度的实时人体行为模式识别,提出了一种基于加速度时域特征的行为模式识别算法.本算法选取时域特征作为唯一特征量,通过简化特征提取运算实现行为的实时识别,获得了高精度结果.通过在Android智能手机平台进行测试,每项动作识别正确率均可达80%以上.该算法相对于现有算法实时精度有明显提高,在手持终端领域具有较好的应用前景.

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    基于转移指令特性的动态翻译算法
    李战辉1,孟建熠2,陈志坚1,严晓浪1,2
    2015,49 (02):  173-177. 
    摘要 ( 720 )  

    摘要:  针对传统方法统一转译转移指令导致翻译器效率较低的问题,基于转移目标地址在函数内外的不同特征,提出了直接映射和指令类型转译策略组合的动态翻译方法.对函数内转移指令,直接采用目标架构中对应的分支指令进行映射,通过转移前后指令翻译码的无缝链接,高效转译了条件分支指令,且无需生成源寄存器到内存同步指令;对函数间转移指令,区别对待函数转移和其他转移指令,通过将源程序函数转移指令属性继承给翻译码以提高目标机转移预测器准确率.基于EEMBC(Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)测试基准的实验表明,该方法使转移指令翻译码执行指令数平均减少58.9%,转移预测器命中率平均提高80.7%,翻译器整体性能提高12.3%.

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    基于Logistic和C-D函数的城市生活用水动态优化及仿真
    李可柏
    2015,49 (02):  178-183. 
    摘要 ( 566 )  

    摘要:  为适应城镇化进程下的城市人口变化,研究了城市生活用水投入的动态优化问题.生活用水需求以逻辑斯蒂方程和人均需水量的乘积表示,水供给以柯布道格拉斯生产函数表示.通过资本和劳动的动态协调投入,使城市供水动态满足生活用水需求,且供水投入实现动态最优配置.系统仿真表明,扩大资本和劳动投入的可取值范围可加快缩小城市生活用水供需差额并实现均衡.
    关键词:  生活用水; 动态优化; 仿真

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    基于整数线性规划的MPSoC通信优化策略
    黄凯1a,张晓旭1b,张晓濛1b,修思文2,梅玲琪1a,余慜1a,严晓浪1b
    2015,49 (02):  184-190. 
    摘要 ( 542 )  

    摘要:  针对多处理器片上系统 (Multiprocessor Systemonchip,MPSoC) 的通信优化技术——通信流水线和消息聚合,其过度使用可能会导致系统同步开销上升从而带来整体系统性能降低的问题,提出了基于整数线性规划(Integer Linear Programming, ILP)的优化策略.该策略以综合优化系统通信和同步开销为目标,通过对通信流水线技术和消息聚合技术的合理规划,使系统性能达到最优.实验结果表明,基于ILP的通信优化策略能够充分发挥通信优化技术的优点,使系统性能显著提升.
    关键词:  通信优化; 整数线性规划; Simulink
    中图分类号:  TP 31文献标志码:  A

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    动态系统模型验证的多元响应分析
    郑凯1,胡洁1,詹振飞2,戚进1,彭颖红1
    2015,49 (02):  191-195. 
    摘要 ( 609 )  

    摘要:  针对模型验证中多元动态响应分析问题,提出了基于改进的响应误差评估(Enhanced Error Assessment of Response Time Histories, EEARTH)方法与层次分析(Analytic Hierarchy Process, AHP)法的多元响应分析方法.采用EEARTH方法并结合动态时间规整,分析了物理试验与仿真数据动态时间响应曲线上重要特征的差异,并转化为统一的0~100%的EEARTH评分.采用AHP并利用领域专家知识以确定3个EEARTH评分的重要程度,以及各响应量对最终AHPEEARTH评分的影响权重,从而获得多元动态系统模型验证的整体评分.对某车型的驾驶员乘员侧约束系统的实例研究表明,该方法能有效实现复杂多元动态系统的模型验证.

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    视频帧内运动目标复制-粘贴篡改检测算法
    张璐波a,孙锬锋a,b,c,蒋兴浩a,b,c
    2015,49 (02):  196-201. 
    摘要 ( 688 )  

    摘要:  提出了一种基于Lucas_Kanade(LK)光流及运动目标预检机制的视频帧内运动目标复制粘贴篡改检测算法.该算法分为运动目标检测与跟踪、运动序列筛选和空间域匹配3个阶段.运动目标检测与跟踪利用背景建模算法和卡尔曼滤波器进行检测和跟踪;运动序列的筛选采用LK方法得到各运动序列的光流值,并计算其相关性来选择可能存在篡改的视频帧序列;空间域匹配利用尺度不变特征变换算法对上一阶段得到的对应运动序列逐帧进行匹配,过滤正常的视频序列.实验结果表明,本文算法能有效检测同源视频中针对运动目标的多帧复制粘贴篡改.

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    小型四旋翼无人直升机自适应优化控制
    李劲松a,杨炼b,王乐天a
    2015,49 (02):  202-208. 
    摘要 ( 808 )  

    摘要:  针对小型四旋翼无人直升机姿态稳定及位移跟踪控制问题,提出了一种新的控制方法.根据牛顿欧拉方程及刚体理论建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,并利用二次拟合实验建立了旋翼升力和输入控制信号之间的关系模型.将自适应优化 (Adaptive ControlOptimization,ACO)控制方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定及位移跟踪控制.实际飞行实验表明,自适应优化控制方法在小型四旋翼直升机姿态及位移控制中相对于传统的自适应控制方法,具有很好的实时性和鲁棒性.

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    无线电电子学、电信技术
    大规模多域光网络中带有多参数拟合的跨域路径计算策略
    吴大鹏1,张磊1,吕翊1,熊余1,2
    2015,49 (02):  209-213. 
    摘要 ( 517 )  

    摘要:  为解决复杂多域光网络寻路时间长、业务阻塞高的问题,提出了一种在多域光网络中基于最小二乘法拟合的路径计算策略.通过单节点拓扑汇聚将多域网络抽象为低复杂的虚拟拓扑,并采用最小跳数方法计算出源宿节点的多条域序列;联合考虑域间多个资源参数的约束,基于最小二乘法将域序列拟合为不同圆心点;设定权值公式选出最优圆心点,即最优域序列;按照选定的域序列进行业务路由.仿真表明,所提策略在保证较短的路径计算时间前提下,有效地降低了多域光网络的业务阻塞率.

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    交通运输
    基于改进裂纹扩展模型的船舶焊接结构疲劳寿命可靠性预报
    闫小顺,黄小平
    2015,49 (02):  214-219. 
    摘要 ( 825 )  

    摘要:  结合考虑应力比的改进Paris公式,推导焊接结构疲劳极限状态方程.采用数值积分方法求解疲劳裂纹扩展寿命,结合Monte Carlo模拟方法给出了船舶结构疲劳寿命可靠性预报的流程,并对某大型集装箱船甲板进行了疲劳寿命可靠性预报,讨论了各参数对预报结果的影响.结果显示,采用数值积分方法的计算结果与cycle-by-cycle方法的计算结果差别较小,而计算速度相比于cycle-by-cycle方法有显著提高.此外,改进Paris公式的应用可以减小预报结果的变异系数,初始裂纹尺寸对疲劳寿命及可靠性影响显著,最终裂纹尺寸则影响不大.文中所述数值积分方法和可靠性预报流程可为工程结构快速进行疲劳裂纹扩展寿命计算或疲劳寿命可靠性预报提供参考.

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    基于路面变形速度的弯沉测量方法
    张德津1,李清泉1,曹民2,林红2
    2015,49 (02):  220-226. 
    摘要 ( 853 )  

    摘要:  为了实现在正常交通速度20~80 km/h下的连续弯沉测量,提出了采用测量路面变形速度反演弯沉的方法.研究利用激光多普勒测振仪测量路面在标准载荷作用下的路面变形速度的方法和路面变形速度提取算法,结合弹性地基上的欧拉伯努利梁理论,推导弯沉盆曲线的两参数方程,采用牛顿迭代法利用路面变形速度反演路面弯沉.基于此方法设计的原型设备已在新疆、陕西、甘肃、天津、湖北等省市进行了近8×104 km的路测实验.结果显示,数据自重复性达到95%以上;与贝克曼梁测量数据对比,数据相关性达到90%以上.该方法一次测量只需要一次采样,测量与路面曲率无关,相对于传统测量方法,其适合于高速、无损测量.实验证明,该方法能满足路网级、逐车道的路面弯沉连续、无损、高密度、高速度测量的要求,具有广阔的使用推广价值.
    关键词:  路面; 弯沉测量; 变形速度; 弹性地基梁
    中图分类号:  U 418.4+3,TP 23,TP 319文献标志码:  A

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    舰船疏散网络模型通达性分析
    廖全蜜,黄胜,王宇,郑茂
    2015,49 (02):  227-232. 
    摘要 ( 175 )  

    摘要:  为研究大型舰船的通达性问题,针对大型舰船与客船的不同点,建立了紧急疏散宏观计算模型.以疏散用时最少及水密性最优为目标,在考虑各个集合点容量限制和同向流、逆向流影响的前提下,采用遗传算法,对不同地点出发的功能组进行疏散路径优选.与基于最短路径的方法对比表明,最短路径不一定是舰船疏散的最优路径.

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    纤维复合材料加固初应力下的钢筋混凝土拱分析
    任伟1,盖轶婷2,张岗1
    2015,49 (02):  232-238. 
    摘要 ( 126 )  

    摘要:  基于3个钢筋混凝土拱式结构的粘贴纤维复合材料(FRP)加固试验,将混凝土塑性损伤模型、粘结行为、植入技术和模型变更等技术引入到非线性数值分析中,实现了混凝土损伤、FRP混凝土界面粘贴滑移以及初始荷载等多个关键力学特性的模拟.通过加固试验及数值模拟成果的对比得出,采用截面加固方式的极限承载提高了14.47%,采用体系加固方式其极限承载提高了27.60%,即对于超静定结构,应从体系加固角度着手;开裂荷载的分析误差在7.79%以内,极限荷载的分析误差相对较小,最大仅为4.88%.结果表明,本文数值分析方法可行,能够为今后FRP加固混凝土拱式结构的研究提供依据.

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    滑波航行器的水动力试验
    刘鹏a,苏玉民a,廖煜雷a,郭春雨b
    2015,49 (02):  239-244. 
    摘要 ( 121 )  

    摘要:  设计建造了滑波航行器的原理样机——漫步者I,并在水池中进行了静水环境下阻力试验、规则波中自航试验及无约束迎浪航行试验.研究了滑波航行器静水阻力成分以及规则波波长与波幅对滑波航行器浮体升沉幅度、纵摇角度、滑波推进器推力值及无约束航行航速的影响,得到了一系列波长、波幅下各参数变化的趋势.试验结果为数值计算提供了新的研究方向,为研发大航程低碳型无人水面艇奠定了技术基础.

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    基于模型的汽油机电子节气门控制器设计
    张虎,张勇,梁俊毅,殷承良
    2015,49 (02):  245-249. 
    摘要 ( 107 )  

    摘要:  建立了电子节气门系统模型,并通过系统辨识方法得出模型参数.根据被控电子节气门的摩擦力和非线性回位弹簧模型,设计了前馈非线性补偿控制器.将经过前馈非线性补偿后的电子节气门系统简化成线性系统,并对该线性系统进行H无穷控制器的设计.对设计的H无穷控制器进行离散化,并加入比例控制环节来弥补控制器离散化导致的性能下降.经过试验验证,在前馈非线性补偿器、H无穷控制器和比例控制的作用下,被控电子节气门的性能达到了设计需求.

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    船舶航向非线性系统自适应模糊补偿控制
    朱冬健a,马宁a,b,顾解忡a,b
    2015,49 (02):  250-254. 
    摘要 ( 143 )  

    摘要:  研究了船舶直航和谐波航向控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将自适应模糊补偿技术应用到船舶航向非线性响应模型中,利用万能逼近定理构造模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出了一种基于自适应模糊补偿且带有物理约束二阶滤波器的鲁棒跟踪控制器.运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰,模糊系统能有效地逼近非线性系统,控制器能够准确地跟踪预设航向和转首角速度.舵角控制结合舵机伺服系统模型,操舵情况符合物理现实. 数值仿真在相同控制参数下与传统比例微分(PD)控制作比较,结果验证了自适应模糊控制器的有效性和优越性.

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    双桨船附体阻力尺度效应
    王展智1,熊鹰1,孙海涛2,黄政1,王睿1
    2015,49 (02):  255-261. 
    摘要 ( 199 )  

    摘要:  以光滑平板为研究对象,探索了高雷诺数时的数值计算方法.在此基础上,以DTMB5415裸船体和全附体模型为研究对象,忽略自由液面效应,采用RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方法结合SST k-ω(ShearStress Transport k-ω)模型计算了包含实尺度在内的多种缩尺模型的船舶黏性流场,详细分析了双桨水面舰船附体阻力的尺度效应作用.通过研究发现:不同的附体,其阻力尺度效应程度并不相同;对于双桨船,附体阻力占整个船体阻力的份额较大,其尺度效应作用不可忽略,可以引入附体阻力尺度效应修正因子来进行模型到实船附体阻力的换算,附体阻力尺度效应修正因子与雷诺数的对数近似成三次多项式函数的关系.

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    泵喷推进器非定常空化性能数值模拟分析
    鹿麟,潘光
    2015,49 (02):  262-268. 
    摘要 ( 152 )  

    摘要:  基于均质多相流的RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方程,采用分块网格技术生成高质量结构化网格,同时结合剪切应力SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型和ZGB(ZwartGerberBelamri)空化模型以对NACA66翼型进行了定常流空化性能数值模拟,数值计算结果与实验值吻合良好,验证了数值计算法的实用性与可靠性.在此基础上,利用URANS(Unsteady Reynolds Averaged NavierStokes)方程和滑移网格技术,对装有泵喷推进器的无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)进行了非定常流空化性能数值模拟与分析.计算结果表明,数值模拟可以较为精确地预测泵喷推进器空化现象的起始与发展、形状与位置等特性;空化现象发生时,泵喷推进器效率出现明显的降低且达到20%以上;UUV表面与定转子叶片的压力分布较为合理,与空化现象吻合;转子叶顶区域压力面与吸力面之间的压差引起了顶隙梢涡与顶隙空化,造成了泵喷推进器效率进一步的损耗.

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    迭代型体积力法预报船舶推进性能
    郑洋a,陈作钢b,代燚b
    2015,49 (02):  269-274. 
    摘要 ( 129 )  

    摘要:  应用计算流体动力学的方法(CFD),采用迭代型体积力法,耦合螺旋桨势流涡格法(VLM)和船体周围黏性流场RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方程,代替真实螺旋桨的作用,即将VLM法计算得到的推力和转矩分布插值后作为源项加载到RANS方程中,将RANS方程得到的流速扣减诱导速度后得到实效伴流作为VLM法计算的进流条件,计算得到新的推力和转矩值,重复迭代直至螺旋桨的推力变化达到收敛要求.在无舵情况下对集装箱船KCS(KRISO Container Ship)的自由面黏性流场进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好.整个计算过程由集成了VLM和RANS方程的程序自动完成.研究结果表明,迭代型体积力法可以快速准确地预报船桨干扰下船体的推进性能.

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    改进模糊层次分析法在AUV总体性能评价中的应用
    王建1,庞永杰1,杨卓懿1,胡中慧2
    2015,49 (02):  275-280. 
    摘要 ( 133 )  

    摘要:  为了便于设计者合理地对无人自主潜水器(AUV)设计方案的总体性能进行评价并选择出优异的设计方案,根据AUV的功能用途和其技术性能,结合专家的意见,构建了AUV总体性能评价体系.并引入改进模糊层次分析法,求解出AUV评价指标体系中各评价指标的权重.应用实例对比分析表明,该AUV总体性能评价模型能客观地反映AUV的总体性能;评价过程清晰,简化了大量计算,是一种全新、高效的AUV设计方案评价方法.该评价方法能有效地将多目标问题转化为单目标问题,可用于AUV研制方案的评价、优化.

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    基于变量选择-神经网络模型的复杂路网短时交通流预测
    蒋士正,许榕,陈启美
    2015,49 (02):  281-286. 
    摘要 ( 183 )  

    摘要:  针对传统交通流预测模型正在由单断面历史数据处理向多断面、多时刻历史数据处理转变,但在考虑各断面间的影响时,多变的交通状况往往会使预测模型复杂化的问题,引入一种多元线性回归最小绝对收缩和选择算子方法(Lasso),并利用其优秀的变量选择能力,在复杂路网多断面中选出相关性较高的断面;结合神经网络(NN)的非线性特性,提出了LassoNN组合模型.结果表明:LassoNN模型在路网交叉口对未来15 min交通流数据预测的误差率低于9.2%;在非交叉口的误差率低于6.7%,总体优于各自单独使用得出的结果.

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    基于脑电特征的酒后驾车事故倾向预估建模
    钟铭恩1,吴平东2,彭军强3,洪汉池1
    2015,49 (02):  287-292. 
    摘要 ( 137 )  

    摘要:  为建立酒后驾车的事故倾向预估模型,测量了18位驾驶员不同程度饮酒后的脑电信号和交通事故倾向指标,并分别根据左额叶区脑电的长时周期度和瞬时复杂度计算规范化脑电δ波功率增益和脑电模糊熵.引进一种混合型SigmaPi模糊神经网络,研究网络权值训练方法,构建脑电特征参数和事故倾向指标之间的预估模型.实验结果表明:模型估计值与实际值吻合较好,具有一致增减特性,在驾驶员饮酒量小于50%主观最大饮酒量时误差很小,在饮酒量大于50%主观最大饮酒量时误差随饮酒量增大有所增加.

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