将轨道结构简化为黏弹性地基上的无限长铁摩辛柯梁,在随荷载移动的动态坐标系下建立梁的垂向振动微分方程,推导特征方程的4个弯曲波动波数.利用波传播理论,将求解简谐荷载匀速移动下梁的临界速度问题转换为波数虚部的分析,避免了求解复杂的动态刚度矩阵.运用得到的解析表达式分析了梁在不同速度和激振频率下的瞬态反应.分析表明:弹性地基上的轨道结构存在临界速度,其大小和个数取决于地基的刚度和荷载激振频率;当荷载速度小于最小临界速度时,振动仅局限在移动荷载附近,且随着荷载速度的增加,结构的垂向变形增加;当荷载速度接近非零最小临界速度时,轨道结构发生强振动;当荷载速度大于最小临界速度时,振动可以沿着结构发生传播.瞬态分析结果验证了波数分析的正确性.

提出考虑土性参数空间变异性的边坡模糊随机可靠度分析方法.按Hassan＆Wolff方法对土性参数进行组合,通过确定性分析得到一系列潜在滑面;利用随机场模型描述土性参数的空间变异性,沿各潜在滑面对土性参数进行方差折减;采用降半正态分布函数描述边坡失效状态的模糊性,基于概率积分计算各潜在滑面对应的的可靠度;搜索最小可靠度对应的潜在滑面作为边坡的临界滑面,以最小可靠度作为边坡的可靠度.结合算例分析了隶属函数的形状参数、土性参数相关距离及黏聚力和内摩擦角的变异性对边坡可靠度的影响.

为了提高沥青混合料的加热效率与均匀性、降低能源消耗、提高路面就地热再生的施工质量,针对沥青路面养护车加热滚筒不同结构的螺旋叶片,利用Fluent仿真软件,通过数值模拟和分析,建立沥青混合料的流动及加热三维分析模型,采用混合模型、标准k-ε双方程模型、P1辐射模型的方法,研究不同螺旋角螺旋叶片对沥青混合料加热效率及加热均匀性的影响.研究结果表明:螺旋叶片的螺旋角对沥青混合料的加热效率以及加热均匀性影响较大,其中68°螺旋叶片加热效率最高、加热均匀性最好,为加热滚筒螺旋叶片的设计提供了借鉴.

对直流偏磁、电压畸变导致过零点漂移以及与换相失败的关系进行了分析,指出直流偏磁场景下换流变压器的励磁电流将发生畸变,使得变压器励磁电抗工作在非线性区域,不仅可能引起交流母线电压的畸变以及换相线电压过零点漂移,甚至可能增大换相失败的风险.基于所建立的中国南方电网交直流混联输电系统PSCAD／EMTDC仿真模型,对特高压直流输电双极平衡和大地单极运行工况下同一故障场景的换相失败风险进行了仿真分析和对比,结果验证了理论分析的正确性.

就如何确定最优的限制供水启动标准、停止条件以及限制供水量这三个限制供水规则研究的核心问题,建立了一种新的基于目标蓄水量的限制供水规则模型,该模型由两时段模型和目标蓄水量模拟优化模型构成,前者在给定的各时段目标蓄水量条件下求解限制供水规则,后者以解得的限制供水规则为基础优化各时段目标蓄水量.从理论上给出了考虑约束条件的限制供水规则解析表达式,同时采用主-从种群混合进化的粒子群算法对模型进行求解.在徐家河水库调度实例中,将模型与动态规划、标准运行策略和调度图方法调度结果进行了对比,结果表明了新模型的合理性及有效性.

为了考察缸径和压缩比对微型内燃机微燃烧特性的影响规律和机理,采用层流有限速率模型耦合甲醇硝基甲烷燃烧化学反应机理,对其燃烧过程进行了多维仿真.深入分析了缸径和压缩比对微燃烧特性的影响.仿真结果与实验结果比较一致,缸径对甲醇硝基甲烷微型内燃机微燃烧特性影响显著.当缸径从9.00 mm减小到3.38 mm时,在压力上升阶段,缸内压力和温度增大;最高压力值先增大后减小,最终最高压力值下降约6×105 Pa,到达最高压力值所需时间缩短约30 ℃A;燃气燃烧速率也增大,完全燃烧时刻提前约40 ℃A.进一步分析揭示了缸径影响燃烧特性的本质机理,缸径对缸内燃烧特性的影响取决于缸内未燃燃气总量、散热损失占燃烧释放总热量比值、燃料完全燃烧时刻这3个因素.在给定参数下,实现完全燃烧临界缸径约为3.38 mm.随压缩比提高,缸内压力和温度增大且最高压力值和温度值也增大.

为了对水力机械内部的漩涡空化进行深入研究,应用计算流体动力学软件(CFD)对一台螺旋离心泵进行了数值模拟计算,发现在一定工况下,螺旋离心泵内部由经过轮缘间隙的二次流所导致的漩涡涡核低压处会发生漩涡空化.捕捉到了该泵叶轮区域漩涡空化的形成发展分离的过程,发现该过程中的螺旋离心泵扬程出现大幅下降.实验与数值模拟的空化性能曲线数据基本符合.

研究了螺旋桨辐射噪声场和无空化低频线谱的预报方法,对单个及分布式多极声源、螺旋桨促动盘和脉动力源辐射声场进行了自编程数值仿真和动态可视化显示.结果表明:仿真得到的单个多极源声压分布与理论解一致,静止分布式偶极源声近场与声源间相位相关.因船底板反射影响,单个单极源和偶极源在船尾轴向均存在强声压区.有限长导管内单极源的弱声压区位置与导管亥姆赫兹数相关,仅在较大亥姆赫兹数下导管对偶极源存在明显声抑制作用.模型桨在4倍直径以外可近似看作声远场,其等价于位于盘面中心的单个多极源或位于桨叶壁面的分布式旋转多极源发声,但后者更为合理,且分布式偶极源须考虑声源之间的相位差.确定螺旋桨轴向脉动力后,低频线谱可由位于盘面中心的单个积分脉动力源发声求取,也可由位于桨叶壁面的脉动旋转力源发声确定.

为了研究在1 m左右的微水头的工况下,不同导流结构对灯泡贯流式水轮机内部流态及能量特性产生的影响,通过数值模拟方法,对无活动导叶的原方案进行优化,结合两种不同的支撑及两种不同宽度导叶下共六种不同方案的水轮机进行内部流场分析及性能研究.结果表明:水轮机增加导叶后,使水流在进入转轮前产生环量,但也增大了转轮前流道的水头损失;宽导叶导流后水流的切向速度及动量矩最大,但在圆周方向水流分布不均匀;窄导叶对水流的影响小于宽导叶;弯曲型支撑则将支撑和窄导叶结合起来,也结合了两者的优点,结构简单,转轮前水头损失较小,转轮进出口动量矩不是最大的,但水流对转轮的作用力矩最大,效率提高了5.8％,达82.7％,叶片表面压力变化梯度较小,空化性能良好.

基于拟牛顿法原理,结合同时扰动随机逼近算法特性提出了一种搜索方向dk的计算方法,从而提高了同时扰动随机逼近算法的收敛速度和逼近精度.针对典型优化问题分别比较了改进后的同时扰动随机逼近算法、标准同时扰动随机逼近算法及二阶同时扰动随机逼近算法的优化性能,数值分析结果表明:改进后的算法在逼近精度上均优于其他两种算法,收敛速度介于其他两种算法之间.

根据孔隙流体离子扩散浓度分布,推导出激发极化弛豫时间与孔隙半径的平方成正比,并与孔隙内溶液的扩散系数相关.在分析信噪比和参变量个数对差分进化(DE)算法反演精度影响的基础上,提出先用奇异值分解(SVD)方法大致确定组分数,再用DE算法反演弛豫谱的联合反演方法,并建立结合弛豫谱、孔隙度和地层因数的综合渗透率估计模型.结果表明:联合反演算法无须事先给定弛豫时间分布,反演精度高,对信噪比鲁棒性好,而且基于弛豫谱的综合估计模型可以显著提高渗透率估计的准确度,其中驰豫时间谱、孔隙度和地层因数的综合模型对于岩心样品的渗透率估计精度可以达到0.980 2.

针对分数阶系统,提出了一种基于伯德理想传递函数的分数阶比例积分微分(PID)控制器设计方法.首先分析了伯德理想传递函数的增益和分数阶微积分阶次分别与系统动态性能和鲁棒性之间的关系,然后将伯德理想传递函数作为参考系统,选择分数阶被控对象的阶次作为控制器中微积分阶次,并根据系统动态响应性能和鲁棒性调节增益K,简化了控制器参数的整定.仿真结果表明:所提方法不但设计简单,整定方便,而且具有较好的动态性能、干扰抑制特性,以及克服系统参数变化的鲁棒性.

针对具有输入饱和受限的可反馈线性化系统,提出了一种静态抗饱和补偿方案.运用微分同胚及坐标变换理论,将非线性系统转化为新坐标系下可控、可观测的线性系统.在不考虑输入受限的条件下提出静态状态反馈控制,为改善系统性能,引入了静态抗饱和补偿器.当系统出现输入饱和时,补偿器开始工作,起到了抗饱和的作用.基于拉格朗日函数,提出了闭环系统的吸引域及优化后的吸引域.仿真结果证明了该控制方案的有效性.

针对载体捷联惯性导航系统(SINS)姿态确定中乘性四元数扩展卡尔曼滤波在大初始失准角情形下收敛速度慢及计算精度较低的问题,提出了捷联惯导与星敏感器组合系统姿态估计模型的单位四元数二阶中心差分算法.在推导系统姿态四元数非线性误差模型及其变量计算基础上,利用拉格朗日代价函数法计算四元数加权均值和四元数状态向量,以及非四元数向量分离策略计算估计均值及其方差矩阵,实施中心差分最优姿态估计计算达到提高算法计算精度和降低系统计算量的目的.仿真验证表明:在载体大初始失准角情形下,该算法相比于乘性扩展卡尔曼算法和四元数无迹卡尔曼算法,滤波精度得到提高,算法收敛速度相比于乘性扩展卡尔曼算法有所改善.

提出了基于直方图的降载策略,能很好地减缓在过载发生时系统性能的下降. 降载的目标在于删除过载数据的同时尽可能地保持数据流的特征.为了处理大量被延迟的数据,构建了一种塔形矩阵的数据存储结构,利用其对过载数据分桶,每桶提取一个代表数据并删除该桶中其余数据,将每个桶的代表数据组成新的数据流参与查询操作.实验结果表明：这种降载方法能有效减少系统负担,生成的新数据流参与数据流查询后所得查询结果错误率较低,其性能优于其他已有算法.

提出了一种基于多维度信息散度的僵尸网络快速检测方法.首先将网络流量中多个流量属性的概率分布按时间序列表征为多维信息散度向量,然后建立自回归滑动平均(ARMA)模型以检测该向量是否异常,藉此判断网络流量中是否含有僵尸网络C＆C(命令与控制)流量.实验表明:该方法不依赖先验知识,能高效准确地检测出网络流量中是否含有僵尸网络C＆C流量,具有很好的通用性、实时性以及较低的误检率.

针对三维视频深度图的压缩问题,提出一种高效的帧内编码算法.该算法根据深度图的典型特征,通过二级变换有效减少了原始深度图的数据量.首先利用深度图由大片均质区域构成以及深度图边缘与对应视频图像边缘呈高相关性的特性,采用超像素分割和赋值策略对原始深度图进行尺寸变换;然后利用深度图灰度等级偏少的特性,采用直方图统计策略对深度图进行灰度变换;最后采用H.264无损帧内编码算法对二级变换后的深度图进行编码以实现对深度图边缘的有效保护.实验结果表明：与现有算法相比,本文算法大幅提高了深度图编码效率和虚拟视点合成质量.

为了更好地兼顾特征描述子的鲁棒性和维数,提出了一种基于离散余弦变换(DCT)和修正中心对称局部二值模式(CSLBP)的局部特征描述子.综合利用了修正CSLBP算法的快速性、亮度不变性、旋转不变性和DCT算法的去相关性、能量集中性、可分离性.首先利用Hessian-Affine算子进行区域检测并进行规范化处理,然后在局部旋转不变坐标系下计算CSLBP描述子,最后应用DCT压缩该修正的CSLBP描述子,得到了一种64维的局部特征描述子.实验结果表明：提出的描述子在图像模糊变换、视角变换、仿射变换、线性亮度变化和JPEG压缩变换下具有良好的性能,特别对于纹理信息较强的图像序列集有更好的效果,而且该描述子生成和匹配速度都较快,适用于实时性要求较高的应用.

设计了一种新的有效稳定的彩色图像分割算法.该算法首先利用均值漂移(MS)算法预分割图像,产生了许多保留了图像不连续特征的分割区域,然后构建预分割区域的相似度图,并利用谱聚类集成算法对相似度图进行全局最优划分.为了避免在构建相似度图时仅利用像素点的亮度信息而产生一些不合适的划分结果,定义了一个局部占优度的变量,该变量综合考虑了局部区域像素的亮度和细节信息.本文算法在彩色图像上的实验结果验证了其高效的运算速度.

将数字图像处理中的形态学算子和反演技术相结合,发展了一种新的斜测电离图F2层描迹自动判读方法.该方法从电离图预处理、电离图描迹提取和参数提取三大模块出发,实现了斜测电离图F2层描迹的自动判读,并用实际探测数据进行了验证及统计分析.结果显示：该方法适用于不同高角波状态的斜测电离图,能够快速、准确地拟合F2层寻常波描迹且不受毛刺的影响,并且提取的F2层最大可用频率和最小群路径的可接受率分别为95.1％和92.7％,表明该方法具有较好的可靠性、通用性,能有效应用于电离层实时斜测研究领域.

针对全球定位系统动态快速定位中整周模糊度解算存在的多历元解算和高阶矩求逆造成的计算量大、实时性不强等问题,提出了一种动态快速求解整周模糊度的算法.该算法首先基于奇异值分解变换构造左零空间矩阵以消除基线分量改正数向量,有效分离模糊度参数和位置参数,利用卡尔曼滤波仅对模糊度参数进行估计,获得整周模糊度的实时浮点解;然后采用排序和多次(逆)双乔里斯基分解对其进行降相关处理;最后应用LAMBDA算法搜索固定整周模糊度.为验证算法的正确性和有效性,分别进行了静态和动态试验.结果表明:所提算法能够有效提高模糊度浮点解解算速度和精度,具有良好的去相关效果,静态基线误差小于1cm,动态基线误差小于2 cm,可应用于高精度载体的快速动态定位.

为了降低欠定条件下多网台跳频信号参数盲估计误差,提出一种基于短时傅里叶变换(STFT)与平滑伪WVD分布(SPWVD)相结合的方法.该方法先对信号进行STFT,确定跳变时刻的粗估计范围,再对粗估计范围内的信号进行SPWVD,得到跳变时刻的精确估计,从而估计出跳周期.理论分析与仿真实验结果表明:所提算法在欠定条件下可有效估计出同步正交多网台跳频信号的各参数,与现有的基于时频稀疏性的时频图修正方法相比,在复杂度少量增加的前提下,参数估计误差大幅减小.当信噪比为-4 dB时,跳周期、跳变时刻、载频相对估计误差降低了2个数量级,而复杂度只增加了6倍.

针对河流探测的超高频雷达系统,提出了一种利用河流回波信号校准阵列通道的算法.单站超高频雷达垂直于河道方向的径向流速为0 m／s,其回波信号对应多普勒谱图的布拉格频点处,利用该频点可以对通道进行校准.这里研究了利用布拉格频率处的回波谱对超高频雷达系统进行通道校准的方法,实测数据处理结果表明,该方法对空间谱估计性能的改善十分明显,大幅提高了信号到达角估计的准确性.

针对无迹卡尔曼滤波(UKF)算法用于实时弹道测量数据处理中存在的非线性估计精度不高、实时性不好和滤波不稳定等问题,提出了一种自适应UKF算法.该算法借鉴强跟踪滤波思想,通过渐消因子在线修正调整状态预测协方差矩阵,实时调整增益矩阵,补偿弹道模型偏差.算法采用无偏转换测量处理量测方程,在保证滤波精度的同时,简化了滤波算法.仿真结果表明:该算法的滤波精度、收敛速度、稳定性和实时性均优于标准UKF算法,能有效用于实时弹道测量数据处理.

针对噪声条件下单通道小样本信号的频率估计问题,提出基于MUSIC方法估计信号频率的算法,通过分析单通道接收信号,结合阵列信号处理方法,根据离散采样间隔和线性阵列阵元间距的关系,提出新的观测数据矩阵构造方法.利用采样数据构造一个Toeplitz矩阵,然后对该矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间,并通过MUSIC算法实现在单通道较小采样数据量的条件下,精确地估计信号频率.最后经过计算机仿真并与快速傅里叶变换(FFT)算法相比,验证了本文算法的有效性和优越性.

针对一般非线性滤波方法对磁偶极子跟踪时存在精度不高和滤波发散的问题,提出了一种改进粗糙化粒子滤波算法进行求解.该算法基于欧拉离散化方法,将连续随机滤波方法引入粗糙化粒子滤波框架,计算出在K-L散度意义下的最优控制量,将其作为粗糙化均值,以克服粒子贫化问题.建立了磁偶极子目标跟踪的连续时间状态空间模型,并给出了算法具体实现,通过仿真实验,将该算法与目前采用的磁偶极子目标跟踪算法进行对比,结果表明所提出的算法精度较高,且性能稳定.

提出了用于无源超高频射频识别(UHF RFID)芯片的射频／模拟前端.该射频／模拟前端通过系统分区和分时供电优化了系统功耗,子电路包括整流电路、基准电路、三轨稳压电路、解调／调制电路、上电复位电路以及时钟电路.通过引入阈值补偿,将全CMOS整流电路的整流效率提升至不低于48％;电流求和型亚阈值基准电路在保证基准精度的同时,有效降低了功耗和芯片面积;无需大尺寸无源器件的解调电路,并从系统架构层面解决了解调失真的问题.该射频／模拟前端电路采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺库仿真并投片验证,测试结果表明:直流功耗为3.6μA,芯片有效面积为0.27 mm2.将该射频／模拟前端电路集成至一款UHF RFID标签芯片中,采用商用阅读器进行测试,其读取距离>6 m,平均读取速率达到89.9个／s.