为了减少大素数生成时间并加快RSA(Rivest, Shamir ＆ Adleman)公钥密码算法的加解密速度,并行化实现了小素数试除和Miller-Rabin素性测试两大关键步骤,使其在进行素性测试的同时能进行小素数试除,从而大幅减少了小素数试除单独运算消耗的时间.为了加速Miller-Rabin素性测试须要反复调用的模乘运算单元,采用一种基于字的高基Montgomery算法及多级流水结构,设计了一种可配置的高速模乘运算电路.经FPGA(现场可编程门阵列)测试,在100 MHz频率下,生成的512 bit大素数的平均耗时约为75 ms,生成的1 024 bit密钥对的平均耗时约为166 ms,耗时只有参照结果的54.2％左右.

基于激光小信号增益和速率方程理论,对影响短波长掺镱光纤激光器输出的因素进行了理论研究,发现只有当掺镱光纤粒子数反转率大于50％、芯包比大于0.086和0.54时才分别有利于1 018 nm和980 nm的激光输出．利用满足小信号抑制条件的掺镱光纤搭建短波长光纤激光器模型,分析表明1 018 nm激光器增益光纤最佳长度为5.6 m,合适输出镜反射率为10％～20％,980 nm激光器增益光纤最佳长度为1.4 m,合适的输出镜反射率为20％～30％,为实现高功率的短波长激光输出提供了重要理论依据．

为解决全双工模式下声学回声抑制问题,采用Beta混合模型对两个互相关函数特征量建模.通过估计近端目标语音存在概率,控制双端讲话状态下回声抑制算法的房间冲激响应函数的更新.同时引入一种改进的软判决方法,将语音存在概率与增益函数结合,提高回声估计的准确性,抑制更多的残留回声.客观评价准则评估表明:采用基于Beta混合模型的双端讲话检测算法具有比较低的错误概率,且对房间冲激响应的变化具有较好的鲁棒性,在提高近端目标语音质量的同时达到了更好的回声抑制效果.

针对频率分集阵列(FDA)存在的发射方向图与接收方向图不聚焦、波束时变等问题,给出了三种FDA阵列接收机设计方案．在接收机设计中,基于频域滤波器和正交波形设计,实现了接收端各阵元信号的分离,解决了发射方向图与接收方向图在期望位置不聚焦的问题;通过二次下变频,消除了接收方向图的时变项,解决了方向图的时变性问题．理论推导及仿真结果表明该接收机结构的双程方向图处理增益、主副瓣比及主瓣驻留时间等主要性能指标均优于相控阵结构．

针对局部约束线性编码(LLC)没有考虑到特征描述符与视觉单词之间的显著相似关系问题,提出了结合显著相似关系的局部约束线性编码.通过显著kNN搜索方法和显著最大池方法将显著相似关系结合到LLC中,首先计算描述符和视觉单词之间的显著相似度,然后分别加入到kNN搜索方法和最大池方法中对LLC进行改进,最后在UIUC8等数据集上进行了实验.该方法相比传统LLC方法及其改进方法,图像分类精度有一定的提升.

针对雷达阵元功率放大器非线性以及在拥挤电磁频谱环境下所面临的频谱干扰,以雷达发射波形峰均比和在干扰频带内的发射能量为约束条件,结合弱目标方向估计不准的情况,提出一种稳健的MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化方法．通过半正定松弛、Charnes-Cooper转换、序列优化和Max-min优化理论,将目标方向不确定集内非凸的优化问题转化为关于发射波形和接收滤波器的子凸优化问题进行求解;最后通过随机向量合成得到最终发射波形和接收滤波器．该方法在提高算法稳健性的同时,使每个阵元发射波形满足特定峰均比并且在干扰频带内形成零陷,从而提高MIMO雷达在实际应用环境下的工作性能,仿真实验验证了该方法的有效性．

针对不完全量测下利用电视摄像机的单站水面目标被动跟踪问题,提出了一种基于机器视觉被动测距的联邦目标跟踪算法.首先,利用机器视觉技术设计了目标距离的被动测量方法;其次,依据测量机理将测量通道分解为机器视觉被动测距通道和传统测角通道,基于验后置信度残差检测的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)设计了双通道子滤波器,并对子滤波器估计结果进行联邦结构融合得到最终估计结果．通过OpenGL仿真目标图像和真实水面目标视频的测量结果证明了机器视觉测距的有效性,且在不完全量测下,该跟踪算法比传统基于质点的被动跟踪算法具有更高的跟踪精度.

为了提高重建图像质量,减少处理时间,提出一种基于L1／2正则约束的单帧图像超分辨率重建算法.该算法在稀疏重建字典对训练阶段,为了有效提取低分辨率图像边缘、纹理等特征细节信息,采用小波系数单支重构方法对低分辨率图像进行特征提取;而在图像重建阶段,为了解决基于L1正则模型得到的解时常不够稀疏,重建图像质量有待进一步提高的问题,采用L1／2范数代替L1范数构建超分辨率重建模型,并且采用一种快速求解的L1／2正则化算法进行稀疏求解.实验结果表明:与现有算法相比较,该算法在重建图像主观和客观评价指标、算法运行速度等方面均更优.

针对传统楼宇末级配电设备群的手控、用电损耗和无预见性等弊端,设计了一种基于无线传感器网络的楼宇末级配电设备群的控制器,该控制器主要由微处理器部分、无线射频模块和电源模块等部分组成．使用NRF905芯片设计的无线射频集成模块每隔2 s向无线传感器节点询问,检测到有信号反馈后进入实时控制的工作状态．使用MSP430F149芯片作为微处理器,和无线射频模块共同实现对各个末级配电设备信号的接收、传送和处理,再通过串口和上位机相连．在实际测试中,尽管有电磁干扰和障碍物等外部因素的影响以及所选芯片的限制,控制器对半径20 m范围内各个房间用电量数据的统计误差在1％～2％之间．该控制器在无线传感器自组网构建的楼宇末级配电设备群控制系统中提高了数据传输效率,实现了数据共享,使末级配电设备的远程监控及预测分析具有可行性,且节能环保．

以肘杆压力机为例,通过在连杆式机械结构基础上引入肘杆式机构代替连杆,增强载荷放大能力,加大空行程回程时滑块的运行速度,结合伺服驱动技术以较大幅度提高伺服压力机的控制性能．研究了肘杆式机构的动力学及运动学特性,提出了三角肘杆机构滑块的几种典型运动模式下对应的控制策略,通过引入伺服压力机负载模拟系统对控制策略进行辅助验证,证明了控制策略的可靠性和有效性．

采用粉末冶金工艺制备了不同Mo含量Ni3Al粘结金属陶瓷,采用XRD,TEM和EDS等表征技术分析了其组织及成分．结果表明:金属陶瓷组织表现为芯／环结构硬质相颗粒分布在粘结相中,硬质相基本为黑芯-白环结构,而当Mo含量(质量分数)达到15 ％时,出现灰白色外环-亮白色内环-黑芯结构的硬质相颗粒;同时,随Mo含量的增加,硬质相颗粒明显细化;液相烧结过程中Mo趋向于在碳化物表面聚集析出,形成富Mo内环相．Ni3Al粘结金属陶瓷力学性能分析表明:抗弯强度和硬度随Mo含量增加先增大后减小,在添加8％质量分数的Mo时达到最大值,分别为1 396 MPa和HRA91.0．

为改善面齿轮副啮合性能,采用变位插齿刀对面齿轮进行变位,建立了包含齿根过渡曲面在内的变位面齿轮全齿面理论三维几何模型,进行了承载接触分析(LTCA)和应力场分析,并以齿根弯曲应力、齿面接触应力为两个优化目标,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化了变位系数．结果表明:面齿轮副变位对承载传动误差、齿间载荷分配、齿面载荷分布有一定影响,但承载传动误差波动幅值对变位系数并不敏感;负变位可增加重合度,并减小大轮齿根弯曲应力峰值,但齿面接触应力、小轮齿根弯曲应力峰值增大;正变位可减小齿面接触应力、小轮齿根弯曲应力峰值,但大轮齿根弯曲应力峰值增大;优化后的变位系数既提高了齿面接触强度,又使大、小轮弯曲强度趋于接近,有利于提高面齿轮副的承载能力.

提出了一种新型的梯型流道传热面,它能克服等截面流道传热面的缺陷,在空气流动方向上具有较均匀的温度分布.搭建了标准的风洞试验台,对相同的总传热面积和流动条件的梯型和等截面传热面热交换器的传热系数进行了对比试验,并验证了数值仿真方法的可行性.试验和仿真结果表明:当1 300≤Re≤4 000时,梯型流道比等截面流道热交换器的传热系数有所提高;倾角β一定时,随着空气流量的增加,温度场分布越来越均匀,且流场尾部的湍流强度也越强;当0≤β≤arctan(1／12)时,随着β的增加,空气侧对流换热强度和压降随之增加,同时温度场的分布越来越趋于均匀.引入评价指标DEC,可以得出梯型流道比等截面流道传热面具有更好的综合传热性能.

针对滚动功能部件在其使用过程中的磨损失效等将直接影响其服役性能的问题,为方便高效地获得滚动功能部件不同时间历程下的在线监测和离线状态数据,提出了一种基于全周期分段步加策略的极小子样滚动功能部件加速实验方法．将滚动功能部件沿轴线方向分成n+1个子段,从子段1开始在加载力Fi作用下以速度vi自子段i至子段n往复跑合zi次,建立了各分段的等效加载力、等效跑合速度、第i个子段单位长度上正常应力水平下总的服役时间Ti的计算模型,并搭建了滚动功能部件服役性能加速实验台．该加速实验方法可应用于细长轴类零件的服役性能和失效演变机理分析及其寿命和可靠性的预测评估．

针对平板折展(LET)柔性内铰链不适宜承受轴向拉力和压力的问题,提出了一种平面抗拉压柔性内铰链．首先,基于反演原则,设计了平面抗拉压柔性内铰链的外形结构;其次,推导了该柔性铰链的弯曲等效刚度与拉压等效刚度的闭式解析式,并用有限元软件对两个闭式解析式进行校验,分析结果显示封闭解与有限元结果的偏差分别小于1.76％和4.75％,从而验证了上述刚度闭式解析式的正确性;然后,利用转动轴心漂移量对平面抗拉压柔性内铰链的转动精度进行了分析;最后,将平面抗拉压柔性内铰链和LET柔性内铰链的各项性能进行比较．结果表明:在外形尺寸一致的情况下平面抗拉压柔性内铰链的弯曲刚度仅是LET柔性内铰链的1.19倍,而拉压刚度和转动轴心漂移量却分别为其19.15～27.70倍和88％;在弯曲刚度没有明显变化的前提下,平面抗拉压柔性内铰链的拉压刚度及转动精度均有显著提高．

利用拉格朗日方程建立了理想并联机构的动力学方程,并利用连续接触模型得到了含间隙S副6-SPS并联机构的动力学方程,该机构动平台上6个运动副全部含有间隙．把动平台S副间隙简化为一个无质量连杆,其长度用随机函数表示,并在机构间隙的变化速度与机构运动速度之间建立函数关系,用机构运动速度表示机构间隙的变化速度．把动平台上6个运动副简化为一个推力轴承,研究摩擦对机构的影响,分析机构所受到的摩擦力矩．通过求解机构的动力学方程,得到机构的动力学特性曲线．结果表明:机构间隙和运动副摩擦对动力学特性都有影响,计算油膜黏性摩擦力矩时引入随机函数,使运动副球体的运动更接近真实状态．

为了研究海冰与波浪的相互作用,以单块非冻结模型冰为基础,通过试验研究了独立海冰的纵向运动,并与斯托克斯漂移进行对比．结果显示:海冰的纵向运动包括纵向平移运动和纵摇运动,平移运动可以分解成纵向的漂移运动及纯粹的纵荡运动;海冰的厚度、波长及波陡都会在一定程度上影响海冰的纵向运动．通过计算发现斯托克斯漂移与试验测量值随波陡的变化规律是一致的．

采用韦伯方程对火花塞辅助压缩点燃(SACI)燃烧过程试验数据进行分析,根据形状系数(m)及其相关度(Rm)在燃烧过程中的变化趋势确定了各工况的燃烧模式个数,并分别建立单、双和多韦伯方程进行计算．采用加权拟合法计算形状系数避免了燃烧末期由于燃烧模式改变对计算精度的影响,确定了双、多模式燃烧过程中燃烧模式分割点和燃烧持续期的计算方法．对比三种韦伯方程的计算结果可知:采用双韦伯方程即可保证各工况较高的计算精度,计算结果的相关系数平方(R2)>0.95;根据单、双韦伯方程计算精度间的差异,提出了基于试验数据的燃烧模式确定方法,并验证了其准确性．

为了研究被动式升沉补偿系统的工作原理及其建模方法,通过引入介质分离器活塞的动力学方程,并考虑由于滑轮惯性所导致的钢缆张力松弛影响,建立了一种改进型的被动式升沉补偿系统的数学模型.针对起重机的海底吊装作业过程,建立几种不同建模方法的仿真模型,然后进行动力学分析.分析结果表明:该方法仿真出的补偿效率约为60％,其数学模型能够真实地反映系统的工作机理,可以作为起重机被动式补偿系统的一种建模新方法,并且钢缆的张力松弛对仿真结果有3％～4％的影响;指出了被动式补偿效率不高的原因,并给出了相应的改良措施.

针对宽带船舶结构疲劳损伤的直接计算问题,从各短期海况下应力的响应谱及相关参数计算、应力峰值分布模型、等效应力范围推导等方面进行分析．采用不同模型对误差函数进行数值求解,得到等效应力范围,进而得到各短期海况下的疲劳累积损伤以及长期海况下损伤值,从而形成了一种宽带船舶结构疲劳直接计算方法．以某高速三体船为例的计算结果表明,采用精确解模型所得损伤结果与雨流计数方法所得结果较为接近．

针对《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2013)外粘型钢加固对称配筋小偏心混凝土受压柱正截面承载力计算公式较为繁琐的问题,提出了直线拟合简化方法,将截面抵抗矩系数计算公式简化为混凝土相对受压区高度的一次函数,计算型钢加固量时无须求解一元四次方程．直线拟合法计算值与截面抵抗矩系数的理论计算值较为接近,相对误差最大值为5.83％,通过该方法计算所得的型钢面积与文献试验结果符合较好,满足工程精度的要求,可以用于工程结构加固设计．

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据.

提出了建立大跨度桥梁多尺度基准有限元模型的基本框架和方法,首先将桥梁各节段精细建模,运用子结构技术建立桥梁多尺度初始有限元模型;然后由桥梁健康监测系统实测频率、位移和应变数据构建桥梁多尺度指标,提出了多尺度有限元模型修正方法，并运用该方法得到了桥梁多尺度基准有限元模型；最后将模型计算数据与实测数据进行了对比分析,验证了该多尺度基准有限元模型的合理性．

为获得生土砖砌体沿通缝抗剪试验方法和标准试件,对18个不同砂浆、不同抗剪截面面积以及不同砌筑方式的机制生土砖砌体进行沿通缝抗剪试验,得到机制生土砖砌体沿通缝抗剪强度,分析机制生土砖砌体的破坏形态、破坏机理以及抗剪强度的主要影响因素.试验结果表明:普通砖砌体沿通缝抗剪试验方法适用于机制生土砖,沿水平方向砌筑的6砖试件适合作为抗剪标准试件,复掺胶粉和纤维素砂浆砌筑的机制生土砖砌体具有较好的抗剪能力和变形性能,可应用于村镇低矮房屋的承重墙体.