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第46卷,第5期
刊出日期:2018年5月
  • 基于多目标风驱动优化的机会阵雷达波束形成
    张贞凯,毛晟,王殊,杨春兰 p1-5
    针对机会阵雷达发射波束的多目标优化问题,提出了一种基于二进制多目标风驱动优化算法的波束形成方法.以均匀多同心圆环阵列特性为基础,建立了发射信号的模型和目标优化函数.基于改进的多目标风驱动优化算法,实现了机会阵雷达圆阵的波束形成,即同时优化3 dB主瓣波束宽度和旁瓣电平.仿真表明:与基于传统粒子群算法(PSO)的波束形成性能相比,在使用更少圆阵阵元的情况下,本算法具有较低旁瓣和更窄的主瓣.
  • 基于洛伦兹范数的MWC快速重构算法
    彭军伟,韩志韧,李杨,孙景芳 p6-11
    针对现有调制宽带转换器(MWC)压缩采样信号重构算法对联合稀疏结构的限制及其受滤波器非理想因素影响的问题,提出了一种基于洛伦兹范数的MWC快速重构算法.该算法采用洛伦兹范数来拟合误差项,设计了冲击噪声背景下的稀疏优化目标函数,可有效削弱异值点对重构结果的影响;同时进一步将零范数优化问题转化为矩阵平滑零范数的函数极值求解问题,并利用固定步长共轭梯度算法进行并行重构,以提高算法收敛速度和运行效率.仿真结果表明:与现有重构算法相比,在受滤波器过渡带等非理想因素影响下,所提算法可以提高稀疏信号的重构成功率,同时在重构速度方面具有较好的性能.
  • 斐波那契-卢卡斯序列的Type-II QC-LDPC码构造
    袁建国,曾晶,郑德猛,庞宇 p12-16
    针对Type-II低密度奇偶校验(Type-II QC-LDPC)码中存在着权重为2的循环矩阵而容易产生短环,从而影响译码收敛的问题,基于斐波那契-卢卡斯序列提出一种Type-II斐波那契-卢卡斯准循环低密度奇偶校验(Type-II F-L-QC-LDPC)码的构造方法.Type-II F-L-QC-LDPC与Type-I QC-LDPC码相比不仅增大了码字间最小距离上限,同时还消除了环长为四的环,纠错性能优秀,译码收敛较快,所需存储元素少,计算复杂度低,硬件实现简单.仿真结果表明:当误码率(BER)为1×10-6时,利用该构造方法所构造的码率为0.6的Type-II F-L-QC-LDPC(3 650,2 192)码与利用完备循环差集数学思想构造的Type-II CDS-QC-LDPC(3 650,2 192)码以及利用Sidon数列数学思想构造的Type-II S-QC-LDPC(3 650,2 192)码相比,其净编码增益(NCG)分别提高了约0.21和0.1 dB.且在同样条件下,该方法构造的码率为0.5的码型与Type-II CDS-QC-LDPC(3 652,1 826)码相比,NCG提高了约0.2 dB.
  • 基于便携式高频地波雷达风场的反演
    金丽洁,文必洋,王思捷,田应伟 p17-21
    针对天线口径小、便携式雷达系统具有很宽的波束,大大增加了远距离处海面风和浪参数反演难度的问题,导出了有效浪高与风速之间的经验关系,结合改进后的风向反演算法,即可实现海面风场的获取,而不需要任何先验信息实现远距离风速的反演.风场中同时包含了风速和风向信息,为了验证风场的可靠性,将多个浮标的数据与风场数据进行比对.结果表明:风速比对的相关系数均在0.85以上,均方根误差约为3 m/s;在限定风速大于5 m/s 时,风向比对的均方根误差会低于20°.风速与风向的比对结果验证了风场的可靠性.
  • 天波雷达弱目标检测的知识辅助DP-TBD方法
    黄文鹂,陈建文,鲍拯 p22-27
    提出一种知识辅助动态规划检测前跟踪(KA-DP-TBD)方法.在天波雷达弱目标的检测中,联合多帧回波数据积累能量,先单帧数据做常规信号处理,再用距离-多普勒平面上目标的运动特征及目标运动的统计特性为辅助知识,在下一帧能量积累时选择在合理的关联区域内进行动态规划积累,排除不符合目标运动特性的积累区域的强噪声对检测结果的影响,提高雷达在复杂多变的外界干扰环境及非平稳的电离层传播环境中的检测概率,在提高弱目标检测性能的同时减小了运算量,工程可实现性较强.仿真分析和实测数据处理结果验证了该方法的有效性.
  • 基于摄影测量的水下无线传感器网络定位算法
    薛建彬,张龙,王璐,张玺君 p28-33
    针对水下无线传感器网络节点定位算法存在的水下测距技术实现难度大和未知节点获取多个信标节点位置信息时网络开销大等问题,提出一种基于摄影测量的并发式共线定位算法(PCL).首先,利用矢量水听器阵列获得携带水下节点方位信息的信号;然后引入细菌觅食优化算法(BFO)对信源信号的波达方向(DOA)进行最大似然估计,在获得节点的方位估计后,算法通过判定未知节点与其周围信标节点的共线程度,进一步结合摄影测量原理对满足共线度阈值的未知节点进行坐标解算;最后将已定位的未知节点升级为信标节点进行迭代定位完成定位过程.仿真结果表明:算法在提高节点定位精度的同时,减少了未知节点定位对于信标节点数量的需求.
  • 拉格朗日无网格粒子法的声学计算及边界实现
    张涛,李旭,杨力,张咏鸥 p34-40
    针对现有拉格朗日方法处理声学问题时声学边界出现的匮乏现状,提出了耦合无网格-时域有限差分边界处理技术.边界粒子采用修正光滑粒子动力学方法(CSPM)求解,虚拟粒子采用时域有限差分方法(FDTD)求解;随后分别建立了声学软边界、硬边界和吸声边界的CSPM/FDTD实现方法,其中声传播控制方程采用拉格朗日形式的小振幅波动方程.通过管路声传播模型来对三种不同边界条件进行了验证,而后基于CSPM方法,着重对软边界弹性体在平面波中的时域声散射问题进行了模拟.计算结果表明:该方法能较好模拟出散射声场及其随时间的变化,同时不同初始粒子间距的计算结果也表明了其具有收敛性,验证了修正光滑粒子动力学方法和耦合声学边界处理技术的可行性.
  • 冰阻塞状态下吊舱推进器水动力性能分析
    郭春雨,徐佩,王恋舟,骆婉珍 p41-46
    为了分析L型吊舱推进器在冰阻塞状态下的水动力性能以及流场特征,基于RANS方法,运用重叠网格技术,对L型吊舱推进器在螺旋桨-冰不同距离下的非定常水动力性能进行了数值计算.研究结果表明:随着螺旋桨-冰之间距离的逐渐减小,螺旋桨和吊舱单元的推力和扭矩逐渐增加,距离较近时增加迅速,但增加值不稳定;当螺旋桨-冰之间的距离逐渐减小时,阻塞区域内桨叶的压力差逐渐增加,其他桨叶的压力差几乎不变;舱体和支架的压力差增加;螺旋桨-冰之间阻塞区域内轴向来流速度先减小后增加再减小,非阻塞区域的轴向来流速度几乎不变;螺旋桨尾涡的高速区向螺旋桨旋转方向逐渐增加.
  • 求解水中结构声辐射特性的虚拟声源方法研究
    刘宝,唐宇航,王德石 p47-53
    利用模态展开法和波叠加原理,发展求解水中结构声辐射特性的方法,进一步将波叠加原理与有限元法(FEM)相结合,提出求解结构声辐射特性的半虚拟声源半FEM算法.将结构动力学方程中的声压项表示为结构表面振速积分的形式,或者将结构动力学方程和结构与介质交界面相容性条件中的声压项表示为虚拟声源函数的组合形式,对所得方程进行模态展开和傅里叶逆变换,分别建立关于振动模态系数的求解方程和虚拟声源强度与振动模态系数的耦合方程,然后根据波叠加原理,确定虚拟声源强度,获得两种求解结构声辐射特性参数的方法.最后,利用FEM和波叠加原理建立结构的动力学方程,结合交界面相容性条件,获得耦合的求解方程,从而确定虚拟声源强度.以水下矩形板为例进行了辐射声功率求取,并讨论了对虚拟声源数目的敏感性.结果表明:本方法具有较高的计算精度,尤其适用于低频声辐射问题的计算;由耦合方程计算声辐射特性参数时,无须计算结构的辐射阻抗,提高了计算效率.
  • 基于改进SPH方法的冰弯曲强度试验数值模拟
    韩端锋,乔岳,薛彦卓 p54-58
    为探讨光滑粒子流体动力学(SPH)方法在处理材料低速碰撞断裂问题方面的适用性,将断裂准则引入到光滑粒子流体动力学方法中,并对冰的三点弯曲试验进行数值模拟.在提出二维断裂面的生成方法基础上,重新定义了粒子间的作用类型,建立了材料破坏部位的应力损伤模型,给出了计算由于碰撞而产生的接触力的模型.研究结果表明:所采用的改进光滑粒子流体动力学方法能有效模拟冰的三点弯曲试验,同时在模拟低速碰撞过程中的物理断裂方面有较好的适用性.
  • 不同类型的平面相位共轭阵聚焦点声源研究
    李婷,黎胜,刘松 p59-65
    针对不同类型的平面相位共轭阵聚焦效果不同的问题,通过理论分析和数值仿真讨论了圆周阵、十字阵和矩形阵聚焦自由场点声源的特点,并进行试验验证.测量声压采用单极子阵发射,测量振速采用偶极子阵发射.在距离声源的极近距离、近场和远场处,三种平面阵在相同的阵列尺寸、相同的阵元个数和相近的阵元间距的情况下,通过数值仿真对比其聚焦的空间分辨率和旁瓣干扰的情况.结果表明:在近场和远场中,以测量振速采用偶极子阵发射的圆周阵聚焦效果最好;极近距离处,以测量声压采用单极子阵发射的圆周阵聚焦空间分辨率最高,但旁瓣干扰最大;扩大圆周阵和十字阵的阵列尺寸能够提高其聚焦的空间分辨率.
  • 斜齿轮齿面的修形优化设计及分析
    贾超,方宗德,张西金,杨小辉 p66-71
    为了减小斜齿轮的振动与噪音,提出了一种斜齿轮齿面的修形设计方法.首先,由两段四阶抛物线和一段直线组成齿向修形曲线,齿廓修形曲线则被设计为一高阶抛物线,根据齿轮对的设计重合度来确定高阶抛物线的基本形状;然后,由三次B样条拟合得到修形曲面,通过其与标准齿面的直接叠加来构造高阶修形齿面;最后,结合承载接触分析(LTCA)和智能优化算法建立优化模型,以承载传动误差幅值(ALTE)为优化目标得到最终的齿面修形参数.计算结果表明:随着负载增加,高阶修形曲线上的内凹量逐渐增加;在高、中、低三种负载下,高阶修形都能有效大幅降低ALTE,而传统修形只能在较低负载下大幅降低ALTE.
  • 碰撞振动系统混沌运动的脊波神经网络控制
    卫晓娟,李宁洲,丁旺才,张曹辉 p72-77
    针对一类含间隙碰撞振动系统混沌运动的控制问题,提出一种基于脊波神经网络的混沌运动智能优化控制方法.该方法基于脊波神经网络设计混沌控制器,同时采用动态多子群引力搜索算法优化脊波神经网络模型的参数.在碰撞振动系统进入混沌运动状态后,利用经优化的脊波神经网络混沌控制器输出微幅调整量施加于系统的可控参数,对混沌系统进行参数反馈控制,使系统产生规则的周期运动.该方法不依赖被控系统的精确数学模型,可适用于系统模型未知而仅获得系统I/O数据的情况.仿真结果验证了该控制方法的可行性和有效性.
  • 一种基于混合交叉的差分进化算法
    吴擎,张春江,高亮 p78-83
    针对差分进化算法中指数交叉方式的研究盲点,提出一种混合交叉及扩展的带系数混合交叉算法.混合交叉能改善指数交叉中尝试向量从变异向量选择的分量期望值太小和尝试向量候选集太小的问题,还能保持指数交叉善于处理含有相邻非独立变量以及二项式交叉善于处理不相邻非独立变量的优点.将这两种交叉方式与一种带档案集的自适应参数差分进化算法相结合,并采用无约束实参函数优化测试集验证了该混合交叉有效性与优越性.数值实验结果表明该混合交叉的效果优于单纯的二项式交叉和指数交叉.
  • 柔性物料提升机不确定鲁棒控制及振动抑制
    王志刚,朱畅,郭宇飞,郝志强 p84-89
    以柔性臂式物料提升机为对象,研究了其惯性参数不确定情况下的鲁棒位置控制和柔性振动主动抑制.利用拉格朗日-假设模态法建立其刚柔耦合模型,针对刚柔耦合系统强非线性的特点,基于奇异摄动法,将系统降阶为快、慢双时间尺度子系统,快变子系统表征机械臂柔性振动,采用最优控制主动抑制;慢变子系统表征机械臂刚性运动,考虑到提升机末端负载变化会给系统参数带来不确定性,采用非奇异终端神经滑模控制.计算结果表明:所设计控制器不仅能保证柔性臂式物料提升机位置的精确控制,对末端负载变化有较强的鲁棒性,而且能实现对柔性振动的快速抑制.
  • 组合赋权模糊熵-灰云聚类二维河流健康评价
    杨哲,杨侃,刘朗,苏律文 p90-94
    为弥补传统灰色聚类法中白化函数对隶属度的量化取值过于固定,忽视随机性信息而无法兼顾河流健康评价体系中的模糊性、不确定因素的不足,引入云模型理论,实现模糊性、随机性信息的定性定量转换,构造基于正态云模型的灰云聚类白化函数.权重确定采用最小偏差组合赋权法,可实现各指标相对重要度的合理界定;为解决指标等级归属不一致时的综合评判问题,引入模糊熵作为第二维评价系统,反映河流健康复杂度,从而实现模糊熵-灰云聚类二维河流健康评价.选取太湖流域几条河流进行评价,评价结果对比单一等级评价方法更直观全面.结果表明:所提出的改进方法可对健康等级归属不一致、不确定性作出合理解释,从宏观健康等级与微观复杂度两层面有效揭示河流健康状况细节,为河流健康评价研究提供可行思路.
  • 基于LES的圆柱尾流漩涡特性分析
    槐文信,柳梦阳,杨中华 p95-99
    为研究大涡模拟(LES)方法在圆柱绕流和模拟大尺度和小尺度波动的适用性,采用Smagorinsky-Lilly模型对亚临界区7种雷诺数(Re)情况的圆柱绕流进行数值模拟,计算出其阻力系数(Cd)和Strouhal数(St),并针对Re=3 900情况进行深入分析,给出其漩涡脱落的过程和速度的功率谱曲线.研究结果表明:计算所得Cd和St均与以往实验值符合较好,能较好模拟圆柱绕流尾涡周期性脱落过程;采用LES方法不仅能精准地捕捉到圆柱绕流漩涡脱落的无量纲频率0.215,而且能有效反映出圆柱下游回流区长度在大时间尺度上的周期性变化所对应的频率0.006 15,这与实验值和直接模拟(DNS)所得频率相符合;对于小尺度的Kelvin-Helmholtz不稳定性,虽能捕捉到波动,其频率为0.641,但与直接模拟结果和实验所得公式的预测结果有一定的差值.
  • 纤维素乙醇废水生化出水色度物质的降解特征
    祝泽兵,单莉莉,冯玉杰,袁一星 p100-105
    针对玉米秸秆纤维素乙醇废水生化出水高色度的特征,采用电化学氧化方法对纤维素乙醇废水生化出水进行脱色研究,对比分析纤维素乙醇废水生化出水和标准腐殖酸溶液的降解规律,结合三维荧光光谱技术分析二者随电化学氧化降解过程中的有机物组成变化.结果表明:纤维素乙醇废水生化出水色度的去除与腐殖酸质量浓度的减少呈明显的正相关,纤维素乙醇废水生化出水和标准腐殖酸溶液的电化学降解规律呈明显的正相关.纤维素乙醇废水生化出水中类腐殖酸物质荧光峰的消失与标准腐殖酸溶液的变化相近,可以用腐殖酸质量浓度的减少表征纤维素乙醇废水中的色度物质的降解.
  • 15 W@77 K气体轴承斯特林制冷机研究与开发
    王波,张银,叶重,寇翠翠 p106-109
    为满足高温超导器件对斯特林制冷机需求,开展了15 W@77 K气体轴承斯特林制冷机研究与开发.提出小孔节流和连续狭缝节流相结合的气体静压轴承,采用Sage整机热力学和麦克斯韦电机电磁学仿真分析,设计了整体直线式的15 W@77 K气体轴承斯特林制冷机,制作样机进行性能测试.测试结果表明:制冷机在环境温度23 ℃下获得15.85 W@77 K的制冷量,输入电功为258.6 W,制冷系数为0.061 3,质量仅为3.5 kg(不含控制器和散热器),冷量质量比(制冷量/质量)达到4.53 W/kg,制冷机最低温度为35 K.
  • 多尺度有限元建模与分析的部分混合单元法
    伍彦斌,黄方林 p110-114
    提出一种用于结构多尺度有限元建模与分析的部分混合单元法,实现整体宏观模型与局部精细化模型边界条件的直接传递.将宏观模型的一部分附加建立到精细化模型的周边,该部分单元外侧边界节点的相对坐标与宏观模型一致,从而根据节点坐标对应施加整体分析获得的节点力或节点位移;该部分单元内侧边界的低维度单元与精细化模型的高维度单元之间采用多点约束或基于面约束的线-面接触单元连接,以保证不同尺度模型在界面的变形协调.通过组合梁算例分析表明:部分混合单元法的位移计算结果与目标解精确符合,应变计算结果在断面中心处误差为0.3%~4.4%,在断面侧边缘局部小范围最大误差约7.9%,该方法相对于整个结构的多尺度混合单元模型,在保证计算精度的同时,大大减轻了建模工作量和计算成本.
  • 基于SVM的RC框架结构地震易损性分析
    苏亮,何海健 p115-120
    提出一种基于支持向量机(SVM)的钢筋砼(RC)框架结构快速地震易损性分析方法.以6层框架结构为例,选取柱尺寸、柱配筋率、混凝土标号、层高、横向跨度和梁高跨度比6个结构微观特征,对不同特征取值的5.67×104个结构进行Pushover分析,并应用能力谱法评估抗震性能,建立震害样本库;从样本库中选取训练集,引入机器学习SVM算法,建立结构微观特征与抗震性能之间的映射关系,进而可对给定特征取值的目标结构进行易损性预测.用样本库中的非训练集结构验证方法的准确性,结果表明:该方法具有较好的易损性预测准确率和稳定性,预测性能与训练集的样本数量及其有效性相关.
  • 青草背长江大桥桥位风速脉动特性实测分析
    郭增伟,袁航,王小松 p121-126
    为研究山区风场近地层风速的脉动特性,利用安装在青草背长江大桥上的高频风速仪对桥址处风场进行为期8个月的全程监控.根据实测风速序列分析了在桥址处平均风速、风向、湍流强度、阵风因子和功率谱的统计特征,并针对山区风阵风因子随湍流强度变化关系以及不同计算时距条件下阵风因子的换算关系进行了探讨.研究结果表明:受局部热力环流的影响,桥址风场具有明显周期性变化特征;高风速下顺风向湍流强度及竖向风速相对湍流强度大于桥梁抗风设计规范建议值,而横风向相对脉动强度则比桥梁抗风规范值小;阵风因子随阵风计算时距的变换规律可以用对数高斯函数加以描述;山区复杂地形、地貌导致风速中湍流成分发育更为充分,湍流高频能量相对较大,脉动风速谱在高频段比规范推荐风谱大,低频段比规范推荐谱小.
  • 简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路优化分析
    冯青松,孙魁,罗信伟,刘庆杰 p127-132
    为分析有轨电车嵌入式轨道桥上无缝线路梁轨相互作用机理并获得最优参数组合,根据梁轨相互作用原理,建立了多跨简支梁桥上嵌入式轨道桥上无缝线路力学分析模型,采用正交试验方法研究钢轨类型、高分子材料纵向阻力、桥墩纵向刚度、桥台纵向刚度和桥梁跨数这5种因素对嵌入式轨道桥上无缝线路力学特性的影响.研究结果表明:采用小阻力高分子材料可明显减小钢轨附加作用力,但轨板相对位移和断缝值有较大增长;当高分子材料纵向阻力约为5.0×106 N/m时,轨板相对位移达到限值,高分子材料产生拉裂破坏;最佳简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道无缝线路设计方案为钢轨类型60R2槽型轨、高分子材料纵向阻力2.0×107 N/m、桥墩纵向刚度3.0×107 N/m、桥台纵向刚度2.0×108 N/m,桥梁跨数根据实际工程而定.

主管:教育部

主办:华中科技大学

主编:李元元

刊号:ISSN 1671-4512

   CN 42-1658/N

邮发:国内 38-9

   国外 M 487

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