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第47卷,第11期
刊出日期:2019年11月
  • 针对BOC信号的低复杂度无模糊跟踪技术
    夏轩,王淑君,魏蛟龙,李天 p1-5
    针对正弦相位二进制偏移载波(BOC)信号的伪码同步问题,提出了一种低复杂度的无模糊跟踪方法.该方法通过设计特殊的本地参考辅助信号,将其与接收到的BOC信号相关,得到的互相关函数与BOC信号的自相关函数相结合,从而构建出一种新的非相干码鉴别器函数.该鉴别器函数只有一个锁定点,可以实现稳定的无模糊跟踪.区别于传统的超前减滞后无模糊方法,该方法只需要即时支路相关器的输出,可以减少至少3/4的相关器,显著降低接收设备的复杂度.理论分析和仿真结果表明:本方法的跟踪精度介于类二进制相移键控(BPSK-LIKE)方法和峰跳(BJ)方法之间,同时也表现出较好的跟踪稳健性.
  • 基于混合神经网络的机械设备健康度预测
    李刚,党三磊,孔政敏,彭龙 p6-11
    为了建立安全高效的机械健康监测系统,提出一种数据驱动的机械设备健康度预测方法.首先,结合幅值域与频域分析方法提取振动信号特征;然后,构建以偏最小二乘回归法和深层神经网络为两层架构的混合神经网络模型;最后,采用该模型提取设备特征,并预测机械设备健康度.将所提出模型与传统单层架构模型进行实际工业数据验证,结果表明所提出的基于振动信号分析的混合神经网络健康度预测模型具有更好的预测趋势及更高预测精度.
  • 通用滤波多载波系统的改进部分传输序列算法
    杨维,左宇辰,刘念慈 p12-17
    针对通用滤波多载波(UFMC)系统峰均功率比(PAPR)高的问题,提出一种基于固定功率门限的多级寻优部分传输序列(PTS)算法.采用功率门限,可减少传统PTS方法寻优过程中峰值功率的时域样本信号数量,从而降低传统PTS方法寻优的计算量.采用多级寻优PTS方法,可解决传统PTS方法计算量随相位集合元素的个数增加呈指数增长的问题.提出结合多级寻优和功率门限的PTS方法以进一步降低传统PTS方法的计算复杂度,各级的门限可采用同一固定门限,进一步简化基于功率门限的多级寻优PTS方法的判决结构.仿真结果表明:UFMC系统采用所提出的基于固定功率门限的多级PTS算法不仅可保证UFMC系统抑制高PAPR的性能,而且显著降低了计算复杂度,还可推广应用于正交频分复用(OFDM)系统.
  • 基于时间反演的全双工自干扰消除研究
    李方伟,叶引林,朱江,聂益芳 p18-24
    针对全双工大规模多输入多输出(MIMO)系统中存在的严重自干扰问题,提出了一种基于时间反演的全双工通信传输方案.首先,对导频序列进行时间反演预编码来估计等效自干扰信道,使导频序列的长度不依赖于天线数而与用户数有关;然后,根据所估计的等效自干扰信道增益在基站接收端重构该干扰并将其减去,达到消除节点处同频干扰的效果;最后,时间反演在基站接收端,作为接收波束赋形,减少用户间干扰并降低系统误码率.理论分析与仿真结果表明:与其他传输方案对比,所提方案对自干扰抑制效果更佳,上行链路可达速率更高,系统误码率更低,并且当天线数少于140时,系统拥有更高的频谱效率.
  • 基于信息熵的NMF遥感图像解混算法
    李杏梅,王伟奇 p25-29
    针对传统稀疏非负矩阵分解(NMF)解混方法仅考虑丰度矩阵中非零个数最少,没有考虑混合像元内端元的丰度分布具有不均匀性的这一问题,提出一种基于信息熵的NMF遥感图像解混算法.将端元的丰度值的大小看成是信息熵中的符号出现的概率,当端元等概率出现在混合像元中时各个丰度值大小相等,对应的实际地物等比例出现在混合像元中,此时信息熵最大,但是丰度稀疏性最低;当丰度分布最不均匀时,仅有一种地物类型出现,信息熵最小,此时丰度值的稀疏性最高,只有一个非零值,由此得出丰度稀疏性和信息熵有负相关的关系.在NMF解混算法的基础上,引入负信息熵来约束丰度矩阵,同时加入平滑限制来约束端元光谱矩阵.在模拟数据和真实数据上进行了结果测试.实验结果表明:相比传统的NMF解混算法和基于l2范数的NMF遥感图像解混算法,本方法能得到更好的解混效果.
  • 基于伪随机线性调频的双序列跳频通信方法
    全厚德,唐志强,孙慧贤,崔佩璋 p30-36
    为解决双序列跳频在对偶信道被干扰时误码率较高的问题,提出一种基于伪随机线性调频(LFM)的双序列跳频(PRLFM_BSFH)通信方法.在发送端,将线性调频信号作为特征信息与双序列跳频信号混频后通过射频(RF)前端发射出去;在接收端,将接收信号解跳后采用分数阶傅里叶变换进行处理,然后经过抽样判决得到发送端信息.构建了基于伪随机线性调频的双序列跳频通信系统模型,推导了其在瑞利信道下抗跟踪干扰和部分频带干扰的误码率(BER)表达式,并对理论分析进行仿真验证.结果表明:该通信方法的抗干扰性能优于双序列跳频,在不同干扰参数设置下,均有至少5 dB以上的性能增益.
  • 一致质量矩阵在向量式有限元中的应用
    袁行飞,艾科热木江•塞米,马烁 p37-42
    为研究一致质量矩阵在向量式有限元分析中的应用,采用第二类拉格朗日方程建立向量式有限元的质点运动方程,从能量原理推导了一致质量矩阵、集中质量矩阵和力矩阵,并引入节点位移约束,对两种质量矩阵在杆系结构中的向量化方程及含义作了对比.进一步通过受冲击荷载的无约束杆算例和受突加荷载的平面桁架算例,对比了采用两种质量矩阵的向量式有限元、刚体动力学及ANSYS分析软件得到的动力响应.结果表明:在瞬态动力分析中,采用一致质量矩阵比集中质量矩阵得到的结果更精确.当计算刚体平动时,两种质量矩阵的计算结果接近;而当计算刚体转动时,采用一致质量矩阵的向量式有限元方法具有较好的计算精度和效率,从而验证了一致质量矩阵在向量式有限元中的适用性和精准性.
  • 桩-岩界面胶结作用影响下软岩嵌岩桩承载特征
    周家全,周传波,吴文兵,倪林 p43-48
    为研究竖向荷载作用下嵌岩桩桩-岩界面水泥浆的胶结作用对其剪切特性及嵌岩桩的荷载传递性质的影响规律,针对桩-岩界面剪切过程中的胶结弹性变形、滑动剪胀和剪切滑移三个阶段特点,建立了考虑胶结作用影响下的各阶段桩-岩界面剪切本构模型.根据软岩嵌岩桩桩-岩界面粗糙体磨损特性,利用滑移线场法原理分析并得到了嵌岩桩极限剪胀位移.基于荷载传递理论,推导并建立了软岩嵌岩桩荷载传递解析模型.依据所建立的模型并结合实例验证方法,进一步分析了胶结作用影响下桩侧岩石力学特性等因素对嵌岩桩桩侧摩阻力的影响规律.研究结果表明:桩-岩界面胶结作用使剪胀区域桩侧摩阻力明显增大;随着桩侧岩石弹性模量的增大,胶结作用对剪胀区桩侧摩阻力的增强效应越明显,对剪切区域桩侧摩阻力弱化效应越大.当计算软岩嵌岩桩极限承载力时,桩-岩界面胶结作用的影响不可忽略.
  • 加载方式对生土基砌体抗压性能影响试验研究
    兰官奇,王毅红,牛东东,权登州 p49-54
    通过砌体单轴抗压试验分析了三种不同加载方式对生土基砌体抗压性能的影响,基于层次分析法确定了生土基砌体抗压强度测试的最优加载方式.研究结果表明:采用欧盟标准及改进国标进行加载,试件多发生竖向裂缝贯穿破坏,而美标加载方式下的试件多发生局部破坏;在三种加载方式中,改进国标加载方式下试件的抗压强度均值最小,分别为欧标及美标所测抗压强度均值的94%和82%;改进后的国标加载方式在试件受力状态、数据稳定性及完整性方面均存在优势,建议采用该加载方式测试生土基砌体的抗压强度.
  • 有轨电车长枕埋入式轨道复合地基多目标优化
    孙魁,冯青松,王威,陈艳明 p55-60
    为研究有轨电车长枕埋入式无砟轨道复合地基结构的关键影响因数和最优参数组合,采用有限单元法建立了长枕埋入式无砟轨道复合地基三维精细化计算模型.通过响应面试验得到了无砟轨道复合地基结构力学性能的响应面函数,并采用遗传算法进行多目标优化得到最优参数组合.结果表明:采用响应面模型替代有限元模型进行优化分析,可以大大减少优化迭代所需要的计算时间,且能够保证足够的计算精度;建议在进行长枕埋入式无砟轨道复合地基设计时将钢轨垂向位移作为关键评价指标;各设计变量对长枕埋入式无砟轨道复合地基结构力学性能影响的主次顺序依次为轨道板厚度、桩径、支承层厚度、桩纵向间距;最佳设计方案为轨道板厚度0.32 m,支承层厚度0.18 m,桩径0.55 m,桩纵向间距1.6 m.
  • 管道层流通用方程的推导及试验验证
    兰文涛,吴爱祥 p61-65
    为分析充填料浆在管道内的运动,根据流变学及流体力学理论,以Herschel-Bulkley(H-B)本构模型推导出管道层流通用方程,确定了流体管道层流临界条件的计算方法.根据所推导的管道层流通用方程,提出了一种流变参数测量方法,并采用工业级的L管实验装置和流变仪分别测定了某非牛顿流体充填料浆的流变参数.实验结果表明:当含屈服应力的非时变性非牛顿流体在管道层流运动时,管壁切应力沿管径线性分布,管壁处速度梯度和雷诺数有最大值、表观黏度有最小值,在管壁处流速为0;管道内存在半径较大的柱塞流区,柱塞流区边界处速度梯度为0;基于管道层流通用方程的管道试验方法与流变仪测定方法所得流变参数计算的流量结果基本一致.
  • 高背压条件下超滤膜运行特性研究
    陶辉,周敏,林涛,陈卫 p66-70
    采用死端过滤方式进行试验,考察了背压(超滤膜出水端的压力)对再生纤维素(RC)超滤膜运行特性的影响,包括膜通量、膜过滤阻力、膜的截留性能及膜微观结构.研究结果表明:背压对RC膜纯水通量的影响较小.施加背压会引起背压阻力(除膜固有阻力外额外的过滤阻力),与过滤时间和背压有关,占总过滤阻力的比例较小.RC膜在不同背压条件下(0.00,0.02,0.05,0.10,0.15 MPa)压缩10 h与压缩30 min相比,对卵清蛋白的截留率分别提高了10.51%,14.02%,17.99%,18.99%和20.01%.扫描电镜(SEM)结果表明施加背压导致表面膜孔数量减少及背面支撑层压缩.接触角(CA)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)等数据表明施加背压不会引起膜面亲疏水性、官能团和化学键的强度等其他微观结构的显著变化.
  • 基于时延的高超声速飞行器终端滑模控制
    梁捷,秦开宇,陈力 p71-76
    针对吸气式高超声速飞行器(AHV)再入过程中的复杂非线性、动力学模型通道间存在的强耦合及气动力系数和气动力矩系数摄动,提出了一种结合时延补偿控制与终端滑模控制的姿态控制方法.首先,以AHV再入飞行姿态动力学模型为基础,考虑气动参数摄动产生的模型不确定性,建立了面向控制算法设计的AHV再入飞行数学模型;然后,基于多时间尺度理论将该数学模型分解为双环子系统;为两个子系统分别设计时延补偿改进终端滑模控制算法,用来完成AHV的再入姿态控制;在改进终端滑模控制的基础上,采用工程上易于实现的时延补偿控制对模型不确定性进行精确估计,并基于李雅普诺夫理论证明了姿态角和姿态角速度的跟踪误差在有限时间内收敛到零.本算法设计简单,无须补偿项部分已知且易于工程实现.仿真结果表明所设计的基于时延补偿的改进控制算法具有调整时间短(1 s以内)、超调量小和良好的跟踪精度等优点.
  • 基于T-S模型的一步输出反馈抗饱和补偿设计
    何汉林,李豪杰 p77-82
    针对一类具有输入饱和的连续时不变非线性系统,提出一步输出反馈抗饱和补偿设计.当系统状态满足一定约束条件时,非线性系统可用Takagi-Sugeno模糊模型精确重构.针对重构后的系统,运用并行补偿技术和输出反馈,提出一个含有抗饱和补偿项的一步抗饱和控制方案.基于李雅普诺夫稳定性理论,导出了闭环系统的稳定判据,同时给出了吸引域估计及其优化模型.对一类混沌鲁里叶系统进行仿真实验,仿真结果证明了本方案的有效性.
  • 具有预设性能的弹性体导弹振动控制器设计
    李小兵,何阳光,赵思源,熊思宇 p83-89
    针对受不确定干扰的弹性体导弹弹性振动与刚体运动耦合的姿态跟踪控制问题,设计一种具有预设性能的反演滑模控制器.首先,利用预设性能控制方法的性能函数和误差变换函数对系统进行变换,得到等价的误差变换模型,通过性能函数对跟踪误差进行约束,使系统具有期望的动态性能与稳态性能;其次,针对误差变换模型,结合超扭曲控制算法设计了反演滑模控制器,利用超扭曲算法的鲁棒性抑制干扰的影响;然后,对超扭曲算法进行改进,使其在零点附近的切换更加平滑;最后,结合超扭曲算法分析参数选取的范围,保证了系统的稳定性.仿真结果表明:所设计的控制器具有有效性和可行性,能够实现导弹姿态的稳定跟踪,对弹性振动具有较好的抑制作用.
  • 基于免疫粒子群的最小连通支配集求解算法
    吴明功,李佳威,温祥西,刘飞 p90-95
    为解决复杂网络最小连通支配集(MCDS)求解算法复杂度高、速度慢及解的精确度差等问题,采用一种免疫粒子群优化(IPSO)算法进行求解.该算法将连通支配集的支配规则转化为基于邻接矩阵的并集约束,并结合图连通分支约束设计优化目标,采用二进制粒子群算法对MCDS进行求解.在求解过程中引入免疫机制,依据网络关键节点与支配节点之间的重叠关系,设置抗原因子,指导粒子群搜索方向、加快算法收敛速度.在随机网络上的仿真实验表明:相较于传统算法,所提算法能够找出网络的MCDS,并且在保证解精度的前提下提高了求解速度.
  • 融合KCCA推断强化学习的机器人智能轨迹规划
    傅剑,滕翔,曹策,娄平 p96-102
    针对当前模仿强化学习(LfDRL)框架面向新任务时并未考虑机器人各关节之间的联系,从而影响学习效果的不足,利用伪协方差矩阵的思想,基于再生核空间(RKHS)和广义瑞丽熵构建面向泛函指标的关节间摄动相关局部坐标系,进而设计出一种集成核典型相关分析(KCCA)与路径积分策略提升(PI2)的强化学习方法.利用学习经验数据基于KCCA推断出机器人各关节间面向轨迹规划任务的隐含非线性启发式信息,引导PI2搜索到最优/次优策略,使得机器人实现从示范轨迹规划任务到新轨迹规划任务的快速迁移学习,并高质量完成.选择顺应性装配机械手臂(SCARA)和优傲5(UR5)机器人的过单点、过两点迁移学习智能轨迹规划实验,结果表明:融合KCCA推断启发式信息的强化学习的平均代价下降率明显优于经典的PI2算法,其机器人智能轨迹规划在提升学习收敛速度的同时也提高了机器人完成新任务的精度.
  • 组合载荷下半潜式平台极限强度评估方法研究
    刘帆,李德江,冯国庆,王璞 p103-108
    采用非线性有限元方法,计算了不同组合比例下剪切扭转耦合作用时的半潜式平台极限承载力,基于设计波法对波浪载荷进行预报,研究了剪切扭转组合载荷对极限承载力的影响,计算了结构的剪切指数和扭转指数,用隐函数拟合得到了单一载荷和组合载荷下极限强度的联合关系式.基于现有规范,提出了一种考虑组合载荷作用下半潜式平台极限强度评估方法.研究结果表明:剪切和扭转两种载荷的同时作用会削弱单一载荷作用下平台的极限承载能力,所提出的组合载荷极限强度评估方法可对半潜式平台进行合理评估.
  • 基于AIS数据的船桥碰撞概率评估方法研究
    潘晋,汪咏,黄义飞,许明财 p109-114
    针对船桥碰撞风险评估中桥梁船撞概率计算问题,基于自动识别系统(AIS)数据获得桥梁船撞影响参数,以解决现有方法中没有考虑特定桥梁航区实际通航船信息的问题.基于AIS数据分析了航行船舶动态,获得了船舶位置、航速和偏航角等参数,分析了船舶交通流,并以实际的船舶交通流对AASHTO规范模型中的几何概率进行修正;基于内河流域水流变化规律对AASHTO规范模型中的偏航概率进行修正,对比分析了修正前后的结果差异.结果表明:AASHTO规范模型没有考虑通航船舶的实际航道和速度变化情况,会导致所计算的桥梁船撞概率结果误差较大;对于船舶航行情况复杂的桥区,有必要采用基于AIS数据获得的实际通航船舶信息来估计船舶在桥区的分布情况,以提高计算结果的准确性;对于水流流速变化达到3 m/s,流向角变化达到3°的流域,应考虑水流变化对碰撞概率的影响.
  • 基于误差分布特性的机器人闭链协调轨迹规划
    吴桐,赵京,张自强,刘维惠 p115-120
    针对机器人关节柔性误差提出利用误差分布空间描述操作精度的方法,耦合各关节的操作误差得到真实操作点在空间中可能存在的区域,进而得到机器人沿各个方向上的操作精度.给出了误差分布空间的计算方法,通过对低维误差空间的分段升维,解决了计算难度随维数指数倍增长的问题.研究了闭链协调操作过程中的误差分布特性,并基于误差分布空间分析了冗余度机器人关节自运动特性对闭链协调操作精度的影响.研究结果表明:同一操作精度对应的关节构型不唯一,且操作空间中误差最小值对应的关节角度并不连续.为此提出了一种基于最小二乘的误差极小化机器人轨迹规划方法,并通过仿真验证了该方法的有效性.
  • 机床弹性移动副五维误差预测模型
    吴煜,申会鹏,孙璇,王德伦 p121-126
    通过建立机床弹性移动副五维误差预测模型,探索了移动副零部件特征状态与真实误差运动的映射关系.以双导轨四滑块线轨结构为对象,通过动结合面和零件结构的刚度等效,求解导轨和工作台对滑块空间位姿的约束刚度矩阵.进而综合考虑导轨几何误差、外载、动结合面和零部件弹性变形等影响因素的偶联关系,建立了移动副系统的物理与力平衡矢量方程,揭示了各零部件在弹性约束下的变形协调规律.最后开展了移动副装配误差测试试验,结果表明:各项理论与实际指标的误差均小于20%,验证了该误差预测模型的准确性与有效性.
  • 基于响应面模型侧式进/出水口体型多目标优化
    高学平,秦孜学,朱洪涛,孙博闻 p127-132
    为解决抽水蓄能电站侧式进/出水口扩散段体型优化时传统优化方法通常依据工程经验进行体型调整,导致进流与出流时的水力特性难以同时满足最优的问题,以扩散段体型参数为设计变量,以进/出流各水力指标作为优化目标,利用响应面法建立了两者之间的代理模型.利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了多目标优化,得到最优体型.研究结果表明:采用NSGA-Ⅱ可以解决双向水流条件下各目标难以同时满足最优的问题.此外,只须在建立代理模型过程中进行计算流体动力学(CFD)计算,而优化时无须进行,有效提高了进/出水口体型的优化效率.

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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