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2011年  第37卷  第1期

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2011, 37(1).
综述与评论
系统性能极限理论的回顾和展望
卢頔, 范国梁, 易建强
2011, 37(1): 1-10. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00001
摘要:
描述了系统性能极限理论的研究对象、背景和意义, 并简要介绍了系统性能极限理论所涉及到的四个相关问题, 如: 左可逆与右可逆系统、零点与零点方向、极点与极点方向以及灵敏度函数与互补灵敏度函数. 同时, 从H2型性能极限、频域及H∞型性能极限、时域及其他性能极限三方面综述了系统性能极限理论的研究现状, 并对其未来的发展进行了展望.
论文与报告
基于高斯超像素的快速Graph Cuts图像分割方法
韩守东, 赵勇, 陶文兵, 桑农
2011, 37(1): 11-20. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00011
摘要:
提出了一种交互式的快速图像分割方法. 该方法通过使用高斯超像素来构建Graph cuts模型以实现加速. 首先, 利用融合了边缘置信度的快速均值漂移算法, 将原始图像高效地预分割为多个具有准确边界的同质区域, 并将这些区域描述为超像素, 用于构建精简的加权图. 然后, 使用区域的彩色高斯统计对超像素进行特征描述, 并在信息论空间中对高斯距离度量进行设计. 另外, 为了准确而精炼地对先验知识进行参数化学习, 本文还使用了分量形式的期望最大化混合高斯(Component-wise expectation-maximization for Gaussian mixtures, CEMGM)算法对用户交互进行聚类. 最后, 在改进的加权图模型中应用Graph cuts方法, 获得最终的分割结果. 通过使用不同的彩色图像进行分割实验比较, 仿真结果表明本文的方法在准确性和高效性方面都具有很好的性能.
基于视觉掩蔽效应的图像扩散
孟祥林, 王正志
2011, 37(1): 21-27. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00021
摘要:
提出一种基于视觉掩蔽效应的图像扩散算法. 结合人类视觉系统的特性, 利用图像上下文像素的非均质性度量定义了新的噪声掩蔽函数, 可以有效地区分噪声和边缘特征, 由此得到的噪声可见度函数作为各向异性扩散的扩散系数. 算法同时利用了图像的局部梯度信息和较大邻域的上下文信息, 可以在滤除噪声的同时更加有效地保留图像的重要特征, 而且避免了传统算法梯度阈值的选取问题. 实验结果表明, 本文算法在去噪保边性能上优于一些典型的扩散算法.
基于头顶点三维运动轨迹的身份识别新方法
贾立好, 邹建华, 车凯
2011, 37(1): 28-36. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00028
摘要:
提出了一种基于头顶点三维运动轨迹的身份识别新方法, 并对相关的基本问题进行了较为系统的研究. 人在行走时, 从头顶点三维运动轨迹中可提取出人体侧视平面上的身高波动信息和人体俯视平面上的摇摆运动信息. 从身高波动信息可提取身高参数(身高均值、身高幅值)和步幅参数(步幅长度、步幅频率); 这些参数已被证实可作为身份识别的特征参数. 本文通过实验进一步证实, 从摇摆运动信息提取的摇摆参数(摇摆均值、摇摆幅值和摇摆角)也具有一定的识别力. 综合身高参数、步幅参数和摇摆参数, 得到一组识别力更强、更稳定的特征组合, 从而验证了头顶点三维运动轨迹这种新的生物特征用于身份识别的有效性.
一种用于视频超分辨率重建的块匹配图像配准方法
孙琰玥, 何小海, 宋海英, 陈为龙
2011, 37(1): 37-43. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00037
摘要:
图像配准是超分辨率重建中的一个关键问题, 直接影响超分辨率重建图像的质量. 本文在自适应十字搜索(Adaptive rood pattern search, ARPS)块匹配算法的基础上, 根据小波域中各图像之间的相关性, 提出一种分层块匹配算法---基于小波变换的改进的自适应十字模式搜索算法(Improved adaptive rood pattern search algorithm based on wavelet transform, W-IARPS), 该方法在小波变换域完成匹配宏块的搜索, 有效地减少了匹配点的搜索个数, 且配准图像的峰值信噪比相比全搜索算法下降不到0.l dB, 保持了较高的配准精度. 最后采用凸集投影(Projections onto convex sets, POCS)算法对配准后的图像进行超分辨率重建, 取得了较好的视觉效果. 实验结果表明, 该方法具有较高的配准精度和重建效果, 算法稳健可靠.
基于状态-动作图测地高斯基的策略迭代强化学习
程玉虎, 冯涣婷, 王雪松
2011, 37(1): 44-51. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00044
摘要:
在策略迭代强化学习中, 基函数构造是影响动作值函数逼近精度的一个重要因素. 为了给动作值函数逼近提供合适的基函数, 提出一种基于状态-动作图测地高斯基的策略迭代强化学习方法. 首先, 根据离策略方法建立马尔可夫决策过程的状态-动作图论描述; 然后, 在状态-动作图上定义测地高斯核函数, 利用基于近似线性相关的核 稀疏方法自动选择测地高斯核的中心; 最后, 在策略评估阶段利用基于状态-动作图的测地高斯核逼近动作值函数, 并基于估计的值函数进行策略改进. 10×10格子世界的仿真结果表明, 与基于状态图普通高斯基和测地高斯基的策略迭代强化学习方法相比, 本文所提方法能以较少的基函数、高精度地逼近具有光滑且不连续特 性的动作值函数, 从而有效地获得最优策略.
基于软件接收机技术的低载噪比信号自适应鲁棒锁相环研究
苗剑峰, 陈武, 孙永荣, 刘建业
2011, 37(1): 52-60. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00052
摘要:
在低载噪比条件下能够对GPS信号进行连续、精确地跟踪是GPS技术的重要研究方向. 论文以软件接收机平台为基础, 开发了适用于低载噪比信号跟踪的自适应鲁棒锁相环. 综合考虑了低载噪比信号对传统环路的影响, 建立了并行相关跟踪环路. 论文首先研究了处理独立噪声的线性最优估计滤波器, 进一步研究了基于三段式函数自适应调节因子的自适应鲁棒滤波器. 当接收到的信号比较理想时, 该新型滤波器的性能与标准Kalman滤波器基本相同. 当接收到的信号较弱或受到干扰时, 该新型滤波器能够根据接收到信号中的总相位抖动噪声智能地调节环路参数. 通过动态的平衡动态方程和量测方程对最优估值的权值贡献, 能够有效的抵制观测量野值和动态模型的建模误差对滤波器的影响. 论文通过一组实测数据对相关算法进行了验证. 试验结果证明在载噪比为24dB-Hz的弱信号条件下, 锁相环的相位跟踪误差标准差能够达到0.01周, 明显的改善了锁相环对弱信号的跟踪性能.
基于冗余离散小波变换的信号配准及分类
李德强, 吴永国, 罗海波
2011, 37(1): 61-66. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00061
摘要:
离散小波变换(Discrete wavelet transform, DWT)对输入信号的平移敏感,当输入信号间存在平移时, 基于DWT的信号分类会受到负面影响. 本文提出一种基于冗余离散小波变换(Redundant DWT, RDWT)的信号配准及分类方法, 克服了DWT的平移敏感性, 解决输入信号间存在平移变化的信号分类问题, 同时实现了信号配准以及平移不变小波系数提取. 对基准信号作离散小波变换. 对测试信号作冗余离散小波变换, 得到测试信号的平移所对应的DWT分解, 计算其同基准信号DWT分解之间的相似性, 根据相似性大小对该测试信号分类并确定其相对基准信号的平移量. 利用ECG (Electrocardiograph)信号的仿真实验证明了本文所提方法的有效性.
欠驱动三连杆机械臂能量解耦控制策略
赖旭芝, 张镇, 吴敏
2011, 37(1): 67-73. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00067
摘要:
针对第二关节为被动的欠驱动三连杆机械臂提出一种能量解耦控制策略. 首先, 将整个运动空间分为摇起区和平衡区, 为了实现快速摇起控制, 进一步将摇起区分为摇起子区间一和摇起子区间二; 其次, 基于Lyapunov函数设计控制律, 使第三杆相对于第二杆处于自然伸展的状态, 即使第三杆角度和角速度收敛为零, 从而解除能量控制与第三连杆姿态之间的耦合; 接着, 在摇起子区间二, 增加系统能量使系统摇起至平衡区附近; 然后, 基于LQR (Linear quadratic regulator)的平衡控制律将系统稳定在竖直向上平衡点; 最后, 用仿真结果验证该控制策略的有效性.
基于类电磁和改进DFP算法的机械手逆运动学计算
印峰, 王耀南, 魏书宁
2011, 37(1): 74-82. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00074
摘要:
提出一种用于计算机械手逆运动学问题的新方法. 首先, 在关节变量取值范围内随机生成一组初始解, 并根据吸引-排斥机制迭代的搜索问题的近似最优解; 其次, 提出一种改进DFP算法进一步搜索问题的更精确解. 改进DFP算法以第一阶段求得的近似解为起始搜索点, 每步的搜索步长在区间[0, 1]内随机确定, 从而避免了传统DFP算法搜索步长难以计算的问题. 最后, 通过10个测试函数和PUMA560机器人逆运动学问题验证了算法的有效性.
一类非线性时滞系统的自适应模糊动态面控制
贾涛, 刘军, 钱富才
2011, 37(1): 83-91. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00083
摘要:
针对一类具有未知方向增益函数的严格反馈非线性时滞系统, 提出了一种自适应模糊动态面控制(Dynamic surface control, DSC)算法. 通过利用DSC设计技术和Lyapunov-Krasovskii函数, 该算法不仅克服了计算膨胀的问题, 而且补偿了未知的时滞. 采用Nussbaum函数解决了虚拟控制增益的符号问题, 并且避免了控制器的奇异性. 所设计的控制器保证了闭环系统所有的状态和信号是半全局有界的, 并且通过选择合适的设计参数可使跟踪误差为任意小. 仿真结果表明了所提出控制器的有效性.
一类输出饱和系统的学习控制算法研究
张玉东, 方勇纯
2011, 37(1): 92-98. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00092
摘要:
传感器饱和是控制系统中较为常见的一种物理约束. 本文针对一类含饱和输出的受限系统, 提出了两种学习控制算法. 具体而言, 首先, 对于重复运行的被控系统, 设计了开环P型迭代学习控制器, 实现在有限时间区间内对期望轨迹的完全跟踪, 并在λ范数意义下分析了算法的收敛性, 给出了含饱和输出的迭代学习控制系统的收敛条件. 进而, 针对期望轨迹为周期信号的被控系统, 提出了闭环P型重复学习控制算法, 并分析了这类系统的收敛性条件. 最后, 通过一个仿真实例验证了本文所提算法的有效性.
基于部分生产重构的冷轧生产重调度方法
王利, 赵珺, 王伟
2011, 37(1): 99-106. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00099
摘要:
针对冷轧薄板生产过程单纯根据合同流向组织生产会造成合同在各物流流向中分配不均, 以及机组定修和突发故障等情况造成的部分流向生产停滞等问题, 建立了基于部分重构的冷轧生产过程混杂Petri网生产调度模型. 利用提出的有限搜索蚁群算法, 在不同生产流向的可替代机组之间, 根据机组的产能负荷对合同的生产流向进行部分重构, 实现合同生产过程的再规划与动态调度, 解决了部分机组停机定修和突发故障时的产能分配问题. 将本文提出的方法与全流程合同计划方法相结合, 利用上海宝钢冷轧薄板厂的生产数据进行测试, 表明了所提出的方法提高了冷轧全流程合同计划与调度效果的可行性.
短文
多执行器-传感器网络协作环境监测和治理
孙巍, 窦丽华, 方浩
2011, 37(1): 107-112. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00107
摘要:
多执行器-传感器网络在环境监测、污染治理方面有着得天独厚的优势. 本文以大气污染为例, 讨论了其在搜寻污染源、释放中和剂方面的应用. 采用更简化的质心维诺分割方法使网络中信息不确定性总和达到局部最优, 同时设计了可与其线性叠加或切换的一致性算法, 以实现各执行器任务负载或载荷比的平均分配. 所引入了一致性算法对质心维诺分割所得到的节点配置产生扰动, 能够进一步降低网络中信息的不确定性. 在仿真实例中, 与单纯使用质心维诺分割配置节点位置的方法进行了比较.
有界丢包网络控制系统的稳定性与能稳性
孙业国, 秦世引
2011, 37(1): 113-117. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00113
摘要:
主要讨论有界丢包网络控制系统的稳定性与能稳性. 基于迭代方法将有界丢包网络控制系统建模为一个跳变系统. 由于网络的复杂性, 跳变系统状态转移矩阵的部分元素无法获得, 因此, 我们考虑的这种情况更具有一般性. 并且本文考虑的丢包同时存在于前馈和反馈通道. 最后, 数值例子表明本文方法的有效性.
基于模糊控制的拉式策略在装配生产控制中的应用
莫巨华, 黄敏, 王兴伟
2011, 37(1): 118-123. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00118
摘要:
利用模糊控制鲁棒性强的特点, 将其引入单产品装配线的生产控制系统中, 构造新的拉式控制策略. 在建立控制系统周期审查模型和完成控制器设计的基础上, 通过缩小变异范围改进遗传算法求解以极小化在制品量和投放波动为目标, 顾客满意率为约束条件的多目标规划, 从而达到优化控制系统参数的目的. 为考察模糊控制系统性能, 通过实例与多阶段定量在制品法(Constant work-in-process, CONWIP)、Kanban和一般拉式策略 (Generic pull, GP) 系统进行比较, 结果表明模糊生产控制系统不仅能维持较低的在制品水平, 更重要的是能维持较低的订单投放波动水平.
具有测量数据丢失的离散不确定时滞系统鲁棒Kalman滤波
陈博, 俞立, 张文安
2011, 37(1): 123-128. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00123
摘要:
研究了具有测量数据丢失的离散不确定时滞系统鲁棒Kalman滤波问题, 其中时延存在于系统状态和观测值中. 模型的不确定性通过在系统矩阵中引入随机参数扰动来表示, 测量数据丢失现象则通过一个满足Bernoulli分布且统计特性已知的随机变量来描述. 基于最小方差估计准则, 利用射影性质和递归射影公式得到一个新的滤波器设计方法, 并且保证了滤波器的维数与原系统相等. 与传统的状态增广方法相比, 当时延比较大时, 该方法可以有效降低计算量. 最后, 给出一个仿真例子说明所提方法的有效性.