2013年 第39卷 第1期
2013, 39(1): 1-10.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00001
摘要:
全球卫星导航系统(Global navigation satellite system, GNSS)信号的多径估计问题实际上是条件线性状态空间模型下的状态估计问题. 根据高斯和理论提出了适用于非高斯噪声环境的扩展切片高斯混合滤波(Extension of sliced Gaussian mixture filter, ESGMF)算法. 该算法将非高斯噪声的状态概率密度函数(Probability density function, PDF)表示为高斯和的形式,将ESGMF通过一组并行的切片高斯混合滤波器(Sliced Gaussian mixture filter, SGMF)来实现.同时, 在ESGMF算法中利用粒子滤波(Particle filter, PF)中重采样的思想对成指数增加的状态预测PDF的高斯混合个体进行约简, 以提高贝叶斯推理的效率.该算法可以获得非高斯噪声下状态PDF的迭代解析表达式. 最后, 将ESGMF应用于GPS多径参数估计, 仿真结果表明, ESGMF算法的估计精度优于基于PF和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)的算法.
全球卫星导航系统(Global navigation satellite system, GNSS)信号的多径估计问题实际上是条件线性状态空间模型下的状态估计问题. 根据高斯和理论提出了适用于非高斯噪声环境的扩展切片高斯混合滤波(Extension of sliced Gaussian mixture filter, ESGMF)算法. 该算法将非高斯噪声的状态概率密度函数(Probability density function, PDF)表示为高斯和的形式,将ESGMF通过一组并行的切片高斯混合滤波器(Sliced Gaussian mixture filter, SGMF)来实现.同时, 在ESGMF算法中利用粒子滤波(Particle filter, PF)中重采样的思想对成指数增加的状态预测PDF的高斯混合个体进行约简, 以提高贝叶斯推理的效率.该算法可以获得非高斯噪声下状态PDF的迭代解析表达式. 最后, 将ESGMF应用于GPS多径参数估计, 仿真结果表明, ESGMF算法的估计精度优于基于PF和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)的算法.
2013, 39(1): 11-20.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00011
摘要:
在论坛话题中识别答案是面向论坛的问答对挖掘中的核心问题. 在论坛话题的讨论中通常存在隐式的结构, 这种结构信息非常有助于最佳答案的定位和识别. 本文提出了一种基于中文论坛话题段落划分的答案识别方法: 首先将论坛话题重新组织为若干段落的集合, 并基于此划分提取一组能够反映话题讨论逻辑结构的特征. 在此基础上给出了一种可以根据候选答案所在段落类别实现模型选择的答案识别策略, 从而避免了噪声信息对模型预测的误导. 实验结果表明本文的答案识别方法非常适用于面向在线论坛的问答资源挖掘工作.
在论坛话题中识别答案是面向论坛的问答对挖掘中的核心问题. 在论坛话题的讨论中通常存在隐式的结构, 这种结构信息非常有助于最佳答案的定位和识别. 本文提出了一种基于中文论坛话题段落划分的答案识别方法: 首先将论坛话题重新组织为若干段落的集合, 并基于此划分提取一组能够反映话题讨论逻辑结构的特征. 在此基础上给出了一种可以根据候选答案所在段落类别实现模型选择的答案识别策略, 从而避免了噪声信息对模型预测的误导. 实验结果表明本文的答案识别方法非常适用于面向在线论坛的问答资源挖掘工作.
2013, 39(1): 21-30.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00021
摘要:
提出一种新的基于二值水平集的窄带主动轮廓模型用于局部分割.通过对二值水平集进行形态学膨胀和腐蚀操作, 提出一种稳定灵活可控的窄带控制方案,该方案可使得曲线进化精度从一个像素宽度灵活变化到任意大小. 考虑到局部分割一般要求初始轮廓置于待分割目标内部并不断膨胀进化直至目标边缘,本文提出用形态学闭运算作为新的曲线平滑方案. 与传统的高斯平滑和曲率平滑方案相比,形态学闭运算不仅能够更好地促进曲线的膨胀进化,而且有利于保持水平集函数的二值性. 此外,本文提出的方法是一种通用的自然框架,可以根据不同的需求设计不同的速度函数. 为了证明所提出的局部分割框架的有效性和鲁棒性,本文以医学图像和纹理图像为例分别设计了两个速度函数: 一个是融合了磁共振脑图像的非严格对称信息的速度函数用于大脑皮质下结构的局部分割;另一个是融合了局部熵和局部梯 度算子的速度函数用于纹理图像的局部分割. 在合成图像、医学图像和纹理图像上的实验证明了本文方法在局部分割中的有效性和鲁棒性.
提出一种新的基于二值水平集的窄带主动轮廓模型用于局部分割.通过对二值水平集进行形态学膨胀和腐蚀操作, 提出一种稳定灵活可控的窄带控制方案,该方案可使得曲线进化精度从一个像素宽度灵活变化到任意大小. 考虑到局部分割一般要求初始轮廓置于待分割目标内部并不断膨胀进化直至目标边缘,本文提出用形态学闭运算作为新的曲线平滑方案. 与传统的高斯平滑和曲率平滑方案相比,形态学闭运算不仅能够更好地促进曲线的膨胀进化,而且有利于保持水平集函数的二值性. 此外,本文提出的方法是一种通用的自然框架,可以根据不同的需求设计不同的速度函数. 为了证明所提出的局部分割框架的有效性和鲁棒性,本文以医学图像和纹理图像为例分别设计了两个速度函数: 一个是融合了磁共振脑图像的非严格对称信息的速度函数用于大脑皮质下结构的局部分割;另一个是融合了局部熵和局部梯 度算子的速度函数用于纹理图像的局部分割. 在合成图像、医学图像和纹理图像上的实验证明了本文方法在局部分割中的有效性和鲁棒性.
2013, 39(1): 31-42.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00031
摘要:
通过设计动态输出反馈控制策略研究线性时不变系统执行器故障下的鲁棒自适应容错H∞控制问题. 结合自适应技术和线性矩阵不等式(Linear matrix inequalities, LMI)技术, 设计一个控制策略同时实现系统的故障补偿控制和性能优化控制. 在设计中, 提出由自适应律在线调节控制增益方程补偿未知执行器故障和摄动; 并设计一个基于模式依赖李亚普诺夫方程的LMI条件解出控制参数及次优H∞性能. 所设计的动态输出反馈控制器可以处理一般执行器卡死故障, 并得到更少保守性的H∞性能指标. 此外, 一个更具挑战性的问题, 即通过自适应机构补偿故障致使系统多少性能退化得到论证. 所提方法的有效性由一个解耦线性化动态飞行器系统仿真验证.
通过设计动态输出反馈控制策略研究线性时不变系统执行器故障下的鲁棒自适应容错H∞控制问题. 结合自适应技术和线性矩阵不等式(Linear matrix inequalities, LMI)技术, 设计一个控制策略同时实现系统的故障补偿控制和性能优化控制. 在设计中, 提出由自适应律在线调节控制增益方程补偿未知执行器故障和摄动; 并设计一个基于模式依赖李亚普诺夫方程的LMI条件解出控制参数及次优H∞性能. 所设计的动态输出反馈控制器可以处理一般执行器卡死故障, 并得到更少保守性的H∞性能指标. 此外, 一个更具挑战性的问题, 即通过自适应机构补偿故障致使系统多少性能退化得到论证. 所提方法的有效性由一个解耦线性化动态飞行器系统仿真验证.
2013, 39(1): 43-52.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00043
摘要:
针对离散时间线性随机系统,研究了卡尔曼滤波的L2-稳定性问题. 考虑具有这两个特点的系统: 1)系数矩阵是随机的; 2)过程噪声、量测噪声、初始估计误差的方差矩阵不准确. 在系数矩阵有界、条件能观测、初始估计误差有界的假设下, 得到了卡尔曼滤波的L2-稳定性. 同时, 建立了卡尔曼滤波和状态空间最小二乘的等价性, 并在该等价性基础上得到状态空间最小二乘的状态估计误差L2-稳定性. 最后, 数值仿真说明了卡尔曼滤波的有效性.
针对离散时间线性随机系统,研究了卡尔曼滤波的L2-稳定性问题. 考虑具有这两个特点的系统: 1)系数矩阵是随机的; 2)过程噪声、量测噪声、初始估计误差的方差矩阵不准确. 在系数矩阵有界、条件能观测、初始估计误差有界的假设下, 得到了卡尔曼滤波的L2-稳定性. 同时, 建立了卡尔曼滤波和状态空间最小二乘的等价性, 并在该等价性基础上得到状态空间最小二乘的状态估计误差L2-稳定性. 最后, 数值仿真说明了卡尔曼滤波的有效性.
2013, 39(1): 53-56.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00053
摘要:
在压缩感知(Compressed sensing, CS)中,一些方法统计地提供了给定观测数量下的信号重构概率. 然而,在重构概率有约束的情况下,现有方法不能找到满足约束的观测. 本文以压缩感知中常用的贝努利观测集为研究对象, 基于贝努利观测的特征和序列压缩感知理论获得了满足重构概率约束的观测. 另外,由于所提方法能从获取的过多观测中移除部分冗余观测, 观测结果包含更少的观测数据. 所提方法有三个优点:满足重构概率约束、 包含更少的观测数据以及具有全局收敛的属性. 理论分析和实验结果验证了所提方法的有效性.
在压缩感知(Compressed sensing, CS)中,一些方法统计地提供了给定观测数量下的信号重构概率. 然而,在重构概率有约束的情况下,现有方法不能找到满足约束的观测. 本文以压缩感知中常用的贝努利观测集为研究对象, 基于贝努利观测的特征和序列压缩感知理论获得了满足重构概率约束的观测. 另外,由于所提方法能从获取的过多观测中移除部分冗余观测, 观测结果包含更少的观测数据. 所提方法有三个优点:满足重构概率约束、 包含更少的观测数据以及具有全局收敛的属性. 理论分析和实验结果验证了所提方法的有效性.
2013, 39(1): 57-68.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00057
摘要:
针对群体机器人协作围捕,提出了一种基于松散偏好规则的自组织方法.首 先给出了个体机器人的自由运动模型和围捕行为的数学描述.通过对围捕行为的分解,构造松散偏好 规则来使个体机器人在自组织运动过程中相互协调最终形成理想的围捕队形.在此基础上,设计了个体自组织运动控制器.最后运用Lyapunov稳定性定理证明系统的稳定性.仿真和实验结果表 明,本文给出的自组织方法对于群体机器人协作围捕是行之有效的.
针对群体机器人协作围捕,提出了一种基于松散偏好规则的自组织方法.首 先给出了个体机器人的自由运动模型和围捕行为的数学描述.通过对围捕行为的分解,构造松散偏好 规则来使个体机器人在自组织运动过程中相互协调最终形成理想的围捕队形.在此基础上,设计了个体自组织运动控制器.最后运用Lyapunov稳定性定理证明系统的稳定性.仿真和实验结果表 明,本文给出的自组织方法对于群体机器人协作围捕是行之有效的.
2013, 39(1): 69-80.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00069
摘要:
针对双臂空间机器人在轨执行任务中需要利用平衡臂稳定基座的问题, 提出了两种典型应用需求——基座质心位置稳定、基座姿态和质心位置同时稳定的协调规划方法.首 先,提出了“系统质心等效机械臂”的概念并推导其运动学模型,基于此模型的位置级反解规 划平衡臂的运动轨迹,使基座质心位置稳定在期望位置;其次,根据角动量守恒定律确定反作用飞 轮的运动速度,将飞轮与平衡臂的运动相结合,同时稳定基座姿态和质心位置;最后,建立双臂空间机器人系统的多体动力学模型并开展仿真研究.所提出的方法克服了以往基于微分运动学所无法回避的奇异问题,且不对平衡臂的质量特性和安装位置作特殊规定,仿真结果证明了方法的有效性.
针对双臂空间机器人在轨执行任务中需要利用平衡臂稳定基座的问题, 提出了两种典型应用需求——基座质心位置稳定、基座姿态和质心位置同时稳定的协调规划方法.首 先,提出了“系统质心等效机械臂”的概念并推导其运动学模型,基于此模型的位置级反解规 划平衡臂的运动轨迹,使基座质心位置稳定在期望位置;其次,根据角动量守恒定律确定反作用飞 轮的运动速度,将飞轮与平衡臂的运动相结合,同时稳定基座姿态和质心位置;最后,建立双臂空间机器人系统的多体动力学模型并开展仿真研究.所提出的方法克服了以往基于微分运动学所无法回避的奇异问题,且不对平衡臂的质量特性和安装位置作特殊规定,仿真结果证明了方法的有效性.
2013, 39(1): 81-87.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00081
摘要:
提出了一种基于幅角原理计算一类中立型延时系统的所有不稳定特征根的算法. 通过将右半复平面内的有界矩形区域或半圆形区域连续划分成较小的区域, 能够有效地获得所有不稳定特征根的初始近似位置. 以这些近似位置作为牛顿法的初始值, 可迭代得到所有不稳定特征根的较好近似值.数值算例显示了算法的有效性.
提出了一种基于幅角原理计算一类中立型延时系统的所有不稳定特征根的算法. 通过将右半复平面内的有界矩形区域或半圆形区域连续划分成较小的区域, 能够有效地获得所有不稳定特征根的初始近似位置. 以这些近似位置作为牛顿法的初始值, 可迭代得到所有不稳定特征根的较好近似值.数值算例显示了算法的有效性.
2013, 39(1): 88-91.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00088
摘要:
探讨冗余机械臂之重复运动规划(Repetitive motion planning, RMP), 对应速度层重复运动规划方案, 提出了加速度层重复运动规划方案, 并进一步发现和探讨了速度层与加速度层RMP方案的等效性关系. 基于神经动力学方法的理论分析和基于PUMA560机械臂的计算机仿真结果均证实了本文所提出的加速度层RMP方案在冗余度解析问题上的有效性, 以及速度层和加速度层RMP方案的等效性.
探讨冗余机械臂之重复运动规划(Repetitive motion planning, RMP), 对应速度层重复运动规划方案, 提出了加速度层重复运动规划方案, 并进一步发现和探讨了速度层与加速度层RMP方案的等效性关系. 基于神经动力学方法的理论分析和基于PUMA560机械臂的计算机仿真结果均证实了本文所提出的加速度层RMP方案在冗余度解析问题上的有效性, 以及速度层和加速度层RMP方案的等效性.
2013, 39(1): 92-96.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00092
摘要:
X-Z倒立摆不仅具有普通倒立摆的最小相位和欠驱动特性, 同时具有更多的控制自由度.通过一定的状态变换, 发现了X-Z倒立摆与平面垂直起降飞行器模型之间的等价关系. 基于该等价关系,借鉴平面垂直起降飞行器的控制方法, 把饱和非线性控制方法应用于X-Z倒立摆的稳定控制. 通过与PID (Proportion integration differentiation)控制方法的仿真对比,证明了该稳定控制方法的有效性.
X-Z倒立摆不仅具有普通倒立摆的最小相位和欠驱动特性, 同时具有更多的控制自由度.通过一定的状态变换, 发现了X-Z倒立摆与平面垂直起降飞行器模型之间的等价关系. 基于该等价关系,借鉴平面垂直起降飞行器的控制方法, 把饱和非线性控制方法应用于X-Z倒立摆的稳定控制. 通过与PID (Proportion integration differentiation)控制方法的仿真对比,证明了该稳定控制方法的有效性.
