2007年 第33卷 第9期
2007, 33(9): 897-901.
doi: 10.1360/aas-007-0897
摘要:
In this paper, shortcoming of traditional wavelet denoising in real-time signal processing is discussed, requirements of online denoising are considered, and a moving window is introduced into traditional wavelet transform. Using the moving window, an online wavelet denoising approach is proposed. Some problems of online denoising, such as border distortion and pseudo-Gibbs phenomena, are discussed. To solve these problems, window extension and window cycle spinning are also proposed. Different approaches are tested by the signal widely used in denoising domain. Both the visual results and the quantitative measures are presented to highlight the availability of the new approach.
In this paper, shortcoming of traditional wavelet denoising in real-time signal processing is discussed, requirements of online denoising are considered, and a moving window is introduced into traditional wavelet transform. Using the moving window, an online wavelet denoising approach is proposed. Some problems of online denoising, such as border distortion and pseudo-Gibbs phenomena, are discussed. To solve these problems, window extension and window cycle spinning are also proposed. Different approaches are tested by the signal widely used in denoising domain. Both the visual results and the quantitative measures are presented to highlight the availability of the new approach.
2007, 33(9): 902-910.
doi: 10.1360/aas-007-0902
摘要:
传统相位法三维轮廓测量系统, 对摄像机和投影装置位置关系要求严格, 难以精确校准, 系统的标定工作操作繁杂, 且精度不高. 针对这个问题, 将传统的相位法测量系统中的相位－高度转换关系推广到三维空间中, 建立新的相位法系统模型. 基于新的系统模型, 提出一种快速标定方法. 新系统对摄像机和投影装置并无任何严格的平行、垂直或相交的要求, 在标定过程中, 对标定面的位置也没有严格的要求. 实验表明, 系统结构易于实现, 标定方法简单有效, 提高了系统标定的可操作性以及标定速度, 系统标定时间在2分钟以内, 系统的测量精度较传统方法有较大提高.
传统相位法三维轮廓测量系统, 对摄像机和投影装置位置关系要求严格, 难以精确校准, 系统的标定工作操作繁杂, 且精度不高. 针对这个问题, 将传统的相位法测量系统中的相位－高度转换关系推广到三维空间中, 建立新的相位法系统模型. 基于新的系统模型, 提出一种快速标定方法. 新系统对摄像机和投影装置并无任何严格的平行、垂直或相交的要求, 在标定过程中, 对标定面的位置也没有严格的要求. 实验表明, 系统结构易于实现, 标定方法简单有效, 提高了系统标定的可操作性以及标定速度, 系统标定时间在2分钟以内, 系统的测量精度较传统方法有较大提高.
2007, 33(9): 911-916.
doi: 10.1360/aas-007-0911
摘要:
An improved heuristic recursive strategy combining with genetic algorithm is presented in this paper. Firstly, this method searches some rectangles, which have the same length or width, to form some layers without waste space, then it uses the heuristic recursive strategies to calculate the height of the remaining packing order and uses the evolutionary capability of genetic algorithm to reduce the height. The computational results on several classes of benchmark problems have shown that the presented algorithm can compete with known evolutionary heuristics. It performs better especially for large test problems.
An improved heuristic recursive strategy combining with genetic algorithm is presented in this paper. Firstly, this method searches some rectangles, which have the same length or width, to form some layers without waste space, then it uses the heuristic recursive strategies to calculate the height of the remaining packing order and uses the evolutionary capability of genetic algorithm to reduce the height. The computational results on several classes of benchmark problems have shown that the presented algorithm can compete with known evolutionary heuristics. It performs better especially for large test problems.
2007, 33(9): 917-923.
doi: 10.1360/aas-007-0917
摘要:
提出并实现了一种通过显微图像处理获取目标深度信息的方法, 将此种方法应用于生物医学实验中常用的微操作工具---微针的深度信息提取, 取得了较好的效果. 首先, 论述了深度信息提取原理; 之后, 研究了微针的成像模型, 详细分析了显微图像点扩散参数获取与微针深度信息提取的方法, 给出了相关的实验结果. 最后, 将此方法应用于微操作机器人系统, 利用离焦状态双针互插实验验证了方法的有效性. 结果表明, 本文的方法在精度上和速度上都达到了在线应用的水平.
提出并实现了一种通过显微图像处理获取目标深度信息的方法, 将此种方法应用于生物医学实验中常用的微操作工具---微针的深度信息提取, 取得了较好的效果. 首先, 论述了深度信息提取原理; 之后, 研究了微针的成像模型, 详细分析了显微图像点扩散参数获取与微针深度信息提取的方法, 给出了相关的实验结果. 最后, 将此方法应用于微操作机器人系统, 利用离焦状态双针互插实验验证了方法的有效性. 结果表明, 本文的方法在精度上和速度上都达到了在线应用的水平.
2007, 33(9): 924-930.
doi: 10.1360/aas-007-0924
摘要:
在智能自律分散系统的构建中引入面向服务的协调机制, 提出一种面向服务的软件人群体智能自律协调(SoftMan group intelligent autonomous coordination, SMGIAC)模型. 把服务共同体思想和全局规划有机结合起来, 考虑基于角色的服务发现/绑定策略, 构建面向服务的元组空间, 为群体协作提供统一的服务接口. 针对数字气田管网调度实际需求, 给出SMGIAC数学建模方法、分解协调引理及其子服务(流)构造算法. 实验对比结果说明, 比较现有案例匹配、专家推理两种方法, SMGIAC总体调度准确度有较大提高, 并克服了ReO软件使用不便、调度方案生成时间长的缺点.
在智能自律分散系统的构建中引入面向服务的协调机制, 提出一种面向服务的软件人群体智能自律协调(SoftMan group intelligent autonomous coordination, SMGIAC)模型. 把服务共同体思想和全局规划有机结合起来, 考虑基于角色的服务发现/绑定策略, 构建面向服务的元组空间, 为群体协作提供统一的服务接口. 针对数字气田管网调度实际需求, 给出SMGIAC数学建模方法、分解协调引理及其子服务(流)构造算法. 实验对比结果说明, 比较现有案例匹配、专家推理两种方法, SMGIAC总体调度准确度有较大提高, 并克服了ReO软件使用不便、调度方案生成时间长的缺点.
2007, 33(9): 931-935.
doi: 10.1360/aas-007-0931
摘要:
Time-frequency analysis aims to construct a density function of time and frequency to reveal the frequency components in signals to be analyzed and the evolution of the frequency of signals with time. The Wigner distribution (WD) is one of the most fundamental and widely used methods for analyzing nonstationary signals in the fields of radar, communication, etc. However, the application of the WD is greatly limited by the existence of interference terms. The adaptive diffusion method proposed to remove the interference terms of the WD by Julien Gosme, et al. is to be invalid in the presence of interference terms generated by signals, whose distributions are interwoven together in the time-frequency plane of the WD. We combine the diffusion technique with difference method for removing these interference terms to improve the resolution and readability of the time-frequency representation of the Cohen class for detecting nonstationary signals.
Time-frequency analysis aims to construct a density function of time and frequency to reveal the frequency components in signals to be analyzed and the evolution of the frequency of signals with time. The Wigner distribution (WD) is one of the most fundamental and widely used methods for analyzing nonstationary signals in the fields of radar, communication, etc. However, the application of the WD is greatly limited by the existence of interference terms. The adaptive diffusion method proposed to remove the interference terms of the WD by Julien Gosme, et al. is to be invalid in the presence of interference terms generated by signals, whose distributions are interwoven together in the time-frequency plane of the WD. We combine the diffusion technique with difference method for removing these interference terms to improve the resolution and readability of the time-frequency representation of the Cohen class for detecting nonstationary signals.
2007, 33(9): 936-940.
doi: 10.1360/aas-007-0936
摘要:
提出了一种可同时用于版权保护与内容认证的半脆弱数字音频盲水印算法. 该算法具有以下特点: 1)结合音频自身特性, 不仅能够自适应划分音频数据段, 而且能够智能调节水印嵌入强度, 增强了数字音频水印的鲁棒性; 2)能够同时进行数字音频的版权保护与内容认证, 并可大致确定篡改发生区域. 仿真实验表明, 文中算法不仅具有较好的不可感知性, 而且对常规处理具有较好的鲁棒性, 同时能够对替换等恶意篡改作出报警并确定被篡改位置.
提出了一种可同时用于版权保护与内容认证的半脆弱数字音频盲水印算法. 该算法具有以下特点: 1)结合音频自身特性, 不仅能够自适应划分音频数据段, 而且能够智能调节水印嵌入强度, 增强了数字音频水印的鲁棒性; 2)能够同时进行数字音频的版权保护与内容认证, 并可大致确定篡改发生区域. 仿真实验表明, 文中算法不仅具有较好的不可感知性, 而且对常规处理具有较好的鲁棒性, 同时能够对替换等恶意篡改作出报警并确定被篡改位置.
2007, 33(9): 941-946.
doi: 10.1360/aas-007-0941
摘要:
针对移动机器人蒙特卡罗定位(Monte Carlo localization, MCL)算法在含有对称和自相似结构的环境中容易失败的问题, 提出了一种基于多假设跟踪的自适应蒙特卡罗定位改进算法. 该算法根据粒子间空间相似性采用核密度树聚类算法对粒子群进行聚类, 每簇粒子代表一个位姿假设并用一个独立的MCL算法进行跟踪, 总体上形成了一组非等权的粒子滤波器, 很好地克服了普通粒子滤波器由于粒子贫乏而引起的过度收敛问题. 同时运用该核密度树实现了自适应采样, 提高了算法的性能. 针对机器人``绑架''问题对该算法作了进一步的改进. 实验结果证明了该算法的有效性.
针对移动机器人蒙特卡罗定位(Monte Carlo localization, MCL)算法在含有对称和自相似结构的环境中容易失败的问题, 提出了一种基于多假设跟踪的自适应蒙特卡罗定位改进算法. 该算法根据粒子间空间相似性采用核密度树聚类算法对粒子群进行聚类, 每簇粒子代表一个位姿假设并用一个独立的MCL算法进行跟踪, 总体上形成了一组非等权的粒子滤波器, 很好地克服了普通粒子滤波器由于粒子贫乏而引起的过度收敛问题. 同时运用该核密度树实现了自适应采样, 提高了算法的性能. 针对机器人``绑架''问题对该算法作了进一步的改进. 实验结果证明了该算法的有效性.
2007, 33(9): 947-955.
doi: 10.1360/aas-007-0947
摘要:
In this paper, we study the problem of modeling and controlling leader-follower formation of mobile robots. First, a novel kinematics model for leader-follower robot formation is formulated based on the relative motion states between the robots and the local motion of the follower robot. Using this model, the relative centripetal and Coriolis accelerations between robots are computed directly by measuring the relative and local motion sensors, and utilized to linearize the nonlinear system equations. A formation controller, consisting of a feedback linearization part and a sliding mode compensator, is designed to stabilize the overall system including the internal dynamics. The control gains are determined by solving a robustness inequality and assumed to satisfy a cooperative protocol that guarantees the stability of the zero dynamics of the formation system. The proposed controller generates the commanded acceleration for the follower robot and makes the formation control system robust to the effect of unmeasured acceleration of the leader robot. Furthermore, a robust adaptive controller is developed to deal with parametric uncertainty in the system. Simulation and experimental results have demonstrated the effectiveness of the proposed control method.
In this paper, we study the problem of modeling and controlling leader-follower formation of mobile robots. First, a novel kinematics model for leader-follower robot formation is formulated based on the relative motion states between the robots and the local motion of the follower robot. Using this model, the relative centripetal and Coriolis accelerations between robots are computed directly by measuring the relative and local motion sensors, and utilized to linearize the nonlinear system equations. A formation controller, consisting of a feedback linearization part and a sliding mode compensator, is designed to stabilize the overall system including the internal dynamics. The control gains are determined by solving a robustness inequality and assumed to satisfy a cooperative protocol that guarantees the stability of the zero dynamics of the formation system. The proposed controller generates the commanded acceleration for the follower robot and makes the formation control system robust to the effect of unmeasured acceleration of the leader robot. Furthermore, a robust adaptive controller is developed to deal with parametric uncertainty in the system. Simulation and experimental results have demonstrated the effectiveness of the proposed control method.
2007, 33(9): 956-962.
doi: 10.1360/aas-007-0956
摘要:
研究了模糊离散系统在同时具有极点指标、H∞指标和方差指标约束下的容错控制器设计问题. 利用分解和等价原理, 将非线性系统多指标约束下的可靠控制问题, 转换为一系列线性极限子系统多性能指标约束下的容错控制器设计问题; 提出了一种新的多指标约束容错控制系统设计方法, 详细分析了各相容指标的取值范围; 并给出了相容指标约束下的容错控制器设计步骤.
研究了模糊离散系统在同时具有极点指标、H∞指标和方差指标约束下的容错控制器设计问题. 利用分解和等价原理, 将非线性系统多指标约束下的可靠控制问题, 转换为一系列线性极限子系统多性能指标约束下的容错控制器设计问题; 提出了一种新的多指标约束容错控制系统设计方法, 详细分析了各相容指标的取值范围; 并给出了相容指标约束下的容错控制器设计步骤.
2007, 33(9): 963-967.
doi: 10.1360/aas-007-0963
摘要:
A hybrid bandwidth scheduling scheme is proposed to improve the quality of service and the bandwidth utilization for the CAN-based networked control systems. It combines rate monotonic and improved round-robin scheme for both the real-time and non-real-time data. Moreover, considering the constraints of control performance and network schedulability, a heuristic branch and bound genetic algorithm (GA) algorithm is presented for the control data to minimize their bandwidth occupancy and the jitter caused by improper scheduling. The residual bandwidth is allocated to non-real-time data by the proposed scale round-robin scheme such that their network loads are balanced.
A hybrid bandwidth scheduling scheme is proposed to improve the quality of service and the bandwidth utilization for the CAN-based networked control systems. It combines rate monotonic and improved round-robin scheme for both the real-time and non-real-time data. Moreover, considering the constraints of control performance and network schedulability, a heuristic branch and bound genetic algorithm (GA) algorithm is presented for the control data to minimize their bandwidth occupancy and the jitter caused by improper scheduling. The residual bandwidth is allocated to non-real-time data by the proposed scale round-robin scheme such that their network loads are balanced.
2007, 33(9): 968-971.
doi: 10.1360/aas-007-0968
摘要:
Otsu 自适应阈值算法作为图像阈值分割的经典算法, 在图像领域得到了广泛的应用, 在此基础上发展起来的二维阈值法因为计算时间长而制约了其应用. 针对二维 Otsu 自适应阈值算法计算复杂度高的缺点, 通过消除二维自适应阈值算法中的冗余计算, 用迭代的方式得到查询表, 从而大大提高了二维阈值算法的计算速度. 实验结果表明, 该算法不仅计算时间远远小于原始二维 Otsu 算法, 并且求得的阈值跟原始的算法一样.
Otsu 自适应阈值算法作为图像阈值分割的经典算法, 在图像领域得到了广泛的应用, 在此基础上发展起来的二维阈值法因为计算时间长而制约了其应用. 针对二维 Otsu 自适应阈值算法计算复杂度高的缺点, 通过消除二维自适应阈值算法中的冗余计算, 用迭代的方式得到查询表, 从而大大提高了二维阈值算法的计算速度. 实验结果表明, 该算法不仅计算时间远远小于原始二维 Otsu 算法, 并且求得的阈值跟原始的算法一样.
2007, 33(9): 971-973.
doi: 10.1360/aas-007-0971
摘要:
针对纸币上常见的笔划及撕裂, 提出了一种基于均匀性特征的污损检测方法. 首先利用均匀性特征判定待检纸币上可能存在污损的区域, 然后进行图像配准, 确定这些区域在参考图像上的对应位置, 并逐像素进行比较, 最终判定待检图像的污损状况.
针对纸币上常见的笔划及撕裂, 提出了一种基于均匀性特征的污损检测方法. 首先利用均匀性特征判定待检纸币上可能存在污损的区域, 然后进行图像配准, 确定这些区域在参考图像上的对应位置, 并逐像素进行比较, 最终判定待检图像的污损状况.
2007, 33(9): 974-978.
doi: 10.1360/aas-007-0974
摘要:
解空间搜索是约束求解的关键环节. 目前较为常用的搜索算法一般是基于二元约束或单一搜索策略设计的. 本文设计了六个基于多元约束的混合搜索算法(BM_GASBJ, BM_GBJ, BM_CBJ, FC_GASBJ, FC_GBJ, FC_CBJ), 它们分别混合同一类搜索策略中不同算法或不同类搜索策略; 分析并给出了不同混合算法的性能差异. 系统测试结果表明混合搜索算法明显提高了解搜索效率和约束求解系统的性能.
解空间搜索是约束求解的关键环节. 目前较为常用的搜索算法一般是基于二元约束或单一搜索策略设计的. 本文设计了六个基于多元约束的混合搜索算法(BM_GASBJ, BM_GBJ, BM_CBJ, FC_GASBJ, FC_GBJ, FC_CBJ), 它们分别混合同一类搜索策略中不同算法或不同类搜索策略; 分析并给出了不同混合算法的性能差异. 系统测试结果表明混合搜索算法明显提高了解搜索效率和约束求解系统的性能.
2007, 33(9): 979-984.
doi: 10.1360/aas-007-0979
摘要:
当非完整系统只能局部转换为链式形式时, 由于存在变换奇异点集合, 针对链式系统所设计的全局反馈控制律只能局部镇定原非完整系统, 而且当期望状态接近奇异点时, 闭环系统的吸引区很小. 本文针对一类可局部转换为链式系统的非完整系统, 首先利用吸引区是状态空间中的一个不变集且与变换奇异点集不相交的条件导出了一个吸引区的不变子集, 然后给出了将系统状态从任意点驱动到吸引区不变子集内的开环控制算法, 最后结合开环控制和闭环控制得到一种混合控制算法. 该混合控制算法可以保证任意不在变换奇异点集合内的期望状态是全局渐近稳定的. 对平面两转动关节空间机器人的仿真结果证实了算法的有效性.
当非完整系统只能局部转换为链式形式时, 由于存在变换奇异点集合, 针对链式系统所设计的全局反馈控制律只能局部镇定原非完整系统, 而且当期望状态接近奇异点时, 闭环系统的吸引区很小. 本文针对一类可局部转换为链式系统的非完整系统, 首先利用吸引区是状态空间中的一个不变集且与变换奇异点集不相交的条件导出了一个吸引区的不变子集, 然后给出了将系统状态从任意点驱动到吸引区不变子集内的开环控制算法, 最后结合开环控制和闭环控制得到一种混合控制算法. 该混合控制算法可以保证任意不在变换奇异点集合内的期望状态是全局渐近稳定的. 对平面两转动关节空间机器人的仿真结果证实了算法的有效性.
2007, 33(9): 985-988.
doi: 10.1360/aas-007-0985
摘要:
将多 Lyapunov 函数方法推广至时滞情形, 分析切换与时滞对于稳定性的影响. 以 Halanay 不等式为引理, 给出了与时滞相关的切换序列约束条件, 以保证系统的指数稳定性. 若时滞项消失, 本文关于切换对于稳定性影响的分析与无时滞情形的相关结论是一致的. 仿真结果说明了本文方法的有效性.
将多 Lyapunov 函数方法推广至时滞情形, 分析切换与时滞对于稳定性的影响. 以 Halanay 不等式为引理, 给出了与时滞相关的切换序列约束条件, 以保证系统的指数稳定性. 若时滞项消失, 本文关于切换对于稳定性影响的分析与无时滞情形的相关结论是一致的. 仿真结果说明了本文方法的有效性.
2007, 33(9): 989-992.
doi: 10.1360/aas-007-0989
摘要:
考虑直升机的镇定问题. 通过把直升机的部分动态视为非线性扰动下的积分器链, 并进一步转化为前馈型系统, 然后运用饱和设计方法, 给出了直升机镇定控制器的设计. 并用 Lyapunov 方法证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 本文设计方法简单, 无需前推、反推技巧, 也无需小增益分析. 与现存的控制器设计相比, 本文的控制律形式简单. 数例仿真表明了方法的有效性.
考虑直升机的镇定问题. 通过把直升机的部分动态视为非线性扰动下的积分器链, 并进一步转化为前馈型系统, 然后运用饱和设计方法, 给出了直升机镇定控制器的设计. 并用 Lyapunov 方法证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 本文设计方法简单, 无需前推、反推技巧, 也无需小增益分析. 与现存的控制器设计相比, 本文的控制律形式简单. 数例仿真表明了方法的有效性.
2007, 33(9): 993-996.
doi: 10.1360/aas-007-0993
摘要:
针对一类各通道动态响应时间呈现较大差异的复杂大系统的控制问题, 提出了一种基于不同时标和分散通信模式下的预测控制算法. 该算法考虑了各个子系统的快慢特性和耦合关系, 采用纳什最优的思想, 并利用多时标信息预估方法实现整个系统的优化控制. 仿真实例验证了该算法的有效性.
针对一类各通道动态响应时间呈现较大差异的复杂大系统的控制问题, 提出了一种基于不同时标和分散通信模式下的预测控制算法. 该算法考虑了各个子系统的快慢特性和耦合关系, 采用纳什最优的思想, 并利用多时标信息预估方法实现整个系统的优化控制. 仿真实例验证了该算法的有效性.
2007, 33(9): 996-999.
doi: 10.1360/aas-007-0996
摘要:
机器学习回归方法被广泛应用于复杂工业过程的软测量建模. k-最近邻 (kNN) 算法是一种流行的学习算法, 可用于函数回归问题. 然而, 传统 kNN 算法存在运行效率低、距离计算忽略特征权值的缺点. 本文引入了二次型距离定义和样本集剪辑算法, 改进了传统 kNN 回归算法, 并将改进的算法用于工业过程软测量建模. 仿真实验得到了一些有益的结论.
机器学习回归方法被广泛应用于复杂工业过程的软测量建模. k-最近邻 (kNN) 算法是一种流行的学习算法, 可用于函数回归问题. 然而, 传统 kNN 算法存在运行效率低、距离计算忽略特征权值的缺点. 本文引入了二次型距离定义和样本集剪辑算法, 改进了传统 kNN 回归算法, 并将改进的算法用于工业过程软测量建模. 仿真实验得到了一些有益的结论.
2007, 33(9): 1000-1003.
doi: 10.1360/aas-007-1000
摘要:
针对有限频段提出了窗口 H∞ 范数的新概念, 然后给出了有限频段的界实定理及其对偶形式. 按照模型匹配原则, 将 PID 控制器的设计问题转化为窗口 H∞ 范数优化问题, 通过求解 LMI 得到 PID 控制器参数. 仿真结果验证了设计方法的有效性.
针对有限频段提出了窗口 H∞ 范数的新概念, 然后给出了有限频段的界实定理及其对偶形式. 按照模型匹配原则, 将 PID 控制器的设计问题转化为窗口 H∞ 范数优化问题, 通过求解 LMI 得到 PID 控制器参数. 仿真结果验证了设计方法的有效性.
2007, 33(9): 1004-1008.
doi: 10.1360/aas-007-1004
摘要:
非线性两端边值问题是在非线性最优控制计算中遇到的主要困难, 通常将其转化为线性两端边值问题的迭代求解．因此, 很有必要发展求解线性时变非齐次方程的两端边值问题的精确、高效算法. 本文通过引入区段混合能的概念, 将问题转化为区段的混合能矩阵及向量的求解, 进一步给出了它们的保辛摄动算法. 该算法具有很强的并行性, 高效而精确. 本文还指出经典的 Riccati 变换方法是该方法的一个特例. 数值算例验证了本文方法的有效性.
非线性两端边值问题是在非线性最优控制计算中遇到的主要困难, 通常将其转化为线性两端边值问题的迭代求解．因此, 很有必要发展求解线性时变非齐次方程的两端边值问题的精确、高效算法. 本文通过引入区段混合能的概念, 将问题转化为区段的混合能矩阵及向量的求解, 进一步给出了它们的保辛摄动算法. 该算法具有很强的并行性, 高效而精确. 本文还指出经典的 Riccati 变换方法是该方法的一个特例. 数值算例验证了本文方法的有效性.
