2007年 第33卷 第1期
2007, 33(1): 1-8.
doi: 10.1360/aas-007-0001
摘要:
图像匹配是视觉跟踪领域中的重要环节，利用巴氏(Bhattacharyya) 系数度量模板与待匹配区域之间的统计特征相似性是图像匹配中最有效的方法之一. 但是由于背景特征的影响，有时应用巴氏指标进行匹配得到的最优解的位置并不一定是目标特征的实际位置，因而在视觉跟踪过程中目标定位可能出现偏差，甚至跟踪错误. 本文提出了一种基于后验概率的图像匹配相似性指标，该指标利用搜索区域的统计特征，能有效抑制待匹配区域特征中背景因素的影响，同时突出了目标特征的权重，与巴氏指标相比明显改善了匹配函数的峰值特性. 这种指标的另一突出优点是计算复杂度很低，容易得到全局最优解.与巴氏系数指标的匹配结果进行的比较表明，本文所提出的匹配指标在复杂背景下具有更强的目标识别与分辨能力
图像匹配是视觉跟踪领域中的重要环节，利用巴氏(Bhattacharyya) 系数度量模板与待匹配区域之间的统计特征相似性是图像匹配中最有效的方法之一. 但是由于背景特征的影响，有时应用巴氏指标进行匹配得到的最优解的位置并不一定是目标特征的实际位置，因而在视觉跟踪过程中目标定位可能出现偏差，甚至跟踪错误. 本文提出了一种基于后验概率的图像匹配相似性指标，该指标利用搜索区域的统计特征，能有效抑制待匹配区域特征中背景因素的影响，同时突出了目标特征的权重，与巴氏指标相比明显改善了匹配函数的峰值特性. 这种指标的另一突出优点是计算复杂度很低，容易得到全局最优解.与巴氏系数指标的匹配结果进行的比较表明，本文所提出的匹配指标在复杂背景下具有更强的目标识别与分辨能力
2007, 33(1): 9-14.
doi: 10.1360/aas-007-0009
摘要:
本文提出一种不同光照条件下人脸图像的低维光照空间表示方法.这种低维光照空间表示不仅能够由输入图像估计其光照参数，而且能够由给定的光照条件生成虚拟的人脸图像.利用主成分分析和最近邻聚类方法得到9个基本点光源的位置，这9个基本点光源可以近似人脸识别应用中几乎所有的光照条件.在这9个基本光源照射下的9幅人脸基图像构成了低维人脸光照空间，它可以表示不同光照条件下的人脸图像，结合光照比图像方法，可以生成不同光照下的虚拟人脸图像.本文提出的低维光照空间的最大优点是利用某个人脸的图像建立的光照空间，可以用于不同的人脸.图像重构和不同光照下的人脸识别实验说明了本文算法的有效性.
本文提出一种不同光照条件下人脸图像的低维光照空间表示方法.这种低维光照空间表示不仅能够由输入图像估计其光照参数，而且能够由给定的光照条件生成虚拟的人脸图像.利用主成分分析和最近邻聚类方法得到9个基本点光源的位置，这9个基本点光源可以近似人脸识别应用中几乎所有的光照条件.在这9个基本光源照射下的9幅人脸基图像构成了低维人脸光照空间，它可以表示不同光照条件下的人脸图像，结合光照比图像方法，可以生成不同光照下的虚拟人脸图像.本文提出的低维光照空间的最大优点是利用某个人脸的图像建立的光照空间，可以用于不同的人脸.图像重构和不同光照下的人脸识别实验说明了本文算法的有效性.
2007, 33(1): 15-20.
doi: 10.1360/aas-007-0015
摘要:
本文提出了一个基于传统BDI结构的新型Agent模型，即：BDIM模型。通过在传统的BDI结构模型基础上追加激励算子（motivation）试图解决传统的BDI结构在描述自学习机制和知识动态维护方面的局限性。本文在Rao和Georgeff基于扩展计算树逻辑对BDI结构形式化建模的基础上进行了扩展，把激励相关算子无缝地嵌入到一个已经比较完善的形式化体系结构中.
本文提出了一个基于传统BDI结构的新型Agent模型，即：BDIM模型。通过在传统的BDI结构模型基础上追加激励算子（motivation）试图解决传统的BDI结构在描述自学习机制和知识动态维护方面的局限性。本文在Rao和Georgeff基于扩展计算树逻辑对BDI结构形式化建模的基础上进行了扩展，把激励相关算子无缝地嵌入到一个已经比较完善的形式化体系结构中.
2007, 33(1): 21-27.
doi: 10.1360/aas-007-0021
摘要:
研究一类动态多尺度系统的融合估计方法，这类系统具有已知的动态系统模型约束，由具有不同采样率的多个传感器独立观测，传感器的采样率以M(M 2)倍递减. 用M 带小波变换来拟合状态在各尺度空间的投影关系，建立了满足标准卡尔曼滤波条件的系统模型. 进行卡尔曼滤波后，可以获得系统状态最优估计值. 仿真结果验证了该动态多尺度系统融合估计算法的有效性.
研究一类动态多尺度系统的融合估计方法，这类系统具有已知的动态系统模型约束，由具有不同采样率的多个传感器独立观测，传感器的采样率以M(M 2)倍递减. 用M 带小波变换来拟合状态在各尺度空间的投影关系，建立了满足标准卡尔曼滤波条件的系统模型. 进行卡尔曼滤波后，可以获得系统状态最优估计值. 仿真结果验证了该动态多尺度系统融合估计算法的有效性.
2007, 33(1): 28-31.
doi: 10.1360/aas-007-0028
摘要:
基于Bures距离，选择一个表征量子系统期望态和实际态间距离的Lyapunov函数.考虑到初始态与期望态分别正交和不正交的情况，提出一类带有状态反馈的控制策略，它可以保证闭环控制系统的稳定性.特别详细地分析、推导和证明了系统的渐进稳定性.最后，在一个自旋1/2粒子系统上进行了仿真实验，分析了不同参数情况下系统的状态演化时间和控制值间的关系.研究结果对于量子系统的控制具有一般理论意义.
基于Bures距离，选择一个表征量子系统期望态和实际态间距离的Lyapunov函数.考虑到初始态与期望态分别正交和不正交的情况，提出一类带有状态反馈的控制策略，它可以保证闭环控制系统的稳定性.特别详细地分析、推导和证明了系统的渐进稳定性.最后，在一个自旋1/2粒子系统上进行了仿真实验，分析了不同参数情况下系统的状态演化时间和控制值间的关系.研究结果对于量子系统的控制具有一般理论意义.
2007, 33(1): 32-36.
doi: 10.1360/aas-007-0032
摘要:
本文讨论了可变比特率（VBR）视频流在有服务质量(QoS)保证的信道上传输时的信源和信道速率控制问题.首先将其表述为离散线性时延系统的最优控制问题，然后利用离散极大值原理得到该问题的最优解.和传统的解决方案相比较，本文的方法适合于具有连续输出码率的编码器，并对于编码器和解码器的缓冲区大小没有特殊要求，理论分析和实验结果表明，本文的方法具有更低的复杂度.该方法既能用于离线编码，也能用于在线编码.
本文讨论了可变比特率（VBR）视频流在有服务质量(QoS)保证的信道上传输时的信源和信道速率控制问题.首先将其表述为离散线性时延系统的最优控制问题，然后利用离散极大值原理得到该问题的最优解.和传统的解决方案相比较，本文的方法适合于具有连续输出码率的编码器，并对于编码器和解码器的缓冲区大小没有特殊要求，理论分析和实验结果表明，本文的方法具有更低的复杂度.该方法既能用于离线编码，也能用于在线编码.
2007, 33(1): 37-43.
doi: 10.1360/aas-007-0037
摘要:
以外移动副驱动，含平行四边形支链结构的3自由度平动并联机构为对象，提出一种鲁棒轨迹跟踪控制方法. 在分别建立了机构和交流伺服电机动力学模型，及考虑了因模型简化和外部干扰造成的不确定性影响基础上设计了一种可有效抑制上述因素影响的鲁棒轨迹跟踪控制，并在理论上证明了系统的稳定收敛并具有抗干扰的能力. 对不同轨迹跟踪仿真结果表明，该方法可保证跟踪误差的一致终值有界.
以外移动副驱动，含平行四边形支链结构的3自由度平动并联机构为对象，提出一种鲁棒轨迹跟踪控制方法. 在分别建立了机构和交流伺服电机动力学模型，及考虑了因模型简化和外部干扰造成的不确定性影响基础上设计了一种可有效抑制上述因素影响的鲁棒轨迹跟踪控制，并在理论上证明了系统的稳定收敛并具有抗干扰的能力. 对不同轨迹跟踪仿真结果表明，该方法可保证跟踪误差的一致终值有界.
2007, 33(1): 44-47.
doi: 10.1360/aas-007-0044
摘要:
研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H-infinity控制器设计问题. 首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H-infinity控制的充分条件, 并用于状态反馈H-infinity控制设计. 然后对所得控制增益进行降阶观测, 基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解, 考虑系统的H-infinity性能约束, 提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.
研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H-infinity控制器设计问题. 首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H-infinity控制的充分条件, 并用于状态反馈H-infinity控制设计. 然后对所得控制增益进行降阶观测, 基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解, 考虑系统的H-infinity性能约束, 提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.
2007, 33(1): 48-53.
doi: 10.1360/aas-007-0048
摘要:
摘要利用基于自适应粒子滤波与地图匹配方法实现了机器人的自定位. 提出了一种采用距离相似性度量以及几何相似性度量的二次更新方法，对常规的基于激光测距仪的粒子滤波定位方法进行了改进，既增强了系统的鲁棒性，又提高了系统的计算效率. 仿真结果表明，移动机器人利用该定位方法可以在室内环境中利用自然特征进行鲁棒高效的自定位.
摘要利用基于自适应粒子滤波与地图匹配方法实现了机器人的自定位. 提出了一种采用距离相似性度量以及几何相似性度量的二次更新方法，对常规的基于激光测距仪的粒子滤波定位方法进行了改进，既增强了系统的鲁棒性，又提高了系统的计算效率. 仿真结果表明，移动机器人利用该定位方法可以在室内环境中利用自然特征进行鲁棒高效的自定位.
2007, 33(1): 54-58.
doi: 10.1360/aas-007-0054
摘要:
具有三维运动能力和独特的节律运动方式，使生物蛇能在复杂的地形环境中生存. 大多数动物节律运动是由中央模式发生器(Central pattern generator, CPG) 控制的. 以此为理论依据, 首次以循环抑制建模机理构建蛇形机器人组合关节运动控制的CPG 模型. 证明该模型是节律输出型CPG 中微分方程维数最少的. 采用单向激励方式连接该类CPG 构建蛇形机器人三维运动神经网络控制体系，给出该CPG 网络产生振荡输出的必要条件. 应用蛇形机器人动力学模型仿真得到控制三维运动的CPG 神经网络参数，利用该CPG 网络的输出使\勘查者"成功实现三维运动. 该结果为建立未探明的生物蛇神经网络模型提供了一种全新的方法.
具有三维运动能力和独特的节律运动方式，使生物蛇能在复杂的地形环境中生存. 大多数动物节律运动是由中央模式发生器(Central pattern generator, CPG) 控制的. 以此为理论依据, 首次以循环抑制建模机理构建蛇形机器人组合关节运动控制的CPG 模型. 证明该模型是节律输出型CPG 中微分方程维数最少的. 采用单向激励方式连接该类CPG 构建蛇形机器人三维运动神经网络控制体系，给出该CPG 网络产生振荡输出的必要条件. 应用蛇形机器人动力学模型仿真得到控制三维运动的CPG 神经网络参数，利用该CPG 网络的输出使\勘查者"成功实现三维运动. 该结果为建立未探明的生物蛇神经网络模型提供了一种全新的方法.
2007, 33(1): 59-65.
doi: 10.1360/aas-007-0059
摘要:
为了简化多变量广义预测控制MGPC 的设计与实现,提出了对角CARIMA (Controlled autoregressive integrated moving average) 模型MGPC 控制器系数的直接求解方法. 利用多变量对角CARIMA 模型直接递推得到了非常简洁的 MGPC 控制器，控制增量等于控制器系数与设定值、过程输入输出历史数据、模型预测误差历史数据的乘积，控制器系数只与模型参数和设计参数有关，控制器系数维数只由模型结构参数决定. 避免了Diophantine 方程的求解，减少了在线计算量，简化了MGPC 控制器的实现. 在一个DCS 控制的非线性液位装置上的对比实验结果表明了该方法的有效性.
为了简化多变量广义预测控制MGPC 的设计与实现,提出了对角CARIMA (Controlled autoregressive integrated moving average) 模型MGPC 控制器系数的直接求解方法. 利用多变量对角CARIMA 模型直接递推得到了非常简洁的 MGPC 控制器，控制增量等于控制器系数与设定值、过程输入输出历史数据、模型预测误差历史数据的乘积，控制器系数只与模型参数和设计参数有关，控制器系数维数只由模型结构参数决定. 避免了Diophantine 方程的求解，减少了在线计算量，简化了MGPC 控制器的实现. 在一个DCS 控制的非线性液位装置上的对比实验结果表明了该方法的有效性.
2007, 33(1): 66-71.
doi: 10.1360/aas-007-0066
摘要:
考虑系统参数未知情况下的动态电源管理问题，提出一种基于强化学习的在线策略优化算法. 通过建立事件驱动的随机切换分析模型，将动态电源管理问题转化为带约束的Markov 决策过程的策略优化问题. 利用此模型的动态结构特性，结合在线学习估计梯度与随机逼近改进策略，提出动态电源管理策略的在线优化算法．随机切换模型对电源管理系统的动态特性描述精确，在线优化算法自适应性强，运算量小，精度高，具有较高的实际应用价值．
考虑系统参数未知情况下的动态电源管理问题，提出一种基于强化学习的在线策略优化算法. 通过建立事件驱动的随机切换分析模型，将动态电源管理问题转化为带约束的Markov 决策过程的策略优化问题. 利用此模型的动态结构特性，结合在线学习估计梯度与随机逼近改进策略，提出动态电源管理策略的在线优化算法．随机切换模型对电源管理系统的动态特性描述精确，在线优化算法自适应性强，运算量小，精度高，具有较高的实际应用价值．
2007, 33(1): 72-77.
doi: 10.1360/aas-007-0072
摘要:
为研究自治分段线性振荡系统中出现的分叉及混沌动力学行为，系统建模及稳定性分析是一种必不可少的分析手段. 本文通过构造周期内离散映射解析模型，并结合边界条件的动态数值求解，提出了一种动态离散映射数值建模方法，进而推导了用以判定系统周期闭轨稳定性的Jacobian 矩阵求解模型. 最后，本文以电力电子系统中一种常用的5 维软开关逆变自治振荡电路作为实例，通过模型仿真观察到频率的分叉现象，并根据Jacobian 矩阵的特征乘数对系统的稳定性进行了研究. 基于该模型的仿真分析结果与实验系统中所观察到的现象一致，从而验证了该方法的有效性.
为研究自治分段线性振荡系统中出现的分叉及混沌动力学行为，系统建模及稳定性分析是一种必不可少的分析手段. 本文通过构造周期内离散映射解析模型，并结合边界条件的动态数值求解，提出了一种动态离散映射数值建模方法，进而推导了用以判定系统周期闭轨稳定性的Jacobian 矩阵求解模型. 最后，本文以电力电子系统中一种常用的5 维软开关逆变自治振荡电路作为实例，通过模型仿真观察到频率的分叉现象，并根据Jacobian 矩阵的特征乘数对系统的稳定性进行了研究. 基于该模型的仿真分析结果与实验系统中所观察到的现象一致，从而验证了该方法的有效性.
2007, 33(1): 78-83.
doi: 10.1360/aas-007-0078
摘要:
研究多包描述系统的离线型输出反馈预测控制．已有一方法首先综合状态反馈预测控制，满足输入/ 状态约束；而在设计观测器时，不再考虑输入/ 状态约束．本文则首先给出观测器，并给出一组不等式条件使得真实状态、观测状态和观测误差都保持在同一个椭圆内部，以便采用线性矩阵不等式处理输入/ 状态约束．基此，本文离线计算一椭圆序列，每个椭圆对应一控制律和一观测器，而在线的实时控制律和观测器则从该序列中选择，使得闭环系统具有稳定性保证．仿真例子说明了本文方法的有效性．
研究多包描述系统的离线型输出反馈预测控制．已有一方法首先综合状态反馈预测控制，满足输入/ 状态约束；而在设计观测器时，不再考虑输入/ 状态约束．本文则首先给出观测器，并给出一组不等式条件使得真实状态、观测状态和观测误差都保持在同一个椭圆内部，以便采用线性矩阵不等式处理输入/ 状态约束．基此，本文离线计算一椭圆序列，每个椭圆对应一控制律和一观测器，而在线的实时控制律和观测器则从该序列中选择，使得闭环系统具有稳定性保证．仿真例子说明了本文方法的有效性．
2007, 33(1): 84-90.
doi: 10.1360/aas-007-0084
摘要:
基于计算机视觉的行人检测由于其在车辆辅助驾驶系统中的重要应用价值成为当前计算机视觉和智能车辆领域最为活跃的研究课题之一. 其核心是利用安装在运动车辆上的摄像机检测行人，从而估计出潜在的危险以便采取策略保护行人.本文在对这一问题存在的困难进行分析的基础上，对相关文献进行综述. 基于视觉的行人检测系统一般包括两个模块：感兴趣区分割和目标识别，本文介绍了这两个模块所采用的一些典型方法，分析了每种方法的原理和优缺点. 最后对性能评估和未来的研究方向等一系列关键问题给予了介绍.
基于计算机视觉的行人检测由于其在车辆辅助驾驶系统中的重要应用价值成为当前计算机视觉和智能车辆领域最为活跃的研究课题之一. 其核心是利用安装在运动车辆上的摄像机检测行人，从而估计出潜在的危险以便采取策略保护行人.本文在对这一问题存在的困难进行分析的基础上，对相关文献进行综述. 基于视觉的行人检测系统一般包括两个模块：感兴趣区分割和目标识别，本文介绍了这两个模块所采用的一些典型方法，分析了每种方法的原理和优缺点. 最后对性能评估和未来的研究方向等一系列关键问题给予了介绍.
2007, 33(1): 91-96.
doi: 10.1360/aas-007-0091
摘要:
提出一种与单纯形法相结合，用于解决全局数值优化问题的混合遗传算法. 在该混合方法中，采用了非线性排序选择、多个交叉后代竞争择优、变异尺度自适应变化变异算子和适应性阶段进化策略等改进的遗传机制，并采用精英个体保留策略、修改的单纯形策略及改进的遗传策略共同产生下一代群体. 数值结果表明提出的该方法的有效性.
提出一种与单纯形法相结合，用于解决全局数值优化问题的混合遗传算法. 在该混合方法中，采用了非线性排序选择、多个交叉后代竞争择优、变异尺度自适应变化变异算子和适应性阶段进化策略等改进的遗传机制，并采用精英个体保留策略、修改的单纯形策略及改进的遗传策略共同产生下一代群体. 数值结果表明提出的该方法的有效性.
2007, 33(1): 96-100.
doi: 10.1360/aas-007-0096
摘要:
针对一类具有未知死区并具有下三角函数控制增益矩阵的不确定MIMO非线性系统, 根据滑模控制原理, 并利用Nussbaum函数的性质, 提出了一种自适应模糊控制器的设计方案. 该方案取消了函数控制增益符号已知和死区模型参数上界、下界已知的条件. 通过引入积分型李亚普诺夫函数及最优逼近误差与死区扰动上界的自适应补偿项，证明了闭环系统是稳定的，跟踪误差收敛到零. 仿真结果表明了该方法的有效性.
针对一类具有未知死区并具有下三角函数控制增益矩阵的不确定MIMO非线性系统, 根据滑模控制原理, 并利用Nussbaum函数的性质, 提出了一种自适应模糊控制器的设计方案. 该方案取消了函数控制增益符号已知和死区模型参数上界、下界已知的条件. 通过引入积分型李亚普诺夫函数及最优逼近误差与死区扰动上界的自适应补偿项，证明了闭环系统是稳定的，跟踪误差收敛到零. 仿真结果表明了该方法的有效性.
2007, 33(1): 101-104.
doi: 10.1360/aas-007-0101
摘要:
针对一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定问题进行了讨论. 给出了三种基于连续状态反馈的全局有限时间状态反馈镇定方法. 首先，利用非线性齐次系统性质，设计出一种状态反馈控制器，使得闭环系统渐近稳定并且具有负的齐次度；其次，基于有限时间Lyapunov函数的反步构造法，给出了一种有限时间控制器；最后，利用非奇异终端滑模控制技术，得到了一种使闭环系统有限时间收敛到平衡点的反馈镇定控制器. 仿真结果表明了这些方法的有效性.
针对一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定问题进行了讨论. 给出了三种基于连续状态反馈的全局有限时间状态反馈镇定方法. 首先，利用非线性齐次系统性质，设计出一种状态反馈控制器，使得闭环系统渐近稳定并且具有负的齐次度；其次，基于有限时间Lyapunov函数的反步构造法，给出了一种有限时间控制器；最后，利用非奇异终端滑模控制技术，得到了一种使闭环系统有限时间收敛到平衡点的反馈镇定控制器. 仿真结果表明了这些方法的有效性.
2007, 33(1): 104-108.
doi: 10.1360/aas-007-0104
摘要:
针对具有非线性、多变量、强耦合、参数不确定等综合复杂特性的多机架冷连轧动态过程，在工作点附近建立基于轧制过程动态机理方程的线性状态空间模型，提出基于RBF 的轧机出口带钢速度模型以及机架间厚度延时估计方法，采用案例推理技术实现线性化多模型选择算法，研制了冷连轧动态过程的混合智能模型.使用某钢厂五机架四辊冷连轧机系统的实际生产过程数据进行仿真实验，在实际板厚控制系统的设定和轧件的扰动下，本文提出模型的各机架轧制力、冷轧板厚度和张力仿真结果与实际值的变化趋势相同，最大误差小于20%.
针对具有非线性、多变量、强耦合、参数不确定等综合复杂特性的多机架冷连轧动态过程，在工作点附近建立基于轧制过程动态机理方程的线性状态空间模型，提出基于RBF 的轧机出口带钢速度模型以及机架间厚度延时估计方法，采用案例推理技术实现线性化多模型选择算法，研制了冷连轧动态过程的混合智能模型.使用某钢厂五机架四辊冷连轧机系统的实际生产过程数据进行仿真实验，在实际板厚控制系统的设定和轧件的扰动下，本文提出模型的各机架轧制力、冷轧板厚度和张力仿真结果与实际值的变化趋势相同，最大误差小于20%.
2007, 33(1): 109-112.
doi: 10.1360/aas-007-0109
摘要:
对于使用标准的Mamdani 型模糊系统及正交投影参数调整算法进行非线性系统辨识，基于模糊模型参数的估计值收敛到其真实值所需的持续激励条件，给出了适用于非线性移动平均模型和二阶非线性自回归移动平均模型系统辨识的持续激励输入信号设计的几个算法.
对于使用标准的Mamdani 型模糊系统及正交投影参数调整算法进行非线性系统辨识，基于模糊模型参数的估计值收敛到其真实值所需的持续激励条件，给出了适用于非线性移动平均模型和二阶非线性自回归移动平均模型系统辨识的持续激励输入信号设计的几个算法.
