测量定位误差度量与测点布局规划

分析了测量点误差对定位精度的影响, 定义了两个与制造任务相关且具有坐标变换不变性的定位误差度量指标, 并由此诱导出与参考坐标系的选取无关的定位误差控制指标, 在此基础上提出了一个高效的测点布局规划算法. 另外还解释了测量点饱和现象, 指出测量点数目足够大时, 优化测点布局对提高定位精度无明显帮助。     

测量点目标运动参数的单目运动轨迹交会法

提出了一种理论体系完备的求解点目标三维运动的摄像测量方法——单目运动轨迹交会法. 通过对目标运动轨迹进行参数化描述, 将运动像机观察运动目标的系列视线, 与目标的参数化运动轨迹进行交会, 从而唯一确定了目标的三维轨迹和速度等运动参数. 该方法不同于常规点交会的三维交会测量模式, 不增加测距等辅助设备或改造成像光路, 有效解决了传统单目无法测量点目标三维运动的技术难题, 扩展了摄像测量和计算机视觉的一类应用范围, 可用于多种运动平台对运动目标的被动观测任务.     

基于边界元和分散式模糊推理的圆筒内壁形状识别算法

利用边界元法(BEM)和分散式模糊推理(DFI)算法求解二维稳态传热学几何反问题。首先,给定边界形状的初始猜测值,利用BEM求解传热学正问题,得到边界温度计算值;然后,根据DFI反演算法,利用温度测量值与其计算值的差值推理得到一组模糊推理分量;最后,对模糊推理分量进行综合加权,得到边界形状的补偿量。本文通过数值实验验证了DFI方法的有效性,讨论了初始猜测值、测量点数目以及测量误差等因素对反演结果的影响,并与共轭梯度法(CGM)的反演结果进行了对比。数值实验结果表明,与CGM相比,DFI降低了反演结果对温度测量点数目的依赖程度,增强了对温度测量误差的抗干扰能力,具有更好的抗不适定性。     

Gough-Stewart平台微分运动特性分析与综合

在Gough-Stewart平台一阶微分运动关系式的基础上,给出了机构末端执行器最大速度的上界;利用二阶微分运动关系式,导出了关节加速度与末端执行器速度之间的关系;讨论了机构基本构型参数对它们的影响规律. 在上述结论下,解决了基于Gough-Stewart平台数控机床设计中根据进给能力需求优化构型参数、确定关节伺服轴极限转速,以及在数控编程中由机床构型参数、关节伺服轴极限转速和加速度评价刀具进给能力的软极限的两类互逆问题.     

基于特征点的空间目标三维位姿单目视觉确定算法

针对基于特征点的空间目标包括相对位置和相对姿态等的三维位姿单目视觉确定问题,提出了一种基于逆投影思想的迭代方法.给出了一种包含景深估计和绝对方位解算两阶段的迭代算法,在景深估计阶段首先计算由转移矩阵表示的最优平移矢量,然后重构各特征点,并利用其在逆投影线上投影更新各特征点的景深;在绝对方位解算阶段采用Umeyama绝对方位解析算法计算相对姿态矩阵,上述两阶段迭代进行直至结果收敛.利用全局性收敛性定理证明了文中算法的全局收敛性.最后,以航天器交会对接最终逼近段的视觉测量为背景对该算法进行了数学和物理仿真,进一步验证了算法的有效性和收敛性.     

基于椭圆的形状描述与检索方法

研究了基于椭圆逼近形状轮廓的图像检索方法. 对形状进行了规范化研究, 保证了形状的检索与形状的位置、方位和大小无关. 研究发现任何封闭的形状都可以用一组椭圆来描述, 并且用这些椭圆可以惟一地重构原形状轮廓. 提出了用椭圆参数描述形状和检索相似形状的新方法. 根据不同椭圆对形状轮廓贡献的不同, 将形状分为高频椭圆和低频椭圆, 低频椭圆描述了形状的宏观特征, 高频椭圆描述了形状的细节特征, 提出了二阶段的形状检索方法. 实验结果表明, 该方法有较好的查询效果.     

交通流宏微观参数关系方程组实证分析

本文以James H．Banks关于平均时间间隔的研究为基础，提出交通流宏微观参数关系方程组，理论上较全面地描述两类交通参数的关系；应用实测交通数据对该方程组进行数据实证。分析表明，使用关系方程组产生的偏差不仅与统计时间间隔有关，而且与检测点的位置、交通状态相关。通过分析关系方程组的推导可知，偏差源于两个等式在理论上与实际运用中的不同。     

粒子群优化算法在确定河流水质参数中的应用

将粒子群优化（PSO）算法应用于求解分析瞬时投放示踪剂情况下的一维河流水团示踪试验数据，以及确定河流水质参数的函数优化问题。分别就粒子数目和待估水质参数的初始取值范围对算法运算过程的影响进行了数值实验。结果表明：①PSO算法能够有效地应用于求解分析河流水质试验数据，确定水质参数的函数优化问题；②粒子数目的多少对迭代次数、运算时间和算法是否收敛有一定的影响，在粒子数目较大的情况下，可以保证运算过程收敛；③待估参数初始猜测值的选取范围对迭代次数也有一定的影响，选取范围越大，需要的迭代次数越多。最后，指出了需要进一步研究的问题。     

受火侵袭两端完全约束钢梁大挠度行为的参数分析与极限温度准则

本文工作主要包括三部分：1）将有限变形动力学中的最小加速度原理应用于静力学问题,建立了火载荷作用下两端受约束钢梁问题的控制方程和计算模型,该模型考虑了大挠度效应,也涉及热膨胀变形效应,并配合包含温度效应的本构方程,因此形成对钢梁火灾行为进行数值模拟的动力有限差分法,能够充分描述钢梁受火作用下的大挠度行为和悬链线效应.与文献中已有方法相比,本文方法简单有效,并可容易地发展以用于爆炸和火载荷共同作用下钢梁行为的分析.初步数值结果比较表明,所给出的方法是有效和可靠的.2）利用该方法,本文详细比较了应用几种不同的热膨胀变形公式和材料强度、刚度折减系数公式后所给出的不同的位移响应结果,分析了这些参数对临界温度的影响.3）在对包含轴力和弯矩的屈服函数和轴力随温度变化规律分析的基础上,明确提出确定两端完全约束大挠度钢梁极限温度（或称失效温度）的两个准则,即分别由悬链轴力开始出现和达到最大值以确定两个相应的极限温度,而数值结果还表明,这样定义的两个极限温度与分别相应于最大挠度等于L/20和L/10的临界温度是接近的,该结论对于钢梁进行合理的抗火设计是很有益的.     

一种新型全姿态飞行仿真转台的运动学分析

针对三轴转台无法避免运动学奇异的缺陷,提出了一种四轴型全姿态飞行仿真转台,利用冗余自由度机构的特点,使机构始终保持提供三个自由度的运动.针对所提出的四轴转台的运动学正解问题,采用双欧拉法计算负载的姿态角,解决了全姿态欧拉角计算的奇异问题.针对四轴转台的运动学反解问题,采用基于伪逆的梯度投影法给出了带有性能指标优化的转轴角速度的最优解,然后用基于动态控制的方法获得转轴的角位置.提出的运动学反解算法能保证在获得期望姿态的同时,避免接近奇异位置和各轴的极限角位置.仿真结果表明,四轴型全姿态飞行仿真转台运动学性能明显优于三轴转台.     

大型飞机翼梁位置对气动弹性优化的影响研究

针对大型飞机弹性机翼初步设计阶段涉及的气动弹性问题,在建立大展弦比机翼三维有限元模型的基础上,研究前、后翼梁位置参数对气动弹性特性分析和优化结果的影响规律,为翼盒结构设计提供指导．研究表明,气动弹性优化对于结构设计获得可行解和更优解效果明显,前梁位置参数相对后梁对分析和优化结果的影响较大,且两种规律有所区别．此外,部分关键约束条件的愈加苛刻会导致结构质量显著增加,合理的约束限制对于优化结果有着重要意义．     

PD0L逆过程的求解与分析

强调指出L逆过程的重要性并给出了实现PD0L逆过程的程度算法. 在算法分析的基础上讨论了将L逆过程应用于数据压缩的可能性和存在的问题.     

混凝土材料三维统一硬化/软化弹塑性本构模型

混凝土材料的弹塑性本构模型通常采用剪切型屈服面,剪切型屈服面包括两种硬化方式,即黏聚力(c)硬化和摩擦角(?)硬化.目前大多数本构模型都采用c硬化模式,无法反映应力诱导各向异性.本文的屈服函数是由混凝土材料非线性统一强度准则发展而来,采用φ硬化模式.基于Sargin提出的单轴压缩应力应变关系,提出一个统一硬化/软化参数,即硬化和软化参数具有相同的表达式.将提出的硬化/软化参数与屈服函数相结合,发展了混凝土材料三维统一硬化/软化弹塑性本构模型.该模型能够统一地描述混凝土的硬化/软化,避免了循环加载中再加载过程中硬化或软化参数的判断,从而增加了计算效率.模型有效地确定了塑性势参数,使得建立的本构模型能够合理地控制混凝土的剪胀.建立了峰值应力对应的等效塑性剪应变与围压的关系,使得建立的模型能够描述混凝土材料的应变软化随围压的变化规律.通过与普通强度和高强混凝土的双轴和真三轴试验结果比较表明,建立的模型能够适用于不同类型的混凝土材料,并且能够合理地描述混凝土材料的变形和强度特性.     

载人登月定点返回轨道设计与特性分析

载人登月定点返回要求既满足月球停泊轨道约束,又要满足大气再入走廊和再入点位置约束,同时还需节省能量和时间.本文首先推导了适用于描述定点返回轨道的拼接模型圆锥曲线方程,通过选择物理意义明显的轨道参数作为设计变量,建立了包含转移时间和速度增量约束的定点返回轨道设计模型,然后将解析模型和数值算法有效结合起来设计初始轨道,采用了一种从初步设计到精确设计的串行策略来设计高精度轨道,仿真结果表明此方法具有求解精度高,计算速度快的特点.以上述方法为基础,对定点返回轨道的月心轨道参数、地心轨道参数、转移速度和时间等轨道特性做出了分析,为载人登月任务轨道方案的制定提供参考.     

面向群体共识机制的逆强化学习辨识方法

作为新一代人工智能的重要研究领域,群体智能是解决开放不确定环境中大规模复杂问题的必由途径,对人工智能的其他研究领域有着基础性和支撑性的作用.群体智能系统中,智能体遵循共识机制进行交互演化产生群体共识,辨识共识机制是构建和理解群体智能系统的关键.传统的共识机制建模方法需要做过多简化假设,难以面对复杂多样的群体智能系统,应建立数据驱动的共识机制辨识方法.本文将共识机制的辨识问题转化为群体智能系统的逆强化学习问题,提出面向群体共识机制的逆强化学习辨识方法,并将上述辨识方法应用于集群系统,在多个场景中验证了对群体智能系统的辨识能力,实现了对群体智能系统的共识机制的反演.     

描述颗粒凝并动力学的事件驱动常体积法

构建了“异数目权值虚拟颗粒群策略”和“异数目权值虚拟颗粒凝并准则”，在事件驱动MC的框架下描述数目权值不等的虚拟颗粒之间的凝并事件，并发展“常数目方案”和“阶梯式常数目方案”来保持虚拟颗粒数目在凝并动力学过程中保持在一定范围之内，且保持计算区域体积不变．该方法被命名为事件驱动常体积（EDCV）法．通过与多种主流MC的定量比较，证明EDCV法达到甚至超过了其他随机方法所表现的计算精度和计算效率．     

垂直起降飞行器的自适应集群编队飞行控制

本文针对垂直起降飞行器集群编队飞行控制问题开展研究.集群中的飞行器具有异构性质,即它们具有不同的惯性参数,并且每个飞行器对其自身的惯性参数也并未确切已知.另外,飞行器间的信息交互是局部的,每个飞行器仅与其邻近飞行器进行信息交互.为解决上述问题,本文基于级联架构,设计了一种自适应分布式控制算法.首先,在位置回路中设计一个分布式指令控制力,实现集群编队目标;接着,从设计出的指令控制力中提取出控制推力和指令姿态;最后,在姿态回路中设计一个控制力矩,实现姿态对指令姿态的跟踪.此外,在指令控制力和控制力矩设计过程中,提出合适的自适应算法对飞行器惯性参数进行估计.通过使用李雅普诺夫理论分析可知,所提出的自适应分布式控制算法确保了垂直起降飞行器渐进稳定的集群编队飞行.仿真结果进一步验证了所提算法的有效性.     

同时发生的颗粒凝并和沉积现象的Monte Carlo模拟

同时发生的颗粒凝并和沉积所导致的离散系统动力学演变过程数学上可由通用动力学方程描述. Monte Carlo算法是求解通用动力学方程的一类重要方法. 然而, 常体积法由于模拟颗粒数目的波动而存在着计算代价和计算精度无法协调的矛盾, 常数目法由于计算区域的不断收缩或扩展而难以工程实际应用和科学定量分析, 且这些Monte Carlo算法均依赖于子系统概念而大大限制了其扩展性和应用范围. 发展一种多重Monte Carlo算法求解同时考虑凝并和沉积的通用动力学方程. 该算法引入加权虚拟颗粒的概念, 基于时间驱动, 在颗粒尺度分布时间演变过程中同步保持恒定的虚拟颗粒数目和稳定的计算区域体积, 这使得MMC算法具有考虑边界条件、颗粒尺度分布空间扩散、甚至颗粒-流体动力学的可扩展性. 利用多重Monte Carlo算法对几种特殊工况进行数值模拟, 结果与理论分析解符合很好, 表明该算法具备较高且稳定的计算精度和较低的计算代价, 这是由于虚拟颗粒数目稳定且较少的缘故. 最后分析了该算法的误差源以及相对误差.     

基于HJ星高光谱数据红边参数的冬小麦叶面积指数反演

针对我国HJ-1A星搭载的高光谱成像仪(HSI)数据,探索基于HJ星高光谱影像的LAI反演研究,本文利用inverted Gaussian模型提取红谷位置、红边位置、红边振幅以及红边斜率4个红边参数,结合2009年4月、5月两期同步地面观测LAI数据,经过回归分析构建了反演叶面积指数的最优红边参数模型.结果表明红边位置、红边斜率和红边振幅与叶面积指数都达到了极显著相关,R2分别为0.5592,0.7796和0.8107说明HJ星高光谱影像数据在叶面积指数反演方面有很大的应用潜力.     

形态描述矩阵及其在彩色图像检索与识别中的应用

提出用以表达图像中特定区域内点的分布信息的形态描述矩阵. 该矩阵同时考虑了区域内各点的径向与角向分布信息, 能够全面、准确地表达图像的形态特征, 不受区域边界模糊的影响. 基于该形态描述矩阵, 提出了用以整体描述图像色彩区域的位置与形态特征以及判定彩色图像匹配程度的广义彩色直方图方法. 实验结果表明, 运用该方法, 能有效地进行彩色图像的检索和识别.