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2010年  第36卷  第2期

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综述与评论
思维(认知)科学在中国的创新与发展
戴汝为, 张雷鸣
2010, 36(2): 193-198. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00193
摘要:
介绍钱学森先生在中国开创思维(认知)科学的历程及其主要学术思想, 概要介绍了思维学、思维系统工程的研究, 分析了形象思维、社会思维在思维(认知)科学研究中的重要作用, 探讨了思维科学与认知科学研究的互相关联并对其共同发展进行了展望.
论文与报告
一种基于N-最优阶次序列的无线传感器网络节点定位方法
裴忠民, 邓志东, 徐硕, 许潇
2010, 36(2): 199-207. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00199
摘要:
基于阶次序列的无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSN)定位方法是一种新颖的高精度定位方法, 该方法将定位空间划分为不同的子区域, 每个子区域用一条阶次序列唯一标识. 但该方法存在区域边界节点定位误差较大且不能保证平均定位误差最优. 提出了一种基于N-最优阶次序列的节点定位方法. 首先基于无线信号衰减模型产生虚拟测试点, 以参考点为样本, 通过随机采样确定最优N值,然后选择阶次位于前N位的序列所表示的子区域, 对目标进行加权定位. 文中完成了100个节点的仿真实验、15个ZigBee网络硬件节点的室外实验以及10个ZigBee硬件节点的防空洞模拟矿井应用实验. 结果表明, 本文方法有效地降低了平均定位误差, 并改善了边界节点的定位精度.
基于混沌和免疫应答的增量聚类新算法
李向华, 王钲旋, 吕天阳, 车翔玖
2010, 36(2): 208-214. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00208
摘要:
受免疫应答原理的启发, 提出了一种适用于增量数据聚类的人工免疫系统框架, 以及在此框架上的结合混沌的自组织增量聚类新算法, 称为免疫应答算法(Immune response algorithm, IRA). 新算法利用Logistic混沌序列生成初始抗体种群, 利用其多样性识别新增的不属于任何已知簇的数据, 该过程模拟了初次免疫应答. 同时, 初次免疫应答形成的记忆抗体可用于二次免疫应答, 即识别新增的属于已知簇的数据. 为了减少数据冗余, 算法用中心点和代表点表示已知簇并动态更新其识别区域, 这样算法不但能动态、自组织地形成聚类, 而且实现了数据特征的提取. 模拟实验充分显示出该算法无论在聚类质量上还是数据特征的提取上, 都具有一定优势, 且具有参数数量少、速度快、对数据输入次序不敏感的优点, 在实际问题中有一定应用价值.
基于格的汉语自然对话语音索引方法研究
孟莎, 余鹏, 刘加
2010, 36(2): 215-220. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00215
摘要:
对汉语自然对话语音索引问题进行了研究. 比较了不同单元格的识别和检索性能, 提出不同单元格的转换方法、格间的融合方法以及格内节点与边的合并方法. 格转换实现了识别单元和索引单元的分离, 词格转换得到的无调音节格将品质因数(Figure of merit, FOM)从基线系统的69.2%提高到73.7%; 格间融合综合利用多个格的信息, 将FOM进一步提高到78.6%; 格内合并对格进行了有效的压缩, 使其可应用于海量语音检索.
基于仿射协变区域的抗几何攻击图像水印算法
邓成, 李洁, 高新波
2010, 36(2): 221-228. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00221
摘要:
提出了一种基于仿射协变区域的抗几何攻击数字图像水印算法. 首先利用仿射不变点检测算子提取图像特征点, 并通过基于最小生成树聚类算法的选择策略获得一组稳定且彼此独立的仿射协变特征区域. 然后基于特征区域, 利用图像归一化和主梯度方向对齐得到具有缩放和旋转不变性的圆形区域. 最后将水印在空域直接嵌入到圆形区域中. 大量的实验结果表明本文方法是有效的, 对常规图像处理、几何攻击以及组合攻击均具有较好的鲁棒性.
空间移不变系统图像超分辨复原的快速解耦算法
黄丽丽, 肖亮, 韦志辉, 张军
2010, 36(2): 229-236. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00229
摘要:
超分辨率图像复原是当今一个重要的热门研究课题. 本文提出了一种基于全变差模型的超分辨率复原快速解耦算法. 利用半二次正则化思想, 提出了一个新的解耦TV (Total variation)模型. 利用交替最小化方法和线性空间不变模糊的性质将上采样融合、去模糊和去噪分步进行. 算法中对上采样融合采用非迭代的直接计算方法; 去模糊过程采用基于变换的预处理共轭梯度迭代算法, 而去噪过程采用了子空间投影方法. 本文算法降低了算法复杂度; 超分辨率重建图像在去除噪声的同时, 不仅能够保证图像平坦区域的保真度, 较好地抑制阶梯效应的产生, 而且能够保持图像中边缘等重要几何结构的清晰度.
自适应多叉树防碰撞算法研究
丁治国, 朱学永, 郭立, 古今
2010, 36(2): 237-241. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00237
摘要:
提出了一种自适应多叉树防碰撞算法. 新算法在动态二叉树和四叉树搜索算法的基础上, 利用曼彻斯特编码可以准确识别碰撞位的特性, 通过计算碰撞因子, 估计标签数量, 从而在标签数较多的分支内选择动态四叉树搜索, 反之选择动态二叉树搜索. 理论和仿真分析表明: 新算法克服了动态二叉树和四叉树搜索算法的缺点, 在减少碰撞时隙数的基础上, 又减少了空闲时隙数, 大幅度地提高了搜索效率和时隙的吞吐率, 具有一定的创新性和实用性.
基于Memetic算法的要地防空优化部署方法
陈杰, 陈晨, 张娟, 辛斌
2010, 36(2): 242-248. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00242
摘要:
火力单元优化部署问题是网络化防空火控系统的一个重要研究内容. 本文将要地防空优化部署作为组合优化问题, 优化目标为最大化部署方案对保护要地的防御贡献程度, 约束主要考虑了地理条件和火力资源. 利用网格离散化思想对防区进行划分, 对部署方案、火力覆盖能力、约束条件以及火力覆盖要求等条件进行了表征, 建立了问题的数学模型. 构造了一种基于Memetic算法的优化求解方法, 运用遗传算法和邻域搜索作为全局和局部搜索方法, 用解的构造方式和选择策略处理了约束条件,比较了局部搜索使用不同邻域时算法的运行效率. 最后通过实验验证了本方法的合理性和有效性.
基于中心差分粒子滤波的SLAM算法
祝继华, 郑南宁, 袁泽剑, 张强
2010, 36(2): 249-257. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00249
摘要:
针对移动机器人同时定位与地图创建(Simultaneous localization and mapping, SLAM)中的FastSLAM算法, 存在非线性系统线性化处理和计算雅可比矩阵的缺点, 本文提出了基于Sterling多项式插值处理非线性系统的SLAM方法. 该方法基于Rao-Blackwellized粒子滤波框架, 利用中心差分滤波方法产生改进的建议分布函数, 提高了机器人位姿估计的精度; 利用中心差分滤波初始化特征和更新地图中的特征, 提高了地图创建的精度; 针对实际应用中存在虚假特征的情况 提出了一种有效的地图管理方法. 在同等粒子数的情况下, 该方法改进了SLAM结果的精度. 基于仿真和实际数据的实验结果验证了该方法的有效性.
带有随机丢包的空间关联系统的控制
李晖, 伍清河, 黄煌
2010, 36(2): 258-266. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00258
摘要:
研究当子系统之间信息传输存在随机丢包时空间关联系统的分析和设计问题. 通过引入空间移动算子和时间前向移动算子, 将关联系统建模为具有Markovian跳变参数的关于离散时间和空间变量的多维线性系统, 其中以Markovian跳变参数反映通信信道的状态, 得到整个关联系统在某一给定丢包率下适定且均方稳定的解析条件. 提出一种分布式动态输出反馈控制器的设计方法, 该控制器和被控对象具有相同的空间关联结构, 并基于线性矩阵不等式方法求解. 最后通过一个具有通信丢包影响的多机编队控制系统实例进一步阐明该模型及方法的正确性和有效性.
基于新的松弛条件的离散时间2-D T-S模糊系统的镇定
解相朋, 张化光
2010, 36(2): 267-273. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00267
摘要:
研究了在实际中有广泛应用的罗斯勒型离散时间非线性2-D系统的镇定问题. 首先, 运用离散时间2-DT-S模糊模型来对所研究的非线性2-D系统进行建模. 其次, 通过利用放松二次镇定技术得到新的关于2-D系统的二次镇定条件. 然后, 为了继续减少结果的保守性, 通过利用一个新的参数依赖李亚普诺夫函数、矩阵转换技术和松弛技术, 得到了新的非二次镇定条件. 最后, 用一个仿真例子来验证了结果的有效性.
基于故障诊断观测器的输出反馈容错控制设计
张柯, 姜斌
2010, 36(2): 274-281. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00274
摘要:
针对自适应故障诊断观测器需要误差系统满足苛刻的严格正实条件(Strictly positive real, SPR)和难于处理输出存在扰动的不确定性系统等问题, 提出了一种新型的增广故障诊断观测器的设计方法, 不仅显著地拓宽了自适应故障诊断观测器的适用范围, 而且其具有处理系统扰动的良好性能. 在故障估计的基础上, 提出了动态输出反馈容错控制的设计方法, 避免了基于观测器的状态反馈容错控制的设计难点. 同时, 故障诊断观测器和输出反馈容错控制是分开设计的, 并且又考虑了各自的性能, 简化了设计过程. 最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性.
中厚板热轧生产调度优化方法
於春月, 王成恩, 曲蓉霞
2010, 36(2): 282-288. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00282
摘要:
中厚板热轧生产调度, 是一个有优先约束、等待时间和缓冲容量有限的单机调度问题. 用AON (Activity-on-node)网络对问题进行描述, 提出并证明了面向单机调度问题的AON网络平衡定理, 根据平衡定理, 建立了以轧机利用率最大为优化目标的非线性约束优化数学模型, 并利用优化软件LINGO进行求解. 计算实例表明, 所提出的数学优化方法, 与现有的启发式方法相比, 能够获得更好的优化目标, 所得到的生产调度方案, 生产节奏稳定, 更有利于组织生产.
基于多Agent强化学习的多站点CSPS系统的协作Look-ahead控制
唐昊, 万海峰, 韩江洪, 周雷
2010, 36(2): 289-296. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00289
摘要:
研究多站点传送带给料生产加工站(Conveyor-serviced production station, CSPS)系统的最优控制问题, 其优化目标是通过合理选择每个CSPS的Look-ahead控制策略, 实现整个系统的工件处理率最大.本文首先根据多Agent系统的反应扩散思想, 对每个Agent的原始性能函数进行改进, 引入了具有扩散功能的局域信息交互项(原始项看作具有反应功能); 并运用性能势理论, 构建一种适用于平均和折扣两种性能准则的Wolf-PHC多Agent学习算法, 以求解决策时刻不同步的多站点的协作Look-ahead控制策略. 最后,论文通过仿真实验验证了该算法的有效性,学习结果表明, 通过性能函数的改进,各工作站的负载平衡性得到改善, 整个系统的工件处理率也明显提高.
基于定转子电阻误差补偿的感应电动机自适应逆解耦控制研究
巫庆辉, 伦淑娴
2010, 36(2): 297-303. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00297
摘要:
对于具有多变量、非线性、强耦合、慢时变等特征的异步电动机调速系统, 实现定子磁链与电磁转矩的高精度动态解耦是提高系统性能的关键. 首先通过非线性状态反馈建立感应电动机的积分逆模型, 并在此基础上提出了一个基于定、转子电阻误差补偿的感应电动机自适应逆解耦控制方法, 将补偿后的积分逆模型串联到对象的输入端建立广义被控对象. 复杂的感应电动机调速系统被解耦成电磁转矩与定子磁链的两个独立回路, 利用线性系统理论分别对独立回路进行综合设计, 实现定子磁链和电磁转矩对各自给定值的渐近跟踪. 利用Matlab进行了仿真实验, 实验结果验证了建议方案的有效性和可行性.
强化Dynasearch & TS算法求解酸轧生产调度问题
唐立新, 赵任
2010, 36(2): 304-313. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00304
摘要:
酸轧生产调度的主要任务是在满足酸轧机组生产工艺和能力约束下, 考虑下游机组的流向需求,为保证生产连续性和平滑过渡的要求,从给定候选池中选择适合的板卷构成一个酸轧调度单元. 针对此问题, 本文建立了以最小化过渡费用和调度单元剩余容量惩罚费用为目标的整数规划模型, 提出了一种嵌入强化Dynasearch算法的禁忌搜索混合算法. 该混合算法采用基于最小插入法的两阶段启发式产生初始解, 根据采用邻域结构的不同设计双禁忌表, 为了避免算法陷入局部最优, 在禁忌搜索的每次迭代过程中嵌入Swap邻域和Inner-insert邻域相结合的多交换Dynasearch邻域, 并设计了多项式动态规划算法搜索该邻域. 针对问题的特征, 提出了Block分区结构, 基于此分析了多个可行解性质, 有效降低了搜索空间. 与一般禁忌搜索算法比较, 结果表明所提出的强化Dynsearch TS (Tabu search)算法求解效果明显优于一般TS算法, 平均改进量为3.62%, 算法运行时间大大缩短. 验证了该算法在解决此类问题的有效性.
基于新的图形化方法分析TCP/AQM系统的稳定性
葛龙, 方斌, 孙金生, 王执铨
2010, 36(2): 314-321. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00314
摘要:
为了正确地设置控制器参数, 针对主动队列管理(AQM)系统提出了一种图形化的稳定性分析方法. 将TCP/AQM系统的模型转化为带有时滞的二阶系统形式, 从而用特征伪多项式来刻画其闭环系统的稳定性. 在复平面上, 借助被控对象的逆奈奎斯特曲线和控制器的负频率特征直线, 给出了判定闭环系统稳定性的充要准则. 研究了使得AQM系统稳定的PID控制器的比例增益边界与网络参数之间的关系.通过Matlab和Network Simulator分别进行了仿真, 实验结果验证了该方法的有效性. 不同的PID控制器稳定区域对比, 进一步表明该方法的保守性较小. 该方法的优点在于计算复杂度较低, 而且在复平面上显示直观.
短文
减少离散大系统两级镇定控制的保守性
MOHAMMAD Reza-Davoodi, HAMID Reza-Momeni, ABDOLKARIM Daryabor
2010, 36(2): 322-327. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00322
摘要:
The aim of this paper is to propose a new algorithm for multilevel stabilization of large scale systems. In two-level stabilization method, a set of local stabilizers for the individual subsystems in a completely decentralized environment is designed. The solution of the control problem involves designing of a global controller on a higher hierarchical level that provides corrective signals to account for interconnections effect. The principle feature of this paper is to reduce conservativeness in global controller design. Here, the key point is to reduce the effect of interactions instead of neutralizing them. In fact, unlike prior methods, our idea does not ignore the possible beneficial aspects of the interactions and does not try to neutralize them.
有限时间域的H预演控制
王宏霞, 张焕水
2010, 36(2): 327-331. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00327
摘要:
主要研究有限时间域的H∞预演控制问题. 我们从传统的解决最优控制问题的思路入手, 发现了经典方法解决该问题的症结所在后, 寻找并通过一个适当的线性变换来排除之, 获得了问题可解的充要条件和一个简单的预演控制器. 最后使用一个数值例子演示了H∞预演控制器改进系统闭环性能的有效性.
基于GMM-UBM和GLDS-SVM的英文发音错误检测方法
李宏言, 黄申, 王士进, 梁家恩, 徐波
2010, 36(2): 332-336. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00332
摘要:
将语种和说话人识别的方法应用到英语发音错误检测系统, 提出一种基于广义线性区分序列支持向量机 (Generalized linear discriminant sequence based SVM, GLDS-SVM)的发音错误检测方法. 主要创新点为: 1)提出一种基于状态拼接的特征规整方案, 增强SVM对发音特征的建模能力; 2)提出一种基于多模型融合的模型训练策略, 该策略可以更加充分地利用训练数据, 并在一定程度上解决了由于真实发音错误数据缺乏造成的正负样本不均衡的问题; 3)将GLDS-SVM与基于通用背景模型GMM (Universal background models based GMM, GMM-UBM)的方法进行融合, 以进一步提高发音检错性能. GLDS-SVM和GMM-UBM的融合系统在仿真测试集和真实测试集上的等错误率 (Equal error rate, EER)分别达到9.92%和16.35%. 同时, GLDS-SVM在模型占用空间和运算速度方面均比传统径向基函数 (Radial basic function, RBF)核方法具有明显优势.
一类随机混杂系统的鲁棒方差控制
伍友利, 方洋旺, 王洪强, 刘文杰
2010, 36(2): 337-343. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00337
摘要:
对一类结构参数不完全已知的Markov跳变参数系统, 研究使得闭环系统的稳态状态方差小于某个给定的上界, 同时满足一定H∞性能的状态反馈鲁棒方差控制器设计问题. 运用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)方法, 对系统进行了方差分析, 给出并证明了控制器存在的条件, 进而用一组线性矩阵不等式的可行解给出了控制器的一个参数化表示. 通过建立一个具有LMI约束的凸优化问题, 给出了最小方差鲁棒控制器的设计方法. 最后仿真结果表明了该方法的有效性.
一种新颖的基于密度的祛噪声方法
王扬
2010, 36(2): 343-346. doi: 10.3724/SP.J.1004.2010.00343
摘要:
由于采集技术和设备的局限, 以及外界的各种干扰, 采集得到的数据中常常参杂着噪声, 直接影响着后续数据分析的结果. 传统的祛噪声方法,或是依赖于数据服从某一特定分布的假设, 或是只能对服从单一分布的数据进行祛噪声处理, 这些固有的缺陷大大降低了处理后数据的可信度. 本文提出了一种新颖的基于密度的祛噪声方法, 并应用在实际交通数据的处理中. 通过与传统方法的实验比较, 结果表明该方法摒除了传统方法的缺陷, 能够对服从多个相异分布的数据进行有效的祛噪声处理, 且处理后的数据能够很好地保留系统本质的特征.
基于信息融合估计的离散线性系统预见控制
甄子洋, 王志胜, 王道波
2010, 36(2): 347-352. doi: 10.1360/SP.J.1004.2010.00347
摘要:
针对期望轨迹和干扰可预见的离散线性最优跟踪问题, 提出了一种基于信息融合估计的预见控制方法. 推导了最优预见控制律的融合估计过程和最优预见性能指标. 建立了包含状态反馈项、目标和干扰前馈补偿项的信息融合预见控制系统, 并分析了其渐近特性和稳态跟踪误差问题. 直流电机系统的仿真结果表明, 信息融合预见控制下的系统跟踪性能随着预见步数的增加而迅速提高并趋于稳定, 且综合考虑跟踪误差与能量消耗时要优于传统预见控制.