华南理工大学学报(自然科学版)杂志

华南理工大学学报(自然科学版)杂志2019年第2期

• 基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

  魏武 李艳杰 廖志鹏 张晶

  针对传统的 D-H 参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意 义不明确且求逆解易产生增根等不足，文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运 动学建模展开研究，提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法，证明了 D-H 参 数法与基于旋量理论的建模方法的等价性，并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机 器人的速度雅可比矩阵，建立了蛇形机器人速度模型． 使用 Adams 软件对蛇形机器人进 行运动仿真，测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与 Matlab 计算所得的末端执行 器线速度和角速度曲线一致，结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性．

• 基于极性发射机的两点调制锁相环的设计

  梁振 李斌 黄沫 徐肯 叶晖

  采用0． 11μm 1P6M CMOS 工艺设计与研究了一款适用于蓝牙极性调制发射机 的两点调制锁相环． 为了校正锁相环中两个相位调制路径的环路增益，降低采用该锁相环 的发射机的频移键控误差，提出了一种新型的增益校正方法，并基于该方法设计了低相位 噪声、低锁定时间的两点调制锁相环电路． 芯片的测试结果表明，当压控振荡器震荡在 4． 8GHz时，该锁相环在偏离 4． 8 GHz 10 kHz、 1 MHz 和 3 MHz 时的相位噪声依次为 － 83、 －108和 －114dBc/Hz，采用该锁相环的极性调制发射机发射 0 dBm 信号时频移键控误差 为2． 97%，该锁相环的芯片面积为0． 32mm2，整体性能满足蓝牙射频芯片测试规范要求．

• 基于耦合和负反馈的宽带低噪声放大器架构

  姚若河 何晓檬

  为了改善现有宽带低噪声放大器( LNA) 拓扑结构电路的性能，文中提出了一个 交叉耦合和负反馈技术相结合的宽带低噪声放大器架构． 该 LNA 基于复合 NMOS/PMOS 交叉耦合的无电感宽带差分并联反馈共源低噪声放大器( SFCS-LNA) ，进一步在输出端和 输入端增加交叉连接的 PMOS 管，引入新的负反馈结构，通过对所引入 PMOS 管的跨导进 行调节，增加了 LNA 输入匹配的自由度，以解决原复合 NMOS/PMOS 交叉耦合 SFCS-LNA 的反馈电阻受限于输入匹配的问题，从而在保证输入匹配的同时提高反馈电阻的阻值，改 善 LNA 中的噪声、输入匹配和增益之间相互制约的矛盾． 结果表明，该 LNA 架构能有效 降低 LNA 的噪声系数和提高 LNA 的电压增益．

• 便携式三维成像声纳的非网格化稀疏阵列技术

  赵冬冬 刘雪松 周凡 陈耀武

  为降低便携式三维成像声纳系统的硬件开销，同时保证阵列的波束性能，提出了 一种非网格化阵列稀疏方法． 该方法基于十字型阵列，在模拟退火算法中加入阵元位置扰 动，以实现对十字型阵列的非网格稀疏优化，降低阵元数量; 引入多频发射和并行子阵接 收波束形成算法，构建模拟退火算法中新的能量函数，以保证十字型稀疏阵列具有成像实 时性以及较低的计算需求． 最后利用该方法对 100 + 100 的十字型阵列进行稀疏优化． 实 验结果表明，该方法获得的非网格化稀疏阵列能够获得预设的波束性能，并具有成像的实 时性和较低的计算需求;与现有文献相比，在保持相同波束性能的条件下，该稀疏阵列具 有最少的阵元数量．

• 信息物理融合系统的分布式采样控制

  黄俊华 胥布工 陈立定

  针对信息物理融合系统( CPS) 中的协调采样控制问题，提出了一种分布式控制 算法． 首先将 CPS 中的物理过程和数据信息处理过程建模为一组耦合关联的子系统和一 组可以相互通信的控制器;然后利用输入延迟方法构造 Lyapunov-Krasovskii 函数，并对系 统的稳定性进行了研究;接着基于稳定性理论，给出了系统在分布式采样控制律下的稳定 性条件，并在此基础上设计了一种分布式采样控制算法． 数值仿真结果表明: 当控制器通 信连接与系统耦合程度相当时，用于控制耦合程度较强的子系统控制器增益较小;当最大 采样时间变大时，控制器的控制约束量变大;文中提出的算法能根据物理过程的耦合关系 合理地配置 CPS 中的控制器资源．

• 小波能量引导下基于活动轮廓模型的部分实性 肺结节分割

  冯宝 陈相猛 李浦生 陈业航 姚楠 龙晚生

  由于部分实性肺结节( pGGO) 中的实性成分存在亮度不均匀和边界模糊等问题， 传统的活动轮廓模型很难取得精确的分割结果． 为此，文中提出了一种改进的小波能量引 导下的活动轮廓模型来完成 pGGO 中实性成分的分割． 首先，通过小波变换将图像的灰度 信息转变成小波系数，对低通小波系数进行模糊化，以抑制图像局部区域过增强和欠增 强，同时结合高通小波系数计算图像的小波能量并构建活动轮廓模型的区域项，以加强肺 结节中实性成分与周围磨玻璃影的区分;然后，利用高斯混合模型计算肺结节图像的后验 概率，将后验概率差作为活动轮廓模型的边界检测函数，使得在实性成分的边界处边界检 测函数趋于0，轮廓曲线停止演变． 实验结果显示，文中提出的模型得到的真阳性率为 0． 95、假阳性率为0． 23 和相似度为0． 80，有助于 pGGO 中实性成分的确定．

• 基于有向超图的图像匹配算法

  朱明 张健 梁栋 唐俊 张艳

  为了提高复杂变换下图模型的匹配精度，提出了一种基于有向超图的图像匹配 算法． 该算法首先分别在两个待匹配的特征点集中构造3 一致超图，计算每条超边所包含 三元组的权值，然后利用这些权值来构造加权邻接张量，最后通过凸凹松弛算法实现图像 匹配． 模拟和真实图像的实验结果表明，文中算法能够获得更高的匹配精度，对于复杂变 换的图像也有很好的匹配效果．

• 基于 PTV-TV 张量建模的压缩视频背景前景恢复与分离

  韩乐 魏蔚 高丽

  基于三阶张量的 H-TenＲPCA 模型是解决压缩感知场景分离问题的有效方法，但 该模型计算时间长，对硬件要求高，求解算法在理论上没有收敛性保证． 为此，文中利用背 景视频的时间连续性( PTV) 和前景时空连续性( 3D-TV) 来重构压缩前的背景与前景，提 出了基于 PTV-TV 张量建模的压缩视频背景前景恢复与分离模型，并采用有收敛性保证 的两块 ADMM 算法来求解相关优化问题． 实验结果表明: PTV-TV 模型能够完整恢复出视 频的背景和前景，对同一视频的处理，PTV-TV 模型的计算时间仅为 H-TenＲPCA 模型的 2/3;对于复杂动态背景数据，PTV-TV 模型在明显的时间优势下保持与 H-TenＲPCA 模型 相当的峰值信噪比和图像结构相似度．

• 鲁棒车载热成像行人检测的感兴趣区域提取方法

  徐哲炜 许瑞霖 刘琼

  现有的感兴趣区域( ＲoI) 提取方法很难兼顾较高召回率和较少的 ＲoI 数量． 为了 降低计算开销和 ＲoI 数量，提高召回率，文中提出了适合车载热成像行人检测的 ＲoI 提取 方法:首先，根据行人边缘特征存在的方向差异性判断图像中可能的行人竖直边缘，增强 其幅值;接着，级联行人尺寸约束和自适应局部双阈值分割方法过滤滑窗产生的边界框， 滤除大量的非行人边界框;然后，根据行人的轮廓特征，采用 T 型模板对过滤后的边界框 进行得分评估，在保留可能的行人腿部信息的同时去除边界框内部的无关边缘; 最后，利 用行人的强尺寸约束重新排序 ＲoI，以便在提取固定数量的 ＲoI 时能提高召回率． 在热成 像行人检测数据集 SCUT DataSet 上进行对比实验，结果表明: 当每幅图像提取400 个 ＲoI 时，文中方法的召回率达92%，比 EdgeBox 方法的召回率提高21%，计算时间减少了 10%

• 基于自适应双分数阶光流模型的运动目标分割

  朱斌 田联房 杜启亮 余陆斌

  针对当前光流算法在光照不足的环境下不能进行弱纹理区域的运动目标分割问 题，提出了一种自适应双分数阶光流( ADFOVOF) 模型． 该模型在双分数阶光流( DFOVOF) 模型的基础上，通过图像信噪比计算 DFOVOF 模型中数据项的分数阶微分掩模的 阶次及尺寸; 应用以光流向量为特征的超像素调整 DFOVOF 模型中平滑项的分数阶微分 掩模的形状． 实验结果表明，在光照不足或者光照变化剧烈的场景下，文中算法能够精确 估计光流场，获得清晰的运动目标轮廓．

• Tabular 表达式中正规函数表操作的形式语义

  周文博 刘磊 张鹏 吕帅

  正规函数表是一类典型的 Tabular 表达式，被广泛应用于软件说明文档． 文中对 Tabular 表达式中正规函数表操作的语义进行研究． 首先给出了正规函数表的形式文法， 讨论了规整性、完全性和不可交叉性等性质，说明了其求值过程; 然后根据操作的影响范 围，以内部操作和外部操作为分类标准，分别对二元操作、替换操作、提取操作和扩展操作 的语义进行刻画，讨论了各个操作的封闭性;最后通过电梯控制系统实例分析了相关操作 的实际应用场景，说明了正规函数表操作的形式语义的合理性和可用性． 实例结果表明， 文中提出的正规函数表操作的语义描述与实际结果是一致的．

• 一种移动社交网络的协同定位隐私保护方法

  李家春 熊冬青 曹建洲

  基于位置服务的移动社交网络中用户分享携带位置和好友标签的信息，不仅会 影响用户位置隐私也会泄漏好友的位置信息，从而导致基于协同定位信息攻击的位置隐 私泄露问题． 为此，文中提出了一种防御协同定位信息攻击的位置隐私保护方法，设计了 基于用户与好友线上交互的关系强度计算方法，给出了关系强度与位置隐私保护需求的 关联和量化方法，实现了一种基于协同定位信息隐藏和时间调整( CCTA) 的位置隐私保 护算法． 在推特数据集上的实验结果表明，文中方法能满足用户位置隐私保护需求，且保 护效果最佳．

• 近邻密度分布优化样本分配的改进 DPC 聚类算法

  纪霞 张涛 朱建磊 刘诗诚 李学俊

  DPC 算法是一种能够自动确定类簇数和类簇中心的新型密度聚类算法，但在样 本分配策略上存在聚类质量不稳定的缺陷． 其改进算法 KNN-DPC 虽然具有较好的聚类 效果，但效率不高而影响实用． 针对以上问题，文中提出了一种近邻密度分布优化的 DPC 算法． 该算法在 DPC 算法搜索和发现样本的初始类簇中心的基础上，基于样本的密度分 布采用两种样本类簇分配策略，依次将各样本分配到相应的类簇． 理论分析和在经典人工 数据集以及 UCI 真实数据集上的实验结果表明: 文中提出的聚类算法能快速确定任意形 状数据的类簇中心和有效地进行样本类簇分配;与 DPC 算法和 KNN-DPC 算法相比，文中 算法在聚类效果与时间性能上有更好的平衡，聚类稳定性高，可适用于大规模数据集的自 适应聚类分析．

• 基于 D- S 证据法的路面行车舒适性综合评价方法

  张金喜 周同举 王琳 吴洋

  路面行车舒适性主要受路面平整度的影响，目前主要有主观感受、行车振动以及 驾乘人员的心生理变化3 种评价方法． 由于测试对象、测试方法及评价标准不同，不同方 法对路面行车舒适性评价的准确性不同，评价结果也有一定的差异． 为了提升路面行车舒 适性评价的准确性和客观性，文中利用平整度范围为1． 06 ～5． 53m/km 的12 条沥青路面 的室外乘车试验结果，提出了采用 D-S( Dempster-Shafer) 证据法对3 种评价方法进行决策 融合的路面行车舒适性综合评价方法． 研究结果表明:采用 D-S 证据法建立的基于路面平 整度的行车舒适性综合评价体系能够显著降低各评价方法的不确定性，验证了模型的有 效性，得到了综合3 种舒适性评价方法的路面平整度绝对阈值;速度对综合评价体系的不 确定性下降比例有重要的影响，符合实际情况．

• 圆端形夹层结构桥墩防撞浮箱碰撞性能分析

  单成林 黄兆亮

  为实现回避撞击和柔性耗能防撞设计要求，文中讨论一种采用钢-聚氨酯夹层板制造的圆端形桥墩曲面防撞浮式套箱，用于内河航道桥墩防撞；利用 ABAQUS 有限元软件建立船舶、防撞浮箱、桥墩碰撞系统计算模型，对不同角度撞击时该浮箱以及桥墩的受力影响、能量转换、拨动船头程度进行了分析。分析结果表明最不利撞击时该浮箱具有良好的吸能防撞效果，能吸收绝大部分船舶动能，减少桥墩受力；在一般斜撞时易拨开船头，将船舶绝大部分动能保留在船上，能更有效地保护桥墩。

• 基于 MGM( 1，n) 模型的异形拱桥拱肋空间线形灰色预测

  陈得意 颜全胜 朱仕耀

  结合灰色预测模型和异形拱桥拱肋空间线形控制的特点，利用灰色系统理论建 立了针对异形拱桥拱肋空间线形灰色预测的 MGM( 1， 2) 模型，该模型考虑了轴线偏差和 拱肋旋转因素． 在给出 MGM( 1， n) 模型的概念、求解方法的基础上，以 Matlab 为软件平台 编制了相应的程序． 以工程实例为背景的实验结果表明，异形拱桥拱肋空间线形 MGM(1， 2) 模型的预测结果与实际测量结果具有很好的一致性，说明文中提出的异形拱桥拱肋空间 线形 MGM( 1， 2) 模型是科学合理的．

• 基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用

  冯佰威 冯梅 常海超 张丽妹

  在船体型线优化中，精确有效的船体曲面表达和变形技术在优化中起着重要的 作用，文中研究基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用，采用基于径 向基插值技术的船体曲面变形方法，以 DTMB5415 船型为研究对象，结合计算流体力学计 算工具和多目标粒子群算法，以兴波阻力最小为优化目标，完成了不同弗劳德数( Fr) 下 的船舶阻力性能优化． 在优化结果中选择3 条典型船型进行分析: Fr 为 0． 41 时方案 1 较 优，兴波阻力减小了18． 83%; Fr 为 0． 22 时方案 3 较优，兴波阻力减小了49． 66%; Fr 为 0． 28 时方案2 为折中方案，兴波阻力减小了 30． 23%． 优化结果表明，基于径向基插值技 术的船体曲面变形方法可有效产生光顺的船体型线．

• 考虑公共空间占用成本的共享单车投放密度优化研究

  陈康 李佳骏 王骜 杨忠振

  共享单车投放量的增加，在提高使用便利性的同时，恶化了公共空间的利用环 境，目前很多城市的公共空间被单车挤占，行人的活动受到了影响． 为优化共享单车的投 放密度，避免其无序占用城市公共空间，文中首先选取样本城市实施使用者问卷调查，明 确投放密度与利用效用的关系;然后根据行人交通流特征和人群拥挤事故风险形成的演 变理论，拟合共享单车投放密度对公共空间减少、公共空间利用舒适度和安全性的影响函 数;最后，构建考虑公共空间占用费用的共享单车投放密度优化模型，基于运营商利润、使 用者效用、公共空间占用费用和安全事故隐患率等因素，优化单车的投放密度． 算例研究 表明，通过优化投放密度，可以实现骑行人数最大，满足行人行走需求，降低安全事故发生率．