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具有增强计算效率和收敛性的多分辨率非线性拓扑优化

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Acta Mechanica Sinica 2022年第2期38卷 93-109,I0003页

作者：陈梓杰文桂林王洪鑫薛亮刘杰 Center for Research on Leading Technology of Special Equipment School of Mechanical and Electric EngineeringGuangzhou UniversityGuangzhou 510006China

高昂的计算成本和算法收敛困难是非线性拓扑优化的两大核心难题.为此,基于多分辨率设计策略和附加超弹性技术,提出了一种考虑几何非线性和材料非线性的多分辨率非线性拓扑优化方法.在固体各向同性材料惩罚方法框架中建立多分辨率非线性... 详细信息

高昂的计算成本和算法收敛困难是非线性拓扑优化的两大核心难题.为此,基于多分辨率设计策略和附加超弹性技术,提出了一种考虑几何非线性和材料非线性的多分辨率非线性拓扑优化方法.在固体各向同性材料惩罚方法框架中建立多分辨率非线性拓扑优化策略,并采用Neo-Hookean超弹性材料本构模型表征材料非线性.利用粗糙的分析网格用于有限元计算,而精细的材料网格用于描述材料构型.为了解决算法非线性收敛问题和降低灵敏度计算复杂度,联合ANSYS软件与附加超弹性技术进行非线性有限元计算.在灵敏度分析过程中,提出了一种应变能重分配策略,将Neo-Hooken和二阶Yeoh超弹性分析单元的应变能转换为对应的材料单元应变能.数值算例表明了所提出方法的三个显著优点:(1)可显著提高计算效率;(2)进一步弥补了基于附加超弹性技术的非线性拓扑优化方法在解决非线性拓扑优化问题时所遇到的收敛困难,该效果在三维问题中更为显著;(3)可在个人计算机上成功处理高分辨率三维复杂非线性拓扑优化问题.

关键词：多分辨率计算成本拓扑优化各向同性材料超弹性材料三维问题应变能材料非线性

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基于多分辨率显著性滤波的微动信号增强方法

系统工程与电子技术 2022年第4期44卷 1148-1157页

作者：唐明磊张文鹏姜卫东高勋章国防科技大学电子科学学院湖南长沙410000

微动信号是典型的非平稳信号,时频分析能够获得微动信号的联合时间频率分布图像,是微动信号分析的主要工具之一,良好的时频图像质量能保证后续特征提取和参数估计的准确性。然而在实际场景中,时频图像通常受到噪声污染,使得微动信号难... 详细信息

微动信号是典型的非平稳信号,时频分析能够获得微动信号的联合时间频率分布图像,是微动信号分析的主要工具之一,良好的时频图像质量能保证后续特征提取和参数估计的准确性。然而在实际场景中,时频图像通常受到噪声污染,使得微动信号难以分辨,严重制约了后续特征提取和参数估计。根据显著性检测和图像金字塔的基本原理,本文在多分辨率表示图像上分别计算显著性并滤波,最后进行加权融合获得增强的时频图像,有效抑制了噪声,提升了低信噪比(signal to noise ratio,SNR)下时频图像的质量和微动信号的显著性。实验结果表明,对于仿真信号以及暗室测量信号,在-7~7 dB SNR下,采用该方法均能显著提升时频图像质量,且-3 dB以下时能大幅提高周期估计的准确率,是一种有效的微动信号增强方法。

关键词：微动信号增强多分辨率显著性

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仿猛禽视觉多分辨率的海上无人艇协同跟踪

智能系统学报 2023年第4期18卷 867-877页

作者：徐小斌段海滨曾志刚北京航空航天大学虚拟现实技术与系统全国重点实验室仿生自主飞行系统研究组北京100083 华中科技大学人工智能与自动化学院湖北武汉430074

针对海上无人艇跟踪过程中大场景与高分辨间的矛盾问题,本文提出一种仿猛禽视觉多分辨率机制的海上目标无人艇协同跟踪方法。模拟猛禽双中央凹多分辨率成像规律,构建目标无人艇跟踪大小场景;在大场景中,模拟猛禽视顶盖-峡核通路中视觉... 详细信息

针对海上无人艇跟踪过程中大场景与高分辨间的矛盾问题,本文提出一种仿猛禽视觉多分辨率机制的海上目标无人艇协同跟踪方法。模拟猛禽双中央凹多分辨率成像规律,构建目标无人艇跟踪大小场景;在大场景中,模拟猛禽视顶盖-峡核通路中视觉刺激的竞争选择机制进行海上无人艇显著性检测,用于纠正核相关滤波目标跟踪的结果;在小场景中,建立仿猛禽色彩分辨空间,并采用颜色显著性检测方法提取无人艇上的合作靶标;建立大场景纠正及小场景引导协同跟踪策略,实现对海上目标无人艇的协同跟踪。对比实验结果表明,本文方法的跟踪成功率高于对比方法,且有最高的平均重叠率和最低的平均像素误差,适于无人机完成对海上目标无人艇的跟踪任务。

关键词：猛禽视觉中央凹多分辨率大小场景竞争选择显著性检测协同策略无人艇跟踪

基于多分辨率动态模态分解的电磁信号时频-能量分析

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系统工程与电子技术 2022年第5期44卷 1468-1474页

作者：郑建拥魏光辉陆军工程大学石家庄校区电磁环境效应国家重点实验室河北石家庄050003

针对电磁信号时-频-空间-能量分析不兼容的问题,提出一种基于分解时空域电磁辐射信号的数据驱动方法来分析复杂电磁环境。首先,使用多分辨率动态模态分解方法将复杂电磁信号以不同的分辨率分离为不同时空尺度的模态分量。然后,利用时频... 详细信息

针对电磁信号时-频-空间-能量分析不兼容的问题,提出一种基于分解时空域电磁辐射信号的数据驱动方法来分析复杂电磁环境。首先,使用多分辨率动态模态分解方法将复杂电磁信号以不同的分辨率分离为不同时空尺度的模态分量。然后,利用时频分布对各模态瞬时频率和能量特征进行采集。这种动态的分解分析方式能快速侦测电路和电子系统的多方面电磁环境状态,具有不需要先验数据训练,不受时频分辨率限制,可以实时分析和降低数据维数等优点,且提取的动态模式及其频谱分别在空间域和时域具有明确的物理意义。仿真实验显示,重组信号和原信号的平均误差在-18 dB以下,证明了所提方法的可行性和优势。

关键词：动态模态分解多分辨率时-频-空间-能量分析电磁环境感知

流固耦合破坏分析的多分辨率PD-SPH方法

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力学学报 2022年第12期54卷 3333-3343页

作者：姚学昊陈丁武立伟黄丹河海大学力学与材料学院南京211100

流固耦合破坏是一类涉及结构变形与破坏以及复杂自由表面现象的强非线性力学问题.结合近场动力学(peridynamics, PD)与光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)各自的优势并考虑其计算效率问题,提出一种适用于分析流... 详细信息

流固耦合破坏是一类涉及结构变形与破坏以及复杂自由表面现象的强非线性力学问题.结合近场动力学(peridynamics, PD)与光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)各自的优势并考虑其计算效率问题,提出一种适用于分析流-固耦合破坏问题的多分辨率PD-SPH混合方法.分别采用SPH和PD方法以不同的空间和时间分辨率对流体和结构进行离散与求解,利用具有与流体粒子相同光滑长度的虚粒子处理流-固界面,以高精度满足界面边界条件.通过两个经典算例:液柱静压力下弹性板的变形和溃坝流体冲击弹性闸门的变形问题,表明提出的多分辨率PD-SPH方法兼具较高的计算精度和计算效率;对含裂缝的Koyna重力坝水力劈裂问题进行模拟计算,所得裂缝扩展路径与文献结果吻合,说明该方法适用于涉及结构破坏的流固耦合问题仿真.最后尝试采用该方法进行流体冲击作用下含裂纹混凝土板崩塌过程数值仿真,准确描述混凝土板的断裂破坏和全过程中的流体运动.多分辨率PD-SPH混合方法或可为流-固耦合作用下的结构损伤破坏仿真提供一种新选择.

关键词：流-固耦合结构破坏近场动力学光滑粒子流体动力学多分辨率

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多分辨率模型的协同仿真方法研究

系统仿真学报 2018年第7期30卷 2525-2532页

作者：张高峰吉玉洁中国人民解放军91336部队秦皇岛066326

多分辨率模型协同仿真是满足作战仿真中"广域对抗,局部高仿"需求的一种有效方法。构建了通用化多分辨率模型协同仿真支撑平台,提出了以镜像实体和控制权动态迁移为核心技术的协同仿真机制,可有效解决多分辨率模型间的互联互通和同态映... 详细信息

多分辨率模型协同仿真是满足作战仿真中"广域对抗,局部高仿"需求的一种有效方法。构建了通用化多分辨率模型协同仿真支撑平台,提出了以镜像实体和控制权动态迁移为核心技术的协同仿真机制,可有效解决多分辨率模型间的互联互通和同态映射问题,以及协同运行一致性问题。基于该方法实现了某战法推演仿真系统中不同分辨率模型稳定、高效、一致地联合运行,使得对复杂作战过程的模拟更完善、更精确,满足了指挥员多层次作战分析的需要。

关键词：多分辨率模型协同仿真镜像实体一致性问题

多分辨率分析和小波能量曲率的框架结构损伤识别

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哈尔滨工业大学学报 2016年第6期48卷 170-176页

作者：常鹏杨娜张国培北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

为研究运用多分辨率和小波包分析方法识别结构损伤的有效性,以三层混凝土框架结构为研究对象,分别建立不同损伤工况下的三维有限元数值模型,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究不同识别指标和输入信号的识别灵敏度以及其他因素对损伤... 详细信息

为研究运用多分辨率和小波包分析方法识别结构损伤的有效性,以三层混凝土框架结构为研究对象,分别建立不同损伤工况下的三维有限元数值模型,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究不同识别指标和输入信号的识别灵敏度以及其他因素对损伤识别结果的影响.分析结果表明:小波包能量曲率差法能够较好达到损伤识别的目的,输入信号使用加速度响应信号比速度和位移响应信号具有更好的识别效果;有限元模型网格划分、加速度时程响应信号的提取位置以及采样频率对损伤位置的识别有较大影响;有限元网格划分越密、加速度时程响应信号提取位置离损伤位置越近、采样频率越大,损伤位置识别越精确.

关键词：小波分析损伤识别时程分析框架结构多分辨率能量曲率差

高斯-拉普拉斯金字塔法重建多分辨率锥束CT三维图像

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核电子学与探测技术 2022年第1期42卷 50-56页

作者：李蒙胜安冬叶井启须颖邵萌李新然沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168 沈阳建筑大学微纳检测与运动控制研究院沈阳110168 辽宁江扬科技有限公司抚顺110000 沈阳建筑大学分析与检测技术研究中心沈阳110168

为解决锥束CT重建不同分辨率三维图像需求,提出一种高斯-拉普拉斯金字塔法重建多分辨率锥束CT三维图像方法.该方法对锥束CT采集到的投影数据进行高斯金字塔分解,将分解后的低频图像集进行FDK重建得到低分辨率三维图像;构造拉普拉斯金字... 详细信息

为解决锥束CT重建不同分辨率三维图像需求,提出一种高斯-拉普拉斯金字塔法重建多分辨率锥束CT三维图像方法.该方法对锥束CT采集到的投影数据进行高斯金字塔分解,将分解后的低频图像集进行FDK重建得到低分辨率三维图像;构造拉普拉斯金字塔获得对应分解图像的残差图像集,均值滤波后与低频图像集融合,对融合数据重建后的三维数据双线性插值进而得到高分辨率三维图像且在重建高分辨率三维图像过程中耗费时间与传统FDK算法相比能够缩短1/2以上.

关键词： FDK重建多分辨率高斯-拉普拉斯金字塔

归一化互信息与多分辨率融合的2D-3D配准方法

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哈尔滨工程大学学报 2020年第2期41卷 243-249页

作者：陈龙张峰峰于凌涛孙立宁干旻峰詹蔚苏州大学机电工程学院苏州大学苏州纳米科技协同创新中心哈尔滨工程大学机电工程学院苏州大学附属第一医院

针对微创脊柱手术配准环节中存在的配准精度和效率低的问题,本文提出了一种2D-3D配准方法。采用基于区域贡献的归一化互信息与多分辨率策略相结合的方法,并通过改变配准步长,研究配准精度和时间。整体配准精度提高了40%,配准时间缩短了5... 详细信息

针对微创脊柱手术配准环节中存在的配准精度和效率低的问题,本文提出了一种2D-3D配准方法。采用基于区域贡献的归一化互信息与多分辨率策略相结合的方法,并通过改变配准步长,研究配准精度和时间。整体配准精度提高了40%,配准时间缩短了53%,当配准步长由0.1降到0.05时,其配准精度提高了8%,配准时间增加了12%。由此可知,配准步长变小时,配准精度相对提高,但配准时间增加。此算法可以实现三维与二维图像的配准,且可以有效提高配准精度和配准效率,基本符合医生手术过程图像配准3 mm以内的需要。

关键词： 2D-3D配准归一化互信息多分辨率相似性测度光线投射插值区域分割微创灰度