北京航空航天大学学报

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肖华, 王立新

2007, 33(11): 1257-1260.

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摘要:
以基于前掠翼布局及翼身融合一体化技术设计的W型无尾飞机为被控对象,采用线性二次型高斯/回路传输恢复LQG/LTR(Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery)多变量鲁棒控制方法完成了飞机横航向控制设计.该方法解决了由于该特殊构型导致的本体不稳定,以及运动模型的不确定性、随机干扰下控制系统可能出现的不稳定和控制精度不够的问题.系统仿真结果表明,控制系统实现了横航向指令的精确跟踪,不但具有良好的鲁棒性,而且调节性能良好,满足W型无尾飞机横航向控制设计的要求.

一种新的捷联惯导系统圆锥误差补偿算法

丁杨斌, 满顺强, 申功勋

2007, 33(11): 1261-1263.

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摘要:
旋转矢量法应用在捷联惯导系统圆锥误差补偿中,通过增加子样数能有效提高补偿精度,但子样数的增加会增加导航计算机的计算量.由于导航计算机的硬件性能限制,不可能为了获得高精度补偿性能而大幅增加子样数.因此,提出一种在不增加导航计算机负担下能提高圆锥误差补偿精度的新算法,该算法利用已解算出的当前时刻之前2个周期的姿态信息对旋转矢量进行修正,通过理论推导和实例分析比较,在同子样数下,新算法能达到高出传统算法4阶的补偿精度而不多消耗导航计算机资源.

基于磁流变缓冲器的飞机起落架模糊控制

贾玉红, 武晓娟

2007, 33(11): 1264-1267.

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摘要:
根据流变力学的特点,并结合飞机起落架的实际工作情况,简化了起落架缓冲器的受力情况,建立了应用在起落架上的磁流变缓冲器模型.该缓冲器采用环形缝隙结构,无需改变截流面积便能达到改变阻尼的目的,具有结构简单、尺寸较小、易于控制等优点.建立并分析了起落架的系统动力学模型,在控制方法上采用了模糊控制,通过控制电流以控制由磁场产生的力.仿真结果显示在飞机着陆撞击时,本文采用的模糊控制实现了能量吸收和消散快的目的,同时也体现了磁流变缓冲器应用在起落架上的优势.

基于航天器解体事件的空间碎片寿命算法

汪颋, 董云峰, 韩潮

2007, 33(11): 1268-1272.

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摘要:
研究了针对航天器解体事件所生成的空间碎片的寿命计算方法.给出了基于NASA标准航天器解体模型的航天器解体算法.该算法生成的一系列碎片参数,将作为寿命计算的初始条件.总结了现有求解碎片寿命的算法,并提出了一种半分析算法.该算法运用平均根数法的思路,计算了在J2摄动项的影响下,碎片的半长轴和偏心率的变化率;并采用微分积分法预报半长轴和偏心率随时间的变化.为了适应时变大气模型,该算法限制了计算步长.通过与数值法的比较分析了算法的计算速度和精度.选用了3种大气模型:SA76、GOST和MSIS-00,分析了不同大气模型在计算碎片寿命之间的差异.通过与P-78卫星解体事件的实测数据对比验证了整个算法的正确性.

层板内冷通道辐射换热影响

陶智, 吕东, 丁水汀, 蔡毅

2007, 33(11): 1273-1276.

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摘要:
分析了层板换热过程,使用了"去除复杂表面"和"无限大平板" 等假设,给出了该假设下层板内腔辐射换热计算公式.又以一特定几何结构的层板模型为例,使用了3维流体力学计算程序求解了流-固耦合情况下的层板内部换热过程,研究了其在4种航空发动机典型工作状态下,内冷通道中的对流和辐射换热情况,得到了辐射与对流换热强度之比θ随冷气入口Re数和燃气加热功率的变化曲线,并对该曲线进行了指数拟合.建立了一套快速简捷计算层板内腔辐射状况的方法,为层板内腔换热研究是否应该忽略辐射,以及对层板冷却效果的修正,提供了一定的判断和计算依据.

基于无陀螺微惯性测量单元的惯性恒星罗盘

秦杰, 房建成, 盛蔚

2007, 33(11): 1277-1280.

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摘要:
为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案.根据无陀螺的测量原理建立了ISC的状态方程,将星敏感器的姿态测量信息作为观测量,修正GFMIMU长时间工作误差的积累.利用卡尔曼滤波器对ISC的定姿误差进行估计,并采用可观测性分析理论证明滤波器的滤波稳定性.最后,对ISC进行了系统仿真,仿真结果证明ISC可以满足微纳航天器的使用要求.

矩形通道中亚尺度肋片的流动换热数值分析

徐国强, 王梦, 陶智, 吴宏

2007, 33(11): 1281-1285.

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摘要:
对装有不同结构亚尺度肋片矩形通道的流动和换热进行了数值模拟,获得了通道流场、温度场分布以及平均努塞尔数的基本特征,对各种肋片通道的换热特性进行了对比分析.计算结果表明:亚尺度肋片距主肋片根部越近越有利于散热;在远离热面区域,亚尺度肋片的比表面积越大传热效果越好.当扩展表面积相同时,亚尺度肋片的长宽比越大换热效果越好;计算结果及分析揭示了控制肋片最优几何形状的统一原则——广义温度梯度均匀化原则,并依照此原则确定了可以强化换热的较优的肋片结构.计算分析表明广义温度梯度均匀化原则可以控制对流换热过程的传热强化.

三余度直接驱动阀驱动控制系统

郭宏, 蔚永强, 邢伟

2007, 33(11): 1286-1290.

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摘要:
设计了一种新型的电气三余度直接驱动阀(DDV,Direct-Drive-Valve)驱动控制系统,介绍了系统结构,分析了三余度永磁无刷直流力矩电机、位置传感器以及交叉通道数据链(CCDL,Cross Channel Data Link)模块的方案设计,探讨了基于新型变结构PID算法的位置伺服控制策略和基于CCDL的余度管理策略.实验结果表明,系统具有良好的动静态性能以及冗余工作特性,其角度范围为-10° ~10°,定位精度不大于4′,三通道工作时频宽不小于20Hz,两通道工作时频宽不小于15Hz,可满足航空DDV式作动器的要求.

天线系数的测试误差与NSA测试的改进

苏东林, 戴飞, 谢树果, 高万峰

2007, 33(11): 1291-1294.

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摘要:
总结了归一化场地衰减(NSA,The Normalized Site Attenuation)测试中存在的误差,指出误差主要来源于天线系数.通过对天线互阻抗的分析,说明它是天线系数误差的主要来源.简单介绍了天线系数的标准计量方法,发现其中并未考虑互阻抗的影响;修正了天线系数计量中采用的方程组,证明该方程组不能求解.分析了减小测试天线间互阻抗误差的因素,重新设计了一种新的测试方法.新方法使用天线增益替代天线系数,利用天线增益测试的必要条件避免互阻抗的影响;证明了新方法与原方法的原理间的等价条件;通过实测验证了新方法的有效性.

复合舵机的神经网络自校正控制

温肇东, 王占林, 祁晓野, 鲍莉娜

2007, 33(11): 1295-1298.

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摘要:
针对复合舵机的时变和非线性特性,提出了神经网络自校正控制方法.用改进的非线性自回归滑动平均模型(NARMA)对复合舵机进行动态建模,采用多层感知器神经网络辨识舵机非线性模型,由广义逆思想设计出控制器,并根据被控对象与辨识模型间误差在线调整网络权值,进而修正控制律,实现了复合舵机的自校正控制.仿真结果表明,在模型有时变及非线性因素的情况下,此方法仍能得到较好的控制效果.

一种显式构造非奇异对象降阶H_∞控制器的算法

钟瑞麟, 程鹏

2007, 33(11): 1299-1302.

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摘要:
目前显式构造降阶H_∞控制器的算法仅适用于奇异H_∞控制情形,为对非奇异情形使用这些算法,将广义对象的矩阵 A 分为 A ₀和 Δ A 2部分,并且使( A ₀, B ₁, C ₂, D ₂₁)或 ( A ₀, B ₂, C ₁, D ₁₂)含有不稳定零点,从而可以使用构造降阶控制器的算法得到可用于构造降阶控制器的解( X , Y ).矩阵 A 的这种改变将使得对象的3个线性矩阵不等式中的1个发生改变,因此该解( X , Y )必须在 A 未改变时,代入发生改变的那个不等式并判断其是否成立,若成立则该解( X , Y )可用于对广义对象构造降阶控制器.数值算例表明了该算法的有效性.

基于动态逆和分散控制的导弹控制系统设计

曾宪法, 张磊, 申功璋

2007, 33(11): 1303-1307.

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摘要:
针对导弹六自由度非线性模型,根据时标分离原理将导弹系统分为快慢不同的4个回路.以快回路和较慢回路为例,提出在快回路和较慢回路中设计动态逆控制器以实现非线性解耦控制,并在较慢回路中设计鲁棒分散控制器以补偿整个控制系统的不确定性及干扰.鲁棒分散控制器结构简单,且不依赖于被控对象精确的数学模型.仿真结果表明,按照该方法设计的导弹闭环控制系统具有良好的稳态性能和动态性能,鲁棒性强.

移动Ad Hoc网络中一种支持QoS的多址接入协议

王大鹏, 刘凯

2007, 33(11): 1308-1312.

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基于随机竞争和冲突解决的思想,为多跳移动Ad Hoc网络提出了一种支持服务质量(QoS)的多址接入(QMA)协议.将业务负载划分为时延敏感的实时业务和非时延敏感的数据业务.按照该协议,节点在发送业务分组前利用预报突发进行竞争接入,节点按照业务分组时延情况确定预报突发的长度,所发预报突发能持续到最后的节点优先获得接入.同时,具有实时业务的节点可以按照其优先级在更早的竞争微时隙中开始发送预报突发,因而可以比发送数据业务的节点更优先接入信道.最后利用OPNET仿真评估了QMA协议的多址性能,通过与带冲突避免的载波侦听(CSMA/CA)协议比较表明,QMA协议可以提供较高的吞吐量和较低的消息丢失率,并能为实时业务提供较低的时延,从而实现了对多媒体业务的QoS支持.

基于视觉的无人作战飞机跑道障碍物检测方案

陈磊, 陈宗基

2007, 33(11): 1313-1316.

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摘要:
提出了基于视觉的无人作战飞机跑道障碍物检测方案.结合应用特征和流的障碍物检测方式的特点,使用多尺度特征点匹配光流估计方法代替普遍使用的微分光流计算方法,直接对图像序列计算稀疏光流场;利用相关假设,在存在一定导航误差的情况下,对跑道障碍物进行实时检测;同时对跑道障碍物视觉检测方案的误差和适用区间进行了分析;通过自主开发的"无人作战飞机自主着陆实时仿真验证平台"进行仿真,结果显示该方案能够有效检测跑道上存在的障碍物.

一种新颖超磁致伸缩作动器的隔振模型

张旭辉, 刘永光, 付永领

2007, 33(11): 1317-1320.

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根据超磁致伸缩材料的本构方程分析了超磁致伸缩作动器输出位移的组成,以此为根据建立了基于超磁致伸缩作动器的单层单自由度隔振平台数学模型.该模型以平台在激振力作用下产生的振动位移为系统干扰输入;根据此模型分析了基于超磁致伸缩作动器的隔振原理;在频域内推导出了系统隔振能力与激振力频率及作动器最大输出位移之间的数学关系,然后在时域内采用自适应LMS(Least Mean Square)算法在Matalb环境下进行仿真.仿真结果与理论分析均表明,隔振平台的隔振能力与激振力频率的平方以及作动器最大输出位移成正比,从而为合理设计隔振平台用超磁致伸缩作动器提供了理论依据.该模型不仅可用于分析基于磁致伸缩作动器的隔振原理,对其它作动器的隔振原理也适用.

改进BP算法在模糊神经网络中的应用

房振勇, 游文虎, 冯汝鹏

2007, 33(11): 1321-1324.

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引入一种改进的BP算法——动量因子-自适应学习率算法.通过调节动量因子以及在学习过程中的学习率实现自适应,以提高学习速率和增强学习的平稳性.将该学习算法引入到串形结构的多层前向模糊神经网络中,通过学习确定了模糊映射关系,实现了对象的模糊故障诊断.在应用模糊神经网络进行故障诊断时,被监测的故障征兆信号与网络输入层相连,即将输入向量输入到网络中,经过模糊化处理,得到各故障征兆在所定义征兆的模糊子集上的隶属度向量,再利用神经网络的前向计算,得到故障原因的模糊隶属度向量,最后通过对向量的分析确定故障原因的类型.将上述模糊神经网络应用到空气静压轴承中,实现了设备的故障诊断,测试结果验证了该方法的有效性.

一种新型车辆智能避撞预警模型设计

王江锋, 高峰, 王建

2007, 33(11): 1325-1328.

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摘要:
针对目前单阈值避撞模型所具有可反应时间单一的缺点,设计了一种基于多级报警规则的避撞预警模型,为驾驶员提供了一个渐进的反应时间,在紧急情况下使其有更多时间来避免碰撞发生.对车辆行驶过程中驾驶员的信息感知特性进行分析,为模型的建立提供相应的理论基础.设计了基于多级报警规则的避撞预警模型,并对模型的设计过程进行了详细的论述.利用实测数据对给出的模型进行了实证研究,结果表明多级报警避撞预警模型能使驾驶员更加舒适的驾驶车辆,并为智能避撞预警系统的建立提供了良好的模型基础.

动力调谐陀螺安装倾斜角引起的误差分析

罗宇锋, 徐超, 范耀祖, 张海

2007, 33(11): 1329-1333.

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摘要:
在动力调谐陀螺的装配过程中陀螺和平衡环的中心轴总是不可能完全与驱动轴轴线重合,因此存在一定的安装倾斜角.通过对转子和平衡环的受力分析及陀螺的运动状态分析,并利用理论力学知识,建立了在考虑陀螺与平衡环安装倾斜角和陀螺壳体具有加速度和角速度条件下的运动方程,得到了安装倾斜角造成的干扰力矩表达式,并进行了讨论.分析结果表明:陀螺及平衡环的安装倾斜角对动力调谐陀螺的调谐条件有影响,此干扰力矩与壳体的运动状态无关而与力矩器对转子的作用力有关.因此,在装配中应尽量做到陀螺、平衡环及驱动轴的轴线重合,以便减小对动力调谐陀螺的调谐条件的影响.

非对称液压缸对称性控制

张晓宁, 王岩, 付永领

2007, 33(11): 1334-1339.

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摘要:
阀控非对称缸两个运动方向上系统的开环增益及某些参数的不同,使得两个方向上的动态特性不对称,这种本质上的非线性和非对称性给系统控制带来困难.PБ-211机器人后3个关节是对称阀控制非对称液压缸伺服系统,为了使机器人运行平稳和提高控制精度,在控制中必须加以适当补偿.在分析非对称液压缸工作原理基础上,考虑液压缸伸出和缩回性能不同,提出了模型参考变增益自适应控制算法对非对称液压缸进行补偿.该算法包括单神经元自适应PID控制、模型参考自适应控制和输出增益的自动调节3个部分.仿真分析和实验表明该算法可以基本实现非对称液压缸的对称性控制,较普通PID控制算法具有明显优势.

装载机载重动态测量的LS-SVM速度补偿方法

王田苗, 王伟, 魏洪兴, 陈殿生

2007, 33(11): 1340-1344.

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摘要:
能否合理补偿动臂举升速度对所测油压信号的影响是制约装载机载重动态测量精度的关键问题.在给出载重测量的实现方法后，建立了实现载重测量速度补偿和载重量计算的框架模型，然后详细阐述了贝叶斯证据框架下最小二乘支持向量机(LSSVM，Least Square Support Vector Machines)参数的推断优化过程，以及基于贝叶斯证据框架下的LSSVM速度补偿方法.试验结果表明，采用该方法进行速度补偿后的载重测量误差均能控制到1%以下，验证了其有效性.

基于ARMA时序模型的结构参数识别集员算法

王晓军, 邱志平, 武哲

2007, 33(11): 1345-1348.

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摘要:
研究在时域内利用含噪声观测数据识别结构参数问题.建立了与结构振动微分方程等价的自回归滑动平均(ARMA, Autoregressive Moving-Average)时序模型,将结构参数识别问题转换为ARMA模型参数辨识问题.在不确定但有界(UBB, Unknown-But-Bounded)噪声假设下,基于线性时不变系统参数集员辨识的区间算法,寻求与观测数据和噪声相容的参数的最小超长方体(或区间向量),进而得到结构参数的估计值.通过数值算例,将本文算法与最小二乘算法进行了比较,显示了其可行性和有效性.

接触角法测玄武岩及玻璃纤维表面能实验

邓锐, 李敏, 张佐光, 贾晶晶

2007, 33(11): 1349-1352.

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摘要:
通过Wilhelmy吊片法测试液体与玄武岩、玻璃纤维单丝的前进接触角,应用OWRK理论计算得到纤维表面能及其色散与极性分量.实验研究表明:未经表面处理的玄武岩纤维表面能高于S-2玻璃纤维,去除浸润剂后2种纤维表面能的极性分量均明显降低,并且测试液体的极性分量对纤维表面能的测试结果影响甚大.分析结果为纤维与树脂的表面张力合理匹配、形成良好界面浸润和粘接提供了理论依据.

面向涡轮叶片方案优化的变保真度设计系统

韩前鹏, 郭丽, 邓家禔

2007, 33(11): 1353-1357.

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摘要:
提出了面向涡轮叶片初始设计的变保真度的多学科设计优化方法,建立了自动化的设计系统以提高设计效率.该系统集成了分析工具和设计团队以及数据管理系统,使得设计过程自动地运行.开始设计阶段使用基于经验公式的低保真度模型;优化中的三维仿真过程使用基于精确的流体分析和结构分析的高保真度模型.过程按照模型保真度的不同分3个阶段,渐近地获得最优解,同时考虑非设计点的优化.通过实验设计搜索并逐渐缩小设计空间,使得高保真度分析所带来的计算成本得以减少.最后以一个2级轴流涡轮的叶片初始方案设计验证了本设计系统.

电化学技术在复合材料腐蚀研究中的应用

吕小军, 张琦, 刁鹏, 项民

2007, 33(11): 1358-1361.

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摘要:
用循环伏安曲线和交流阻抗谱测试技术研究了不同溶液浸泡对复合材料性能的影响,探讨了电化学表征参数与复合材料腐蚀程度之间的相关性.实验结果显示,随着浸泡时间的延长,试样的反应电阻逐渐减小,双电层电容逐渐增大,并且浸泡于酸性探针和碱性探针溶液中的试样的电化学参数比浸泡于中性探针溶液中的试样的电化学参数变化幅度更大.实验结果表明利用电化学参数的变化可以反映碳纤维增强环氧树脂基复合材料的腐蚀程度,即可以用阻抗值和电流值的大小变化表征复合材料的耐蚀性.

基于水文剖面的三维地质建模方法

程丹, 杨钦, 张永波, 金茂忠

2007, 33(11): 1362-1366.

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摘要:
鉴于剖面是水文地质中常见的、有价值的数据形式,提出了基于水文剖面的三维地质建模方法,即"剖面信息提取",并给出了建模步骤.分析了基于剖面建模应该注意的问题和需要的预处理.详细介绍了剖面概化、二维剖面映射到三维空间、建立背景网格以及校正错误剖面信息的方法.设计了一种"顶面—尖灭线—透镜体"的三步建模法构建透镜体模型,该方法使复杂的多值建模问题转化为单值建模问题.描述了单值层面和透镜体的建模算法.最后给出应用实例,证明了基于剖面建模方法的有效性.

基于Web服务的E-Police系统架构

赵宏涛, 李超, 盛浩, 熊璋

2007, 33(11): 1367-1370.

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摘要:
传统电子警察系统由于过分依赖单一服务器,在系统运算、网络传输以及存储容量上难以满足海量数据的需求.将Web Service技术应用到电子警察系统,设计了各前端节点对等的集群式服务器加单一后端客户处理机模式的E-Police电子警察系统架构,提出了计算服务、存储服务和查询服务;松散耦合的E-Police系统以3种服务的实现为核心,系统依靠大量前端节点承担主要工作,提高了资源利用率;通过Web服务的准备、发布和建立3步流程,实现了一套完整的任务、资源和数据流管理方案,解决了传统系统计算性能、存储容量与图像质量三者难以平衡的问题.

基于流量线性相关的IP网物理拓扑发现算法

金毅, 沈曾伟, 周刚

2007, 33(11): 1371-1377.

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摘要:
IP网络物理拓扑发现通常依据设备的地址转发表(AFT, Address Forward Table)实现,相关数据通过简单网管协议(SNMP, Simple Network Management Protocal)获取.但在实际网络中,由于各种因素这种方法发现的结果往往不精确甚至有错误.提出基于网络流量特征的拓扑发现算法.首先将网络设备接口流量随时间的变化看作随机过程,给出接口速率的相关函数定义;然后证明了物理直连的设备接口间的网络流量具有最高的线性相关性;进而提出了基于接口流量线性相关性的IP网络物理拓扑直连关系的发现算法,实现对物理拓扑的最似然估计.最后,在实际网络中对该算法进行了验证.

CT图像环状伪影校正方法

李俊江, 胡少兴, 李保磊, 杨民

2007, 33(11): 1378-1382.

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CT图像环状伪影是由探测器像元响应不理想等因素造成的,它导致CT重建图像的降质,影响了图像的后续处理和量化分析.提出了一套完整的算法完成CT伪影校正:基于探测器像元通道响应不一致性的校正,通过偏置和增益校正对硬件响应不一致性进行补偿;基于投影正弦图的校正,通过数字滤波提取正弦图上残余的线状伪影,属于CT图像重建前的一种预处理校正方法;基于重建图像的校正,通过坐标变换将直角坐标系中的环状伪影变为极坐标系中的线状伪影进行处理,属于一种图像后处理方法.这些算法已经用于基于YXLON XRS232 9″图像增强器的CT重建,在保证图像质量的基础上环状伪影得到有效校正.