北京航空航天大学学报

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杨威, 赵剡, 许东

2008, 34(01): 1-4.

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摘要:
分析了数字图像中亮度、纹理细节、空间位置等因素对人眼视觉特性的影响,建立了数学模型,将人眼视觉特性与图像的结构相似度结合起来,提出一种符合人眼视觉特性的图像质量评价新方法.该方法将图像划分成大小相等的分块,计算出各分块的亮度影响因子、纹理细节影响因子和空间位置影响因子,经过归一化处理得到每个分块的权值,用加权平均的结构相似度作为图像质量的评价指标.实验证明该方法能够区别图像中不同区域的图像特征,符合人眼视觉特性,与主观评价结果一致.

基于相干结构的大涡模拟壁面模型

张楠, 刘凯, 陆利蓬, 袁湘江

2008, 34(01): 5-8.

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摘要:
首先对湍流边界层近壁区相干结构群进行研究,根据共振三波理论使用沿流向周期性发展的多个三维波构造其初始结构,通过直接数值模拟得到该相干结构群的演化特性.在此基础上,提出了基于近壁区相干结构流动参数的新型大涡模拟壁面模型.确定了此壁面模型与主流大涡模拟衔接的原理方案.计算结果表明:该壁面模型在减少计算量的同时,能够为主流区大涡模拟提供重要的壁面大尺度结构信息,使计算取得准确的结果,实现了壁面模型的基本功能.

超声速场中的反向喷流数值模拟

田婷, 阎超

2008, 34(01): 9-12.

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摘要:
采用了高分辨率的N-S(Navier-Stockes) 方程数值模拟方法,对钝头体头部反向喷流进行研究.计算并分析了头部反向喷流现象中喷流马赫数、来流马赫数、攻角等因素对流场细致结构的影响,并对反向喷流减少阻力和减少气动加热的原理进行了深入分析和探讨.研究分析表明这些因素通过决定弓形激波、马赫盘的强度和位置,来影响回流区的大小和位置,从而使有反向喷流时阻力系数所受到的影响比无喷流时更大.

塞锥截短对塞式喷管性能影响的实验

王一白, 覃粒子, 刘宇, 王长辉

2008, 34(01): 13-16.

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摘要:
为了研究塞锥截短对塞式喷管性能的影响,对截短率为80%、40%、30%和20%的塞式喷管进行了冷流实验.介绍了实验系统的组成和推力测量方式,得到了不同塞锥截短率的推力系数效率的高度特性曲线.实验结果表明:截短率越小,效率越低,不同截短率的效率差别随着压强比的增加而减小;随着截短率增大,截短率对效率的影响程度逐渐降低.截短率太小,性能损失较大;截短率太大,塞锥的尺寸增大,而性能提高却不明显.通常的取值范围是30%~40%.

曲面幕墙清洁机器人攀爬技术

王巍, 张厚祥

2008, 34(01): 17-21.

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摘要:
针对国家大剧院超椭球外表面的清洗问题,设计了一种新型自攀爬机器人.机器人具有全方位运动能力,相对于擦洗运动而言,攀爬运动是影响机器人作业安全性的主要因素.分析了攀爬运动的运动学模型,利用拉格朗日方法对该状态下的动力学问题进行了研究,并针对攀爬运动的特殊性,对机器人前后俯仰支撑控制问题进行分析,结合建筑物表面特点并依靠仿真,得到机器人作业过程中俯仰机构受力分布曲线,为机器人攀爬支撑力的切换提供了理论依据.

SG砂轮磨削钛合金烧伤机理

张红霞, 陈五一, 陈志同

2008, 34(01): 22-26.

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摘要:
钛合金以其良好的耐热耐腐蚀性和特别高的比强度在国内外航空航天工业上得到了广泛的应用.针对钛合金在磨削加工过程中极易发生的磨削烧伤问题,采用先进的测试方法,对磨削过程中磨削力、磨削温度、工件表面粗糙度及表面形貌、表面层金相组织及显微硬度等变化规律进行了分析研究.研究结果表明,TC6钛合金在磨削温度超过600℃时即发生烧伤.表面形貌随磨削温度的升高而逐渐恶化.当发生严重烧伤时,工件表面有裂纹产生,其方向大致与磨削方向垂直.工件烧伤时材料表层的金相组织发生变化, α 相颗粒明显粗大,使得钛合金的物理机械性能下降.研究结果为寻求优化的高效、高精度钛合金磨削加工工艺提供理论及实验依据.

基于分布式并行遗传算法的电力系统无功优化

刘科研, 李运华, 盛万兴

2008, 34(01): 27-30.

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摘要:
针对传统遗传算法寻优质量差、计算时间长的问题,提出了基于计算机集群的一种新的分布式并行遗传算法解决电力系统无功优化问题.采用遗传模拟退火算法和分布式并行计算MPI(Message Passing Interface)技术,实现多进程的分布式集群计算.该算法通过个体迁移策略来协调优化各个子种群,使用计算效率来判断计算负载状态,采用动态种群来进行负载平衡.通过运用标准测试算例IEEE14节点和一个实际电力系统的无功优化计算,结果表明这种算法具有很高的稳定性,有较好的并行效率,适合求解大规模电力系统的无功优化问题.

迟滞非线性气动弹性反馈线性化自适应控制

李道春, 向锦武

2008, 34(01): 31-34.

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摘要:
首先将含操纵面二元机翼的动态方程以状态空间形式描述,基于Lie导数对其进行了输入/输出局部反馈线性化;然后考虑迟滞非线性模型存在参数不确定性的情况下,利用Lyapunov稳定性理论进行了自适应控制律设计.仿真结果显示:在内动态稳定的情况下,所设计的控制律能够使开环不稳定气动弹性系统受扰后快速地回复到原来的稳定状态,并且在控制面偏转存在限制的情况下仍能实现对非线性颤振的控制.

海上夜间飞行的实时仿真

杨新颖, 龚光红, 王行仁

2008, 34(01): 35-38.

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摘要:
自然场景仿真是虚拟现实技术的重要部分,夜间海上飞行时,星空、月亮以及海面的倒影是独具特色的自然场景.为营造沉浸感强的夜海飞行虚拟现实系统,用粒子系统实现了星空的模拟,将星体动态闪烁现象演化为粒子生命的概念,并按照主导算法加扰动的思想实现星空随机性模拟;用特殊纹理融合算法模拟月亮及星月在海面的镜像,特殊纹理经过制作、着色和融合3个过程,并根据夜空景像在海面倒影的亮度衰减规律确定融合因子,将纹理和背景按照融合因子进行深度融合;最终实现了较逼真的夜海飞行虚拟现实系统.

基于成本分析的入侵检测响应模型

董红, 邱菀华, 吕俊杰

2008, 34(01): 39-42.

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摘要:
运用博弈论及信息安全技术有关理论,提出了一个基于成本分析的入侵响应投资模型,得出在此安全技术配置下博弈双方的最优策略,讨论了入侵响应的纳什均衡解,并通过成本分析从理论和实践两方面验证了此模型的合理性.针对现有入侵响应系统中不计成本就进行响应的问题,引入入侵损失和响应成本,通过比较二者关系,分析了系统管理员进行响应的条件成本,从而给出系统管理员灵活调整入侵响应的自适应策略,提高信息系统的安全性及抵抗攻击的能力,且避免不必要的资源浪费,实现信息保护和资源可用之间的平衡.

加密 |n|+k bit明文的高效公钥概率加密体制

姜正涛, 刘建伟, 秦波, 王育民

2008, 34(01): 43-46.

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摘要:
基于二次剩余和高次剩余的困难问题,通过选择适当的参数,在不增加密文长度的情况下, 对Paillier和Pointcheval提出的公钥概率加密体制的效率和加密的明文长度进行改进,能以更高的效率加密|n|+k bit长度的明文消息,并分析了改进后加密体制的效率和安全性,改进加密体制的安全性与原加密体制的安全性、模n的高次剩余问题以及二次剩余问题等价.与原Paillier-Pointcheval加密体制相比,改进的加密体制具有加、解密效率高,传输数据量低,加密明文长等特点.

直线电机定位平台的摩擦建模与补偿

张从鹏, 刘强

2008, 34(01): 47-50.

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摘要:
介绍了一种由双边直线电机驱动的H型精密定位平台,为了减小运动平台的速度跟随误差和定位误差,研究了该精密定位系统的摩擦建模和补偿问题.由于工作台的滑块在导轨的不同位置表现出不同的摩擦特性,为改善补偿效果,提出了一种基于经典Stribeck摩擦力模型和工作台运动副位置参数的摩擦建模新方法,通过实验和回归的方法辨识出了工作台双边导轨的改进型Stribeck摩擦模型.基于建立的摩擦模型,采用前馈技术进行摩擦力补偿控制.实验结果表明,基于模型的摩擦补偿提高了系统的控制性能;改进型Stribeck摩擦模型比传统Stribeck摩擦模型有更好的补偿效果,适合具有大行程工作台的摩擦建模与补偿.

旋转状态下气膜冷却模型的数值模拟

杨彬, 徐国强, 丁水汀, 陶智

2008, 34(01): 51-54.

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通过对带有90°倾角圆柱形交错孔排的涡轮叶片模型进行数值模拟,得到了不同主流雷诺数、旋转数和吹风比情况下前缘面与后缘面侧的气膜冷却流动与换热特性及各气膜孔流量系数的分配规律.结果表明,冷气受到离心力与哥氏力的共同作用向高半径处发生偏转,导致壁面冷却效率降低;雷诺数的增大会削弱气膜冷却效果,高吹风比则不利于气膜孔下游区域的冷却.各气膜孔的流量系数随吹风比的增大而增大,随旋转数的提高而减小.在后缘面侧,相同工况下各气膜孔的流量系数明显高于前缘面侧对应气膜孔的值.

自组织网络中的分布式能量感知拓扑控制算法

王子健, 张军, 罗喜伶

2008, 34(01): 55-58.

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为了有效利用无线自组织网络的能量,将最小连通支配集和计算几何学相结合,提出了一种自组织网络中的分布式能量感知拓扑控制算法.首先选举能量寿命较长的节点构建能量感知最小连通支配集,保证支配节点有充足的能量完成路由转发任务.之后在能量感知最小连通支配集上面构建Delaunay三角剖分,降低节点数据发送能耗,保证链路的能量有效性和网络拓扑的平面性.在原有连通支配集失效的情况下,选举能量寿命较长的替代节点进行拓扑重构,实现动态网络能量均衡.仿真结果表明,本算法在获得小的支配集的同时延长了网络寿命.

共轴无人直升机航线飞行中航向反馈问题

李宏伟, 张晓林

2008, 34(01): 59-62.

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摘要:
通过软件仿真复现了经典的无人直升机导航控制规律算法外场试飞实验时在不同条件(静风、突发常值风干扰)下的飞行情况,并分析了航向偏差、侧滑速度、偏航距等主要导航性能指标.分析了算法在有突发常值风干扰时航线飞行伴有明显侧滑现象的原因,对比分析了单独引入航向反馈及同时利用航向反馈及偏航距积分对导航性能影响,进而给出了一种共轴无人直升机导航规律新算法.通过软件仿真验证了改进后的算法能够保证无人直升机有效地协调转弯,并且在导航精度的前提下有效地抑制了侧滑问题,进而提高了共轴无人直升机航线飞行的效率.

大方位失准角MIMU空中对准建模及半物理仿真

曹娟娟, 房建成, 盛蔚

2008, 34(01): 63-66.

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摘要:
由于快速性的要求,微小型无人机不经过地面精确初始对准就升空作业,因此MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)空中对准在大失准角下进行. 为了提高微小型无人机空中的反应速度和作业精度,把非线性误差部分作为状态变量,建立MIMU在大方位失准角下无需小角度近似的空中对准的线性模型,同时为解决噪声不确定导致滤波器发散的问题,提出将AKF (Adaptive Kalman Filter)应用在GPS(Global Positioning System)辅助MIMU的空中对准中,半物理仿真结果证实其取得了比基于非线性误差模型的EKF(Extended Kalman Filter)精度高且速度快的结果,不仅使MIMU的方位失准角由60° 快速下降到2° 左右,且所需时间仅为EKF的67%.

计算机生成兵力建模仿真支撑框架

马耀飞, 龚光红

2008, 34(01): 67-70.

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摘要:
计算机生成兵力CGF(Computer Generate Force)建模仿真支撑框架为仿真的快速开发提供支持.根据建模仿真领域的相关研究,提出组装是实现这一目标的有效途径.可组装性是对可重用能力的更高要求,需要必要的框架、知识主体、工具、技术和标准,以有效地实现仿真资源的集成、互操作以及重用.为了实现组装过程的自动化,支撑框架通过对典型CGF仿真开发过程进行分析,提出了相关关键技术,并给出了支撑框架的层次结构视图,为原型系统的构建提供了依据.支撑框架通过对模型规范的研究,实现了仿真概念模型的模板,使框架工具能以一致的方式对仿真模型进行表示和操作.

基于遗传进化算法反演吸波结构电磁参数

苏东林, 齐万泉, 张伟, 卢战勇

2008, 34(01): 71-74.

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摘要:
对多层吸波结构中未知参数层的电磁参数进行了反演.根据传输线理论确立的多层结构电磁参数与反射/透射系数的关系,建立正向反射率计算模型,根据自由空间法原理搭建的测试平台测量得到多层吸波材料不同入射角度下的反射率信息,利用改进的遗传进化算法获取了多层吸波结构中未知参数层的电磁参数.在遗传进化过程中,采用高斯随机数代替基本遗传算法的均匀随机数,避免了传统网络参数法厚度谐振、多值性问题和基本遗传算法易陷入局部最优点的问题.与传统传输/反射法结果的比较,验证了这种方法的可靠性.这种方法同时适用于计算高、低损耗介质材料的电磁参数.

基于虚拟样机的飞机起落架着陆时的响应分析

廖丽涓, 贾玉红

2008, 34(01): 75-78.

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摘要:
通过建立弹性机体二质量块等效模型,联立飞机侧滑着陆时的补充方程,推导出起落架系统着陆动力学方程.结合建立的数学模型,利用虚拟样机技术,在ADAMS/Aircraft环境中建立具有弹性机体的飞机整机模型,模拟飞机在一点侧滑着陆时起落架系统的动态响应.仿真结果表明在一点侧滑着陆工况下,弹性机体能够增大回复滚转力矩,减小轮胎侧滑,使着陆飞机快速达到对称着陆状态.弹性机体能够吸收、耗散着陆时的冲击能,改善减震器性能,提高乘坐舒适性,为减轻起落架系统重量和进一步改进起落架系统奠定了基础.

基于Petri网的UML状态迁移策略

姚淑珍, 金茂忠

2008, 34(01): 79-83.

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摘要:
分析了统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)状态图相关语义,阐述了Petri网基本特征和它所具有的建模事件并发、同步、冲突能力.为得到UML状态图无二义性的、可执行的和可验证的模型,在着色Petri网和层次化Petri网研究成果基础上,研究提出层次着色Petri网(HCPN,Hierarchical Colored Petri Net).HCPN中不同层的着色网CPN通过库所子网或变迁子网相关联.通过实例说明如何借助这些关联从HCPN中的CPN合并得到标注Petri网.标注Petri网可用于指导基于事件驱动的仿真过程,而标注Petri网转换得到的基本Petri网可用来进行特性分析,从而对所描述的UML状态图模型给出合理的评价,有利于建模系统的改进.

飞机结构疲劳关键部位损伤与可靠性评定技术

王磊, 刘文珽

2008, 34(01): 84-87.

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摘要:
从分析结构疲劳失效和损伤演化的本质特征,得到了以疲劳损伤描述的结构可靠性分析模型,并在此基础上,给出了使用过程中飞机结构疲劳关键部位的损伤与可靠性评定技术和相应参数指标.该方法以一般环境下全尺寸结构疲劳试验结论的完整资料和服役中记录的每架飞机飞参数据为主要依据,能够实现利用每架飞机的飞参适时地对其结构损伤状态与可靠性给出评估,满足飞机结构疲劳损伤监控技术的需求.最后结合某型飞机的具体服役情况给出评估示例.研究表明,采用该方法可适时地计算出某型飞机结构的疲劳损伤和可靠性,并可为使用方合理决策提供重要参考信息,以在保障结构安全可靠的前提下合理地调配使用飞机.

附加Doppler预报坐标约束的模糊度动态解算新方法

柴艳菊, 欧吉坤, 袁运斌, 刘根友

2008, 34(01): 88-91.

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摘要:
利用GPS(Global Positioning System)相位观测进行动态定位的主要困难就是法方程不适定问题(秩亏或病态问题),导致模糊度浮动解及其协方差阵不准,以此构造的模糊度搜索范围比较大,使得模糊度的搜索非常困难.提出利用Doppler高精度测速预报近似坐标并对其附加约束,解决法方程求逆中的不适定问题,提高模糊度浮动解及其方差阵的准确性,缩小模糊度的搜索范围,提高模糊度搜索的成功率.结果表明,短基线情况,新方法在模糊度动态解算中取得了明显效果.

一种二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法

胡岸勇, 柳重堪, 苗俊刚, 万国龙

2008, 34(01): 92-95.

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摘要:
提出了一种基于相位补偿的二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法.从干涉综合孔径辐射计的成像原理和近场应用情况出发,分析了快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)反演算法在近场条件下存在的问题,并采用相位补偿的方法,提出了一种近场数值反演算法.对点目标用FFT算法和近场成像算法进行了成像仿真,仿真结果表明近场成像算法比FFT算法具有更高的空间分辨率.用一套8mm波段二元干涉综合孔径辐射计对人工双点源场景进行了成像实验,实验结果证明了该近场算法的有效性.

腔体闭式流动控制的实验和数值模拟

黎军, 张群峰, 曾宏刚, 李天

2008, 34(01): 96-99.

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摘要:
利用数值模拟和风洞实验相结合的方法,研究了闭式流动腔体的流动特征及其设置圆柱控制杆后腔体内声压级(SPL, Sound Pressure Level)和压力分布的变化.数值模拟求解三维N-S方程,采用AUSM+计算格式,湍流模型采用Wilcox k-ω模型.实验在0.6 m×0.6 m超音速风洞中进行,在腔体底部布置了40个常规静压测量点和15个动态测压点.研究表明,在外流为超音速流时,闭式流动的腔体底部压力变化梯度较大,腔体底部和后缘的测压点的SPL值和频率关系曲线中没有明显的SPL峰值.实施控制后,腔体底部的压力变化梯度减缓,在腔体后缘分离区内的测压点SPL值降低,而前缘分离区内的测压点SPL值增加.

卫星光学敏感器视场遮挡分析工具设计

何恒, 邓家禔, 胡凌云

2008, 34(01): 100-103.

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摘要:
在卫星构型设计中,要进行视场遮挡分析来判断光学敏感器是否会因为受到卫星其它部件的遮挡而失效.为了取代以往低效的手工分析方法,设计了卫星光学敏感器视场遮挡分析工具.介绍了该工具的设计方法及功能.工具基于三维CAD软件SolidWorks,并以动态链接库(DLL,Dynamic Link Library)的形式与SolidWorks紧密集成.在设计中运用了计算机图形学原理,利用SolidWorks API函数和Visual Basic编程语言进行二次开发.工具能够在SolidWorks中对卫星装配体执行以下敏感器视场遮挡分析功能:定义敏感器视锥特性参数,绘制视场遮挡图和计算视场遮挡率.

哈密顿体系下功能梯度压电板/管静动力三维解

代海涛, 程伟, 李明志

2008, 34(01): 104-107.

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摘要:
根据哈密顿原理建立了三维压电动力学耦合系统的哈密顿对偶体系,将经典的弹性力学一类变量问题转化为二类变量,并建立了哈密顿正则方程组.分别在不同坐标系下研究了功能梯度压电材料FGPM(Functionally Graded Piezoelectric Material)四边简支板及两端简支管的静动力学特性,通过辛算法进行了数值分析.结果表明,在哈密顿对偶体系中能够求解复杂FGPM结构机电耦合静动力学问题;在FGPM多层板/管结构中,面外变量在厚度方向连续分布,而面内变量在材料分界面处存在突变现象.

基于混和寻优算法的时域低阶等效系统方法

张学敏, 费玉华, 高金源

2008, 34(01): 108-111.

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摘要:
现代高增稳飞机的阶次高达几十阶,需要将其降阶为具有特定形式的低阶等效系统才能与已有的飞行品质规范相比较,从而评价其飞行品质并改进飞控系统的设计.相对于频域等效系统方法,时域低阶等效系统方法可以在线采集系统的输入及输出数据,充分考虑各种非线性因素的影响,在飞机飞行品质评价时,对等效系统相关参数进行在线估计,具有较强的实用价值.针对时域等效拟配提出了一种混和寻优算法,即模式搜索-模拟退火法,该算法较好地克服了局部寻优和全局寻优的缺点,并在寻优过程中加入了对参数范围的限制,寻优结果可以快速收敛于全局最优解,并且不受初值变化的影响,对飞机飞行品质的在线评价具有重要意义.

基于PCI总线的主从式多轴控制器开发

吴星明, 陈伟海, 于守谦, 李翔

2008, 34(01): 112-116.

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摘要:
针对运动控制的高精度要求,介绍了一种基于PCI(Peripheral Component Interconnect)总线的实时多轴控制系统.为了在执行复杂任务时,减少主机的工作量以及充分利用数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)的数字处理能力,多轴控制器采用了主从控制结构.这种控制器还可以根据用户的需要使用串行通讯控制来代替PCI总线控制.控制器硬件的研发主要集中在多轴控制器、PCI总线接口电路和PCI局部总线的控制逻辑电路上,这些是设计控制器的关键技术.通过一个三自由度机器人沿一个空间螺旋轨迹运动的实例验证,所研发的多轴控制器可以实现具有准实时性能的高精度协调运动控制.

LALR(1)分析器快速生成

李虎, 杨晓津, 刘超

2008, 34(01): 117-121.

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摘要:
根据LR(0)自动机的构造理论及Deremer和Pennello的LALR(1)向前看符号集计算公式,提出求解公式中的lookback关系和includes关系的高效算法. 研究过程表明,LR(0)项目集闭包计算和项目集的查找是LR(0)分析器构造过程中的主要性能瓶颈.对这两个计算过程给出了高效的数据结构和算法设计,实现了LALR(1)分析器的快速生成.系统实现及实验数据表明,LALR(1)分析器的生成速度超过了自由软件基金会的LALR(1)分析器生成器Bison.

基于模板的软件体系结构描述技术

高晖, 张莉, 樊志强

2008, 34(01): 122-126.

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摘要:
软件体系结构中的基本建模元素可以通过分类进行更高层次上的抽象.为了准确地体现这种抽象层次,首先利用模板机制定义了软件体系结构的2个抽象层:软件体系结构模板层和软件体系结构模板实例层,并给出了各层中的相关概念.然后,以标准建模语言UML2.0为基础,利用<>关系重用了UML2.0部分建模元素和机制,使用UML的profile扩展机制定义了一种基于模板的软件体系结构描述语言(TADL,Template-based software Architecture Description Language),分别从设计要求、定义技术以及profile方面对TADL进行了阐述.最后给出了利用TADL进行软件体系结构模式和软件体系结构建模的基本原则和指南,并通过ATM(Automatic Taller Machine)建模实例进行了说明.