北京航空航天大学学报

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王亮, 卢永锦

2008, 34(04): 361-364.

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完全自动化的机械系统难于完成开放复杂的任务,这时需要利用人的定性和定量智能从而构成人机系统.在人机一体化概念的框架下,讨论了在操控信息耦合通道中引用预见信息的人机耦合优化方法,其意义在于探讨了人、被操控的机器以及外部环境信息(预知的跟随轨迹)的动力学关系,并提出了一种人机耦合优化的可操作的理论方法.该方法将有限长度的预见信息作为系统的固有状态加以增广利用.仿真分析表明预见步长对于操纵者延时具有直接的补偿作用,并且和操控指示的提前步数也有直观的对应关系.

大型真空容器有压复压系统

陈金明, 袁修干, 黄本诚

2008, 34(04): 365-368.

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对于一些特殊用途的设施,如用于训练航天员的地面模拟舱,对复压过程有严格要求.为了分析某些对复压速率有要求的设施的复压过程,设计了有压复压系统;建立了大型真空容器有压复压系统的分段集中参数模型和传热模型,并且对这些模型进行了仿真分析.仿真表明:有压复压可获得比大气复压大得多的复压速率;传热会降低复压速率;分段集中参数长管道模型能提高仿真精度,同时不会过大增加计算量.对某体积为200m³的容器复压试验表明,考虑容器换热的仿真计算与实际调试情况误差在5%左右,表明了理论分析计算的正确性.

并联式运载器的垂直发射建模与控制

尹永鑫, 杨明, 王子才

2008, 34(04): 369-372.

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为了有效控制垂直发射时并联式运载器的运动,设计了一个用于垂直发射的姿态控制方法,首先分析了欧拉运动学方程存在的奇异点,在此基础上给出了采用四元数描述的姿态运动学方程,建立了并联式运载器的姿态动力学模型,其次给出了并联式运载器的推力矢量模型,基于数学模型对推力矢量在不同配置方式下的控制效率进行了比较,最后给出了保证四元数收敛的切换函数,应用变结构控制理论设计了对于满足一定条件的不确定性具有完全鲁棒性的姿态控制律.仿真结果表明了该姿态控制方法的有效性.

像素对图形电磁计算精度的影响和解决方法

方向, 苏东林, 刘焱

2008, 34(04): 373-376.

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在图形电磁计算中,通过控制图像绘制分辨率提高物理光学积分的计算精度.使用像素级的面元近似,把物理光学积分转化为具有数值积分形式的基于像素的求和.使用Nyquist 空间采样理论,提出了能够满足高频RCS(Radar Cross Section)计算精度需要的像素对应的电尺寸值;由此给出了图形电磁计算中的图像分辨率的确定准则,并提出一种改变图像分辨率的方法.通过分析典型目标和复杂目标的计算实例,这种确定图像分辨率的准则可以成立.

基于差分磁罗盘的组合航向系统

郝振海, 黄圣国

2008, 34(04): 377-380.

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为了解决在城市交通中动态干扰磁场对磁罗盘的干扰问题,对磁罗盘动态干扰的特点进行了分析;提出了差分磁罗盘DMC(Differential Magnetic Compasses)的概念;设计了基于差分磁罗盘和速率陀螺的组合航向实验系统;研究了基于阈值判断的差分磁罗盘动态干扰识别技术.实地跑车实验结果和理论分析吻合较好.实验表明:与单一磁罗盘相比,差分磁罗盘能较好地识别出动态磁场干扰,提高了磁罗盘在城市交通中的可用性.组合航向系统的鲁棒性和精度也得到了提高.

月球着陆器着陆过程动力学分析

王闯, 刘荣强, 邓宗全, 高海波

2008, 34(04): 381-385.

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以哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制研究中心研制的四腿桁架式月球着陆器样机为研究对象,通过简化模型,导出了着陆器着陆过程中各个着陆脚和着陆器质心在惯性坐标系中的位置坐标方程,以此位置坐标方程为依据得到了着陆器准静态稳定性条件.通过分析着陆器与月面着陆时瞬态动力学行为,得到了着陆器在此瞬态的各动力学参数的计算公式,以此为依据,并离散时间变量,给出了可以程序化实现整个动态着陆过程动力学模拟的计算过程,为进一步研究着陆过程动力学行为奠定了基础.

变更载荷谱情况下的耐久性分析技术与应用

董彦民, 刘文珽

2008, 34(04): 386-390.

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针对全尺寸飞机结构疲劳(耐久性)试验过程中更改载荷谱情况下对全尺寸结构疲劳试验机(单机)进行耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法和改进的裂纹萌生方法,提出了综合不同谱下耐久性试验数据集确定描述结构细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布的方法,给出了载荷谱变更情况下计算各应力区裂纹超越概率的损伤累加方法,从而建立了能够准确预测载荷谱变更情况下结构经济寿命的耐久性评定方法.这种方法已成功应用于某型飞机结构全尺寸试验中更改载荷谱情况的耐久性评定,有着重要的工程应用价值.

基于共享模型的工作流表单系统设计

唐文忠, 莫伟栋

2008, 34(04): 391-395.

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表单是应用系统中信息传递的主要载体.分别分析了表单系统和工作流系统的运行过程,分析了传统表单工作流系统中表单与工作流的结合方式,研究了基于建模的方式对表单模型和工作流模型进行定义,并在建模过程中对二者进行结合,同时采用分域的方式对工作流表单进行划分并在同一流程模型中共享同一表单,并提出了一种基于共享模型的工作流表单系统的开发方法,该方法采用表单引擎和工作流引擎技术,分离表单数据和工作流数据的处理,按表单模型和流程模型的结合点定义使工作流引擎处理表单数据,对该方法的过程和特点也进行了详细的介绍.

IEEE-1394b光纤总线系统的QoS分析

段靖远, 张春熹, 史洁琴

2008, 34(04): 396-399.

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为解决航电系统的网络延迟和阻塞问题,对应用于其上的IEEE-1394b光纤总线系统进行了带宽预留机制和平均响应时间等关键特性的分析.基于IEEE-1394b协议的带宽预留机制,提出了等时数据传输和异步数据传输的服务质量(QoS,Quality of Service)满足的条件(硬QoS).在QoS服务准入控制的等时和异步请求混合的情况下,利用排队论进行了IEEE-1394b异步请求的QoS分析(软QoS),得到了忽略响应间隔时间,IEEE-1394b异步请求队列的平均响应时间.最后通过IEEE-1394b光纤总线实验系统进行了IEEE-1394b的QoS服务评估,验证了理论分析结果.对IEEE-1394b驱动层QoS的设计具有一定的指导意义.

一种扩展的随机DAG模型

胡凯, 姜燕, 陈诗然, 向韵婷

2008, 34(04): 400-403.

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针对并行程序结构产生任务计算量和通信量随机性的情况,提出了一种扩展的随机DAG(Directed Acyclic Graph)模型,同时考虑了计算环境异构性和并行程序结构带来的计算时间和通信时间偏移量;基于此扩展的随机DAG,给出了DAG中节点的EST(Earliest Start Time)和偏移量的计算方法,以标准方差和平均值的和的数学期望来表示;最后,给出了基于扩展随机DAG的并行程序建模方法,通过计算实例验证了该扩展的合理性.实验结果表明,通过优化并行程序结构,可以提高并行程序的执行效率,并且更好地实现并行计算负载平衡.

频率选择表面传输特性的温度循环效应

张朝发, 李焕喜, 吕明云

2008, 34(04): 404-407.

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根据国家军用标准GJB 150-86对不同涂层材料和加工工艺的频率选择表面(FSS,Frequency Selective Surfaces)进行了温度循环的环境模拟试验,通过比较温度循环前后FSS的谐振频率、传输损耗、频带宽度和入射角稳定性等传输特性的差异,考察FSS在温度循环条件下的性能稳定性.结果表明,温度循环对不同材料和工艺的FSS的传输性能有较大影响,主要表现在FSS的传输损耗和频带宽度两方面.不同FSS在经过温度循环后,谐振频率下的传输损耗增大0.5~3倍,入射角越大增大的幅度越大;频带宽度增加50%~70%,不同的FSS增加的幅度不同.而对谐振频率和入射角稳定性的影响根据不同的FSS而不同,但对二者的影响都不明显.与简单振子FSS相比,组合振子FSS的传输性能受温度循环的影响较大.

五轴电液仿真转台的双马达同步控制

王燕山, 李运华, 王益群

2008, 34(04): 408-411.

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对五轴电液仿真转台的双马达同步驱动问题提出一种低成本方案.设计的控制器包括主免疫控制器与同步补偿器.其中,以主马达动静态性能最佳为设计目标,利用免疫算法的模糊自适应性与鲁棒性,进行了位移、速度与压力三状态主免疫控制器设计,并使其同时输出给主、从马达伺服放大器.在此基础上,以两个马达负载压力状态差值最小为控制目标,仅提取两个马达负载压差传感器的差值,运用同步补偿器对从马达控制回路进行前馈补偿实现双马达同步驱动.与采用两个编码器或两个测速电机检测双马达同步误差的方法相比,该方法成本低且易于工程实现.仿真结果表明,即使转台系统参数发生较大变化,仍可以使两个液压马达保持较小的同步误差.

热铁盘法高速抛光CVD金刚石

马泳涛, 孙玉静, 陈五一

2008, 34(04): 412-416.

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利用高速热铁盘抛光设备对化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposition)金刚石进行抛光,分别进行温度、转速、压力以及抛光时间的实验.采用光学天平对抛光前后金刚石称重对比,采用工具显微镜和原子力显微镜对抛光后表面进行研究.结果表明:较高的抛光速度对提高表面质量以及抛光效率均比较有利.在抛光温度850 ℃,速度164 mm/s,压力24.892 N的条件下,抛光120 min后,金刚石表面的粗糙度由原来的R_a=9.67 μm下降到R_a=0.016 μm.原子力显微镜显示,抛光表面存在少数高度在60~70 nm之间的突峰,其高度是普通峰高的2~3倍,且峰的形状呈现出一定的方向性.这种表面微观规律与抛光时采用的直压式运动方式有关.

用GAO-YONG湍流模式对翼型跨音粘流的数值模拟

闫文辉, 闫巍, 高歌

2008, 34(04): 417-421.

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应用GAO-YONG可压缩湍流模式,数值模拟了NACA0012,RAE2822翼型的定常跨音速粘流算例.对流项采用三阶ROE格式,扩散项采用二阶中心格式,用多步Runge-Kutta显式时间推进法求解空间离散后的控制方程.计算结果很好地预测了翼型表面的压力系数的分布、激波的位置、马赫数等值线的分布等情况,并且对翼型表面激波与边界层相互干扰以及层流向湍流的转捩问题进行了分析计算.计算结果与实验值符合很好,表明GAO-YONG可压缩湍流模式应用合适的计算方法能够高精度模拟翼型跨音粘性流动问题,并且基于GAO-YONG可压缩湍流模式各向异性湍流粘性的机理,提供了一种预测转捩起始位置的判别方法.

光纤陀螺/GPS组合导航系统中的信息融合技术

张小跃, 张春熹

2008, 34(04): 422-425.

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光纤陀螺捷联惯导系统用于导航定位具有自主性的优点,但系统误差随时间累积.全球定位系统(GPS,Global Position System)用于导航定位精度很高,误差不随时间积累,但抗干扰性能很差,没有自主性.运用信息融合技术将光纤陀螺捷联系统和GPS进行组合,将GPS的高度信息引入惯导高度反馈通道,设定反馈系数,抑制高度发散,将GPS经度、纬度、地速信息作为系统卡尔曼滤波器量测信息,消除惯导积累误差.提出的信息融合方案运用于某中精度光纤陀螺/GPS组合导航系统并进行路试,导航系统输出3个方向位置数据与定位基准相比,误差不随时间积累,路试结果表明此信息融合方案的有效性及工程的实用性.

球形压头压入中摩擦对材料参数识别的影响

钱秀清, 张建宇, 费斌军

2008, 34(04): 426-430.

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利用量纲分析原理和有限元方法,研究了球形压头压入中摩擦对于幂强化材料塑性材料参数识别的影响.通过定义一种基于能量的表征应变,根据识别的两个压入深度的表征应变和表征应力,得到材料的塑性特性;最后研究了摩擦对压入响应、表征应力及材料参数提取的影响.研究结果表明,摩擦对压入的影响与材料的应变硬化指数、弹性模量与屈服极限的比值及弹性功与总功的比值密切相关,弹性功与总功的比值越大,摩擦的影响越小;摩擦对材料参数提取的影响不可忽略,当摩擦系数未知时,对于压入过程中弹性功与总功的比值较大的材料,近似取摩擦系数为0.15,能得到较合理的材料参数识别的结果.

304不锈钢旋转双焦点激光-TIG复合焊接

李晓辉, 汪苏, 夏彩云

2008, 34(04): 431-434.

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为了提高激光-电弧复合焊接质量,提出了一种新的焊接方法——旋转双焦点激光-TIG(Tungsten Inert Gas)复合焊接.运用自行研制的旋转双焦点激光-TIG复合焊接头对304不锈钢进行了不同焊接参数下的工艺试验,并分析了焊接参数对焊缝成形的影响.结果表明在旋转双焦点激光-TIG复合焊接过程中,焊接电流和激光功率的大小和相互配合是2个热源能否有效耦合的关键因素,而旋转频率的大小对焊缝的熔深、熔宽影响不大,通过旋转双焦点激光和电弧的耦合作用可以有效地提高焊接热源的利用率.

一种多码率QC-LDPC码译码结构设计与实现

赵岭, 张晓林, 智钢

2008, 34(04): 435-438.

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为了满足在一个系统中使用多码率LDPC(Low Density Parity Check)码字的需求,设计了一个7Kbit长度多码率LDPC码的译码器,分析了各种码率之间校验矩阵的相似性,提出了复合译码结构中变量节点运算单元、校验节点运算单元以及迭代存储器单元的复用方案.通过在变量节点运算单元以及校验节点运算单元输入端增加若干选通开关,就可以使这些运算单元适于多码率的处理.通过管脚的选择,此译码器支持非规则0.4码率、非规则0.6码率以及非规则0.8码率3种工作译码模式,并用Altera公司的FPGA进行了实现.综合结果表明,所提出的复合结构在不损伤单码率译码性能的前提下,仅用略多于0.8码率LDPC码单独译码的硬件资源实现了3种码率码字的译码.

一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法

孙宏伟, 房建成, 盛蔚

2008, 34(04): 439-442.

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根据微机电系统MEMS(Micro Electronic Mechanical System)惯性器件的特点,在建立微惯性测量单元MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)角速度及加速度误差数学模型的基础上,提出一种适用于MIMU的、仅采用单轴速率转台(无指北装置)的"动态翻转6位置"快速标定补偿方法.与传统标定方法相比,标定补偿方法简单便捷,可以一次确定出MIMU的45个误差系数,辨识误差系数精度高,尤其适用于低精度捷联惯性测量单元.通过理论分析、推导以及大量的实验验证,标定补偿方法可以将MIMU的精度提高2~3个数量级.

合成射流控制NACA0015翼型大攻角流动分离

张攀峰, 王晋军

2008, 34(04): 443-446.

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为了研究合成射流激励器处于NACA0015翼型回流区时对其分离流动的控制,采用商用计算流体力学软件Fluent 6.1求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,通过对翼型气动力特性、脱落漩涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析,揭示了合成射流处于分离区时对边界层控制的机理.结果表明:当合成射流孔口处于回流区时仍可有效推迟翼面边界层分离点,缩小回流区范围,从而有效提高翼型的升力.当射流方向垂直于壁面,无量纲频率以及吹气速度比都等于1时,翼型平均升力系数提高40%左右.

插值逼近结合FDTD法快速计算目标宽角度RCS

孙卫平, 吴泽艳

2008, 34(04): 447-451.

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FDTD(Finite Difference Time Domain)法结合多项式插值逼近和样条函数插值逼近快速计算了三维目标的宽角度RCS(Radar Cross Section).引入插值逼近方法可以节省计算时间.在整个入射角度范围内选定若干个入射角,对不同的入射角,分别用FDTD法计算得到外推面上各点的切向电磁场值,进而得到这些场值随入射角度变化的插值函数,然后用插值函数计算出全入射角度范围内外推面上各点的切向电磁场值,最后通过近远场变换得到宽角度RCS.计算结果表明,在只有少数几个插值节点的情况下该方法就能很好地逼近FDTD法的精确计算结果,节省了计算时间.

飞机复合材料构件设计、分析和制造数据集成

张丽华, 范玉青

2008, 34(04): 452-455.

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摘要:
实施复合材料构件数字化定义是实现复合材料构件设计、分析和制造数据集成的基础.复合材料构件数字化定义包括几何建模和材料结构建模.总结了材料结构建模过程和材料铺放数据的组成,指出当前复合材料构件分析无法基于最终的真实纤维路径进行,采用离散三角形单元的真实纤维路径来近似铺层纤维的最终状态,并利用可扩展标记语言(XML,Extensive Markup Language)文件对材料铺放数据进行了描述,探讨了通过纤维路径数据到有限元网格的自动映射实现材料铺放数据的自动传递.最后,研究了设计数据到排样下料系统和激光投影系统的集成和接口数据组织方法.

双尾撑布局飞机飞行载荷分析

肖志鹏, 万志强, 梁猛, 杨超

2008, 34(04): 456-459.

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摘要:
对双尾撑布局飞机进行飞行载荷和气动导数分析,重点分析尾撑纵向弯曲刚度和飞行动压变化,对纵向气动力导数、各操纵面效率以及载荷分布的影响.尾撑纵向弯曲刚度变化会引起纵向静稳定性、平尾升降舵的操纵效率及反效速度、平尾的载荷分布的显著改变.尾段刚度尤其是尾撑的纵向弯曲刚度往往会构成双尾撑布局飞机气动弹性设计的薄弱环节,在设计时应该严格控制尾撑的刚度指标.

两车间距对超车过程轿车气动特性的影响

郑昊, 康宁, 蓝天

2008, 34(04): 460-464.

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摘要:
利用计算流体力学方法对超车过程中两种间距工况下的超车车辆和被超车辆周围非定常流场进行数值模拟,超车车辆和被超车辆均为简化直背式模型,得到超车车辆和被超车辆受到的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩在超车过程中的变化情况,并根据超车过程中两种间距情况下速度场和压强场的分布情况,分析流场特性对气动力特性的影响.计算结果表明:被超车辆受到的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩在两种间距下的变化趋势基本相同,但它们各自变化趋势有所不同;超车车辆受到的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩在两种间距下的变化趋势有着明显差别.

匀速及加速行驶直背式轿车气动噪声

蓝天, 康宁, 郑昊

2008, 34(04): 465-469.

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摘要:
应用计算流体力学软件FLUENT对简化直背式轿车外部流场及车外某接收点处气动噪声进行了数值计算和分析.脉动流场计算采用大涡模拟湍流模型,动量方程的离散格式采用有限中心差分格式.分别对两种匀速运动情况和一种加速运动进行了计算,由此研究不同车速、匀速和加速运动对接收点处脉动流场和气动噪声的影响.对于匀速运动,车速越大,接收点处流速越大,压力越小,在每个频率上所对应的声压级基本上越大,总声压级也越大;在同一行驶速度下,加速运动比匀速运动在接收点处的流速要大,压力要小,在每个频率上所对应的声压级基本上要大,总声压级要大,声压级随频率的变化情况与匀速运动一样.

基于模糊控制的纳卫星热控系统仿真

杨娟, 李运泽, 王浚

2008, 34(04): 470-473.

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摘要:
建立了球状纳卫星温度系统动态特性方程组,确定系统稳态温度值后搭建温度系统模型;设计合理的模糊逻辑控制器,与温度系统模型部分相结合,完成整个热控系统模型;分别采用±50%的阶跃信号模拟纳卫星温度系统在空间运行时受舱内仪器热源改变和外壳、辐射器所接受的太阳辐射加热量改变的影响,执行热控系统仿真,绘制仿真曲线与不加控制前的结果相比较.仿真结果表明,将模糊控制系统运用于纳卫星热控系统中能够准确、快速地对其系统温度进行合理控制,具有鲁棒性好、对参数变换不敏感、适应性强以及过渡过程时间短等优点.

高超音速双锥绕流数值模拟的格式效应分析

张静, 阎超

2008, 34(04): 474-477.

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摘要:
通过模拟双锥外形高超音速绕流,对各种计算流体力学空间离散格式的性能进行分析.研究了Roe格式、van Leer格式、AUSM(Advection Up-stream Splitting Method)格式、AUSMDV格式、AUSM+格式、上风TVD(Total Variation Diminishing)格式等对双锥高超音速流场特征的模拟能力.结果表明:各空间格式激波分辨率都较高,但粘性分辨率相差很大.其特性与格式耗散性有关,耗散性越小,粘性分辨率越高;格式耗散性对热流极值影响显著,耗散性越小,热流极值越大,其位置越靠近前缘.

两类DBL码的性能比较

姜晖, 李道本

2008, 34(04): 478-482.

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摘要:
设计出扩展的Large area Synchronization地址码(LS码)——Daoben Lab地址码(DBL码).DBL码由基本LS码与矩阵左、右直积生成,分别称为DBL左乘码和DBL右乘码,两类DBL码各有特点.DBL右乘码特点是把码字分组,码组间码字存在更大的零相关窗,增加了可用码字数,码组内码字非周期相关性与扩展矩阵行向量的相关性相同;DBL左乘码也是把码字分组,码组间的零相关窗长度不变,没有增加可用码字数,但当以正交矩阵扩展时,码组内有和原LS码同样长度的零相关窗.计算机仿真验证了两类DBL地址码的性质.

基于脊线校准的指纹细节点匹配算法

王朋, 张有光

2008, 34(04): 483-486.

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摘要:
对自动指纹识别系统(AFIS, Automated Fingerprint Identification Systems)中居于重要地位的细节点匹配算法进行研究,对基于校准的细节匹配算法进行了修正.在细节点相关脊线信息的提取阶段,提取分叉点相关脊线的拓扑信息,并将其引入后续的校准和匹配算法.采用一种半可变的限界盒以适应指纹图像的非线性形变.引入一个新的参考量计算并比较脊线相似度,以更低的计算代价解决匹配中参考细节点对的选择问题,加快匹配算法的收敛速度.将脊线校准和细节点匹配两个阶段结合起来,采用一种新的更简单有效的方法进行细节匹配.测试结果表明,改进的匹配算法能够在使用较少资源的前提下,提高指纹匹配速度,改善系统的匹配性能.