基于SOPC的Filterbank快速算法硬件加速器设计

针对MP3解码中Filterbank算法计算量大、耗时长的缺点,从以下两个方面进行了研究:一方面对算法进行改进,使用Filterbank快速算法;另一方面采用硬件实现Filterbank快速算法,其中,内部采用并行运算和流水线式设计。实验测试表明,采用硬件加速器来实现Filterbank快速算法,和传统的用纯软件设计相比,不仅提高了系统的运算能力,而且大大提高了整个系统的解码速度,使得实时性效果更好。实验结果显示硬件加速器的速度是软件实现速度的4.21倍。

合成孔径雷达快速后向投影算法综述

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算法,包括距离-方位平面坐标系、地平面坐标系和非欧氏坐标系。该文首先简要介绍了原始BP算法的原理和不同坐标系对加速BP算法的影响,并对BP算法的发展历程进行梳理。然后讨论了基于不同成像面坐标系的快速BP算法的研究进展,并重点介绍了作者所在研究团队近年来在快速BP成像方面完成的研究工作。最后介绍了快速BP算法在工程上的应用,并展望了未来快速BP成像算法的研究发展趋势。

“毁伤快速算法与仿真技术”专题出版前言

区别于一般的爆炸力学和冲击动力学计算,毁伤仿真计算往往需要对完整目标场景甚至阵地场景进行武器打击全过程计算,同时又需要近实时给出计算结果。这种大场景和快速计算在武器研发和运用的工程实际中有着强烈的应用需求。现有爆炸和冲击动力学计算方法(如FEM)由于计算规模和计算效率的限制,在进行毁伤场景计算时往往只能对目标构件或者局部区域进行计算,很难满足毁伤仿真的应用需求。近年来出现了一些快速算法,如镜像爆源法、侵彻微分面元法和破片射线追踪法等,这些快速算法充分利用解析公式、经验数据或代理模型,结合计算机仿真与可视化技术,形成实用工具,有力支撑了国防工业和军事领域的应用。

基于FCM及快速迭代收缩阈值算法的平面ECT图像重建

为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)进行数据优化的快速迭代收缩阈值算法(FISTA)。根据平面阵列电容数据的特点,首先利用FCM算法对测量电容值进行分类,保留有效电容值,实现电容向量降维;然后利用离散小波基(DWT)对灰度值进行稀疏表示,并建立L1正则化模型,采用FISTA进行求解,以实现图像重建;最后将FCM处理后的电容值分别用于Landweber算法、Tikhonov算法进行重建对比。仿真与实验结果表明,该算法重建图像的平均相对误差约为0.0527,平均相关系数约为0.9422,均优于其它算法,且重建图像伪影较少,更接近真实情况;因此,所提算法具有更好的重建效果。。

面向360°全景视频的帧内预测编码的快速算法

为了节省360°全景视频的编码时间,对通用视频编码标准中的编码单元划分决策过程进行了研究,提出了一种面向360°全景视频的帧内预测编码的快速算法。通过优化编码树单元(Coding Tree Unit,CTU)的编码深度范围和编码单元的划分模式的选择过程,减少编码时间。实验结果表明,在全帧内模式下,所提算法比原始算法平均可以节省34.33%的时间复杂度,同时带来的BDBR平均增量仅为1.665%,BDPSNR的平均降低量仅为0.076 dB。

基于CU特征差异的VVC帧内快速划分算法

针对通用视频编码(versatile video coding,VVC)在编码单元(coding unit,CU)划分中引入了多类型树划分结构导致编码复杂度增加的问题,提出了一种基于CU子块方向特性与空间复杂度的快速划分算法。首先利用CU整体的纹理复杂度对当前CU进行分类,筛选出不划分CU;然后利用子块不同划分方向的特性差异提前决策CU划分方向;最后利用CU中间区域与边缘区域的复杂度差异特征判断是否跳过三叉树(ternary tree,TT)划分,进一步减少候选列表划分模式数量。实验结果表明,与官方测试平台VTM10.0相比,编码器在平均输出比特率增加1.12%的代价下,编码时间减少了40.25%,说明该算法在通用视频编码中能以较小的质量损失实现更短的编码时间。

基于SRM模型的宽带MVDR快速算法研究

为满足潜艇等水下航行器宽带自适应波束形成算法的更高实时性要求,在经典的MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)时域解析信号模型的基础上,设计一种基于SRM(Spiked Random Matrix)的协方差逆运算的快速估计算法。首先对宽带信号进行时域解析信号的构造,依据基于随机矩阵理论,然后通过对快拍信号的协方差矩阵的特征值进行调整和处理,实现精确的协方差矩阵的逆运算估计,避免了传统的复杂求逆运算,尤其适合多传感器和快拍样本受限的环境。仿真实验和海试数据证明,提出的算法波束指向性能更优,信号处理复杂度更低,随着阵元间距数的增加,性能获得明显的提升。

基于空间三维非均匀SISO阵列雷达的介质目标快速成像算法

近年来,随着高精度定位系统的迅猛发展,基于手持式毫米波雷达的阵列成像技术在无损检测和医疗成像等涉及介质内部结构成像的领域中引起了广泛关注.与常见的二维(Two-Dimensional,2D)平面单发单收(SingleInput-Single-Output,SISO)阵列不同的是,基于手持式毫米波雷达的阵列,其阵元通常非均匀分布于三维(Three-Dimensional,3D)空间中,导致现有的基于平面SISO阵列的对介质目标内部结构进行快速成像重构的算法无法适用.为此,本文提出了一种适用于空间3D非均匀SISO阵列雷达的半空间介质目标快速成像算法.该算法将空间3D非均匀SISO阵列的每一个阵元扩展为一个的虚拟阵列,然后将所有虚拟阵列的回波数据变换至波数域后进行相干累加,最后通过3D逆傅里叶变换(Inverse Fourie Transform,IFT)实现快速成像.数值仿真和实验测量表明,与同样适用于该场景的改进后向投影(Improved Backward Projection,IBP)算法相比,在本文给定的成像参数条件下,所提算法可以在保证成像质量的同时,将成像时间缩短94%以上.

基于果蝇算法的医院电子档案海量数据快速查询方法

由于我国医院电子档案数据量每日呈爆炸式增长,导致数据查询方法难以准确且快速查询海量电子档案数据,文章提出基于果蝇算法的医院电子档案海量数据快速查询方法。对原始医院电子档案海量数据进行清洗、压缩等预处理操作,利用果蝇算法搜索预处理后的电子档案数据,获取数据查询位置的最优解,实现医院电子档案海量数据快速查询。实验结果表明,设计方法查询医院电子档案海量数据时查询代价消耗比仅2.61,具有优越的查询效率和扩展性。

基于阻塞流的配电网安全边界快速算法

安全边界描述了配电网的安全运行范围,在配电网规划和运行中具有重要价值,能帮助获得配电网的安全裕度和提高安全性,但现有算法求解配电网安全边界点效率不高.针对这一问题,文中引入网络流理论,提出了一种基于阻塞流的配电网安全边界新算法,简化了计算过程,显著提高了求解效率.首先,从概念和模型角度对比了配电网安全边界理论和网络流理论的相关概念,分析发现正常运行安全约束下的配电网严格安全边界与网络阻塞流存在对应关系.其次,提出了基于阻塞流的安全边界计算方法,主要步骤包括:将配电网等效为流量网络;列写等效网络阻塞流解析式,得到对应的配电网安全边界解析式;利用降维采样算法求解等效网络阻塞流,得到对应的配电网安全边界点.最后,通过扩展的IEEE RBTS BUS4柔性配电网算例验证了所提方法.与现有算法对比验证了所提方法的正确性和快速性,所提方法高效的原因是根据网络流理论求解阻塞流,避免了现有算法中耗时的线性规划.文中将网络流理论引入配电网安全边界计算,对简化安全分析方法、提高计算速度提供了新途径.

基于神经网络的HEVC帧内预测组合快速算法

为了提升高效视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)帧内编码的实时性能,本文提出的方法利用了引入偶数边长与步长的卷积核以及自注意力机制的轻量级卷积网络来预测编码树单元(Coding Tree Unit,CTU)的帧内划分结构,从而减少了编码器对CTU进行四叉树递归遍历划分的编码时间。原始编码策略中粗模式决策通过基于残差经哈德曼变换的预测残差绝对值总和(Sum of Absolute Transformed Difference,SATD)的损失值来估计率失真优化过程中的率失真损失值来进行加速,但仍会耗费一定的编码时间。提出一种方法通过采样搜索的方式减少粗模式决策过程中计算的模式数,从35种模式降低到了18种模式,降低了粗模式决策过程中计算估计损失值的时间。由粗模式决策过程得到的较优的多个候选帧内模式来进行率失真优化,为了缩减粗模式决策需要计算的候选模式数,在候选模式列表中根据前后帧内预测角度模式的估计损失值的差距来筛选掉部分可能性较低的候选模式实现早停止决策,从而减少需要进行率失真优化的候选模式数量,进而减少率失真优化过程的计算时间。本文提出的算法在测试序列上平均实现78.15%的编码时间缩减,BD-PSNR为-0.168 d B,BD-RATE为3.49%。

快速凸包算法在发射车状态监控中的应用

针对当前复杂工业系统运行状态监控策略普遍存在误报警数目过多的问题,提出了一种基于快速凸包算法的发射车状态监控方法。该方法利用快速凸包算法从给定的正常历史数据中估计发射车的正常工作空间,对于新采集的发射车运行状态监控数据,如果由它们构成的工作点位于发射车的正常工作空间内,就认为发射车的状态是正常的,否则就是异常的。与基于静态阈值的方法相比,提出的方法降低了误报警数目;相较于基于隐变量的方法,提出的方法具有良好的可解释性。通过数值仿真技术,分别分析了一个2维和3维案例来评估提出的方法的性能表现。仿真结果表明,提出的方法物理意义明确,产生的误报警数目少。

复杂环境下螺栓防松线快速分割算法

针对现有螺栓防松线分割方法无法适应复杂环境的问题,提出了一种复杂环境下螺栓防松线快速分割算法。这一算法可以对Lab和RGB颜色空间进行转换,通过选取适当参数在Lab和RGB颜色空间实现a分量非线性拉伸和R分量最优阈值分割,得到螺栓防松线图像。选取50张光照和背景复杂的图像作为测试集,与传统阈值算法、基于Lab颜色空间的K均值聚类算法在准确率、精确度、查全率、运行时间方面进行对比。试验结果表明,所提出的快速分割算法在复杂环境下具有更强的环境适应能力和更短的耗时,具备较高的工程应用价值。

基于指针排序的快速中值滤波算法研究

为实现航空发动机控制系统采集信号的快速中值滤波,设计一种基于指针排序的快速中值滤波算法,将中值滤波过程分解为窗口数据更新和窗口数据中值求取两个算法片段。针对窗口数据更新算法片段,提出一种环形数据窗口更新算法,通过指针指向平移实现数据窗口的滑动,缩短了窗口数据更新的耗时。针对窗口数据中值求取算法片段,提出一种基于指针排序的数据比较和移位算法,在运算内存开销较小的情况下实现了窗口数据中值的快速求取。实验结果表明:基于指针排序的快速中值滤波算法能够在耗时减少的情况下,实现信号随机噪声的有效滤除。

基于群体智能算法的巷道快速掘进自动化控制研究

以提高掘进效率、优化矿山资源的开采过程为目的,该文提出基于群体智能算法的巷道快速掘进自动化控制方法。采集掘进机截割电机的负载油缸压力、截割臂振动加速度和截割电机电流数据,将其输入到Q-RBF神经网络模型内,通过该模型迭代输出掘进机截割臂载荷信号,对该载荷信号转换成摆速后得到掘进机截割臂期望摆速,将期望摆速与实时摆速同时输入到模糊PID控制器内,并对模糊PID控制器参数进行整定处理,输出掘进机截割臂摆速控制参数,实现巷道快速掘进自动化控制。实验表明,该方法可实现掘进机截割臂摆速控制,超调数值较小,应用效果较为显著。

适用于高高原机场GPS/BDS导航快速选星算法分析

卫星导航系统是民航飞机导航的主要手段之一。因高高原机场环境复杂多变,单一GPS导航系统难以满足现实需求。基于GPS/BDS双模导航能显著提高导航性能,具有明显优势。但这将带来大的卫星冗余,增加了计算量的同时会引入更多低导航质量的卫星。为此,针对高高原机场情况,提出一种基于卫星仰角和方位角的快速选星算法,可以减少计算负担,同时自动选出高质量卫星信号,满足实际的导航需求。最后,选取4个典型的高高原机场场景对算法进行了充分的仿真实验分析。仿真结果验证了所提方法的有效性。

麻雀搜索算法-粒子群算法与快速扩展随机树算法协同优化的智能车辆路径规划

针对智能汽车在面对多样化工作场景时其路径规划算法存在响应时间长、规划效率低的问题,提出了多元协同优化策略。首先,融合麻雀搜索算法(SSA)的警惕机制与粒子群算法(PSO)的种群寻优特性,对PSO算法中的惯性权重因子和学习因子进行优化;其次,提出“三角布线”搜索规则,对快速扩展随机树算法(RRT)进行双向优化(RRT-Connect);然后,基于MATLAB软件建立了复杂环境道路仿真模型,对上述优化方案进行了仿真验证。结果表明,相较于单一的优化方案,协同优化算法在路径长度与规划时间上均具有显著的优势。对两种协同优化方案的应用场景进行了实车试验,结果显示:在局部路径规划中,SSA-PSO算法响应时间更短,规划效率更高,而在全局路径规划中,“三角布线”RRT-Connect算法更具优势。

改进A^(*)算法路径规划的机翼快速建模

针对飞机机翼装配复杂、装配调试周期长等问题,提出了改进A^(*)算法结合位姿矩阵算法的飞机机翼快速建模装配方法。在MBD环境下与装配特征自动识别过程相结合,将装配模型标准化,并利用轮廓识别算法进行特征识别,采用A^(*)算法获取最优装配路径。当正确获得几何特征、装配特征和约束之间的关系时,以改进A^(*)算法-位姿变换算法为内核开发快速建模装配信息显示系统,将所需的功能集成在快速建模装配信息显示系统界面,进行交互式的快速建模,并显示更多的装配信息。对装配过程进行实验验证,与位姿矩阵算法相比提高了机翼翼盒装配的效率和准确性,从而验证了该方法的有效性。

张量结构和活动值的HEVC-SCC帧内快速算法

针对新一代高效视频编码标准(high efficient video coding,HEVC)逐一划分、逐层对预测模式进行RDO过程计算复杂度高的问题,提出基于结构张量和活动值的HEVC-SCC帧内快速算法。首先利用屏幕内容图像中均匀和小的全局运动区域常用大尺寸单元CU编码,复杂或大的全局运动区域常用小尺寸CU编码的特点,通过提取能够表示CU均匀性的结构张量,研究结构张量与CTU深度划分的联系,在CTU进行遍历不同深度下的编码模式前先对当前深度CU计算结构张量值,通过结构张量值判断是否跳过当前深度下的遍历率失真优化(RDO)的过程。其次利用屏幕内容和自然内容图像纹理特性不同,屏幕内容常含有水平或垂直的边,提出了基于图像活动值的屏幕内容帧内编码模式决策。通过计算图像的编码单元(coding unit,CU)的水平活动值、垂直活动值,对CU进行判别以跳过遍历所有预测模式的过程。所提的算法经过实验测试,在全帧内(all intra)配置下,与SCM-8.8算法相比能减少26.65%的编码时间,而BDBR仅增加1.95%。

基于快速搜索随机树算法的无人船路径规划研究

无人船航行时的安全性、可靠性和稳定性至关重要。有效的路径规划技术可显著提高无人船的避碰能力和缩短航行距离,已成为无人船领域的重点研究内容。本文:首先,分析了传统的快速搜索随机树(rapidly-exploration random tree,RRT)算法的程序原理和算法流程;其次,针对其不足之处引入偏置采样的方案,增加了对目标点的引导以提高其运行效率,在此基础上采用贪心思想进一步优化无人船的路径,继而提出改进的RRT算法和RRT-connect(rapidly-exploring random tree connect)算法;最后,对几种环境复杂程度不同的地图进行仿真模拟实验,验证改进方法的可行性。验证结果表明,改进的RRT-Connect算法可减少环境复杂多变对无人船路径规划的干扰,并能有效提高路径规划效率。