基于三维曲面Spline模型研究中国不同地区的磁场分布

利用地面台站以及子午工程测点,CHAMP卫星实测数据,建立了中国地区主磁场的三维曲面Spline(3DSS)模型。基于该模型进行了我国的高原地区(青藏高原28°N-38°N,78°E-102°E)、平原地区(长江中下游平原27°N-34°N,111°E-122°E)以及海洋地区(东海和南海部分区域16°N-30°N,123°E-136°E)的磁场模拟。分别基于高原及平原的实测数据建立了各自的3DSS模型。另外分别建立了对应的二维Taylor(2DTY)、三维Taylor多项式(3DTY)模型以比较验证。建模时考虑了所有测点的场源移除、地面及卫星数据间的数据真空、边界效应等问题。为了考察模型相对于实测值的模拟精度,对三个地区分别选取若干个测点不参与建模,将所建模型分别模拟这些测点,并计算残差、变化率及均方根偏差(RMSE)。结果显示无论是全国3DSS模型还是小区域3DSS模型,其变化率除了Y分量略大,其余分量都在1%以内,模拟精度均要好于2DTY和3DTY模型。小区域(高原及平原)3DSS模型能较好反映区域磁场分布。模型对高原的拟合最好,平原次之,海洋地区最差,说明3DSS模型不需要太多的测点即可完成建模,但建模精度依赖于测点的数量及分布。

一种复杂曲面的精密测量逆向与误差评定方法

目的研究叶片类零件精密测量、逆向与误差评定方法,为该类零件的精密加工提供数字化误差分布模型。方法针对接触式测头存在的空间径向偏置问题,基于四点标定法,建立空间数学模型,完成工具中心点(TCP)的标定;针对叶片点云分布散乱、无序等问题,提出基于多级B样条插值方法,进行叶片三维点云的曲面重建;最后基于迭代法,对叶片误差进行精确评定。结果对测量所得叶片点云,基于多级B样条与控制网格差异化细分的重建算法可以重建出高保真的连续曲面;误差评定算法可以完成测量结果与设计模型之间不小于0.01 mm的误差计算并得到分层分区的误差可视化云图。结论机器人接触式测量系统可以对叶片类复杂曲面完成高精度测量,采用基于B样条的三维重建算法可以快速的重建出叶片三维曲面;笔者提出的误差评定算法可以进行高精度叶片点云的误差计算,其分层分区结果对于叶片抛磨精加工阶段具有指导意义。

高速飞行器热防护结构非均匀热流载荷反演方法

为准确掌握高速飞行器热防护结构服役时承担的非均匀气动热载荷,提出了一种基于共轭梯度理论的非均匀热流载荷的反演方法.以隔热瓦结构为例,开展了2类典型非均匀热流载荷下的数值仿真研究.通过引入一阶样条曲线插值表征非均匀热流的时变规律,降低了待反演参数数量.分析了反演方法的可行性以及温度测量偏差等因素对反演精度的影响.研究结果表明:非均匀热流时变规律的样条线表征方法可以将反演参数数量缩减到4个,极大地提升了反演效率;提出的反演方法可以精确反演结构非均匀热流载荷的时间和空间分布特性,对于含噪声的测量数据,该方法由于采用了插值重构的表征方法而体现出较好的抗噪性能.

多段圆弧曲线轮廓测点划分与拟合研究

针对检测和拟合多段圆弧曲线中存在的测点划分不精确和整体拟合轮廓不平滑等问题,提出了一种B样条迭代平滑算法和一种基于曲率和最小二乘原理的分割拟合方法。首先,采用B样条迭代法对原始测点进行平滑处理,并生成相应的辅助点;其次,采用三点圆曲率分析法计算辅助点的曲率,然后对辅助测点曲率集进行均值匹配得到初始分割点;最后,通过构建分割临界区域,并采用带几何约束的最小二乘拟合法实现多段圆弧曲线轮廓测点的最优分割与平滑拟合。对某四圆弧凸轮进行仿真案例分析,在噪声水平s=0.01 mm,s=0.03 mm,s=0.05 mm下,最大相对拟合偏差分别为0.645%、2.237%、3.243%;实验结果表明,该方法能够准确找到圆弧段间的分割点,并保证整体拟合轮廓的光顺性。

基于GB-APFB-RRT^(*)算法的机械臂路径规划

针对传统机械臂路径规划快速扩展随机树(RRT)算法存在探索能力弱,导向性差,收敛速度慢,耗时长等问题,提出了一种基于人工势场引导的概率偏置双向最优RRT算法(GB-APFB-RRT^(*))。首先,起末点同时生成双树进行路径搜索,利用目标概率偏置阈值初步确定采样点扩展的方向,再重选父节点重布线,使每次迭代点都为路径代价最小;其次,在新节点的生长方式上引入人工势场思想,控制新节点的生长方式靠近目标点区域并且避开障碍物;最后,对规划路径进行剪枝处理,删除冗余点,利用三次B样条曲线进行路径平滑拟合,使得机械臂运动更加平稳。通过与RRT、B-RRT^(*)、APF-RRT算法进行了对比,结果表明所提算法的搜索效率平均提升了95%,迭代次数平均减少了98%,节点数平均缩小了32%,路径长度平均缩短了20%,说明了所提算法对环境的适应性更强,路径搜索效率更高,验证了该算法的有效性和高效性。

加速试验缺失数据的样条插值分析

加速试验是研究高可靠性长寿命产品的有效手段,试验中性能退化数据是产品可靠性分析的基础。但由于试验过程中的各种不确定性,造成数据缺失、未按计划采样。提出基于三次样条和B样条的插值法,根据退化数据的特点,对缺失数据进行插补。三次样条插值采用不同边界条件,通过求解方程组得到插值函数。B样条插值法通过求解控制顶点和de Boor⁃Cox递推定义的B样条基函数得到插值函数。实验表明,该方法具有可操作性和有效性。

基于测斜数据的桩身弯矩计算

为使用测斜数据推断基坑支护桩弯矩,对某工程测斜数据采用三点圆求曲率法、多项式拟合法、样条拟合法对所选时间内的测斜数据进行计算分析,对比各种方法计算弯矩的适用性;并将钢筋计所测数据计算的桩身弯矩作为实测值与测斜计算结果进行对比。其结果表明:三点圆法与样条插值计算曲率求弯矩与实测值偏差较大,且数据波动变化大,在实际工程中不具有实用性;五次多项式拟合可以较好拟合测斜数据,计算弯矩与实际弯矩值吻合程度高。因此在工程中采用多项式拟合求桩身弯矩是较为实用的方法。

基于三次样条插值函数的3D激光图像去噪算法研究

针对USB-C产品尺寸AOI(automated optical inspection,自动光学检测)生产线上3D激光检测系统中因图像不清晰造成针脚平面度误判率高的问题,从激光原图像入手探究其原因,结合三次样条插值多项式的光滑性,研究基于三次样条插值函数的3D激光图像去噪算法。该算法过程为:首先分析3D激光测量仪获取图像的过程,从获得的图像中分离并提取2D信息;然后,对图像检测区域逐个判断可疑噪声点,再针对每一行以位置为横坐标、像素值为纵坐标,采用三次样条插值函数计算噪声点的实际像素。研究结果表明:所提出的算法与分数阶积分算法相比,能够在保留边缘特性和纹理信息的同时,更好地去除噪声;该算法实用性强,能减少误判,大大提高工作效率。

空间分析中几种插值方法的比较研究

针对常用的空间插值方法在精度分析方面比较的不足,从地质统计学、数学函数和几何方法方面分别选取普通克里金插值法、三次样条函数法和距离权重倒数法进行插值精度的比较与分析。文章分析了各个方法的优缺点和局限性,选取疏密差异较大的均匀和不均匀离散点数据进行实验,利用三次趋势面模型和MATLAB,ArcGIS,GS+Version等相关软件进行分析与处理,得到三种方法在局部插值误差方面的变化规律,同时为使用插值方法的用户提供一个最优的选择方案。

一种新的红外焦平面器件非均匀性自适应校正算法

提出了一种新的红外焦平面器件非均匀性自适应多点校正算法 ,该算法利用自适应滤波技术获取探测器在某一定标辐照度下稳定工作时的权值 ,并利用该权值去除探测器实时输出图像的温度漂移 ,最后对去除温度漂移的图像进行三次样条插值多点校正 ,具有校正精度高。

基于低次插值的红外焦平面器件非均匀性多点校正算法

提出了分段线性插值和三次样条插值两种基于低次插值的红外焦平面阵列非均匀性多点校正算法 ,该算法能有效地克服工程上常用的一点和二点校正算法的不足 ,具有校正精度高、动态范围大、在线计算量小、易于实时实现等优点 ,并且能有效克服

三次B样条曲线插补技术修正算法

提出一种修正的插补算法,理论上分析了三次B样条曲线递推公式的泰勒展开式一阶、两阶求导在插补周期一定的情况下插补增量只与插补速度有关,通过改变插补增量就可以达到修正三次B样条曲线的目的。经具体实例在MATLAB7.0上验证该算法是正确的,可以提高插补运算效率,节约计算时间,实现样条曲线的快速插补。

珩磨机运动控制卡的三次B样条曲线插补算法

数控珩磨机在加工复杂曲线曲面时,控制系统通常以TMS320F2812芯片为核心,设计DSP运动控制卡的定时器控制中断控制伺服电动机来完成插补。介绍了一种利用DSP运动控制卡进行三次B样条曲线的插补方法,该方法不仅可以缩短插补时间,也可以通过控制运动控制卡定时器中断来调整插补轨迹。最后实例表明,该插补算法不仅满足运动控制的要求,而且也满足了高速高精度插补的要求。

三状态样条Kalman滤波与目标机动检测

基于样条方法和Kalman滤波理论 ,给出了一种新的三状态样条Kalman滤波方法及对目标进行机动检测的方法。该滤波方法用样条函数建立目标运动模型 ,应用Kalman滤波进行状态估计 ;该机动检测方法通过检测滤波新息来对目标机动发生或消除进行判断。由于考虑了加速度的实时估计 ,该滤波方法尤其适用于对弹道式目标的机动跟踪。仿真计算与实测数据计算表明 :该滤波具有较高的精度 ;

大豆叶片三维重建及形变技术研究

目前,对于大豆叶片形态的静态模拟研究很多,并且技术已经比较成熟,但是对于叶片的三维重建以及形变建模技术研究很少,特别是形变建模技术是叶片模拟领域中的一个难题。为此,在已建立的二维大豆叶片模型的基础上,将其重构为三维模型,并提出了叶片形变建模方法,从而得到了更具有真实感的大豆叶片模型。所提出的大豆叶片形变建模方法,可为静态虚拟植物叶片建模研究提供必要的方法,具有一定的实践价值。

三状态样条滤波与平滑

本文基于样条滤波理论 ,给出了三状态样条滤波与平滑方法 .仿真计算与实测数据计算表明 。

基于分段三次样条函数逐时气象资料模拟方法研究

精细化的逐时气象资料是气候可行性论证的基础,本文利用河南省5个气象观测站逐日4次定时气温观测资料及日最高气温和日最低气温观测资料,基于分段三次样条函数插值法模拟计算逐时气温,并以2006—2015年郑州气象观测站气温观测资料为例分析观测气温与模拟气温之间的差异。结果表明:分段三次样条函数插值法可以有效模拟实际气温的变化特征,但考虑日最高气温和日最低气温后,"六点"插值法模拟效果优于"四点"插值法,2006—2015年郑州气象观测站模拟气温与观测气温之间呈极显著的正相关关系(R^2=0.99,n=73 040);特别是在气温要素没有连续跃变时,利用分段三次样条函数插值法可以使4次气温观测资料有效转换为逐时气温资料,三次样条函数插值法也适宜于其他连续性变化的气象要素(如水汽压、相对湿度和风速等)的逐时模拟,且模拟效果基本不受地域影响;从郑州气象观测站模拟气温与观测气温之间的偏差及其变化幅度来看,计算结果可以满足气候可行性论证对气象要素时间精度的要求和气候应用服务的需求。

一种基于超曲面样条函数的三维空间插值方法

将二维曲面样条函数插值法进一步引申,提出一种基于超曲面样条函数进行三维空间插值的新方法,介绍超曲面样条函数的构造方法,给出利用该方法进行三维空间插值的数值实现过程。最后以插值形成三维空间规则数据场为例,证明利用超曲面样条函数法进行三维空间插值的可行性和准确性。

应用B样条理论改进的变压器三比值故障诊断方法

为了解决三比值法在变压器故障诊断应用中存在的问题,提出一种基于B样条理论改进的方法。该方法在对三比值法进行空间几何分析的基础上,采用B样条曲面表示故障特征区域间的分界面,通过柔性自适应地调整分界面的形状,可将误诊样本对应的故障特征纳入到正确的故障特征区域内,从而提高诊断精度。方法突破了原三比值法固定区域边界的限制,为故障诊断问题求解提供了一种新的解决思路。实例分析表明,改进后的方法既保留了三比值法对大多数样本能够准确识别的特点,又使三比值法具备了学习能力,其学习过程具有可视性,且学习效果是可控的。

样条函数在原木几何再现中的应用

介绍一种应用样条函数法对有限原木数据进行曲线拟合的方法。此方法具有采集数据少,曲线拟合准确度高,使用方便等特点。利用电子计算机高精度绘图功能,可以很方便地绘制出原木几何形体不同视角的图形,为确定合理最佳锯剖方案提供有力的工具。