FITEE 2021年第2期摘要

1. A hybrid visual servo control method for simultaneously controlling a nonholonomic mobile and a manipulator

一种同时控制非完整约束底盘和机械臂的混合视觉伺服方法

李玮，熊蓉

浙江大学工业控制技术国家重点实验室，中国杭州市，310027

摘要：视觉伺服控制规则是指利用机器人上所安装相机获取的图像数据进行机器人运动规划的控制方法，通常分为基于图像的视觉伺服、基于位置的视觉伺服和混合视觉伺服（HVS）控制规则。移动操作可扩大机械臂的工作范围和灵活性，但目前将视觉伺服控制应用于完整移动作业机器人运动的研究较少。本文提出一种面向6自由度机械臂与非完整移动基座组合构成的移动操作机器人HVS运动控制方法。基于移动操作机器人的运动学微分方程，推导了整个机器人的全局雅可比矩阵，进而结合位置信息和视觉图像信息推导了HVS控制方程。夹持器和目标之间的距离是通过安装在夹持器上的摄像机观察标记来计算的，并计算了在图像坐标系中标记特征点位置与期望位置之间的差异。将这些差异代入控制方程，可得到移动操作机器人各自由度的速度控制规律。为避免由观测引起的位置误差，引入卡尔曼滤波来校正机械臂末端的位置和方向。最后，在一台由Bulldog底盘、UR5机械臂和ZED相机组成的移动操作平台上进行了实验验证。

关键词：移动作业；混合视觉伺服；眼在手上；全局雅可比；卡尔曼滤波

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900460

2. Indirect adaptive fuzzy-regulated optimal control for unknown continuous-time nonlinear systems

面向未知连续非线性系统的间接自适应模糊规划最优控制方法

张海运^1,2，孟德远²，王进¹，陆国栋¹

¹浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，中国杭州市，310027

²中国矿业大学机械电子工程系，中国徐州市，221116

摘要：针对动力学未知、不匹配和扰动条件下的连续非线性系统，提出一种新的间接自适应模糊规划最优控制方案。首先，建立非线性系统汉密尔顿-雅各比-贝尔曼（HJB）方程及其匹配的性能函数。与现有自适应动态规划（ADP）方法不同，在执行器-评判器架构下，所提方案采用特殊的非二次变量性能函数作为强化媒介。构造一个自适应模糊规划的评判器结构来配置性能函数的权重矩阵，以逼近和平衡非线性HJB方程。同时，设计一种并行的自组织学习技术用于自适应更新该评判器的权重。在此基础上，提出一种自适应最优反馈控制器与一个新形式的增广黎卡提方程作为执行器，实时优化模糊规划后的性能函数。通过设计上述执行器-评判器架构获得一种在线间接自适应最优控制机制，可同时实现最优成本函数和最优控制策略的连续实时自适应调整。该方法的控制收敛性和闭环稳定性得到证明和保证。最后，仿真和比较表明所提方案的有效性和可靠性。

关键词：间接自适应最优控制；汉密尔顿-雅各比-贝尔曼方程；模糊规划评判器；自适应最优控制执行器；执行器-评判器架构；未知非线性系统

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900610

3.  Learning natural ordering of tags in domain-specific Q&A site

特定领域问答网站中的标签自然顺序研究

贾俊芳¹，李国强²

¹山西大同大学计算机与网络工程学院，中国大同市，037009

²上海交通大学软件学院，中国上海市，200240

摘要：标注是Web 2.0的一个重要特征。它使得社会计算系统（如问答网站）的用户们可以自由地标记内容。然而，标注真的是自由不受限的吗？现有工作表明，用户们常常可以隐性地就哪种标签最能描述在线社区的内容达成共识。然而，目前还没有针对用户在标注过程中对标签排序的规律性开展研究。本文专注于研究特定领域问答网站中的标签自然排序，并对CodeProject、SegmentFault、Biostars以及CareerCup 4个问答网站上数以百万计的问题中的标签序列进行研究。结果表明，这些问答网站的用户可以就问题标签的排序达成隐性共识。研究了标签之间的关系，这些关系可以解释标签自然顺序的出现。该研究为利用标签的自然顺序提升现有标签推荐以及问答站点导航提供了可能。

关键词：问答网站；标注；自然顺序；Skip gram

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900645

4. A strategy-proof auction mechanism for service composition based on user preferences

考虑用户偏好的服务组合防策略拍卖机制

夏瑶，黄志球

南京航空航天大学计算机科学与技术学院，中国南京市，210016

摘要：服务组合是一种基于服务成本和服务质量（QoS）将现有原子服务组合为增值服务的有效方法。为满足用户的多样化需求，提供基于QoS的定价服务，提出一种基于用户偏好的服务组合拍卖机制，该机制具有防策略性，有利于根据用户偏好选择服务，动态确定服务价格。本文证明，所提出的拍卖机制达到了期望的性质，包括真实性和个体合理性。此外，提出一种拍卖算法来实现拍卖机制，并在真实数据基础上进行大量实验。结果表明，所提出的拍卖机制不仅达到预期效果，而且帮助用户找到满意的服务组合方案。

关键词：组合逆向拍卖；服务组合；用户偏好；防策略性；动态定价

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900726

5. Applying Rational Envelope curves for skinning purposes

有理包络线的蒙皮应用

Kinga KRUPPA^1,2

¹德布勒森大学信息学院，匈牙利德布勒森市，H-4028

²德布勒森大学信息博士生院，匈牙利德布勒森市，H-4028

摘要：闵可夫斯基空间中的特殊曲线如闵可夫斯基毕达哥拉斯矢端线，在计算机辅助几何设计中有着重要作用，其应用近年来得到深入研究。Bizzarri等人在2016年介绍了一类有理包络（RE）曲线；提出用于G¹ Hermite数据的插值方法，其合成的RE曲线能对所表示的区域生成有理边界。本文提出RE曲线的一类新的应用领域——离散输入圆集的蒙皮。若未选择正确的Hermite数据进行插值，得到的RE曲线将不适合蒙皮。本文介绍一种新颖的方法，按此方法得到的包络曲线能够接触每个圆预定的接触点。因此，我们克服了因接触点位置导致不适合蒙皮的问题。本文所提方法的一个显著优点在于其边界偏移量修剪的效率，这在计算机数控方面非常有用。

关键词：中轴变换；包络；插值；蒙皮；圆

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900377

6. Solution and stability of continuous-time cross-dimensional linear systems

跨维数线性连续系统的解和稳定性

张庆乐，王彪，冯俊娥

山东大学数学学院，中国济南市，250100

摘要：利用V-加法和V-乘法研究了维数有界的跨维数线性连续系统（CCDLSs）的解和稳定性。使用积分迭代法，得到CCDLSs的解。基于解的代数表示以及矩阵的若尔当分解，给出相应的充要条件判断一个CCDLS在给定初始状态后是否渐进稳定。该条件提供了一种确定吸引域以及吸引域间关系的方法。然后，研究了所有可镇定的初始状态，并提出相应控制器的设计方法。最后，给出两个例子说明理论结果的有效性。

关键词：跨维数；V-加法；V-乘法；渐进稳定性；镇定性

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900504

7. Stability of Boolean networks with state-dependent random impulses

具有状态依赖随机脉冲的布尔网络稳定性研究

沈雅雯，郭宇骞，桂卫华

中南大学自动化学院，中国长沙市，410083

摘要：研究了具有由状态和随机因素触发脉冲的布尔网络的稳定性。采用混合指数模型描述脉冲神经网络。首先，得到前向完备性的几个充要条件。其次，基于概率布尔网络的稳定性准则和前向完备性准则，给出以概率1有限时间稳定性和依分布渐近稳定性的充要条件。讨论了这两种稳定性之间的关系。最后，给出算例和时域仿真结果。

关键词：脉冲布尔网络；前向完备性；以概率1有限时间稳定性；依分布渐近稳定性

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900454

8. Data recovery with sub-Nyquist sampling: fundamental limit and a detection algorithm

亚奈奎斯特采样的数据恢复：性能极限与恢复算法

罗茜倩，张朝阳

浙江大学信息与电子工程学院，中国杭州市，310027

摘要：奈奎斯特频率是一般带限信号进行无损采样的采样率下界，然而在某些情景中，亚奈奎斯特频率也足以进行无损采样和信号恢复。以往对亚奈奎斯特采样的研究主要集中在利用信号变换来降低信号维度，但是亚奈奎斯特采样信号的结构并没有得到充分研究。本文针对线性调制基带信号的亚奈奎斯特采样，研究其信号恢复性能极限与算法。该问题中，原信号维度无法降低，因此亚奈奎斯特采样不可避免会带来信息损失，信号恢复也变成一个欠定线性问题。本文采用两种亚奈奎斯特采样方法对线性调制基带信号进行采样，分别研究了两种采样方法下的性能极限和信号恢复算法。首先，针对两种亚奈奎斯特采样方法，分别计算了采样序列之间的最小归一化欧氏距离，以此作为最优性能的指标。然后，在基带信号有限符号集的限制条件下，采用改进的时变维特比算法从亚奈奎斯特采样序列中恢复原信号。将仿真得到的亚奈奎斯特采样的误比特率与其性能的理论极限比较，并与奈奎斯特采样性能对比，验证了时变维特比算法在信号恢复问题中的优良性能。

关键词：奈奎斯特采样定理；亚奈奎斯特采样；最小欧式距离；欠定线性问题；时变维特比算法

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900320

9. Novel efficient identity-based signature on lattices

格上高效的身份基签名

陈江山^1,2，胡予濮¹，梁红梅²，高雯³

¹西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室，中国西安市，710071

²闽南师范大学数学与统计学院，中国漳州市，363000

³西安邮电大学网络空间安全学院，中国西安市，710061

摘要：随着电子信息技术的飞速发展，数字签名已成为人们生活中不可或缺的一部分。由于证书管理的局限性，传统的公钥证书密码系统无法满足现有需求。基于身份的密码系统避免了证书管理问题。量子计算机的发展给传统密码学带来严峻挑战。后量子密码学研究势在必行。目前，几乎所有后量子基于身份的签名方案都是利用高斯采样技术或陷门技术构建的。但是，这两种技术对计算效率有很大影响。为克服该问题，采用Lyubashevsky签名方案构造了格上基于身份的签名方案。基于格上的最短向量问题，该方案既不使用高斯采样技术也不使用陷门技术。在随机谕言机模型中，可以证明该方案对适应性选择的消息和身份攻击是不可伪造的。其安全性级别是强不可伪造的，比其他方案存在性不可伪造的安全性更高。与其他有效方案相比，所提方案在计算复杂度和安全性方面具有优势。

关键词：身份基签名；格；强不可伪造性；随机谕言机模型

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900318

10. A 0.20–2.43 GHz fractional-N frequency synthesizer with optimized VCO and reduced current mismatch CP

基于优化的压控振荡器和低电流失配电荷泵的0.20–2.43 GHz分数分频频率合成器

邹维，任达明，邹雪城

华中科技大学光学与电子信息学院，中国武汉市，430074

摘要：提出一种适用于多标准无线通信系统的0.20–2.43 GHz分数分频频率合成器方案，该方案采用低相位噪声压控振荡器和低电流失配电荷泵。由于压控振荡器的性能决定了锁相环型频率合成器的带外相位噪声，利用自动幅度控制技术和高品质因数的8字型电感对压控振荡器进行优化。为改善电荷泵电流匹配性能以及减小锁相环相位误差，提出一种具有失配抑制结构的电荷泵。通过理论分析，研究了电流失配对锁相环输出性能的影响。采用台积电0.18-µm CMOS工艺，模型输出频率从0.20 GHz变化到2.43 GHz。这一锁相环型频率合成器在2.43 GHz载波时实现的带内相位噪声为−96.8 dBc/Hz，带外相位噪声为−122.8 dBc/Hz。在最坏情况下，均方根抖动为1.2 ps，测量的参考杂散小于−65.3 dBc。消耗电流15.2 mA，芯片面积为850 µm×920 µm。

关键词：频率合成器；电荷泵；压控振荡器；电流失配；相位噪声

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900653

11. Infrared Earth sensor with a large field of view for low-Earth-orbiting micro-satellites

适用于低轨微小卫星的大视场红外地球敏感器

王昊¹，王志远¹，王本冬¹，金仲和¹，John L. CRASSIDIS²

¹浙江大学航空航天学院，中国杭州市，310027

²纽约州立大学布法罗分校机械与航天工程系，美国布法罗市，14260-4400

摘要：红外地球敏感器广泛应用于卫星姿态确定和控制系统中。静态红外地球敏感器的主要缺点是视场较小，其典型视场约为20°至30°，可能不适用于近地轨道的微型卫星。设计了一种新型的小型红外地球敏感器，其视场接近180°。该地球敏感器包括全景环形透镜（PAL）和红外CMOS传感器。PAL镜头用于增强视场，从而从近地轨道获得完整的地球红外图像，据此提出一种补偿PAL引起的畸变和计算地球矢量的算法。新型红外地球敏感器结构紧凑，功耗低，精度高。利用ZDPS-2微小卫星获得在轨红外图像和模拟图像，评估新型红外地球敏感器的性能，实验表明其精度约为0.032°。

关键词：红外地球敏感器；微小卫星；姿态确定系统

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900358

12. Improvement of signal processing in Coriolis mass flowmeters for gas-liquid two-phase flow

科里奥利质量流量计气液两相流信号处理的改进

李春辉¹，孙立军¹，刘佳荣¹，张扬¹，李海洋²，王化祥¹

¹天津大学电气自动化与信息工程学院，中国天津市，300072

²上海市计量测试技术研究院，中国上海市，201203

摘要：科里奥利质量流量计作为一种日益流行的流量测量仪表，在单相流条件下表现出较高测量精度，并在工业上得到广泛应用。但在复杂流动条件下，例如两相流工况，由于各种因素（包括不合适的信号处理方法），测量精度会大大降低。本文分析了3种数字信号处理方法——正交解调（QD）、希尔伯特和滑动离散傅立叶变换法，分别用于处理传感器信号并在两相流工况下测试算法性能。在此基础上，分别改进了两相流条件下的信号处理方法。在仿真中使用随机游走模型分别建立单相流和两相流工况下的传感器信号，评估这3种方法的相位差跟踪性能。基于数字信号处理器，在其评估板上完成转换器程序设计。将转换器在单相流和两相流工况下测试，根据测量精度和算法复杂度评估改进的信号处理方法性能，结果表明QD算法在单相流工况下性能最佳。在两相流条件下，QD算法在160、250和420 kg/h流量点的测量指示误差和重复性能优于改进的希尔伯特算法，而希尔伯特算法在600 kg/h流量点的性能优于QD算法。

关键词：科里奥利质量流量计；数字信号处理方法；两相流工况；正交解调；滑动离散傅里叶变换；希尔伯特变换

https://doi.org/10.1631/FITEE.1900558

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关于本刊

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering（简称FITEE，中文名《信息与电子工程前沿（英文）》，ISSN 2095-9184，CN 33-1389/TP）是信息电子类综合性英文学术月刊，SCI-E、EI收录，最新影响因子1.604，进入JCR Q2分区。前身为2010年创办的《浙江大学学报英文版C辑：计算机与电子》，2015年更为现名，现为中国工程院信息与电子工程学部唯一院刊。覆盖计算机、信息与通信、控制、电子、光学等领域。文章类型包括研究论文、综述、个人视点、评述等。现任主编为中国工程院院士潘云鹤、卢锡城。实行国际同行评审制，初次转达意见一般在2~3个月内。文章一经录用将快速在线。

2019年，荣获中国科协等七部委推出的中国科技期刊卓越行动计划项目资助（梯队期刊）。

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