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2024,47(9):1-7, DOI:
Abstract:
针对滚动轴承振动信号特征在强噪声的情况下难以提取的问题，提出了一种基于合成谱峭度优化变分模态分解的方法。首先，对原始故障信号进行变分模态分解，依据合成谱峭度值最大的原则分别优化VMD的关键参数—模态数和惩罚因子，得到若干本征模态分量；然后，计算各IMF峭度，选取峭度值最大的分量作为最优IMF；最后，对最优本征模态分量进行希尔伯特变换，以获得其包络谱，从而实现故障特征频率的提取。通过公开数据集和自制试验台相关数据的分析，表明所提方法能在强噪声背景下有效提取故障信号的故障特征，实现故障类型的判别。
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2024,47(9):8-17, DOI:
Abstract:
为充分发挥标准格式雷达PUP产品的业务应用能力，设计并研发了天气雷达标准格式PUP产品可视化应用系统。研究设计了系统的总体架构，标准格式雷达PUP产品收集、解码、加工、共享应用方案，针对标准格式雷达PUP产品数据量大的特点，提出一种改进的RLE压缩算法和一种优化的雷达图像绘制方法，有效提升产品图像展示效率，实现标准格式雷达PUP产品高效可视化应用。基于B/S架构，采用SpringMVC框架、HTML5、CSS、WebGIS等成熟技术对系统功能进行了实现，面向全省用户提供了丰富的雷达PUP产品同GIS数据叠加展示和共享应用，同时提供地面观测数据、闪电数据同雷达PUP产品分层叠加应用，投入使用后得到气象业务用户的好评，有效提升对强对流天气预报预测和灾害性天气的预警能力。该系统在全国范围内较早实现了标准格式雷达PUP产品在气象部门的业务应用，对其他各省对标准格式雷达PUP产品可视化应用有较好参考作用，具有广泛的推广应用价值。
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2024,47(9):18-25, DOI:
Abstract:
针对驱动电机逆变器非线性、反电动势波形非正弦等因素所引入的大量低频谐波，提出了一种比例谐振自抗扰控制策略，该方法可以更为全面地抑制电流谐波，同时引入谐振调节可以对特定频率谐波进行更好地抑制。首先，建立了电机系统数学模型，基于麦克斯韦张量法，推导了电磁力的解析式，分析得出5、7次谐波会对电机的转矩脉动与电磁噪声性能产生恶化；其次，建立了Simulink&Jmag多物理场协同仿真模型，对谐波抑制前后的转矩脉动与电磁噪声进行仿真分析，验证了理论解析的正确性。最后，搭建实验平台对施加策略前后采集的电流与电磁噪声结果进行分析。结果表明，所构建的控制策略对低频主要阶次的谐波成分有较好的抑制效果，优化了电机的低频噪声特性。
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2024,47(9):26-32, DOI:
Abstract:
在许多移动机器人的应用场景下，如自动化仓储物流场景，由于激光雷达安装位置的限制，采用单一激光雷达的SLAM解决方案存在视场受限以及难以闭环的问题。为此基于FAST LIO2算法提出了一种IMU紧耦合的多激光雷达定位与建图方法，该方法在扩展了机器人的感知范围的同时提高了定位精度和建图效果。通过公开数据集的离线测试以及自建实验平台的在线测试，相较于M-LOAM、FAST-LIO2和Faster-LIO算法，所提出的算法在定位精度和建图效果上取得了显著提升，并具有更低的回环漂移。
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2024,47(9):33-39, DOI:
Abstract:
电刺激技术在运动功能的临床康复上有重大应用价值，开发先进的电刺激系统对实现精准、高效的神经肌肉电刺激非常关键。本工作结合数字信号合成和恒流源电路模型，设计了一种多参数可调、输出电流误差较小的电刺激系统。该系统可输出方波、三角波、正弦波3种波形，输出电流误差＜0.5%，最大输出阻抗达4 000 Ω，在10~500 Hz范围内的频率误差为方波≤0.5%、三角波＜1.0%、正弦波≤3.0%。与KT-90A和PE1.2医用级电刺激器相比，系统在最小输出阻抗2 000 Ω时仍然保持了较高的电流精度，且波形不失真。将该系统应用于神经肌肉功能电刺激实验，通过分析脑电波形及能量谱，验证了系统在临床康复应用中的有效性。本工作有望为电刺激康复干预的临床应用提供技术支持。
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2024,47(9):40-45, DOI:
Abstract:
本文提出了一种基于Koch雪花六边分形结构的缝隙单元，基于该分形单元设计了一款工作于5.8 GHz的4×4缝隙阵列天线。天线采用并行功分网络馈电，获得了高定向性、高增益特性。根据设计结果加工制作了天线样品并测试。测量结果表明，天线阻抗带宽5.7% (5.56~5.89 GHz)，阻抗匹配良好。在工作频率处，天线呈现良好的定向辐射特性和稳定增益，辐射增益达到19.85 dBi，对应口径效率为80.69%。3.dB增益带宽达到18.40%（5.13~6.20 GHz）。
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2024,47(9):46-51, DOI:
Abstract:
针对堆叠板材计数过程中人工计数法效率低、准确性不高的问题。本文提出了一套基于嵌入式平台和轻量化模型的板材计数装置，将改进的Faster R-CNN网络植入工控机中运行，可以在工业和物流现场实时识别板材的数量。内置网络使用轻量级网络MobileNetv2融合轻量通道注意力机制ECA作为骨干网络，使用空间注意力机制和倒置残差结构重构FPN架构，并提出了一种基于高度交并比的HIOU_Loc预测框去冗余处理新算法，以缓解小目标检测困难的难题。在基于N4100平台的工控机中运行实验表明：本文所提出的算法对板材计数准确度达到了98.51%，检测一张高分辨率板材图像仅需0.31 s。本装置设计了一个校正模块，经过人工后处理后，对于堆叠板材的计数准确率可以达到100%，满足了实际场景下对板材实时计量的需求。
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2024,47(9):52-60, DOI:
Abstract:
为了解决道路监控下的车辆目标检测精度低的问题，本文提出一种改进YOLOv7的车辆检测方法。首先引入跨空间学习的高效多尺度注意机制EMA来提高对特征信息的关注；其次将颈部网络中的SPPCSPC模块替换为SPPFCSPC模块，裁剪CBS层，引入EMA注意力机制，以强化对小目标区域的关注，获取更准确的车辆特征；同时，将EMA注意力引入MP模块中，使网络融合更多重要的特征信息；最后，采用MPDIoU损失函数，加快模型收敛速度并提高检测精度。实验结果表明，改进后的YOLOv7检测精度为86.69％，相比原始YOLOv7网络提高了2.83%，可以有效地提升车辆目标检测精度，为道路视频监控等提供保证。
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2024,47(9):61-69, DOI:
Abstract:
光伏发电功率的准确预测对综合能源系统的安全稳定运行以及实时控制至关重要。为解决光伏功率预测过程中存在噪声干扰以及传统的单一预测模型存在预测精度较差等问题，本文提出一种基于ICEEMDAN和TCN-AM-BiGRU相结合的短期光伏功率预测模型。首先，利用皮尔逊相关系数筛选关键气象因素，通过模糊C均值聚类将光伏功率历史数据划分为晴天、多云和阴雨3种相似日；其次利用ICEEMDAN将历史训练集分解成若干个较为规律的子序列，并根据排列熵值进行重构；最后，通过TCN提取序列特征，引入注意力机制赋予不同的权重，再通过BiGRU进行预测，输出最终的预测结果。以某光伏电站的实际数据为例对预测模型和其他模型进行验证和分析，结果表明在晴天、多云和阴雨天气下，相比其他对比模型，所提模型准确率平均提高了1.69%、3.58%和4.40%，MAE平均降低了57.61%、36.83%和40.94%，RMSE平均降低了56.90%、34.30%和36.63%，验证了本文模型的有效性和优越性。
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2024,47(9):70-78, DOI:
Abstract:
激光雷达点云分割技术在智能车辆环境识别中扮演着重要角色。由于激光雷达存在点云近密远疏、分布不均匀的问题以及存在噪点的情况，导致出现点云分割不准确的现象。针对上述问题，提出了一种可变阈值联合聚类算法。该方法首先对点云数据进行预处理，使用直通滤波、体素滤波和立方体滤波对点云进行提取、稀疏和降噪，再联合自适应DBSCAN算法和改进后的可变阈值欧式聚类算法对点云进行聚类分割。采集真实场景数据进行测试，结果显示，在C-H系数、轮廓系数、D-B系数及轮廓系数等评价指标上均有所提高。这表明，可变阈值联合聚类算法显著提高了点云分割的准确性，有效的提高了聚类结果的类内一致性和类间差异性，为目标检测和识别提供了更可靠的基础。
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2024,47(9):79-84, DOI:
Abstract:
针对测控装备精度验收的问题，提出了采用双卫星导航接收机的测控装备精度验收方案，给出精度验收的一般流程，详细推导了一种不同于传统的真值计算新方法，并提供了此方法的具体算法和模型。在理论分析的基础上，采用算例进行计算和分析，结果表明基于双卫星导航接收机的测控装备精度验收方法，可以事先根据测控装备的精度指标，分析所需卫星导航接收机的指标，同时也可以为航路设计提供定量数据支撑，节省测控装备精度验收的人力与物力，可以在测控装备精度验收的相关领域推广应用。
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2024,47(9):85-92, DOI:
Abstract:
随着移动机器人在生产生活中的深入应用，其路径规划能力也需要向快速性和环境适应性兼备发展。为解决现有移动机器人使用强化学习方法进行路径规划时存在的探索前期容易陷入局部最优、反复搜索同一区域，探索后期收敛率低、收敛速度慢的问题，本研究提出一种改进的Q-Learning算法。该算法改进Q矩阵赋值方法，使迭代前期探索过程具有指向性，并降低碰撞的情况；改进Q矩阵迭代方法，使Q矩阵更新具有前瞻性，避免在一个小区域中反复探索；改进随机探索策略，在迭代前期全面利用环境信息，后期向目标点靠近。在不同栅格地图仿真验证结果表明，本文算法在Q-Learning算法的基础上，通过上述改进降低探索过程中的路径长度、减少抖动并提高收敛的速度，具有更高的计算效率。
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2024,47(9):93-97, DOI:
Abstract:
无人系统应用范围的急剧扩大，使得视觉感知环境愈加复杂多变，致使传统视觉控制算法难以有效控制视觉传感器获取精准的视觉感知图像，从而影响无人系统的稳定运行，故提出基于无人系统的智能视觉控制算法研究。应用Gamma曲线非线性变换无人系统视觉感知图像灰度值，再应用灰度世界法来增强图像的对比度。以处理后的图像为基础，计算其图像矩，即空间矩、中心矩和归一化中心矩，以描述图像的全局和局部特性。根据得到的无人系统视觉感知信息，搭建智能视觉控制框架。获取期望图像特征矩阵，提取当前时刻图像特征矩阵，通过基于改进萤火虫算法的极限学习机对摄像机转角进行非线性映射，从而获取智能视觉控制定律，以此消除视觉感知图像误差，实现智能视觉的有效控制。实验结果显示：在不同实验组别背景下，应用提出算法获得的视觉控制平均时间最小值达到了1 s，视觉控制平均误差最小值达到了0.12%，充分证实了提出算法的应用性能更佳。
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2024,47(9):98-104, DOI:
Abstract:
神经网络已广泛应用于各个领域，神经网络模型隐写是近年来学术界新兴的研究方向。嵌入容量与鲁棒性是神经网络模型隐写的重要指标，但难以同时兼顾。为此，本文提出了一种以神经网络模型为载体的鲁棒模型隐写方法。不明显降低模型原始任务性能的情况下，发送者在训练过程中将秘密信息嵌入到神经网络中，而不是在神经网络训练完成后通过修改网络参数嵌入。接收者使用解码网络提取秘密信息，解码网络的参数使用唯一的嵌入密钥生成，因此无需秘密地向接收者传送解码网络。此外，本文还引入了RS码，提高数据提取的鲁棒性。实验结果表明，所提出的模型隐写方法将嵌入容量增大了66.6%的同时增强了鲁棒性。
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2024,47(9):105-111, DOI:
Abstract:
针对高速公路车辆跟踪过程中，在进行雷达与视频数据融合时两类传感器之间探测目标匹配的难点问题，提出一种基于目标轨迹相似度匹配的高速公路车辆跟踪方法。首先，采用投影变换将雷达数据转化到视频数据所在的维度；其次，通过提出的曲线拟合算法将离散的轨迹点插值成连续的轨迹曲线；最后，将雷达探测目标投影到图像上的轨迹曲线与视频检测目标轨迹曲线进行相似度计算得到相似度矩阵，并通过对相似度矩阵进行筛选得到雷达探测目标和视频检测目标的匹配关系。采用高速公路真实场景下采集的车辆数据开展对比实验，结果表明在高速公路场景下的平均目标匹配成功率为94.71%，相比其他同类方法的平均匹配成功率提高3.01%和3.69%。所提出的方法能有效过滤伪目标，更适合在高速公路场景下的车辆跟踪中使用。
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2024,47(9):112-119, DOI:
Abstract:
针对恶劣天气条件下摄像头捕获图像时存在图像模糊以及光照分布不均等问题，导致了场景对比度的下降，进而增加了在图像中区分检测目标与背景的难度。为了提高在恶劣天气环境下车辆和行人的检测能力，本文提出了一种改进的YOLOv8s算法。首先，本文在YOLOv8s算法的基础上，利用可扩张残差结构对主干网络中的C2F模块进行了优化，增强了模型对环境变化的适应能力。同时，在主干网络的SPPF模块前置层引入了高效多尺度注意力机制，该机制能够更有效地捕获图像中丰富多变的多尺度特征。其次，针对YOLOv8s算法的检测头部进行了重新设计，在保持模型准确性的前提下，降低了模型的复杂度。最后，引入Wise-IoU改进YOLOv8s算法的回归损失函数，提高了算法的收敛速度和检测精度。实验结果表明，改进的YOLOv8s算法在恶劣天气条件下对车辆和行人检测的平均精度均值达到91.41%，相比原始算法提升了2.56%，同时模型参数量减少了8%，计算量降低了4.9 GFLOPs。相比于其他主流的目标检测算法，改进后的YOLOv8s算法在保证了实时性能的同时，满足了恶劣天气条件下的车辆和行人检测需求。
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2024,47(9):120-128, DOI:
Abstract:
煤矿用钢丝绳在矿井作业中发挥着重要的应用价值，其可靠性直接关系到矿山运转效率以及工作人员的生命安全。针对现有钢丝绳表面缺陷检测精度较低、检测效率不足的问题，本文提出一种改进型YOLOv8检测算法YOLO_BF，首先在骨干网路中引入改进型双层链路注意力机制(BiFormer)加强模型对图像的分析能力和信息融合能力，显著提高模型的精度。其次嵌入重复加权双向特征金字塔网路（BiFPN）提高网络缺陷特征提取能力，并在此基础上使用WIoU提高模型收敛速度，最后使用幻影卷积（GhostConv）替换传统卷积实现模型轻量化。相比原始基础网络YOLOv8n，本文所设计网络准确率、召回率和平均精度分别提升2.3%、3.3%、5.2%，更符合钢丝绳损伤检测的实际应用要求。
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2024,47(9):129-136, DOI:
Abstract:
目标检测可为自动驾驶车辆提供附近目标的位置、大小和类别，但是密集场景中多目标检测仍然存在漏检、误检问题，为此该文提出了一种AD-YOLOv5车辆检测模型。首先，利用轻量型结构CBAM注意力机制对特征提取网络中的C3模块进行了优化得到C-C3模块，提高了对特征信息的获取能力，降低了对其他特征的关注度；其次，在检测头部分对分类和回归任务进行解耦，以实现更强的特征表达；然后，利用广义幂变换对IoU进行转换操作，提出鲁棒性更好的Alpha-IoU损失函数，提升了模型的检测精度并加快模型的收敛速度；最后，采用GridMask数据增强技术，增加了样本的复杂性，并在处理后的数据集上进行了实验。实验结果表明，改进后的目标检测模型的平均精度均值达到72.72%，与原YOLOv5模型相比提高了2.25%，且模型具有较高的收敛速度，通过可视化对比实验，直观展示了本文模型在密集场景能有效避免误检、漏检现象。
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2024,47(9):137-144, DOI:
Abstract:
近年来，高清和超高清监控摄像头的广泛部署促使了各类监控等固定场景类视频数据量的急剧增加。对视频的存储和传输造成了巨大压力。为了进一步去除固定场景类视频中的冗余数据，本文提出了一种新颖的压缩与重建方法。通过背景提取和结合帧间前景差异检测的前景提取与压缩方法，大量去除视频中的数据冗余。实验结果表明，本文方法与MPEG-4相比，在更高的压缩率上实现了更高的视频重建性能，与H.264、H.265和DCVC-DC相比，本文所提方法在压缩性能上依次分别提升了82.75%、76.19%和59.56%，并且保持了较高的视频重建水平，从而有效地缓解了固定场景类视频的存储和传输压力。
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2024,47(9):145-153, DOI:
Abstract:
驾驶员分心行为检测对于开发以驾驶员为中心的人车协同驾驶系统具有至关重要的意义。针对现有基于卷积神经网络的驾驶员分心行为检测模型缺乏全局特征提取能力、泛化性能较弱以及忽视了驾驶场景中不同区域的重要性，构建一种基于深度学习的驾驶员分心行为检测模型，实现对驾驶员分心行为的准确检测。首先，开发了基于HorNet的残差结构，通过高阶空间交互来增强特征表示能力；其次，受人类注意力机制以及现有注意力机制的启发，设计一种自适应加权注意策略来提取与驾驶行为最相关的特征；然后，在现有的分类数据集上训练本文模型，并使用先验知识作为初始权值来改善训练结果，进而提高模型的泛化能力；最后，对驾驶行为特征进行可视化，以提高人们对于本文模型的信任度。实验结果表明，本文模型可以准确地检测驾驶员分心行为，在准确性和可靠性方面明显优于现有方法。
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2024,47(9):154-162, DOI:
Abstract:
针对输电铁塔三维网格模型简化后出现模型细节特征大量缺失的问题，以QEM算法为基础，提出了一种保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法。该算法首先确定了输电铁塔三维网格模型中的细节特征定义，然后提出了输电铁塔细节特征提取策略，并且引入细节特征显著因子和顶点近似曲率因子对QEM算法中的简化代价进行优化。实验结果表明，优化后的算法可以有效保留输电铁塔三维网格模型的重要几何特征和细节特征，避免了简化后模型出现大面积的特征缺失问题，并且相较于普通QEM算法，优化后的算法所简化的模型在最大误差、平均误差和均方差上分别至少下降了39.77%、10.64%和64.99%，实现了输电铁塔三维网格模型的高质量轻量化。
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2024,47(9):163-171, DOI:
Abstract:
植株精确计数在精准化农业中至关重要，是监测作物生长和预测产量的重要基础。针对成熟期烟草植株存在的密植、重叠和高空小目标等难题，研究提出了一种轻量级 GEW-YOLOv8 烟株检测算法。该算法采用GhostC2f 模块减少了模型的参数和计算量，并应用高效的多尺度注意力机制来区分被遮挡的烟草植株。此外，还引入了 WIoU 损失函数，以加速模型收敛并提高准确性。实验结果表明，与原始模型相比，模型的效率和准确性有了显著提高，浮点运算次数减少了 24.7%，模型大小减少了 26.7%。改进后的模型烟草植株检测平均精度 AP0.5 和 AP0.5~0.95分别为 99.1%和 86.2%，相较于原YOLOv8n 模型分别提高了0.8% 和3.6%。改进后的模型能够更快、更精确地识别田间烟草植物，为智慧烟草农业提供技术支持。
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2024,47(9):172-183, DOI:
Abstract:
随着智能手机产品的发展与畅销，不分场合随时玩手机的低头族大量涌现；针对低头族依赖手机导致道路交通事故频发问题，提出一种基于手机端多模态低头族危险感知与预警系统。首先，利用手机端的重力加速度基于模糊控制规则实时监测行为，包括：走路看手机、上下楼梯看手机、静止看手机、手持手机走路、手机揣兜走路；然后，使用手机后视摄像机图像基于分组快速空间金字塔池化的轻量化YOLO网络实时描述用户周围环境，包括：楼梯、斑马线、低照明环境、积水坑、正常路面。最后，面向安卓系统构建状态 环境多模态低头族危险判定模型；并根据判定结果利用声音、画面、震动信号给予低头族听觉、视觉、触觉立体式预警信号；减少低头族跌伤、碰撞等潜在危险。在线实验表明，本文提出的手机端多模态低头族危险感知模型准确性高、鲁棒性强、实时性好，能够针对低头族常见的危险状态实现有效的主动预警。
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2024,47(9):184-190, DOI:
Abstract:
针对部队外场飞机雷达维护工作需求，本文提出了一种基于频谱分析模块的机载雷达信号参数流程化自动测量方法。文中分析了典型雷达信号时域和频域的特征，研究了多项参数自动测量的原理和步骤，并开发了相应的测试软件用以执行相关算法和实现流程化测量。此外，还设计了4种信号仿真实验来验证本文所提方法的有效性，实验结果表明，该方法无需借助传统通用仪器，仅基于频谱分析模块在不同工作模式下提供的数据序列，即可实现典型雷达信号多项参数一键式流程化测量，且测量结果精确有效，符合部队外场维护保障条件，因此具有较强的工程应用价值。
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2024,47(9):191-196, DOI:
Abstract:
针对窄脉冲信号经过放大、变频等模拟器件发生波形畸变问题，提出一种基于修正频域滤波器的信号波形畸变校正方法。传统校正方法仅利用有效带宽内信号进行校正，校正后脉冲时域性能较差。为提高校正精度，保证信号时域波形特性，本文利用有效带宽及带外部分高频区域频率响应求解信号波形畸变校正滤波器；但带外频段校正滤波器频谱起伏波动较大，并伴随较多尖峰、毛刺，无法直接用于求解校正滤波器系数。本文对幅频和相频响应校正曲线进行中值滤波后，进行多项式拟合，通过优化求解校正滤波器阶数和系数获得良好的波形校正性能。最后，通过实测数据处理验证了本文方法的有效性。
2024年第47卷第9期
研究与设计
理论与算法
信息技术及图像处理
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单变量时间序列的MHAGRU-MCCE分类方法
Abstract:
在单变量时间序列分类任务中，有效利用时间序列的多尺度特征、时间依赖特征对提高分类准确率至关重要。针对现有模型在综合利用多尺度特征、时间依赖特征方面局限，本文提出一种结合多尺度条件卷积增强模块(MCCE)与基于多头注意力机制的门控循环单元(MHAGRU)新型混合模型MHAGRU-MCCE，MCCE从不同尺度捕捉丰富时序特征，MHAGRU侧重于提取时间序列数据中依赖关系。在UCR的85个公共数据集上，与MACNN、AFFNet、OS-CNN、LITETime、MLP和LSTM-FCN等6种主流基于深度学习时间序列分类模型相比，验证表明MHAGRU-MCCE在平均准确率(MA)上分别提升0.66%、2.04%、3.45%、2.70%、12%和2.89%，并取得最高算术平均排名(AMR)= 2.45、几何平均排名(GMR)= 1.98，充分证明MHAGRU-MCCE在处理单变量时间序列分类问题上的有效性、优越性。
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CAT-1超导磁悬浮系统的平衡分析与永磁实验装置设计
Abstract:
天环一号（CAT-1）是国内首个采用磁悬浮偶极场磁体设计的磁约束等离子体装置。本文根据CAT-1装置总体目标和参数设计要求，采用线电流简化模型，基于矢量磁场、力学平衡及动力学等方法，完成了超导磁悬浮系统的平衡稳定分析，给出了参数设计结果；初步设计出简化的永磁悬浮实验装置，用于检验超导磁悬浮系统稳定性及参数可靠性。结果表明：对于CAT-1装置的悬浮磁体1200 kg、电流5 MA、悬浮距离2.0 m设计目标，托举线圈半径最优值为1.7 m，相应的电流为 3.49 kA，为实现对悬浮磁体偏移运动的有效阻减及控制，平衡点附近工作区域应限制在垂直位移|Δz|< 0.1 m、水平位移|Δer| < 0.05 m、倾斜角位移|Δα|<π/24；分析了TSR线圈对悬浮线圈的影响，计算显示TSR与悬浮线圈产生对向漂移，漂移幅度与径向位置有关，同时TSR线圈侧原本闭合磁力线被破坏，造成输运粒子损失；采用1.5 kg永磁完成了悬浮实验装置概念设计，分析表明永磁体与托举线圈间距0.1 m，铜导托举线圈电流895A，满足控制对响应速度的要求。
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PMSM自适应分数阶滑模控制器设计*
Abstract:
针对传统滑模控制的控制性能随着永磁同步电机运行参数的变化而急剧恶化，导致转速抖振大、电流谐波和转矩脉动等问题，设计一种新颖的模糊自适应分数阶趋近律滑模速度控制器。首先，结合分数阶理论和一般幂次趋近律函数设计了一种新颖的自适应分数阶趋近律，并通过正交实验来分析自适应参数的水平。其次，利用模糊控制器在线调整参数，增强了控制器的鲁棒性。由于模糊控制的引入会带来了更大的电流谐波，使用最优占空比的电流预测控制代替传统电流内环PI控制器。最后，搭建仿真模型并与传统幂次趋近律滑模控制器进行对比，仿真结果表明，本文提出控制器的三相电流谐波降低了7.93%，突加负载后的转速降落减小了31.2%，鲁棒性更强。
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基于时频点密度的肌电信号起止点自适应检测
Abstract:
针对传统方法使用经验阈值检测表面肌电信号活动段起止点的不足,提出了一种基于时频点密度的表面肌电信号起止点自适应检测方法,该方法创新地使用时频点密度作为表面肌电信号的特征参数。首先利用巴特沃斯带通滤波和小波阈值去噪对Ninapro DB8数据集中的表面肌电信号进行预处理；利用短时傅里叶变换进行时频分析；接着将表面肌电信号分割成多个连续的单位时频窗口,统计窗口内频率点的数量,提取时频点密度特征参数；最后对特征提取结果进行区间[-1,1]的自适应归一化,并利用基于滑动窗口的双值判断法检测表面肌电信号的起始与结束。实验结果表明：该方法能实现在0.5s内准实时检测sEMG信号活动段的开始和结束,准确率近乎100%,较之于其他常见的算法具有更好的准确性；通过归一化后的正值和非正值可以消除个体差异性影响,自适应性强；此外,该方法在手势识别系统中具有较强的实用性。
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弧形永磁体外部磁场的均匀性分析
Abstract:
在精密测量和航空航天领域,类磁栅位移传感器[1]对永磁体产生磁场的均匀性有很高的要求,而常见的矩形永磁体磁场均匀性较差,从而影响液压缸位移的高精确、高可靠测量,难以满足应用需求。因此,本文设计了一种具有独特结构的弧形永磁体,首先基于分子电流假说和比奥-萨法尔定律,推导弧形永磁体在空间任一点产生磁感应强度的表达式；然后利用Maxwell电磁场分析软件对永磁体的结构尺寸进行优化,确定弧形永磁体的基本尺寸；最后搭建实验平台测量永磁体对应位置处的磁感应强度,通过对比实测数据和Maxwell仿真数据,结果表明:仿真和实验结果基本吻合,并且在磁场均匀区域的相对误差最大不超过3%,验证了该结构的可行性。
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基于注意力机制的多视图立体重建算法
Abstract:
针对多视图立体重建在光照不均匀、弱纹理、非朗伯表面等复杂场景中重建完整度差、泛化能力不足的问题，本文提出了一种基于注意力机制的多视图立体重建算法。在特征提取阶段，该算法采用基于深度可分离卷积和自注意力机制的多尺度特征提取模块，在扩大感受野的同时增强多视图间的空间特征关系，从而提升网络在复杂场景下特征的表征能力以实现更精确的特征匹配。在代价体正则化阶段，本文引入通道注意力机制来自适应调节不同通道的权重，从而减少无关信息对模型的干扰并过滤背景噪声，以提升模型的泛化能力。在DTU数据集上，本文算法的完整度和整体度分别为0.286和0.334，与基准算法CasMVSNet 相比，分别提升了25.71%和5.92%，与其他的state-of-the-art (SOTA)算法相比，在复杂场景中重建点云的结构也更加完整。在Tanks and Temples中级数据集上，重建点云综合指标F-score为61.49，这表明本文算法具有更好的鲁棒性和泛化能力。
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基于自抗扰及无传感器的PMSG最大功率追踪控制*
Abstract:
针对海上风力发电机最大功率追踪传统矢量控制响应速度差、抗扰性能不足与传统滑模观测器观测精度差等问题，提出一种改进双环自抗扰及自适应全阶滑模观测器的控制策略。采用光滑连续函数替换fal函数，以削弱抖振；设计自适应率以获得更为平滑的反电动势，引入锁相环算法估计转子转速与位置角。对比实验表明，本文策略在转速跟踪响应速度上提高约24.3%，最大转速误差由0.70降为0.34 rpm，最大转子位置误差由0.045降为0.012 rad，在稳态时观测精度也有明显提高。在该策略下系统抗扰性能得到增强、响应速度得到提升、观测精度明显改善，提高了最大功率追踪效果。
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基于数据分段拟合的受电弓性能检测误差补偿
Abstract:
静态接触力是评价受电弓性能的一项重要指标,也是衡量弓网接触质量的重要因素,直接影响着列车行驶安全。传统测量方法存在效率低、精度差等问题,本文基于物联网云、管、端的思路,研发了一种车载式受电弓性能检测装置,并提出了一种自适应分段数据拟合算法,以优化检测精度。该算法将数据分段与曲线模型寻优同时进行,通过逐步扩大区间长度和多项式、指数、高斯、傅里叶、幂函数五种拟合模型的评估,在最优点实现自适应分段。实验表明,该拟合算法使检测装置的平均误差率从1.91%下降至0.21%,优于文中其他对比拟合算法,显示出良好的精度补偿效果。
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基于改进YOLOv8pose的校园体测运动姿势识别研究
Abstract:
针对现有运动姿势识别算法在人体姿态检测的准确度和效率上的不足,本文提出一种基于改进YOLOv8pose的高效检测算法。该算法通过引入RL_SEAM模块优化关键点的遮挡情景,结合C2f-Context机制增强上下文信息的利用,提升模型对复杂姿态的识别能力,并利用Pose_SA轻量化检测头提升模型对运动姿势识别的效果与效率。实验结果显示,改进后的YOLOv8pose算法在人体运动姿势识别任务中取得了显著的提升,其参数量及模型大小相比原 YOLOv8n 基准模型分别降低了14.24和10.94个百分点,同时精确率(precision)、召回率(recall)及平均精度均值(meanaverageprecision,mAP)相较于原模型分别提高了 7.60、7.60和 10.54 个百分点。因此,本文提出的YOLOv8-LSP模型有助于解决人体运动姿势识别任务中面临的关键点遮挡、复杂多变姿态等难题。
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基于融合纹理特征的轮胎磨损程度检测方法
Abstract:
轮胎磨损直接影响汽车行驶的安全性和稳定性，通过检测轮胎磨损程度可以及时发现轮胎异常状态并进行处理，提高汽车行驶的安全性。基于胎内传感器的轮胎磨损程度检测方法成本较高且安装过程繁琐，基于图像的检测方法则需要较多样本且检测准确性不高，本文提出一种基于融合纹理特征的轮胎磨损程度检测方法。采集5种不同磨损程度的25张轮胎图像构建训练集，每一张图像均匀裁剪为12张子图像，对每一张子图像通过中值滤波后分别提取灰度共生矩阵和局部二值模式特征，使用主成分分析和拼接融合方法获得融合特征。基于融合特征通过麻雀搜索算法和随机森林方法建立磨损程度分类器。最后，利用采集的225张不同磨损程度的轮胎图像进行测试。结果显示，平均检测准确率达到97.33%，相比单一特征及其他分类方法下准确率明显提高，可以应用于轮胎磨损程度的快速准确检测。
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基于内部通道参考的时间失配误差校正方法
Abstract:
为了提升TIADC系统采样率,解决时间失配误差校正的主流方法参考通道法限制采样率提升的问题,在对时间失配误差的估计中以系统内部通道作为参考通道,提出一种基于内部通道参考的时间失配误差校正方法。采用内部通道参考方法估计出时间失配误差参数,中心求导法求得目标信号导数,利用时间失配误差参数和目标信号导数对时间失配误差进行重构并完成误差补偿。仿真结果表明,所提出的方法可以在后台、自适应、无额外限制的情况下,实现30dB左右的无杂散动态范围提升,5位左右的有效位数提升。对误差的压制能力接近参考通道法。
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基于改进EfficientNet的海上风机叶片早期缺陷检测及分类
Abstract:
针对海上风机叶片小尺寸缺陷检测准确率低、分类效果较差的问题,提出一种基于EfficientNet的改进海上风机叶片表面早期缺陷检测模型。首先,在EfficientNet特征提取网络中引入非对称卷积替换普通3×3卷积,增强了卷积核骨架信息,提高网络提取缺陷信息的能力；其次提出一种混合空间通道注意力模块聚焦空间和通道信息,结合BiFPN特征融合模块对不同深度的语义信息进行特征融合,提升算法多尺度特征融合能力；最后引入Focal-EIOU和Focal Loss损失函数计算位置损失和分类损失,提高定位精度,解决模型训练过程中正、负图像样本的比例失衡的问题。实验结果表明,本文所提算法模型平均精度均值为97.6%,对风机叶片表面早期缺陷的检测性能有明显提升。
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基于道路拓扑结构约束的未知非结构化场景可通行区域检测方法
Abstract:
非结构化未知场景缺乏丰富的先验信息，且道路类型多变、没有规则道路边界等严重制约自动驾驶车辆自主导航的平顺性和安全性。本文针对非结构化场景提出一种考虑道路拓扑结构约束的可通行区域检测方法。首先，为满足全局任务规划需求，基于卫星航拍图像，半自动地提取道路的拓扑结构，构建全局路网，规划全局行驶轨迹；其次，根据全局轨迹和实时定位提取当前的行驶道路方向，作为道路可行使区域自适应生长的强约束条件，保障可通行区域的延伸方向与道路方向一致；最后，提出基于贝叶斯的激光雷达-视觉可通行区域融合方法，提升可通行区域检测的鲁棒性。实验结果表明，所提出的方法能够准确检测出可通行区域，检测失效率仅为0.2‰；在直线情况下，平均占比因子和平均发散因子为87.26%、41.91%；在弯道情况下，平均占比因子和平均发散因子73.62%和64.18%；证明了方法的有效性。
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配电室巡检机器人多目标点路径规划算法
Abstract:
配电室巡检机器人由于其特殊的应用环境，会使应用于多目标点路径规划的传统启发式算法求解结果劣化，从而无法得到实际应用意义上的全局最优解。针对上述问题，本文提出了一种基于改进灰狼优化与A*串联融合的多目标点路径规划算法。首先，使用前置A*配合栅格距离公式计算任意两目标点间的栅格距离；然后，采用改进了输入变量编码方式及收敛因子式的灰狼算法规划出多目标点的最优巡航顺序向量；最后，依次规划最优巡航顺序向量相邻两个目标点之间的路径，最终得出多目标点全局闭环规划路径。仿真结果表明，改进灰狼算法得出的最优路径长度相较于传统灰狼算法最大减少18.1%；融合算法相较于传统单一算法优化，其路径规划结果遍历栅格减少了808个，路径长度减少76.4%。
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融合多尺度特征的轻量级航拍目标检测算法
Abstract:
针对无人机航拍图像中目标尺寸变化大、相互遮挡等原因导致的目标误检漏检问题，以YOLOv8s为基础，提出了一种融合多尺度特征的轻量级目标检测算法。在主干网络中利用轻量级多尺度卷积EMSC替换C2f模块中的Bottleneck，增强多尺度特征表达能力；颈部网络中引入轻量级上采样算子Dysample，捕捉图像细微特征；优化Task Aligned Assigner超参数，解决训练过程中样本不平衡问题。最后，设计系统可视化界面，借助可视化界面完成对航拍目标的检测。在数据集VisDrone2019上的仿真表明，该算法精准率和召回率较基准算法分别提升了2.4%和3.3%，mAP0.5提升了3.5%，有效提高了航拍目标检测效果。在UAVDT数据集上进行模型泛化性实验验证，效果优于其他经典算法。
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金刚石NV色心磁力仪测磁性能优化
Abstract:
金刚石NV色心以其高磁场灵敏度、常温工作等优势成为一种非常有前景的磁场传感器。本文介绍了NV色心测磁原理，设计并搭建了基于NV色心的磁测量系统，通过激光-荧光差分光路将噪声降低至约1/8，使用微波混频调制方法将ODMR谱线斜率提升2.5倍左右，最终基于NV色心浓度<300ppb的金刚石样品实现了0.934nT/ Hz1/2的磁场测量灵敏度。同时设计了基于双微波调制解调的NV测磁系统，并在10kHz采样率下实现了1.76×10-4的测量不确定度，基于阿伦方差分析方法，在0.2s统计时间条件下测量不确定度达到10ppm。
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基于分裂基FFT的S波段雷达信号处理单元设计与实现
Abstract:
回波信号的信息解调主要依赖于FFT完成，本文提出了一种基于分裂基FFT的FPGA实现信号处理单元方案，用于高效解调回波信号信息。在原方案中，距离维解调由DSP完成，速度维解调在PC端进行，但其采用的单核DSP无法同时处理距离维解调与数据上传，导致实时性较低。本文利用FPGA并行处理和灵活可编程的特点，将两次信号解调集成至FPGA中实现，并完成了数据处理与上传的并行设计，提高了数据处理的实时性与可靠性。其中分裂基FFT是实现上述功能的关键，本文通过设计自适应计算单元与数据流控制单元，提升了分裂基FFT的处理速度，相比传统结构，本文方案节省了5.4%以上的计算周期；相比改进后的分裂基FFT，可节省2.31%以上的计算周期。闭环测试结果表明，本文设计的集成化信号处理单元解调得到的目标点信噪比高达70dB，能够很好地满足信号处理的要求。
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基于YOLOv7的机场跑道异物检测算法
Abstract:
机场跑道异物对航班安全起降构成极大威胁，准确及时地检测并清除机场跑道异物是机场安全工作的重点。针对机场跑道异物检测任务中的小目标检测精确度与实时性，提出一种基于YOLOv7的机场跑道异物检测算法。首先在主干网络引入CBAM模块，从空间注意力与和通道注意力两方面专注小目标特征信息提取；其次在加强特征提取网络结合AFPN思想提出SA-PANet结构，将相邻有效特征层进行渐进式特征融合，缓解有效特征层之间的语义差距；然后在加强特征提取网络的PANet结构下采样支路中引入BiFormer模块，聚焦小目标特征信息的进一步融合提取；最后在边界框定位损失函数计算过程中引入MPDIoU Loss，加速模型收敛并提升机场跑道异物检测准确率与定位精度。在机场跑道异物图像数据集上实验表明，改进后算法mAP50为98.76%，较改进前算法提升9.09个百分点。与其他针对机场跑道异物检测的算法相比，改进后算法具有更高的检测精度同时将模型参数量与模型计算量增幅控制在可接受范围内，达到机场跑道异物检测任务的准确、快速需求。
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多波位测量通用波控分机研究与应用
Abstract:
摘要：相控阵天线暗室测量在相控阵天线研制中起着重要作用。在暗室测量中，为了解决相控阵天线测量内容多、效率低、精度低、系统普适性差、成本高的问题，本文设计出一款通用波控分机，通过硬件设计，预留多种通信接口，固定接口协议，适用多类相控阵天线；通过软件编程，精确测量脉冲、波束切换时间，匹配暗室测量系统，应用到平面近场暗室、紧缩场暗室测量中，并给出测试流程及时序图。实验结果分析表明，多波位与单波位测量方向图扫描精度基本一致，测试效率显著提升，降低测量成本。通用波控分机的应用，实现不同类型多波位相控阵天线在微波暗室中快速、准确的测量。
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计及退磁分析的电驱重构型车载充电系统
Abstract:
电驱重构型车载充电(EDROC)系统通过将驱动系统组件复用为充电系统，分时执行电驱和充电功能，能够有效降低成本和充电设备的体积占用。然而，在高温工况下EDROC系统中的永磁同步电机(PMSM)存在不可逆退磁的风险。鉴于此，本文通过分析电机在不同条件下退磁程度，进而提出电机在充电工况下安全运行边界。首先，分析EDROC系统在直流充电和边跑边充模式下的绕组电流；其次，建立电机不可逆退磁模型；然后，针对不同充电模式，详细分析不同温度和充电电流下电机退磁程度，并以此建立电机在充电工况下的安全运行边界；最后，基于一台2kW实验样机开展实验，验证本文不可逆退磁模型的准确性以及安全运行边界对EDROC系统安全运行的必要性。
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2024,47(6):1-7, DOI:
Abstract:
城市交叉路口是交通事故多发路段，对于智能网联汽车来说，在行驶过程中进行风险检测与碰撞预警，从而保障驾驶的安全性至关重要。本文针对有信号灯的城市交叉路口提出一种考虑信号灯约束的行车风险场模型，并基于此模型设计三级碰撞预警方法。首先针对城市交叉路口的潜在冲突风险点构建功能场景，并将信号灯的约束作用考虑进行车风险场模型。为了解决碰撞预警问题，提出以TTC为指标划分三级冲突区域，通过计算主车行驶过程中周围对应的场强值，并根据干扰车在主车周围势能场的位置来衡量主车所受碰撞风险。实验结果表明，所设计的模型能够准确对进入主车势能场范围的干扰车进行预警，预警成功率可达100%，误报率仅为3.4%，证明所提方法的可靠性和有效性。
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2024,47(6):8-13, DOI:
Abstract:
为了解决现有单天线超高频RFID技术在室内静态目标定位中精度不高的问题，本文提出了一种基于天线视轴信号传播模型的RFID定位新方法。该方法首先通过天线纵向扫描确定目标的高度位置；其次，调整天线高度与目标高度一致，然后步进旋转扫描以识别目标的方向角；进一步的，利用麻雀搜索算法优化的反向传播神经网络建立路径损耗模型并用于测距；最后，综合高度、方向角和距离数据完成目标的定位。实验结果表明，在室内环境测试中，所提出的方法平均定位误差为7.2 cm，能够满足一般室内场景下物品的定位需求。
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2024,47(6):86-93, DOI:
Abstract:
针对大场景SAR图像近岸场景舰船目标检测中遇到的陆地目标虚警和岸边目标漏检等问题，基于YOLOX设计了一种轻量化的改进模型CAM YOLOX。首先，在骨干部分嵌入CAM，增强舰船特征提取以保持较高的检测性能；其次，在特征金字塔网络结构中增加一个浅层分支，以增强对小目标特征的提取能力；最后，在特征融合网络中用Shuffle unit替换CSPLayer中的CBS和堆叠的Bottleneck结构，实现了模型压缩。在LS-SSDD-v1.0遥感数据集上进行实验，实验结果表明，本文改进算法相较于原始算法在近岸场景舰船检测的精确率P提高了5.51%，召回率R提高了3.68%，模型参数量减小了16.33%。本文算法能在不增加模型参数量的情况下，有效抑制近岸场景中陆地上的虚警和减少岸边舰船漏检率。
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2024,47(6):100-108, DOI:
Abstract:
在基于机器视觉的锯链缺陷实时检测过程中，油污、粉尘等因素影响图像亮度和质量，导致目标检测网络的特征提取能力下降。为保证复杂环境下锯链缺陷检测的准确率，本文设计了一种结合弱光增强和YOLOv3算法的锯链自动化缺陷检测方法。首先使用RRDNet网络自适应增强锯链图像亮度，恢复图像暗区的细节特征；然后采用改进YOLOv3算法对锯链零件进行缺陷检测，增加FPN结构特征输出图层，利用K means聚类算法对先验框参数重新聚类，并引入GIoU损失函数来提高小目标的缺陷检测精度。最后搭建一套锯链缺陷在线检测系统，对所提方法进行验证。实验结果表明，该方法能够显著提高弱光环境下的锯链图像照度、恢复图像细节，改进YOLOv3算法的mAP值为92.88%，相比原始YOLOv3提高14%，最终系统整体的漏检率降低到3.2%，过检率也降低到9.1%。所提出的方法可实现弱光场景下锯链缺陷的在线检测，并且对多种缺陷有着较高的检测精度。
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2024,47(6):14-19, DOI:
Abstract:
为解决高海拔地区气压降低导致急救呼吸机潮气量控制精度下降的问题，提出了双环PID潮气量控制系统。该系统采用气压补偿型PID控制器调整风机转速，并辅以积分分离式PID控制器，以实现对气流速度的精确控制。在实际海拔4 370 m、大气压59 kPa的环境中，系统性能测试表明，相较于单环PID控制，双环控制系统在高海拔条件下表现出快速响应和无超调的卓越性能。平均气流速度输出误差为3.19%，最大误差为4.1%，优于现有临床设备的准确性。这一技术突破不仅提供了高海拔急救呼吸机潮气量控制的有效解决方案，也为特殊环境下的通气控制技术发展贡献了重要参考。
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2024,47(6):20-27, DOI:
Abstract:
井下振动信号的高频测量信息能记录有关钻具动态响应的更具体细节，有益于分析诊断井下的异常振动，但是高频测量会产生大量的测量数据，导致井下振动测量设备的数据存储压力非常大。本文提出了一种基于压缩感知技术的井下振动信号的高频测量方法。通过选择性稀疏采集和存储井下振动数据，并利用信号重构算法，恢复高频测量结果。在该方法实现的过程中，提出一种分层抗频谱泄露的傅里叶字典构建和改进的分层追踪OMP信号重构算法，显著降低了信号重构时间。仿真和实验测试结果表明：该方法对振动信号的压缩感知采集效果较好，系统压缩比为18.9，重构分贝误差为52.1 dB。该方法有效减轻了井下振动测量设备的数据存储压力，为获取井下振动的高频测量数据提供了一种新途径。
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2024,47(6):123-130, DOI:
Abstract:
针对低速增压风洞测力试验，分析气动特性曲线的原始数据源，以天平信号、流场状态和模型姿态为主要对象，结合试验控制流程，从单点数据向量、单车次数据矩阵和同期多车次数据集等维度，研究试验数据的异常检测方法策略，并以此为核心知识库，完成异常数据检测专家系统设计开发。试验过程中系统推理机自动在线执行，经过数据识别、规则推理、逻辑推理和知识迭代，实现原始数据的预检测和预诊断。试验应用结果表明，专家系统对天平桥压异常、线性段跳点和零点检测等异常类型检测敏感度高，为异常数据分析指引方向，提升问题数据排查效率。
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2024,47(6):34-40, DOI:
Abstract:
星载扩频应答机的数据比特与扩频码是异步的，由于传输系统噪声及多普勒频移的影响，会引起接收扩频码与发送扩频码相关峰值的衰减，导致捕获性能下降。传统的捕获技术通常存在算法复杂度高，捕获速度慢，难以适应上百千赫兹大频偏的要求等问题。本文提出了一种将扩频序列截成两段分别作相关运算的扩频序列搜索法，并结合信号平方和FFT环进行大频偏锁频的捕获方案，有效抑制了相关峰的衰减，提高了伪码捕获性能。MATLAB仿真及FPGA板级测试表明，本文所提出的扩频信号捕获方案能够对抗高达±300 kHz的多普勒频移，平均捕获时间约为95 ms。另外，该算法的FPGA实现与传统结构相比节省了约47%的LUT、43%的Register以及一半以上的DSP和BRAM资源，在资源受限的实时通信系统中具有很大的应用价值。
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2024,47(6):116-122, DOI:
Abstract:
滚动轴承在旋转机械中发挥着重要作用，若出现故障，轻则引起设备停机，重则危及现场人员生命安全，因此有必要对其进行故障诊断。针对滚动轴承故障特征难以提取，传统分类方法正确率不高的问题，本文提出一种基于集合经验模态分解（EEMD）能量熵和金豺优化算法（GJO）优化核极限学习机（KELM）的故障诊断方法，实现了提取滚动轴承故障特征并正确分类的目标。通过实验数据进行验证，该方法能够提取到滚动轴承原始信号中隐含的故障信息特征，其诊断正确率高达98.47%。
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2024,47(6):64-70, DOI:
Abstract:
为满足复杂车辆任务在时延、能耗和计算性能方面的要求，同时减少网络资源的竞争和消耗，设计了一种基于车载边缘计算(VEC)的任务卸载策略，以最小化任务处理延迟和能源消耗之间平衡的长期成本为目标，将车联网中的任务卸载问题建模为马尔可夫决策过程(MDP)，提出了在传统双延时深度确定性策略梯度(TD3)的基础上，利用长短期记忆网络(LSTM)来逼近策略函数和价值函数，将系统状态进行归一化处理以加速网络收敛并增强训练稳定性的改进算法(LN-TD3)。仿真结果表明，LN-TD3性能与全部本地计算和全部卸载计算相比提高了两倍以上；收敛速度上与深度确定性策略梯度DDPG、TD3相比提高了约20%。
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2024,47(6):58-63, DOI:
Abstract:
针对高速列车自动驾驶系统，采用基于天牛须粒子群（BAS-PSO）优化自抗扰控制（ADRC）的算法，设计速度跟踪控制器。基于列车动力学模型设计自抗扰控制器，并以ITAE作为目标函数，利用BAS PSO实现参数整定。选用CRH380A型动车组参数，通过MATLAB进行仿真验证，对比BAS-PSO、PSO以及改进鲨鱼优化ADRC算法对列车目标速度曲线的追踪效果，其中基于BAS-PSO优化ADRC算法的列车目标速度曲线跟踪误差保持在±0.4 km/h的范围内，相比另外两种算法更加紧密地贴近目标速度曲线。结果表明，基于BAS-PSO优化ADRC具有跟踪误差小、抗干扰能力强的优点。
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2024,47(6):94-99, DOI:
Abstract:
本文针对ORB-SLAM2算法在黑暗环境或纹理较少的环境下提取特征点少，从而导致SLAM系统定位精度不高、匹配对数较少，进而导致系统崩溃的问题，提出了一种基于自适应阈值的特征点提取算法与改进的四叉树均匀化策略。首先基于图像的亮度进行基于自适应阈值的FAST特征点提取，之后通过改进的四叉树均匀化策略对图像的特征点进行剔除与补偿，完成特征点选取。实验结果表明，与原算法相比，改进后的特征点提取算法在黑暗环境与纹理较少的环境下，匹配对的数量提升了17.6%，SLAM轨迹精度提升了49.8%，有效的提升了SLAM系统的鲁棒性和精度。
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2024,47(6):41-49, DOI:
Abstract:
液压支架立柱压力预测是回采工艺决策的重要依据，也是确保围岩稳定的基础信息之一。然而，液压支架立柱压力虽然具有一定的规律性，却无法用简单的数学模型进行预测；且在回采过程中，支架不接顶、顶板破碎、传感器检测误差等带来大量的随机噪声，使得压力数据劣化为非平稳时间序列，给压力的预测带来的很大的困难。本文在Transformer基础上，提出一种差分非平稳Transformer模型，在Transformer的编码器和解码器中分别引入差分归一化和反归一化操作，以提升序列的平稳性。同时，在Transformer中采用去平稳注意力机制，计算序列元素之间的关联关系，以增强模型的预测能力。在真实的煤矿支架立柱数据集上的对比实验表明，本文提出的差分非平稳Transformer的预测效果达到0.674，表现明显优于LSTM、Transformer和非平稳Transformer模型。
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2024,47(6):190-196, DOI:
Abstract:
基于表面肌电信号和模式识别的手势识别方法在康复手领域中具有广阔的应用前景。提出一种基于表面肌电信号的手部姿势识别方法，以预测手部的52种动作。为解决表面肌电信号易受干扰的问题，提高对表面肌电信号的分类效果，提出了TiCNN DRSN网络，主要作用是在拥有噪声的情况下能够更好的识别率，减少滤除噪声的时间。TiCNN网络使用卷积核Dropout和极小批量训练，为卷积神经网络引入训练干扰并且增加了模型的泛化性；DRSN网络可以有效的剔除sEMG信号中的冗余信号，减少信号噪声干扰。TiCNN DRSN网络在不需要任何降噪预处理的前提下，取得了很高的抗噪与自适应性能。本模型在Ninapro数据库上的识别率达到97.43%±0.8%。
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2024,47(6):28-33, DOI:
Abstract:
随着卫星网络、车联网络、工业网络等业务仿真模拟需求的日益增长，针对传统专用信道损伤仪存在的模拟链路数量少、灵活性低、资源占用高等问题，本文提出一种基于时延量程策略的多会话时延损伤模拟方法，构建灵活的软件网络损伤模拟。该方法通过识别检测独立控制各会话流的时延损伤，并采用基于时延程策略的多队列合并架构以降低资源占用。实验结果表明，相较于传统专用设备与模拟软件NetEm，该方法支持百万级链路的独立时延配置，会话流数从十数条增加到百万条，且在各带宽下降低至少85%的内存占用，满足大规模和精度的同时极大的降低系统成本。
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2024,47(6):109-115, DOI:
Abstract:
为了解决传统SPD寿命告警的表征方式与SPD真正的寿命状态不能明确的一一对应，以及单一劣化相关参数表征的剩余寿命模型预测性差等问题，设计了一款基于STM32多参数SPD剩余寿命远程监测系统。以STM32为主控，实时采集SPD的浪涌电流、泄漏电流、表面温度以及脱扣状态等重要参数，通过BC20无线通讯模块将状态信息上传到One NET云平台。One NET云平台实时显示和存储SPD的多参数数据，并提供数据管理和分析，采用SVM分类模型判断SPD是否损坏和BO-LSTM预测模型预测SPD剩余寿命。基于BC20的定位功能，在上位机查看SPD的实时地理位置。结果表明:BO-LSTM剩余寿命预测模型的均方根误差为0.001 3，平均绝对误差为0.001 8，该系统可以实时监测SPD状态，能够有效预测SPD剩余寿命值，并且及时预警。
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2024,47(6):143-150, DOI:
Abstract:
为提高声波法直埋热水供热管网泄漏应用的定位精度，在分析各种小波法阈值函数适用性的基础上，提出了改进阈值函数降噪方法，该方法理论上能够克服软阈值函数的恒定偏差和硬阈值函数信号振荡的缺点，设置调节参数，提升降噪能力，保留小于阈值点区域信号，避免有效信号丢失。在大型直埋热水循环管网中进行泄漏测试实验，研究表明采用本方法进行声波法直埋供热管道泄漏检测，可实现泄漏定位误差在±1 m内，定位精度可达0.11%~3.49%，最后选择北京市供热系统中实际工程案例，采用本方法进行声波法泄漏检测，泄漏定位误差为0.37%~0.66%，定位精度提升。
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2024,47(6):79-85, DOI:
Abstract:
针对标准蜜獾算法(HBA)易陷入局部最优、搜索精度低、收敛速度较慢等问题，提出基于精英差分变异的蜜獾算法(EDVHBA)。将标准HBA中的两种寻优策略所搜寻到的精英解，进行组合差分变异以产生新的精英解，利用3个精英解协同指导种群下一轮迭代，可以增加算法解的多样性，防止算法陷入过早收敛；同时改进非线性密度因子和引入新的位置更新策略，提升算法的收敛速度和寻优精度。为验证算法的改进效果和性能，对8个经典测试函数进行仿真实验，实验结果表明：与其他群智能算法和改进的HBA相比，EDVHBA在单峰函数中都能搜寻到最优值0，在多峰函数中迭代50次左右就可以收敛到理想最优值，验证了EDVHBA具有更好的寻优性能。
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2024,47(6):50-57, DOI:
Abstract:
在面向一些大型商超、医院、教学楼等大规模室内多层结构定位中，针对多层WSN结构的非测距定位问题，提出一种基于改进天鹰的三维室内多层结构定位算法IAODV HOP算法。首先，为节点划分3类通信半径以细化跳数，同时利用最小均方差和权重因子修正节点的平均跳距。其次，用IAO算法对未知节点坐标进行寻优，通过佳点集策略对种群初始化，解决天鹰算法因初始种群随机分布而导致的种群的质量和多样性难以保证的问题，并且在局部搜索中加入黄金正弦的搜索策略完善种群的位置更新方式，增强了算法的局部搜索能力。通过仿真实验，本文所提算法IAODV HOP相较于传统3D DV Hop、PSO 3DDV Hop、N3 3DDV Hop以及N3 ACO 3DDV Hop算法，归一化平均定位误差分别下降7033%、6267%、64%、5367%，表现出更优的性能，具有更好的稳定性和更高的定位精度。
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2024,47(6):137-142, DOI:
Abstract:
针对烟草行业，目前尚未存在检测加热卷烟烟具加热温度及温度均匀性的检测装置和方法，为了解决在狭隘空间内对微型棒状加热片的测温需求，本文研制了一种卷烟加热棒测温仪，并设计了一种适用于卷烟加热棒测温的新型结构。为了验证卷烟加热棒测温仪测量结果的准确性与可靠性，对测温仪进行不确定度分析。分析结果依据《GB/T 13283-2008工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级》标准，在量程为100 ℃~400 ℃，满足0.1级要求。最后实验验证可以有效测量不同烟支的加热温度场情况。
