• 2024第十届国际测试自动化与仪器仪表学术会议 征文通知(ISTAI 2024)
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    2024年第47卷第6期
      研究与设计
    • 薛先斌,谭北海,余荣,钟武昌

      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。

    • 韦进文,谭龙明,郭志俊,谭靖元,侯彦辰

      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。

    • 王慧泉,魏志鹏,马欣,邢海英

      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。

    • 方昕,沈澜,李飞,吕方兴

      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。

    • 吴靖,曹炳尧

      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。

    • 冯智波,朱彦铭,刘文重,张俊杰,李迎春

      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。

    • 理论与算法
    • 杨艺,Aimen Malik,袁瑞甫,王科平

      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。

    • 彭铎,罗贝,陈江旭

      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7033%、6267%、64%、5367%,表现出更优的性能,具有更好的稳定性和更高的定位精度。

    • 马冬寅,王新屏,李卫东

      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。

    • 李亚,王卫岗,张原,刘瑞鹏

      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%。

    • 范帅鑫,谷玉海,邹志,崔悦

      2024,47(6):71-78, DOI:

      Abstract:

      视觉测量中经常需要用到特征匹配来计算位姿信息,但尚无针对红外主动目标设计特征匹配可用的算法,为实现对不同分布红外主动目标的匹配,本文提出了一种通用的两阶段特征点匹配方法。第一阶段为粗配准,首先检测图像特征点集的凸包,获取最外围点;通过构建三角形特征集,并使用马氏距离进行相似三角形计算搜索实现快速粗配准。第二阶段为精匹配,首先通过粗匹配特征计算欧拉角避免匹配结果的180°旋转对称;针对粗配准后的可能存在的特征点缺失问题,采用极线约束精匹配策略,充分利用已匹配特征点的几何信息,有效实现对剩余点的精确匹配。理论分析与实验表明,在13个红外发光点组成的旋转对称点集及非旋转对称点集下,该方法在绝对大小0°~40°的旋转范围内能高效匹配,实验测试极限性能能够达到50°,并对实际场景下特征点的遮挡等情况具有较好的鲁棒性,实验结果验证其适应性与稳定性,具有较高的实用价值。

    • 周建新,张力洪,孙腾浩

      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。

    • 信息技术及图像处理
    • 张慧敏,李锋,黄炜嘉,彭珊珊

      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。

    • 马哲伟,周福强,王少红

      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。

    • 张福豹,吴婷,赵春峰,魏贤良,刘苏苏

      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。

    • 在线测试与故障诊断
    • 张卞,田入运,韩威如,彭雨昕

      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。

    • 史书杰,赵凤强,王波,杨晨昊,周帅

      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%。

    • 战慧强,张琦,梅家宁,孙晓宇,林沐,姚顺禹

      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。

    • 数据采集及信号处理
    • 徐笠杰,王艳林,陈青山

      2024,47(6):131-136, DOI:

      Abstract:

      为了实现大行程精密光学调焦组件的高精度实时检测,研究基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器。建立了长位移电涡流探头仿真模型进行线性度测试,搭建电涡流传感器测试系统进行精度实验,并将长位移电涡流传感器接入精密光学调焦组件。实验结果表明:在可测量位移达到24 mm的同时,线性度优于1%,分辨率优于0.5 μm,精度优于1 μm,高精度长位移电涡流传感器符合精密光学调焦组件的需求。

    • 程东旭,王瑞珍,周君洋,张凯,张鹏飞

      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。

    • 徐自强,李成,穆连波,王随林,刘建军

      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。

    • 张鑫宇,范惜梅,李忠虎,李靖,王金明

      2024,47(6):151-156, DOI:

      Abstract:

      针对厚壁管道内部缺陷识别困难、可视化差等问题,提出基于超声相控阵理论和全聚焦算法对厚壁管道内部缺陷进行图像重构。并针对全聚焦成像效率低的缺点,采用有限元法对外径为550 mm,壁厚为65 mm的厚壁管道超声相控阵全聚焦成像进行仿真,模拟缺陷检测过程和成像结果,并使用稀疏矩阵对算法进行优化。结果表明:在基本满足成像质量要求的情况下,采用激发中心频率为5 MHz,阵元宽度为 0.5 mm,阵元间距为1 mm,阵元数量为32时,稀疏激发矩阵比全矩阵全聚焦成像效率提高了74.81%,有效提高了成像速度,满足全聚焦快速成像的需求。

    • 龙彪,杨军,陈惠萍,陈光润,赵培阳

      2024,47(6):157-163, DOI:

      Abstract:

      为了解决语音通信系统中音频信号处理的数据量大,杂散信号多,以及调频接收机在接收到的音频信号忽大忽小的问题,提出了一种轻量化音频信号处理算法,并基于此算法在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现了音频信号的接收与自动增益控制。该算法结合数字下变频技术、多级抽取滤波技术及自动增益控制技术(AGC),应用于音频信号处理系统中,将从上级天线接收的射频模拟信号通过模数转换以及数字下变频转换为基带音频信号,经四级抽取滤波将基带信号中的杂散信号滤除,降低了系统的复杂性和功耗,同时AGC对基带音频信号进行控制调整,输出较为稳定的音频信号。经过实验证明:该算法能够有效地将信息速率从102.4 MHz降至32 kHz、减少计算负担、提高信号质量、降低了FPGA的资源利用率;并且实现音频信号的自动增益控制调整,其调整时间仅为12.8 μs,满足接收机的功率稳定时间。

    • 李辉,胡登峰,张恺,邹波蓉,刘薇

      2024,47(6):164-172, DOI:

      Abstract:

      在信号生成算法中,需要大量标记信号样本用于网络训练,但通常携带电文信息标记的信号难以批量获取。针对此问题本文提出一种基于循环生成对抗网络和迁移学习的方法,实现了无需大量信号及对应电文作为标记的增强罗兰信号生成,并使用迁移学习在少量实测信号情况下快速生成。循环生成对抗网络的结构包括两个生成器和两个判别器,利用无需一一对应的增强罗兰信号和电文数据集,使生成器学习到两个数据集之间的相互转换关系,实现输入电文数据可以生成与之相对应的增强罗兰信号,并且针对增强罗兰信号的特性,使用一维卷积、残差网络、自注意力机制对网络模型进行改进。实验证实,生成信号与实测数据的均方误差为0.015 3,平均皮尔逊相关系数为0.984 3,且所含电文信息准确率为99.02%。本文在PSK、ASK、FSK数据集上验证了算法,实验结果表明生成的信号满足预期,为未知参数的信号调制和解调提供一种新的思路。

    • 邱燕波,储开斌,张继,冯成涛

      2024,47(6):173-181, DOI:

      Abstract:

      为提升字体生成的图像质量,减少字体设计的人工成本,提出基于多层次通道注意力网络的少样本字体生成的方法。首先,该方法通过风格感知注意力模块获取重要的局部特征;然后设计了一个多层次的注意力机制,较浅的层只能观察图像的局部特征,而较深的层可以观察到图像的全部特征,通过聚合不同层次的局部特征来构建新的风格特征。最后,使用了内容损失函数、风格损失函数和L1损失函数优化模型的参数,稳定网络的训练,使生成图像在内容和风格上与目标字体保持一致。实验结果表明,该方法在未知样式的字体和未知内容的字体具有很强的泛化性。相比于其他方法,所提出的方法表现出更好的实验结果,能保持内容结构的完整和字形风格的准确性。

    • 陈浩安,李晖,黄瑞,符平博,张见

      2024,47(6):182-189, DOI:

      Abstract:

      针对无人机领域中的监管问题,基于YOLOv5-Lite的改进模型,提出了一种随着训练过程为模型动态地分配损失权重的指数移动样本加权函数。通过模型运算,控制二自由度云台对无人机实时跟踪,且视频采集、模型计算和二轴云台控制均在树莓派4B本地进行。优化过的模型在保持原模型参数量的同时,在mAP@.5:.95指标中达到了70.2%,相较于原模型提高了1.5%。在树莓派上的实时推理平均速度为2.1 FPS,处理效率更高。树莓派在模型推理的同时,通过I2C协议控制舵机平台对无人机目标进行追踪,保持对无人机的实时动态监测,提高了系统的可靠性,具有更好的实用价值。

    • 周国良,张道辉,郭小萍

      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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    • 基于抗差估计的多GNSS共视基准站数据融合

      罗诗琦, 陈瑞琼, 刘娅

      Abstract:

      为了满足远程时间用户对标准时间UTC(NTSC)纳秒级配送的需求,建立了一套标准时间远程复现系统。该系统目前使用的单基准终端服务模式,存在一定的风险,若单个接收机出现故障,会影响得到的本地时间和卫星钟之间偏差(即星站钟差)的准确性。为了解决上述问题,本文提出了一种基于抗差估计的多GNSS共视基准站融合星站钟差的方法。该方法利用中位数绝对值偏差(MAD)对星站钟差数据进行异常值检测,采用IGG Ⅲ等价权函数的抗差估计方法对多站的星站钟差数据进行融合,输出一组稳定的基准站参考值。通过Matlab仿真,对比MAD法和3-Sigma法的异常值检测性能,对于基准站星站钟差数据,MAD法更加适用。同时,将基于抗差估计的融合法与等权融合法进行对比,前者融合数据的标准差比后者下降0.11 ns-6.65 ns,提高了系统的稳定性。

      • 1
    • 基于分布式参考校正的多机器人编队控制

      伍锡如, 杨子儒

      Abstract:

      针对避障、外部干扰和迟滞等实际的多机器人编队控制问题,提出了一种基于分布式参考校正的控制方法。通过采用人工势场法和干扰观测器,解决了非匹配不确定性的避障问题。定义不可达参考场景描述了多机器人在试图避开障碍物时的被动修正行为,并为每个机器人设计了分布式参考校正算法,减弱被动校正行为带来的不利影响,保证每个机器人位置跟踪误差的有界性。考虑已知的执行器迟滞效应,在电流控制律中添加了Bouc-Wen迟滞补偿器。利用Lyapunov稳定性理论验证了避障的有效性。最后基于多机器人系统进行了数值仿真和比较,以证明所提出的算法和控制器的有效性。最后,在MATLAB环境下基于多机器人系统进行了数值仿真和比较,以证明所提出的算法和控制器的有效性,实验结果表明该方法可以在具有外部干扰和迟滞等实际问题下形成稳定的多机器人编队控制,对路径上的障碍物进行无碰撞避障,提出的分布式参考校正算法减弱了被动校正行为,提高了系统的稳定性。

      • 1
    • 基于DCNN和Bi-LSTM的弧齿锥齿轮箱故障诊断

      荀小伟, 许昕, 潘宏侠

      Abstract:

      针对传统卷积神经网络(CNN)对弧齿锥齿轮箱的故障识别准确率不高这一问题,提出一种基于深度分离卷积神经网络(DCNN)和双向长短时记忆网络(Bi-LSTM)的弧齿锥齿轮箱智能故障诊断方法。首先,对原始信号进行小波阈值降噪处理,将降噪后的信号利用经验模态分解(EMD)算法进行了分解;然后,对分解出的本征模态函数(IMF)的各个分量进行峭度计算,选取峭度值最高的IMF分量重构成新的振动信号输入模型进行训练;之后,将振动信号重叠采样获得大量信号样本,将这些样本通过深度分离卷积神经网络从一维原始振动信号中自适应的提取空间特征信息,提取的特征进一步输入到双向长短时记忆网络,同时提取正、逆时域的振动信号,以更好的提取故障特征;同时,在深度分离卷积中加入了残差网络对数据特征进行了复利用,并对卷积核进行了深度分离,解决了深度模型的网络退化问题;最后,将特征信息输入到已经训练好的DCNN-Bi-LSTM模型中,对弧齿锥齿轮箱故障诊断识别。结果表明,该方法可以准确的识别齿轮箱故障,最高诊断准确率可达100%。并且,该方法比传统的卷积神经网络的准确率更高,抗噪能力更强,网络收敛速度更快,诊断结果更稳定。

      • 1
    • 基于雷达RCS数据的空间目标识别算法研究*

      张裕, 李建鑫, 朱勇建, 马腾

      Abstract:

      近年来,深度学习在雷达目标识别领域取得了突破性进展,但基于雷达散射截面积数据的深度学习目标识别算法研究相对甚少。此外,空间目标雷达信号容易受噪声影响,导致目标识别准确率低。本文提出了一种端到端的时频特征融合神经网络TFF-Net用于实现基于RCS序列数据的空间目标识别。首先使用时频分析方法将RCS序列数据转化为二维时频数据来降低噪声干扰,其次使用TFF-Net提取时频数据的深层特征。TFF-Net先利用卷积神经网络捕获目标空间特征,接着采用双向长短时记忆网络来建模时序信息,再通过时间注意力网络自适应地关注时频数据中重要的序列。最后,在空间目标数据集上进行了算法对比实验。结果表明,所提出算法的空间目标识别精度达到95.8%,明显高于当前一些主流雷达目标识别算法,且在低信噪比情况下分类精度也优于其它算法,具有更好的噪声鲁棒性。

      • 1
    • 一种用于IC测试的精密测量单元电路设计

      夏进, 刘士兴, 李航, 李帮金, 梁华国

      Abstract:

      随着集成电路产业的快速发展,对集成电路测试要求越来越高,精密测量单元(PMU)是集成电路直流参数测试的核心单元。本文设计了一种用于集成电路测试的PMU电路,该电路使用现场可编程门阵列(FPGA)控制DAC模块施加电压激励,激励信号经PI调节器和功率放大器后,通过电阻匹配网络施加到被测器件(DUT),ADC采集测试响应数据,实现加压测流、加流测压等参数测试功能。所设计的PMU电路具有测试范围宽、测量精度高的优点,施加/测量电压范围-10V~+15V、最大电流±1.838A。对不同测试模式下的系统性能进行了校准并采用高精度电阻负载进行功能验证,实验结果表明,系统校准后的测试误差优于0.05%,能够满足通用集成电路直流参数测试的要求。

      • 1
    • 基于卡尔曼滤波的小波去噪和IWOA-ELM的颈肩肌肉疲劳分类方法

      隋修武

      Abstract:

      针对采集的表面肌电信号噪声干扰多,以及缺少颈肩肌肉疲劳状态划分标准和分类模型的问题,本文提出了一种基于联合去噪和优化极限学习机的颈肩肌肉疲劳分类方法。首先,使用AnyBody建立颈肩骨骼肌肉生物力学模型,根据肌肉PH值和RPE劳累感知量表划分肌肉疲劳状态。采集6名健康青年人斜方肌上束疲劳状态下的表面肌电信号。然后,结合卡尔曼滤波和改进的小波阈值函数进行联合去噪,提取均方根、积分肌电值、平均功率频率、中值频率、瞬时平均频率、瞬时中值频率6个特征参数。最后,使用改进鲸鱼优化算法(IWOA)优化极限学习机(ELM)的权值和阈值,建立IWOA-ELM颈肩肌肉疲劳分类模型。实验结果表明,联合去噪算法效果更佳,IWOA-ELM模型训练集准确率为96.3%,测试集准确率为97.5%,均方根误差为1.108,对于不同受试者分类模型准确率均高于95%,因此本文提出的联合去噪算法和IWOA-ELM模型在颈肩肌肉疲劳分类方面具有优势。

      • 1
    • 基于超拉普拉斯正则化的冲击波超压层析重建

      宋一娇, 孔慧华, 李剑, 齐子文, 张然

      Abstract:

      超压层析成像是利用传感器采集到的冲击波信号来反演测试区域的超压分布,是典型的不完全数据重建问题,为了提高求解精度,本文提出了一种基于高斯牛顿迭代联合超拉普拉斯正则化的冲击波超压层析重建方法。由于实际采集到的冲击波信号通常与干扰信号混叠在一起,会影响超压值的测量精度,本文首先采用改进的小波阈值算法对冲击波信号进行去噪处理;其次利用超拉普拉斯先验对图像边缘和二维层析模型进行正则约束;然后采用高斯牛顿迭代算法和交替方向乘子算法,解决大型病态稀疏矩阵的求解问题。实际实验结果表明本文的正则化方法与传统的全变分正则化和广义全变分正则化相比,重建精度可保持在15%左右,在实际场景中具有一定的应用价值。

      • 1
    • 基于区域加权的图像清晰度评价算法

      郑博文, 刘绍锦, 沈铖武, 谢忠旭, 刘旭

      Abstract:

      针对光电成像系统对焦过程中清晰度评价函数的灵敏度低、局部极值点较多的问题,在对传统清晰度评价函数研究的基础上,提出一种基于区域加权的图像清晰度评价算法。此算法首先在传统Laplacian评价函数基础上引入了阈值,提升算法的抗噪性及清晰度比率,其次利用图像梯度图计算区域清晰度加权因子,优化算法的平缓区波动量。实验结果表明,与大多数传统清晰度评价函数相比,该算法清晰度比率提升约2.7倍,灵敏度提升约1.9倍,平缓区波动量可以减少为传统Laplacian评价函数的1/6,并且在图像内容复杂时的评价性能更加可靠,具有清晰度比率与灵敏度高、局部极值点少的优点。

      • 1
    • 基于带外实时校准的多通道通信系统设计[*]

      戚胜宇, 马钰博, 武杰

      Abstract:

      针对5G移动通信多天线波束成形的应用需求,本文设计并实现了一种多通道软件无线电通信系统,并基于该系统实现了宽带多通道多频点同步校准。为解决多通道同步误差随环境温度等因素漂移的问题,本文创新性地提出来一种基于带外校准信号的实时同步方案。该方案在OFDM通信的冗余带宽内插入校准信号来追踪多通道响应误差随时间漂移,并对带内有效信号进行补偿。在1GHz频点下,系统通过实时校准方式有效补偿了系统温度变化带来的2.8度相位响应误差漂移和0.2dB的幅度响应误差漂移。经过初始化校准和实时校准后,在40度至80度的温度区间内相位误差控制在0.4度以内,幅度响应误差控制在0.05dB以内。该方案不仅能够实现更高的精度,而且对于用户端全透明,无需中断通信作业就可以进行校准,对于5G多通道同步设计具有重要的参考意义。

      • 1
    • 面向倾斜摄影的实景模型融合技术与应用展望

      王雪茹, 曹立佳

      Abstract:

      倾斜摄影技术对于大规模场景生成具有重要意义,为解决单依赖该技术所生成的实景模型存在的近地数据缺失且不具有内部结构的问题,该文从空地模型融合和宏微观模型融合两个层面展开了研究。首先回顾了倾斜摄影、三维激光扫描和建筑信息模型三种主要技术,接着对不同层面的整体融合流程和各自的底层技术原理(点云配准、数据标准)进行了调查,对比分析了相关研究的优势与不足,并指出了各自的应用场景。该研究提出了解决倾斜摄影下实景模型问题的两类融合技术框架,讨论了两者所面临的问题,并对其未来发展作出了展望,旨在为相关领域学者提供参考。

      • 1
    • 改进型CLAHE图像增强算法及其FPGA实现

      林立芃, 杨朝阳, 伍明诚, 王仁平, 阴亚东

      Abstract:

      为解决对比度限制自适应直方图均衡化(CLAHE)算法硬件资源消耗量大的问题,从硬件实现的角度对算法进行两方面改进。针对裁剪阈值,提出了一种普适性裁剪阈值确定方法,基于信息熵和结构相似性构造了品质因数,以品质因数最佳作为评判标准确定硬件实现中的裁剪阈值,在平衡图像增强对比度和失真度的同时,避免消耗硬件资源对图像数据本身进行大量计算。针对超阈值像素再分配,提出了一种改进型分配方法,将超阈值像素仅均分给未超阈值的灰度级,且若其再次超阈值则停止分配,在降低图像失真度的同时,避免反复像素分配带来的硬件开销。在改进型CLAHE算法的基础上,完成基于可编程逻辑阵列(FPGA)的低照度图像增强系统实现,实验结果表明,在普适性裁剪阈值下,增强后的图像能够普遍获得更高的品质因数,具有更佳的综合效果;改进型像素再分配方法对比常规方法,图像在信息熵平均损失3.28%的代价下结构相似性可平均提升8.88%;低照度图像增强系统可实现640×480@60fps的图像采集与处理。本设计可为图像增强算法的硬件实现提供一种新的参考。

      • 1
    • 结合超轻量级双注意力模块的ShuffleNetV2面部表情识别

      林恩惠, 王凡, 谭晓玲

      Abstract:

      针对面部表情识别领域中难以同时实现低参数量与高准确率的挑战,本研究提出了一种结合注意力机制的ShuffleNetV2网络的面部表情识别方法。该方法基于ShuffleNetV2架构,通过微调模型将Relu激活函数替换为PRelu激活函数,进一步提升了模型的特征捕获与分类能力。此外,本文创新性地引入了一种超轻量级双注意力模块LDAM,该模块结合了DCAM注意力机制与空间注意力机制,并通过捷径连接技术集成到优化后的ShuffleNetV2模型中,以增强模型对细节特征的识别能力及分类效果。在FER2013和CK+两大公认的面部表情识别数据集上的实验结果显示,本方法分别达到了69.12%和94.77%的识别准确率,同时保持了低至1.25的模型参数量。这一成果不仅展示了在保持模型轻量化的同时提升识别性能的可能性,而且通过实验验证了所提出方法的高效性和实用性。

      • 1
    • 串联型滑模结构的燃料电池供气系统控制研究

      马钘骢, 何锋, 陈鹏, 边东生, 余必云

      Abstract:

      针对燃料电池空气供给系统动态性能易受负载变化和外界环境因素影响的问题,设计了一种由超螺旋滑模控制与终端滑模控制相结合的串联型控制策略。建立了面向控制的五阶动态模型,提出了在负载变化时供气系统跟踪最佳过氧比、最大净输出功率和阴极压力测量的控制问题;提取最佳期望值并设计控制器,利用Lyapunov方法进行闭环稳定性验证。仿真分析可知,所搭建的观测器扰动估计值与理论实际值误差在0.01%以内,且本文方法与PID控制相比过氧比跟踪最佳期望值响应时间提高了6.9%,最大净功率输出值提高0.2%,阴极压力响应时间相比提高了60%。由结果可得,本文策略在负载变化时可以有效的控制供气系统过氧比跟踪最佳期望值并输出最大净功率,能够准确、迅速的估计阴极压力,能够较好的估计扰动,具有较强的抗干扰能力。

      • 1
    • 基于改进麻雀算法的配电房巡检机器人路径规划

      高鹏飞, 李涛, 夏永康

      Abstract:

      针对麻雀算法在路径规划中出现的效率低、耗时长等问题,提出了一种改进的麻雀算法用于配电房巡检机器人的路径规划。首先,利用Logistic-Tent混沌映射优化麻雀种群质量,减少后续的盲目搜索;其次,提出了可控自适应随机探索的发现者更新策略,增强算法全局搜索能力的同时进一步提高规划效率,缩短搜索时间;接着,为避免算法后期陷入停滞,引入螺旋位置更新因子,加强局部开发能力;最后,结合三次插值B样条进行平滑处理,使路径更适用于配电房环境。实验结果表明:改进的麻雀算法能够高效完成巡检时的路径规划任务,相比于原始算法在迭代效率、路径搜索时间等方面优化显著。

      • 1
    • 基于改进YOLOv8n的变电设备红外图像实例分割算法

      李冰, 杜喜英, 王玉莹, 翟永杰

      Abstract:

      变电设备是电网输变电过程的重要组成部分,为保证电网的正常运行,需对变电设备进行故障诊断,红外图像中变电设备的精确分割是故障诊断的关键步骤。针对红外图像复杂场景中变电设备分割时存在的分割精度低和漏分割的问题,提出一种基于改进YOLOv8n的变电设备红外图像实例分割算法。首先设计一种上下文引导的特征增强下采样块替换YOLOv8n中的下采样卷积层,充分利用上下文信息和全局信息,增强模型对复杂场景的理解能力;然后引入可变形卷积重构Backbone中的C2f模块,增强对不规则设备特征的提取能力;最后用Wise-IOUv2对损失函数进行优化,提高模型的泛化性和分类能力。使用变电设备红外图像数据集对该模型进行实验验证,实验结果表明,相较于YOLOv8n基准模型,本文所提方法的mAP50和mAP50:95分别提高了4.2%和3.5%,所提方法能够较好地解决复杂场景下设备漏分割的问题,有效提高变电设备实例分割的准确率。

      • 1
    • 基于自适应因子图的车载GNSS/INS组合导航方法

      赵海林, 刘福朝, 刘宁, 赵辉, 王桂奇

      Abstract:

      针对短时遮蔽空间环境下,车载卫星导航系统多路径效应与信号衰减严重、粗差与周跳发生频繁,导致组合导航精度和鲁棒性降低的问题,提出了一种基于自适应因子图的车载GNSS/INS组合导航方法。首先构建GNSS/INS因子图模型,以INS为导航主系统,用GNSS因子对INS进行辅助修正,再根据GNSS测量的残差设计权重函数,进行自适应调整GNSS因子所占的权重,可有效抑制GNSS传感器随环境变化造成的发散误差,进而降低因GNSS定位误差过大对组合导航精度和鲁棒性的影响。最后通过搭载跑车实验进行对比验证,与传统基于因子图的组合导航方法相比,自适应因子图组合导航方法的定位均方根误差(RMSE)和最大误差分别降低了70.01%和55.31%。结果表明,所提方法定位精度更高、鲁棒性更好。

      • 1
    • 结合特征融合和注意力机制的SAR舰船检测算法

      李波, 李志康, 周钰彬

      Abstract:

      针对现有的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)目标检测算法仅利用图像底层特征进行检测存在的对小尺度舰船目标的检测率较低问题,提出一种结合特征融合和注意力机制的目标检测算法。面向SAR舰船目标检测,在原始主干网络SSD目标检测算法的基础上,引入注意力机制模块、不同层次的特征图进行特征融合、对含有小尺度目标的图像进行过采样还通过多次复制粘贴小目标实现数据增广。实验通过对SAR舰船图像数据集的大量训练和测试,结果表明本文算法能有效提升对舰船目标的综合检测性能,在公开SAR舰船目标检测数据集上平均精度可以达到94.16%。

      • 1
    • 基于低成本FPGA的深度卷积神经网络加速器设计

      杨统, 肖昊

      Abstract:

      现有的深度卷积神经网络在推理过程中产生大量的层间特征数据。为了在嵌入式系统中保持实时处理,需要大量的片上存储来缓存层间特征映射。本文提出了一种层间特征压缩技术,以显著降低片外存储器访问带宽。此外,本文针对FPGA中BRAM的特点提出了一种通用性的卷积计算方案,并从电路层面做出了优化,既减少了访存次数又提高了DSP的计算效率,从而大幅提高了计算速度。与CPU运行MobileNetV2相比,文章提出的深度卷积神经网络加速器在性能上提升了6.3倍;与同类型的DCNN加速器相比,文章提出的DCNN加速器在DSP性能效率上分别提升了17%和156%。

      • 1
    • 面向任务的CMM圆度测量不确定度建模与优化

      程  杰, 沙跃兵, 周易明, 程银宝

      Abstract:

      精密仪器正趋向于智能化以及功能多样化发展,评估精密仪器的测量不确定度因此也变得更加复杂。以CMM中的圆度测量为例,以面向任务的不确定度评定方法,实现快速、可靠地评估出CMM测量任务的不确定度。根据误差传播的实际情况,结合计算机模拟的蒙特卡洛方法,提出了一种误差分布多状态下的不确定度代数和合成方法。针对测量不确定度初次评定存在过量估计的问题,提出了优化评估方案。给出圆度测量任务的不确定度评定与优化实例,验证评定模型和优化方法的可行性与有效性。系统性解决CMM面向任务的不确定度评定难题,对于解决其它高精度仪器测量结果的不确定度评估、提高仪器的实际使用价值,均具有重要参考意义。

      • 1
    • 基于EBWO-SVM的变压器故障诊断研究

      汪繁荣, 李州

      Abstract:

      针对SVM在变压器故障诊断中存在诊断精度不高和BWO算法存在易陷入局部最优的问题,提出一种基于EBWO-SVM的变压器故障诊断方法。首先通过引入准反向学习策略和旋风式觅食策略对BWO算法进行改进,然后将EBWO算法与粒子群优化算法、灰狼优化算法、鲸鱼优化算法、白鲸优化算法在6种测试函数上进行寻优测试,验证了EBWO算法的优越性。其次利用EBWO算法对SVM中的核函数参数g和C进行优化,从而提高SVM的分类能力。最后提出其他方法与EBWO-SVM模型进行对比。结果表示:所构建的EBWO-SVM变压器故障诊断模型与BWO-SVM、WOA-SVM、GWO-SVM、PSO-SVM相比,综合诊断精度分别提高了7.7%、9.7%、11.6%、15.4%,且稳定性更强,验证了EBWO-SVM模型的可行性与有效性。

      • 1
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      在线测试与故障诊断
    • 孟祥忠, 王蔚溪

      2016,39(11):183-186, DOI:

      Abstract:

      针对矿井胶带运输系统中温度传感器运行情况不能进行实时现场检测的问题,设计了一种基于Smith预估补偿控制的便携式井下运输机温度传感器检测装置。详细介绍了该装置的工作原理,阐述了恒温箱、本安电源电路的硬件设计及基于Smith预估控制的驱动系统的设计,并给出了装置的软件主程序流程图。实验结果和现场运行结果表明该装置具有携带方便、测量准确、实时现场检测等特点。

    • 谷友艺,蒋理兴,孙振雄,王力,王安成

      2019,42(10):1-5, DOI:

      Abstract:

      野外基线是测绘科学技术领域中特殊的长度实物标准,可用来检定全站仪等光电测距仪的加、乘常数,为确保检定结果的真实、准确、可靠,定期进行野外基线的溯源是必不可少的。目前我国主要采用24 m因瓦尺或高精度光电测距仪2种方法实现野外基线的溯源,已有大量实验事实表明,我国野外基线的量值传递与国外仍存在着不一致的问题。随着我国制造业的快速发展和“中国制造2025”的提出,传统的野外基线溯源技术很难满足越来越高的精度要求,迫切地需要实现野外基线精密测距。结合国内外研究现状,对光干涉法、24 m因瓦尺法和高精度光电测距法进行总结,深入分析了3种野外基线溯源方式的优缺点。最后,对我国未来的基线场建设提出了一些思考与建议。

    • 李松松,平东岳,张宸宸,夏闻泽,郭中会

      2019,42(10):6-11, DOI:

      Abstract:

      电磁超声换能器(EMAT)由于不需要耦合剂、可应用于高温环境而获得广泛关注,但是存在换能效率低、超声回波信号幅值小、容易受到噪声干扰的问题,需要对其进一步研究。根据EMAT的工作机理,通过分析超声兰姆波回波信号的特点确定了接收电路的指标,设计并优化了阻抗匹配电路、前置放大电路以及低通滤波电路,同时设计了数字带通滤波器对信号进一步处理。首先对前置放大电路进行仿真,使其具备小信号接收能力。然后采用的三级负反馈电路结构的低通滤波电路,消除空间耦合噪声。最后搭建了铝板的EMAT探伤测试系统,结果表明设计的接收电路很好地实现了兰姆波的检出,为探伤系统的研制提供了基础。

    • 杨勋勇,杨发顺,胡锐,陈潇,马奎

      2019,42(10):43-47, DOI:

      Abstract:

      以工作电压为70V、输出电流为9A的高压大功率芯片TO-3封装结构为例,首先基于热分析软件Flo THERM建立三维封装模型,并对该封装模型的热特性进行了仿真分析。其次,针对不同基板材料、不同封装外壳材料等情况开展对比分析研究。最后研究封装体的温度随粘结层厚度、功率以及基板厚度的变化,得到一个散热较优的封装方案。仿真验证结果表明,基板材料和封装外壳的热导率越高,其散热效果越好,随着粘结层厚度以及芯片功率的增加,芯片的温度逐渐升高,随着基板厚度的增加,芯片温度降低,当基板材料为铜、封装外壳为BeO,粘结层为AuSn20时,散热效果最佳。

    • 白克宗,党煜蒲

      2019,42(10):82-85, DOI:

      Abstract:

      研制的随钻近钻头工具能够有效地克服常规随钻测量系统测点远的不足,非常适合于在复杂地层或薄油层的情况下使用,具有现场组装方便、作业成本低的优势。其中近钻头方位伽马测量系统是其实现地质导向控制的核心。详细介绍了近钻头方位伽马测量系统的两大重要模块:扇区测量模块及伽马计数处理模块。现场实验证明该系统能够快速指示出工具穿越层位时的方向,满足现场作业要求,具有一定的市场价值。

    • 传感器及非电量检测技术
    • 陶红波, 方勇, 许广宏, 卜冬曜, 金彦亮

      2016,39(11):126-130, DOI:

      Abstract:

      针对车内空气质量远程实时监测,设计了一种基于卡尔曼滤波的车内空气远程实时监测系统。系统以Exynos 4412微处理器为控制与信号处理核心,通过多个气体传感器采集PM2.5、PM10、甲醛浓度以及温度、湿度数据,在均值滤波消除数据的脉冲噪声后,利用卡尔曼滤波递归估计出气体最优数值,降低车辆不同状态下对传感器采集数值的精度影响,提高车辆空气质量监测的精度。监测数据在安卓开发板上绘图显示,并发送至移动终端,实现远程实时监测。当超过空气正常阈值,移动端可反向对车内进行声光报警与通风控制。实验表明,该系统能够有效提高污染气体监测的准确性与移动性。

    • 何常根

      2019,42(10):12-15, DOI:

      Abstract:

      新疆输电线路在线监测装置在极寒环境下无法正常工作,为输电线路运维带来了一定的困难。为些提出了OPGW感应取能的实施方案,基于EMTP仿真平台建立了500 kV交流输电线路模型,仿真计算了地线感应电压和感应电流,并提出了双重保温方式。研究表明:地线感应电压和感应电流与档距、负荷功率正相关,基本不受土壤电阻率的影响;在档距为300 m,负荷功率为500 MW,地线取能装置的输出功率为137.8 W,完全满足输电线路在线监测装置的供电需求;在-45 ℃的长期极寒温度条件下,采用硅质纳米多孔保温层和红外线辐射膜加热的双重保温方式,仍能保证不低于-30 ℃的理想温度条件;供电电源采用保温措施后,在线监测装置平均无故障率由85.9%提高至99.6%,可靠性明显增加。研究结果为极寒地区输电线路在线监测装置提供了稳定供电的设计思路。

    • 于振中,周枫

      2019,42(10):16-21, DOI:

      Abstract:

      为了解决多余力矩对电动负载模拟器强干扰,影响加载指令跟踪精度的问题,将基于粒子群优化的模糊PID控制方法用于加载电机控制器的设计。首先在分析加载电机结构以及工作原理的基础上建立了电动加载系统的数学模型,并利用结构不变性原理进行前馈补偿推导;其次针对常规PID控制器无法通过变参数来应对复杂的非线性环境,以及模糊PID量化因子、比例因子难以依靠经验调整问题,提出了一种基于模糊PID和粒子群优化算法的复合控制策略;最后通过仿真验证了该控制策略在对多余力矩消除上要优于常规的模糊PID控制。

    • 刘伟,王赟

      2019,42(10):38-42, DOI:

      Abstract:

      无线电能传输技术是特种机器人实现轻量化可持续工作的关键技术。通过磁耦合谐振式无线充电时,须考虑金属障碍物对无线电能传输系统影响。将金属涡流效应等效互感耦合电路,通过耦合电路理论对传输系统建模。推导出电压增益系数传输方程,以及金属障碍物对传输系统的能量损耗表达式。随着耦合系数的变化传输系统依然存在频率分裂,临界耦合、过耦合和欠耦合情况。在给定传输系统参数下,临界耦合系数Kc=1.54×10-4,当存在存在金属障碍物时,K′c=1.09×10-2。金属障碍物导致无线传输系统电压增益减少,谐振频率偏移,耦合系数增大,耦合性能下降。通过仿真得到该系统存在金属障碍情况下输出电压的变化。

    • 郑颖,郑显锋,程经杰

      2019,42(10):48-51, DOI:

      Abstract:

      发动机悬置系统是汽车发动机的重要组成部分,在车辆行驶过程中发挥着支承发动机、阻隔振动、提高乘坐舒适等作用。通过对汽车发动机的建模和仿真,研究悬置元件刚度与悬置系统固有特性的关系。在Adams软件中建立发动机悬置系统的三维模型,进行仿真分析,并在Vibration振动模块中得到悬置系统的固有频率和振动模态能量解耦分布,分析得出隔振效果不佳,以悬置橡胶垫的刚度为优化参数,得到新的能量解耦分布,在主振方向的解耦率到达了80%以上。对比初始数据,解耦程度有很大的提高,说明优化后的数据对发动机的隔振有明显的效果,验证了优化设计方法的可行性。

    • 信息技术及图像处理
    • 赵鸿亮,郭佑民,王建鑫,杨君

      2024,47(1):130-135, DOI:

      Abstract:

      针对复杂的轨道交通背景下障碍物检测精度低和检测速度慢的问题,提出了一种改进YOLOv5的目标检测网络模型。首先,采用基于注意力机制的轻量级Transformer主干EMO来替换YOLOv5原有backbone中的部分模块,保证轻量化的同时,还能够提高模型的准确性和稳定性;其次,使用Focal-EIoU来替换YOLOv5中的CIoU损失函数,以解决CIoU引起的训练效率低、收敛速度慢等问题;最后使用轻量化上采样算子CARAFE来替换YOLOv5算法中原有的上采样层,在没有引入过多参数和计算量的情况下具有更大的感受野,提高了检测精度和检测速度。实验结果表明,该方法相较于原始的YOLOv5网络模型平均精确度提升了11.1%,准确率提升了13%,召回率提升了11.4%,检测速度达到了60.7 fps。所提出的方法在目标检测任务中表现出了较好的性能,有效增强了轨道交通背景下目标检测模型的检测性能。

    • 林荣霞

      2019,42(10):33-37, DOI:

      Abstract:

      为了提高双足机器人的实时控制能力,提出一种基于强化学习的双足机器人的实时避障位置控制方法。以机器人的双足步行稳定性为控制目标函数,构建双足机器人的实时路径动力学模型,以机器人质心运动的加速度和惯性力矩为被控对象,采用等效碰撞子模型进行双足机器人的实时避障路径规划,采用碰撞子模型和摆动子模型相结合的方法,进行双足机器人行走路径的纠偏参量反馈调节,采用模糊强化学习跟踪方法,进行双足机器人的误差增益控制,实现双足机器人的实时避障位置控制。仿真结果表明,采用该方法进行双足机器人控制的实时避障性能较好,纠偏能力较强,提高了机器人的自适应控制能力。

    • 吴少雷,肖坚红,冯玉,史亮,张良

      2019,42(10):22-27, DOI:

      Abstract:

      由于各种分布式能源的大量接入,电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中,为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换,探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时,变换器工作在Buck模式,采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时,变换器工作在Boost模式,采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时,变换器工作在Buck-Boost组合模式,采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应,控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式,消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。

    • 王雪军,顾金良,罗红娥,夏言,栗保明

      2019,42(10):110-114, DOI:

      Abstract:

      为了对电磁发射系统中枢轨接触界面的接触阻抗进行测量与研究,研制了在低频条件下针对低阻抗的测量系统。通过阻抗变换法分别测量待测阻抗和标准阻抗两端的矢量电压,并通过基于自由轴的相敏检波法将矢量电压的实部和虚部分离开,根据标准阻抗电压和待测阻抗电压的相互关系求解待测阻抗的大小。系统通过STM32控制器作为信号发生器和控制器,采用开尔文四线法减小引线电阻和接触电阻的影响,采用软件补偿方法减小测量误差。测量结果表明,测量系统在10 kHz以内可正常工作,并且在测量100 Ω以内电阻具有较高精度。

    • 刘宝航,王秉森,李子奇

      2019,42(10):28-32, DOI:

      Abstract:

      磁耦合谐振式无线电能传输技术是现代电工技术领域研究与开发的热点,是目前最有可能为便携式电器及植入式医疗器械、智能可穿戴技术,实时无线供电的一种最佳的电能柔性接入与传输手段。为了摆脱传统电源线的束缚,解决供电方式在空间与距离上的限制。以强耦合理论为基础制作了一套高度为20 cm、直径为60 cm、匝数为5.25的空心铜线发射及接收线圈,据此理论谐振频率为7.65 MHz,与实际测量值8 MHz偏差4.5%。通过8 MHz方波信号控制E类功率放大器栅极,在功放的漏极考虑了非线性电容和线性并联电容的非理想因素影响,并对外接电容值进行了优化以获得E类功放的最大效率。对功放的输出端进行阻抗匹配,达到最大功率发射。最后实现了发射线圈几何尺寸直径为60 cm的最大传输距离为6 m。由实验分析可知,本系统在传输距离上有很大的提高。

    • 刘念,周炎,祖家奎

      2019,42(10):120-125, DOI:

      Abstract:

      基于总线的分布式结构以其结构简单、易于扩展、可维护性强的优点已开始应用于无人机领域。以无人直升机为研究对象,在原有的集中式飞行控制系统的基础上进行技术升级改造,提出了一种基于CAN总线的分布式飞行控制系统设计方案。描述了基于CAN总线的分布式系统总体设计方案、硬件设计、通信机制、软件开发和实现,并进行了半物理仿真验证。测试结果表明,CAN总线实际占用带宽为10.5%,未出现丢帧现象,通信基准时钟同步精度小于150 μs,完全可以满足飞控系统的要求。通过进行全过程飞行半物理仿真,证明基于CAN总线的分布式飞控系统能够满足无人直升机飞控系统的实时性、可靠性等控制需求,设计达到了工程化的要求。

    • 朱江波,赵志衡,刘洋,马佳艺,孙磊

      2019,42(10):52-57, DOI:

      Abstract:

      针对传统黑白色选系统检测速度慢、集成度低等问题,设计了一种基于ZYNQ-7000系列全可编程SoC为核心的新型图像色选系统。采用软硬件协同设计的方法;首先在PL端实现了线阵CCD图像采集、图像预处理等功能,然后使用AXI接口,将补正后灰度值、气阀输出信号和设置参数缓存至DDR3 SDRAM存储器,最后在PS端移植嵌入式Linux操作系统,进行图像特征检测和人机交互。实验结果表明,该系统可有效对待筛选物料的特征值参数进行测量,并进行选别,运行稳定可靠,满足工业应用要求。

    • 李子聪,曾宇航,熊晓明

      2019,42(10):126-131, DOI:

      Abstract:

      近些年,卷积神经网络(CNN)出色地完成了许多机器视觉任务。但现有的软件实施方案无法很好地在便携式设备中实现,为此设计一种基于Xilinx 全可编程SoC的CNN系统,在固定资源的SoC平台下,只需较少资源即可实现快速的检测系统。系统实现多级流水线和输入数据复用的方法提高计算效率。系统硬件部分实现CNN计算,软件实现图片预处理及图片检测后处理,从而提高运行效率,系统可实现多种卷核的卷积操作,平均值池化,非极大值抑制抑制算法,实现图片中多人脸的准确定位。实验结果表明,在100 MHz的工作频率下,系统的平均计算速率为0.19 Gops/s,功耗仅为通用CPU的4.07%。

    • 研究与设计
    • 毕力格, 佟小林, 李汉超

      2017,40(6):1-4, DOI:

      Abstract:

      为了避免人影地面作业发射的弹丸,在空中未爆而落地时造成地面人员或重要设施损伤,利用遥感、全球定位系统和地理信息技术,设计研发了分析人影高炮、火箭安全射界的技术系统。系统从Spot高分辨率遥感影像解译图上提取地物信息,通过系统数据库的高炮作业点经纬度信息和人影作业终端系统(手持终端)的GPS定位信息,获取作业点精确位置信息,结合不同类型火箭、高炮的弹道参数,分析了高炮、火箭安全射界,射界分析结果直观、可靠,操作方便快捷,为人影地面作业安全提供了科学依据。

    • 杨帆,马立新

      2019,42(10):58-62, DOI:

      Abstract:

      为了提高并联型H桥有源滤波器的工作效率,当电源电压失真时,更短的时间内计算出更精确的补偿电流,提出了一种自适应谐波检测算法和载波相移正弦脉冲宽度调制技术(CPS-SPWM)相结合的控制策略。首先通过自适应谐波检测算法快速准确地计算出参考补偿电流,为无差拍控制提供精确的补偿指令,然后采用外环电压PI控制实现桥臂电压稳定,并采用内环均压比例控制实现桥臂上子模块电容电压相同,最后通过CPS-SPWM为有源滤波器提供更准确的调制波信号。通过仿真结果,证明了改进的控制策略比传统方法具有更高的稳定性和准确率。

    主编:孙圣和

    创刊:1980年

    国际标准刊号:ISSN 1002-7300

    国内统一刊号:CN 11-2175/TN

    国内邮发代号:2-369

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