• 2015年第38卷第10期文章目次
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    • >研究与设计
    • 二自由度鲁棒IMC控制器设计

      2015, 38(10):1-5.

      摘要 (1036) HTML (0) PDF 3.23 M (1173) 评论 (0) 收藏

      摘要:在航空稳定平台中,为了解决扰动力矩对于视轴稳定性的影响,在鲁棒IMC控制原理的基础上,利用局部干扰观测器思想进行改进。结合二自由度控制思想,通过引入一组与误差量无关的控制器,将扰动抑制和跟踪精度分离,在保证控制系统鲁棒性的前提下,提高了稳定平台的抗干扰能力和稳定跟踪能力。对于本文方法进行了仿真和物理实验,设计实验如下:1)平台外框架不动,内框架以0.5 Hz,1°/s的正弦信号运动;2)外框架以1 Hz,6°/s的正弦信号作为速度扰动,内框架在补偿轴系摩擦力矩的前提下保持稳定。实验结论:二自由度鲁棒内膜控制系统有效的克服了轴系摩擦力矩所带来的影响,使得控制系统具有更好的输入响应特性,并将平台稳定精度从0.03°提升到0.004°,证明了本方法在保证良好输入响应特性的前提下,提高其抗干扰能力。

    • 基于ATT7022C的电力参数无线监控系统的设计

      2015, 38(10):6-10.

      摘要 (990) HTML (0) PDF 2.11 M (1174) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保证电网的安全运行,对外可靠供电,使各类电力工作有序进行,对各输电线路的电力参数实时的监控,有着重要的意义。介绍了一种基于高精度的三相电能计量芯片ATT7022C的无线监控系统,系统采用STC90C58AD作为微处理器,通过CC2530 ZigBee无线网络与组态王监控界面进行通信,可是实时监控传输线路中的电流、电压、功率等电力参数,并根据监控数据做出无功补偿、切断输电线路等相应的处理。该智能监控系统融合了无线网络通信技术、测控技术和现代电子技术,具有实时性好、功耗低、精度高等特点,能够满足电力系统对输电线路电力参数的监控。

    • 基于北斗/RFID统一时空基准的系统设计

      2015, 38(10):11-16.

      摘要 (1012) HTML (0) PDF 4.13 M (1178) 评论 (0) 收藏

      摘要:信息社会,人们对基于位置服务的需求日益突出。通过分析比较不同的室内外定位技术,设计并实现了一种能够提供时间、空间和对象标识信息的定位系统。系统设计综合运用了GNSS、传感技术、无线通信技术和数据挖掘与处理技术,使用了北斗导航定位和RFID联合方式实现位置信息和时间信息的获取。系统包含了两大部分:一是系统的服务平台端;二是实现位置服务和多模通信功能的客户端。系统利用客户端采集位置信息、时间信息和本身的标识信息,由服务平台端根据需要进行综合处理。系统位置服务和时间服务信息精确,通信可靠性高,能够为行业和公众用户提供统一的时空信息服务。

    • 电子模拟声系系统的设计

      2015, 38(10):17-21.

      摘要 (953) HTML (0) PDF 1.08 M (1258) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前检测声波电子线路时,存在精度低,误差大,耗时耗力等问题,设计了一种基于电子技术的模拟声系系统,该系统由主控制电路、发射脉冲接收电路、信号发生及整形电路、 时差显示及调节电路等组成。系统在电子线路声波发射脉冲的作用下产生四路波列信号,波列信号的时差及首波幅度等参数均可实时显示,并可通过按键实现精确调整。通过实验测试及实际应用表明,该系统的各项指标达到了设计要求,体积小巧,操作简便,精度高,误差小,适合现场及各种测试场合的使用。

    • >理论与算法
    • 一致性特征点匹配在目标跟踪中的应用

      2015, 38(10):28-31.

      摘要 (916) HTML (0) PDF 1.49 M (1286) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决运动目标快速跟踪过程的实时性与稳定跟踪问题,提出了一种新的基于局部特征点匹配的KPM(key points matching) 算法,对图像的局部多尺度特征提取与匹配进行研究。首先,应用SURF(speeded up robust features) 算法在跟踪窗口内提取特征点,生成并匹配特征矢量。然后,结合最近邻提纯法与一致提纯法剔除目标区域以外的特征点对,减少误匹配以提高跟踪精度。最后,生成目标仿射变换矩阵,更新目标运动参数。实验结果表明,本文所提出的KPM算法当目标发生大角度旋转和快速缩放,同时发生光照变化时,仍能够实现稳定的跟踪,且满足运动目标实时跟踪稳定可靠、精确度高、抗干扰能力强等指标要求。

    • 直流微电网电压平衡器的控制策略

      2015, 38(10):32-35.

      摘要 (863) HTML (0) PDF 1.36 M (1251) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种适用于直流微电网负荷不平衡的电压平衡器控制方法,为直流微电网系统用户端提供稳定可靠的直流供电。根据电压平衡器主电路拓扑结构,通过状态空间平均法对其建立小信号模型,在电路模型分析的基础上引入PWM控制技术,采用 PI环节实现输出电压的平衡控制,保证平衡器输出端的稳定,抑制负荷扰动对直流输出电压的影响。利用MATLAB仿真软件搭建了15 kW的实验样机,并在负荷变动的情况下对电压平衡器进行仿真验证。仿真结果表明了理论的正确性及所提出控制策略的有效性。

    • 基于差分进化算法的测试序贯优化技术

      2015, 38(10):36-40.

      摘要 (840) HTML (0) PDF 2.00 M (1112) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对大型复杂系统的测试序贯设计问题,首次提出利用基于混合策略的差分进化算法(DE)进行测试序贯设计。通过LOV规则,将实数空间映射到表示测试序贯的离散空间;利用随机变异策略和小概率扰动操作,进一步加强了算法的探索能力和开发能力;局部动态搜索算子的引入,提高了算法的收敛速度。通过实例和其他常用算法进行了对比,验证了该算法的有效性。

    • 一种基于正交处理的角跟踪系统数字校相方法

      2015, 38(10):41-45.

      摘要 (884) HTML (0) PDF 1.16 M (1243) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对双通道单脉冲角跟踪系统中存在的方位、俯仰差通道不正交的问题,在对基于正交处理的角误差提取原理进行深入研究分析的基础上,通过利用数字振荡器生成本振信号的初相进行相位补偿以及将方位、俯仰差通道分置的方法,进而提出了一种基于正交处理的数字校相方法。通过对采用不同校相方法时角误差提取精度的分析,从理论推导和仿真实验两方面验证了新方法的可行性。仿真结果表明该新方法可以减小方位、俯仰差通道不正交这一因素给角误差提取所带来的误差,从而提高双通道单脉冲角跟踪系统的角误差提取精度。

    • 适用于Android手机的像素异或图像分块加密算法

      2015, 38(10):46-52.

      摘要 (1081) HTML (0) PDF 9.10 M (1309) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了克服Android手机上图像加密速度慢的缺点,提出了一种适用于Android手机的像素异或图像分块加密算法,该算法将密码学中经典的RC4算法应用于本文的加密算法中。首先,将原始图像分块,将改进的RC4算法运用到相邻的两个子块之间的运算上,从而改变像素值,最后,通过Logistic映射对图像置乱。实验结果表明,原始图像加密后的图像类似噪声,加密后的直方图变得更平滑,有足够大的密钥空间,对密钥有很高的敏感性,密文图像的随机性好,密文图像相邻像素之间相关性低,加密算法在Android手机上有更快的加密速度。

    • 相机阵列中无视场重合图像时间配准方法研究

      2015, 38(10):53-58.

      摘要 (902) HTML (0) PDF 2.75 M (1204) 评论 (0) 收藏

      摘要:多路商业相机组阵在进行信息融合与视场拼接之前需要对采集的多路图像进行时间配准。为保证通用性,需要研究一种与系统相对独立的多路图像时间配准方法。提出一种利用多路图像序列内变换关系的算法,首先提取多路图像中与时间相关的共同特征,然后通过改进的奇异值分解方法判定共同特征的相似度完成时间配准。本文算法不需要提前对相机进行标定,对序列内图像配准精度要求较低,且能够在多路图像之间没有视场重合的情况下完成时间配准。经实验验证,配准精度达到了亚帧级。

    • >嵌入式技术
    • 基于DSP的八臂电成像测井仪控制及通信系统

      2015, 38(10):59-63.

      摘要 (759) HTML (0) PDF 3.60 M (1090) 评论 (0) 收藏

      摘要:研制了一种应用于八臂电成像测井仪的控制及通信系统。该系统以TMS320F2812DSP芯片为核心,主要功能是负责对地面系统下发命令的解码、完成测井仪器各电路模块的通信及控制、辅助数据的采集、数据打包上传等。在系统硬件设计上,充分利用DSP芯片的片载串行接口,简化电路结构,使之小型化、工程化,更适合于测井仪器狭小的内部空间;软件设计上充分考虑程序的控制流程和控制时序。现场实际应用结果表明,该系统性能可靠稳定,能够满足电成像测井的实际需求。

    • >可编程器件应用
    • 基于FPGA的动圈检波器参数测试仪的设计

      2015, 38(10):64-67.

      摘要 (1057) HTML (0) PDF 1.86 M (1498) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了能随时在实验室及野外施工现场对动圈检波器进行参数测试,给出了基于直流激励法原理、以Cyclone Ⅲ EP3C40F780和ADS1282等为硬件的动圈检波器参数测试仪的设计方案。该测试仪利用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控制器,FPGA将接收到来自ADS1282采集处理的数据通过网口传给PC,软件对传来的数据进行处理可以得到动圈检波器的阻尼比、自然频率、灵敏度等7个参数,并实时保存。用该测试仪对LGT20D系列检波器进行了测试,结果表明该测试仪对小阻尼检波器参数测试有较高的准确性。

    • Xilinx FPGA system generator在伺服电机控制中的应用

      2015, 38(10):68-71.

      摘要 (1052) HTML (0) PDF 3.51 M (1231) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了避免编写FPGA语言HDL代码的烦琐性,借助于Simulink集成工具箱中Xilinx系列FPGA独有的System Generator模块,围绕3种伺服电机控制应用进行了仿真和实验研究。首先,根据3种伺服电机控制所需PWM信号波形,利用System Generator建立Simulink仿真框图;其次,在Simulink仿真结果正确的基础上生成HDL代码;然后,利用ISE的仿真配套软件ModelSim对HDL代码仿真测试;最后,在ModelSim仿真结果正确的基础上将代码载入FPGA硬件,并利用ChipScope Pro对PWM信号进行实验测试。实验结果与仿真结果的吻合,表明此方法简单易行,具有一定的实际应用价值。

    • 基于FPGA的千兆以太网数传系统设计

      2015, 38(10):72-77.

      摘要 (1159) HTML (0) PDF 3.68 M (1218) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用Xilinx公司的VC707开发板设计了基于FPGA的千兆以太网数据传输系统。开发板上集成了以太网的MAC层硬核以及PHY层芯片,提供了实现以太网数据传输的基础。该系统同时实现了UDP与IP协议,允许上位机与系统之间进行基于UDP协议的数据交互,并可以利用板卡的DDR3实现数据的缓存。实践证明,该系统可以实现数据高速、准确的传输。

    • >测试系统与模块化组件
    • AS5643总线协议IP核设计与实现

      2015, 38(10):78-86.

      摘要 (950) HTML (0) PDF 5.93 M (1476) 评论 (0) 收藏

      摘要:AS5643总线是为了满足航空飞行器中高速实时数据传输的应用需求而提出的一种高速总线技术,其以IEEE 1394b协议为基础并对该协议的实时性、确定性、可靠性以及消息传输机制进行增强改进。为了推动AS5643总线技术的应用,针对AS5643总线协议IP核进行研究,设计了基于FPGA的AS5643总线协议模块,并搭建了多节点的总线互联系统对AS5643总线协议模块的功能和性能进行测试。测试结果验证了所设计协议IP核满足AS5643协议规范,实现了高带宽的数据传输,能够满足航空飞行器的应用需求。

    • >传感器及非电量检测技术
    • 基于SP37的汽车胎压监测系统研究与设计

      2015, 38(10):87-90.

      摘要 (818) HTML (0) PDF 1.80 M (1521) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前市场上汽车胎压监测系统的胎压传感器、微控制器、无线射频发射器分开设计所造成系统测量模块体积过大、安装繁琐、使用期限短、故障率高等问题,基于英飞凌公司设计研发的SP37传感器,在缩小系统测量模块体积、控制产品制造成本的同时提高了测量的精确度、可靠度以及稳定性。系统可以实时显示胎压数据,而且对行驶过程中的危险征兆及时预警。在汽车实地测量胎压试验中,系统表现稳定,达到预期目的。实验数据表明,设计具有稳定性好、测量精度高、系统功耗低等优点。

    • 基于多传感器的微弱磁异常信号提取方法研究

      2015, 38(10):91-95.

      摘要 (1050) HTML (0) PDF 2.20 M (1240) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对磁异常探测(magnetic anomaly detection, MAD)问题,许多学者提出了相应的检测方法。检测只能判断目标存在与否,而为了实现目标定位和识别需要获取异常信号本身。通过建立机载磁异常信号提取模型,基于卷积盲源分离(convolution blind source separation, CBSS)理论,提出频域相关提取算法实现异常信号提取。仿真实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

    • >光电测试技术
    • 一种考虑湿度修正的雾霾检测系统

      2015, 38(10):96-100.

      摘要 (921) HTML (0) PDF 1.86 M (1340) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统雾霾检测仪在计算雾霾浓度时,只考虑空气中固体悬浮物对光的散射,而没有考虑湿度对雾霾浓度的影响。针对传统雾霾检测仪的不足提出了一种包含湿度参数修正的雾霾浓度算法,设计完成了雾霾检测系统。为减少环境因素的影响,雾霾检测系统采用了封闭式的光学系统及恒定的光功率控制,设计了光发射模块、光接收模块、温湿度监控模块、控制模块、大气采样及光学模块和显示器。通过气溶胶发生器进行模拟实验测得雾霾浓度与散射光强度呈线性关系,线性相关系数为0.976 5,通过最后对大气中PM2.5的检测证明该雾霾检测系统能够较好地实现测量。

    • 多光路光散射扬尘检测方法研究

      2015, 38(10):101-105.

      摘要 (1086) HTML (0) PDF 1.62 M (1300) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统扬尘传感器在测量方法中测量精度低、长期户外测量精度保持性差的不足,在Mie光散射原理基础上,研究了一种多光路扬尘检测方法,设计了一套面向建筑工地扬尘检测的光学扬尘浓度测量系统。介绍了扬尘监测系统的光学测量原理,研究了新方法中光通量和离子浓度计算方法,并对检测系统参数进行了优化分析。设计了多光路激光扬尘检测系统,分析了光透过率与粉尘层厚度之间关系。对所设计系统以国控点数据为基础进行了对比实验,实验结果表明新方法相对国控点数值最大偏差8.5%,较PPD4NS检测精度明显提高。

    • 激光引信电流采样处理系统设计与应用

      2015, 38(10):106-108.

      摘要 (1121) HTML (0) PDF 764.94 K (1160) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光引信是一种对目标的高精度主动检测方案,广泛应用于空空导弹中。提出一种对激光引信电流采样信号进行调理和数字信号处理相结合的方案,处理后的信号将可用于调节激光器供电电压,以实现激光器恒流驱动的目的。为分析此方法的性能,给出了精确分析模型。结果表明,与传统的激光引信电源采样处理方式相比,对信号采样处理系统的硬件和软件进行优化设计,能够对采样的信号噪声幅值降低50%,可减弱激光引信发射功率抖动,大大提高激光引信的稳定性和精度。该处理系统成功应用于某型激光引信发射驱动电路中,经充分考核,验证了其有效性。

    • 激光回波小信号宽带放大器设计

      2015, 38(10):109-112.

      摘要 (896) HTML (0) PDF 1.62 M (1335) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一款激光回波小信号宽带低噪声放大器。选用低噪声、高带宽电流反馈型差分运算放大器THS4509,采用两级放大电路结构以获得较大的放大倍数,利用传输线变压器实现输出信号由双端到单端转换。为减小噪声,采用过渡带特性最好的椭圆低通滤波器滤除带外噪声。经实验验证,该放大器具有40 dB放大倍数、120 MHz带宽和小于10 mV(pp)的系统噪声,能对各种反射率条件下不同目标反射回的微弱激光小信号进行有效放大,较好地解决了远距离和低反射率目标物体测距问题,实际测试测距量程可达450 m。

    • >数据采集及信号处理
    • 基于PCIE接口的高速数据传输系统设计

      2015, 38(10):113-117.

      摘要 (1184) HTML (0) PDF 2.40 M (1264) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对PCIE接口在数据传输方面的应用,设计了一种基于Xilinx FPGA的PCIE接口的高速数据传输系统。该系统采用FPGA集成的PCIE硬核,在Windows 7系统下利用WinDriver开发了PCIE设备驱动程序,同时利用DDR3 SDRAM对传输过程中的数据进行缓存,使用Verilog硬件描述语言实现DMA方式来完成上位机和FPGA板卡之间的数据传输。在Xilinx VC707开发板上进行了验证,实际测试结果显示,在单次传输的数据大小为8 MB的情况下,x1通道的PCIE系统的DMA读和写速率分别可达到154 MB/s和169 MB/s,能满足实际应用在数据传输过程中的可靠性及高效性的要求。

    • 基于PSONGM模型的电子电路故障预测

      2015, 38(10):118-121.

      摘要 (978) HTML (0) PDF 869.29 K (1142) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有电力电子电路故障预测技术的不足,提出了粒子群非齐次灰色(PSONGM)预测模型对电力电子电路进行故障预测的方法。所提出的PSONGM预测模型能够对故障特征参数的发展趋势进行预测,进而判断设备剩余使用寿命。通过对BuckBoost电路纹波电压未来趋势进行预测实验,证明该PSONGM模型对电路特征参数预测相对误差很小,能够跟踪故障特征性能参数的变化趋势,有效实现电力电子电路故障预测。

    • >通信技术
    • 基于手机终端无线通信系统的设计与实现

      2015, 38(10):122-130.

      摘要 (762) HTML (0) PDF 4.70 M (1421) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种利用iPhone手机终端和RT5350模块互传指令和数据的无线通信系统。系统通过建立一个无线局域网平台,以STM32单片机和RT5350模块作为硬件平台,以搭载IOS系统的智能手机作为客户端,结合TCP/IP传输协议和串口传输协议,实现了视频数据流、手机控制指令、以及相关数据的无线传输。此系统不仅实现了控制指令的下传,还实现了数据信息的上传。经测试,该无线通信系统在35 m范围内能够流畅的查看摄像头拍摄的视频,进行无错控制和无错数据传输,并且两个传输过程互不干扰。

    • 物联网技术在煤矿安全生产中的应用

      2015, 38(10):131-134.

      摘要 (810) HTML (0) PDF 2.26 M (1142) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有煤矿安全监控系统扩展性差,响应时间长及移动物体的监控能力相对较弱的问题,提出利用物联网技术,开发用于煤矿安全生产的监控平台,该平台主要由ZigBee无线传感器网络、物联网接入服务器和上位机可视化软件系统构成,对各种监测传感器采集的信息进行采集、处理、传输、显示与反馈。通过矿井仿真平台测试及煤矿井下现场测试表明,设计能够实现煤矿井下环境参数测控及人员的精准定位,能为煤矿安全生产监控提供有价值的参考。

    • 基于FDTD的粗糙地面宽带前向电磁散射研究

      2015, 38(10):135-139.

      摘要 (889) HTML (0) PDF 1.60 M (1133) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用指数型分布粗糙面模拟实际的粗糙地面,运用FDTD方法研究了超宽带高斯脉冲电磁波入射粗糙地面时的宽带前向电磁散射问题;通过数值计算得到前向散射系数随频率的变化曲线,并与时谐场源激励下的结果进行了对比;分析了不同的粗糙地面高度起伏相关长度、均方根高度,土壤湿度和入射角下前向散射系数随频率的变化关系,得到了指数型分布粗糙地面的宽带前向电磁散射特性。数值计算结果表明各参数的变化对前向电磁散射系数的影响比较明显,入射波不同极化方式下的前向散射系数也有显著变化。

    • 电磁波斜入射分层介质问题FDTD分析

      2015, 38(10):140-143.

      摘要 (702) HTML (0) PDF 2.26 M (951) 评论 (0) 收藏

      摘要:分层半空间二维斜入射问题一般转化为一维情况来处理,但该处理方法的有效性与入射角的大小紧密相关。对一维修正处理方法斜入射角度的适用范围进行了研究,同时,利用该方法研究了介质的介电常数、电导率和色散特性对反射波时域、频域特性的影响,结论对分层半空间问题FDTD分析、地物反演等应用有重要指导作用。

    • 基于分组的DTN路由协议

      2015, 38(10):144-148.

      摘要 (675) HTML (0) PDF 1.86 M (1115) 评论 (0) 收藏

      摘要:在DTN中,节点没有长时间端到端的链接,所以为了在长时间间歇性链接的环境下提供可靠的数据传输,就需要中继节点来进行数据包的存储和转发。充足的缓存空间和能源是保证DTN网络正常运行的关键,而DTN网络节点的分散性使此条件很难实现,因此,提出一种基于分组的路由协议(group based protocol for DTN,GBP),它只通过本地信息引导数据包副本到达目的节点,旨在传播少量数据包来减少网络开销。先介绍了GBP协议的原理,然后用ONE(opportunistic network environment)仿真软件对Epidemic协议,Spray and Wait协议,PRoPHET协议,MaxProp协议和GBP协议进行仿真对比,在交付成本、成功投递率、网络平均延时3个方面进行对比分析,得出GBP协议具有更好的性能。最后指出了存在的不足并提出改进措施。

主编:孙圣和

创刊:电子测量技术

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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