摘要: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70 dB，能够很好地满足信号处理的要求。

摘要: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30 dB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。

摘要:设计了一款适用于多气象传感器的模拟前端集成电路，主要包含LDO、可编程增益放大器、SAR ADC以及湿度测量电路。可编程增益放大器采用全差分轨对轨运放作为主体结构来抑制噪声，同时采用连续时间Auto-Zero校准技术来降低其输入失调电压。对于14 位SAR ADC，为降低DAC电容阵列的平均功耗和面积，设计了基于VCM-based 开关切换策略的分段式差分DAC电容阵列。最后基于湿度传感器电容值与矩形波频率之间关系的原理，设计了湿度测量电路，湿度测量电路频率误差为0.03%。该模拟前端电路基于华虹0.18 μm CMOS工艺，并通过Cadence Spectre软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证。后仿真结果表明，电路整体可以实现从输入模拟信号的放大，到最终输出数字码的功能，其有效数(ENOB)为11.40 bit，SINAD为70.37 dB，SNR为71.05 dB，SFDR为83.85 dBc，THD为-78.55 dB。

摘要: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2 kW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。

摘要:无片外电容低压差线性稳压器(LDO)可以为高度集成的片上系统(SoC)提供低噪声、低纹波的电源电压。针对无片外电容LDO瞬态响应速度较慢、稳定性较差的问题，采用有源前馈补偿技术加快功率管的充放电速率，提高LDO的瞬态响应速度；且引入左半平面零点，改善系统的稳定性。同时，前馈补偿电路可以使LDO在轻载和重载之间变化时，自适应地在二级级联放大器和三级级联放大器结构之间切换，确保LDO在全负载范围内保持稳定。采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺进行电路的设计。仿真结果表明，在片上负载电容为20 pF且负载电流在0~200 mA变化时，设计的无片外电容LDO能够工作在1.7~2.8 V的输入电源电压下，稳定输出1.5 V的供电电压，系统在全负载范围内的相位裕度大于45°。当负载电流在1 μs内，在0 mA和200 mA之间跳变时，过冲和下冲电压小于100 mV，恢复时间低于0.6 μs。设计的LDO在高稳定性、快速瞬态响应和宽负载范围方面取得了较好的性能。

摘要:在复杂工业系统因传感器数量急剧增加，产生了高维噪声和随机干扰，严重影响多元时间序列的数据连续性和控制精度。然而现有对多元时间序列存在随时间变化的时序不一致性、空间矢量的偏差性以及时空图模型的冗余度等问题。本文提出了一种新的多元时间序列异常检测方法STGAD。首先，从高分辨率的粒度级别上，引入门控机制改进多尺度卷积网络，控制特征间的信息交互过程。然后，设计了两种图结构，剔除了冗余的时空依赖关系，利用GAT有效地学习时空相关性。此外，提出了一种基于注意力机制的GRU模块，来捕获变量在不同时间窗口上的重要性。最后，联合优化预测和重构的模块。在三个公开数据集上进行广泛的实验，结果表明所提出模型的平均F1分数高于0.94，在高维数据集上明显优于其他基准模型。

摘要:面对插电式汽车电子节气门系统存在非线性、参数不确定性以及进气气流扰动等问题，提出了一种基于粒子群算法（PSO）优化非奇异快速终端滑模控制（NFTSMC）的方法，以此提高节气门响应速度和跟随特性。首先考虑节气门零部件参数不确定性因素以及进气扰动，将系统扰动进行范围估计，并馈入到控制器中。然后利用PSO算法对NFTSMC进行参数整定，并根据李雅普诺夫第二定理进行稳定性证明。设计了插电式汽车阶跃信号和城市道路工况，PSO-NFTSMC相比于PSO-SMC响应时间缩短了82 ms，最大幅值跟随误差由0.32°降低到0.005°，最大误差值由0.5°减小到0.004°。证明了本文所提出的在PSO-NFTSM控制下插电式汽车电子节气门系统响应速度更快，跟随误差更加符合预设效果。该方法的提出与应用为提高插电式汽车发动机的燃烧和排放效率，以及提升车辆动力性能提供了一定参考。

摘要:针对可穿戴传感器采集的时间序列往往具有维度高、噪声大等缺点导致活动识别方法准确率下降的问题，提出了基于改进Transformer-BiLSTM的人体活动识别模型。模型采用了Transformer编码器在处理长距离依赖和并行化计算方面的优势来提高序列特征提取的效率；随后将特征传递给添加了跳跃残差连接的双向长短期记忆网络，两次残差连接代替大量卷积层的同时保留了有效信息；提出了一种集成有时间信息编码的注意力层增强了模型的表达能力和对时序数据的理解能力。实验结果表明，该模型在公开数据集上的准确率达到了98.38%，有效提高了人体活动识别的准确率。

摘要:为了提升电厂内部巡检效率，本文提出了基于智能机器人的电厂巡检方案。考虑电厂内部场景复杂，实现机器人在未知环境下自主建图的高效性和准确性尤为重要。本文设计一种基于复合探索点的主动SLAM建图方法，基于平面分割和矢量合成法，对探索轨迹施加牵引，减少随机探索带来的地图不确定性并改进边界点评价函数，考虑到边界长度的增益，提高探索效率。首先采用平面分割法在目标点所在区域进行边界点搜索，以运动距离和边界线长度为参数设计评价函数，确定探索范围最大的最佳边界点，并通过最佳边界点和目标点的矢量合成，设计复合探索点，引导机器人同步建图和跟踪。并利用实时定位建图技术，构建当前环境栅格地图，通过探索点的依次探索，最终达到目标点，并完成自主建图，通过再次设定目标点实现跟踪扩大建图范围。所提出的算法具备探索的趋向性，是对栅格地图深度优先搜索，并考虑目标点对其路径存在牵引作用，避免了机器人轨迹多次覆盖和陷入回路的情况。实验结果表明，本方法能以较少的探索次数和较短的探索路径完成未知环境下的目标点跟踪和高精度建图。

摘要:针对三电平混合全桥双向DC-DC变换器存在的回流功率较大的问题，本文以回流功率最小化为目标，提出了一种基于双重移相控制的回流功率优化控制策略。首先，建立了三电平混合全桥DC-DC变换器的数学模型，分析了变换器回流功率和传输功率的特性关系；然后，以回流功率作为目标函数，通过KKT条件法将不同模式的等式和不等式约束条件转换为约束函数，并构建拉格朗日多项式函数求最佳移相比组合；最后，为提高系统动态响应的快速性，采用了环内直接功率控制方法，实现了变换器在面对突发情况时系统能迅速实现动态响应。仿真结果表明，在输入电压和负载突变时，本文提出的改进优化控制策略可以有效减小回流功率，提高系统的动态响应性能。

摘要:多源域自适应是迁移学习中的一个重要分支，类别偏移是多源域自适应领域的热点难题之一，其本质是源域和目标域类别分布不匹配的问题。针对此问题，提出了一种基于类别感知与重加权的多源域自适应算法，该算法通过类别感知策略增强相似类别间的正向迁移；同时，引入重加权矩匹配策略，减少不同层面的分布差异；此外，利用伪标签构建自适应权重，有效降低类别偏移的影响。在Digits-five和Office-Caltech10两个数据集上的任务分类准确率分别达到了94.11%和97.18%，实验结果表明，所提算法相比于当前典型的多源域自适应算法在类别偏移场景下的准确性方面有显著提升。

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。

摘要:为了提高电气设备安全性，保证电力系统稳定运行，有必要对高压电缆局部放电进行有效检测与识别。本研究开发一套基于异源传感器数据融合的高压电缆局部放电检测与识别系统。该系统利用电场传感器检测电缆电场分布情况，发现电缆接头绝缘隐患区域，利用压力波传感器检测电缆隐患区域是否出现局部放电及其程度，利用改进的自适应阈值离散小波变换进行信号去噪处理，利用改进的格拉姆角场特征变换增强数据分类特征，利用高效信道注意力机制改进的残差卷积神经网络进行局部放电模式识别。本研究以电缆尖刺放电、气隙放电及沿面放电为对象开展测试，结果发现该系统能准确检测电缆局部放电特性，能够有效识别高压电缆缺陷的放电模式，实验室的局部放电检测率达100%，放电模式识别率达96.0%，且在工程应用环境表现优异，这对电缆使用安全及电网运行稳定具有重要意义。

摘要:为提高宽带信号采集系统开发的简便性和灵活性，提出了基于SoC的软件定义宽带信号采集回放系统的设计及实现方法，采用直接射频采样和数字信号处理技术实现对信号的高速采集和回放，在可编程数字域中灵活完成下变频和信号处理，且具备软件无线电二次开发功能，解决了传统宽带信号采集系统中采用超外差中频采样的模拟化方案设计复杂、灵活性差的问题。系统实验结果表明，本信号采集回放系统输入输出信号频率范围1 MHz～4 GHz、信号带宽不小于80 MHz、采样时钟频率不小于200 MHz，回放信号功率输出范围-90～0 dBm，输出功率调节步进1 dB，具有较高的灵活性。

摘要: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<300 ppb的金刚石样品实现了0.934 nT/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10 kHz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0.2 s统计时间条件下测量不确定度达到10 ppm。

摘要:混凝土桥梁的表观病害类型较多，且每种类型的病害具有不同的形状、尺寸、颜色等特征。为此提出一种基于激光扫描的混凝土桥梁表观病害机器视觉检测方法。通过激光扫描设备获取混凝土桥梁表面数据，通过渲染技术转化为二维图像。锐化图像边缘区域，使图像画质更加自然清晰。定位混凝土桥梁表观图像的感兴趣区域，将在感兴趣区域提取的梯度方向直方图特征和局部二元模式特征融合，组建混凝土桥梁表观样本集合。采用SVM作为分类器，采用融合后的特征对分类器展开离线训练，根据训练结果展开混凝土桥梁表观病害检测。实验结果表明，所提方法的模糊系数最高值达到了0.98，质量指标最高值达到了0.99，接近于最优值1，说明其可以有效提升混凝土桥梁表观图像质量，获取更加精准的混凝土桥梁表观病害检测结果。

摘要:针对现有圆形仪表读数算法易受拍摄角度和复杂环境等不利因素影响的问题，提出了一种基于透视校正的圆形仪表自动读数系统，并成功部署于手机端。首先基于YOLOv8n重新设计了轻量化的仪表检测模型和关键目标检测模型，缩减网络结构后，采用集成PConv的LiteFFM模块和LAMP剪枝技术设计更适用于移动端的轻量化模型。该模型计算需求大幅降低，其参数量减少了97.75%，GFLOPs仅为0.4。提出了高效的圆形仪表校正方法，通过仪表边缘轮廓点集构造校正矩阵，有效消除拍摄倾斜引起的畸变，并结合标记和刻度字符进行旋转校正。最后通过增强角度法准确计算出读数，并在APP中设计纠错引导机制以优化用户拍摄。实验表明，在拍摄角度严重倾斜时，校正算法能减少60.68%的读数平均相对误差。系统在手机上运行速度可达9 FPS，且在复杂环境下的读数平均相对误差仅为1.76%，优于现有先进方法，展示出高鲁棒性。

摘要:针对传统传感器对烟火检测不及时且无法给出烟火详细信息，当前主流烟火检测算法检测效率与精度不平衡等问题，提出了一种改进YOLOv5s的烟火轻型检测算法。将Backbone中第2个卷积模块替换成Stem模块，在提高模型对小目标空间信息检测性能的同时有效地控制了总体的浮点运算数；在Backbone和Neck中引入C3Ghost模块和Ghost卷积模块，以达到减少网络参数数量和提高烟火检测性能的目的；为了区分特征融合过程中不同特征的重要性，提出了一种在PAN中添加可学习权重参数的结构，显著提高了对烟火检测的平均精度。实验结果表明：与原模型相比，模型的权重从14.4 M减小到10.2 M，GFLOPs从15.8减小到3.7，平均精度提升了1.1%。改进的模型在轻量化的同时提升了对烟火检测的性能。

摘要:针对安全帽佩戴检测模型大、运算复杂、对运算平台资源要求高的问题，提出了基于YOLOv8改进的轻量化安全帽佩戴检测算法YOLOv8-MBS。首先，利用MobileNetv3与SPPF共同组成新的轻量级主干层，降低了算法的参数量和计算量。其次，使用加权双向金字塔增强了算法的特征提取与特征表达能力，降低了误检率。最后，嵌入SimAM无参数注意力机制，提升网络对位置信息与安全帽特征的关联度，但不增加额外计算负担。实验结果表明，对比原始网络YOLOv8n，改进后的YOLOv8-MBS在保持较高的检测精度的同时，运算量降低35.96%，参数量降低25.63%，模型大小降低23.22%，帧率提高12.52 fps。模型的轻量化降低了部署成本，为嵌入式部署及大规模应用提供了理论支持。

摘要: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。

摘要:在煤炭运输的过程中往往会有异物划伤或撕裂运输皮带，造成出煤口堵塞等安全事故。因此需要及时识别出运煤皮带上的异物并对其分类，以此进行预警、分选并控制来降低事故发生几率。针对多数分类网络存在计算参数量大、分类准确率不高等问题，提出一种基于残差网络构建的运煤皮带异物分类网络。该网络采用多个小卷积层代替第一层的7×7卷积以增强对局部特征的捕捉能力，并加入批标准化层和ReLU激活函数，使网络更快收敛的同时增强网络的非线性能力；在残差块中使用深度可分离卷积代替普通卷积，大幅降低网络的参数量和计算量，加快模型推理速度；在残差块中引入CBAM注意力机制，增强网络对通道特征和空间特征的学习能力，减弱无用背景信息对模型的影响，将注意力集中到运煤皮带区域；将深层特征与部分浅层特征融合，提升对锚杆类小目标异物的识别率。该网络在自建的矿井数据集上的精确率达到了91.4%，比改进前的网络提高了4.7%，召回率达到了91.2%，比改进前的网络提高了5.8%，计算量降低了20%，参数量降低了31%。结果表明，构建的网络准确率更高，更加轻量化，训练速度更快，实时性更强。

摘要:针对细粒度图像分类中目标区域难以精准定位及其内部细粒度特征难以识别的问题，提出了一种基于改进MMAL的细粒度图像分类方法。首先，利用形变卷积的感知区域可变性原理，动态地感知样本图像中不同尺度和形状的目标区域特征，从而增强网络对目标区域位置的感知能力。随后，采用GradCAM梯度回流的方法生成网络注意力热图，以减小特征背景噪声的干扰，实现对图像目标区域的精准定位。最后，提出位置感知空间注意力模块，通过融合坐标位置和双尺度空间信息，显著提升了网络对目标区域细粒度特征的提取能力。实验结果表明，与基线算法相比，该方法在CUB-200-2011、Stanford Car和FGVC-Aircraft三个公共数据集上分类精度分别提升了1.4%、1.5%、1.9%，该结果验证了所提方法的有效性。

摘要:针对在强噪声干扰环境下提取往复压缩机故障特征以及VMD算法参数设置对先验知识的过度依赖的问题，提出了融合趋势评估VMD算法和MSSE2D的往复压缩机故障诊断方法。本文选取往复压缩机的气阀故障数据作为研究对象，首先通过应用经过频谱趋势评估优化的VMD技术对信号进行深入分析与处理，然后使用MSSE2D进行分析计算，最后使用支持向量机进行验证测试，实验结果表明此方法相较于其他方法可以有效提取往复压缩机气阀故障特征，能够快速的对气阀各种状态进行精确的诊断与区分。

摘要:为了提升永磁同步电机PMSM在负载变化和其他不确定干扰情况下的速度跟踪性能和抗干扰能力，提出了一种基于精确反馈线性化控制的自抗扰控制方法。首先，采用精确反馈线性化方法，通过坐标变化和状态反馈，将永磁同步电机模型解耦为独立的电流子系统和转速子系统，对转速子系统设计一种自抗扰控制器，对电机系统在运行中的不确定干扰进行实时估计并补偿，提升系统的速度跟踪性能和抗干扰能力。其次，针对自抗扰控制中非线性函数fal在拐点处不平滑的问题，对fal函数进行改进，减小了系统的高频抖振。最后，对基于精确反馈线性化、精确反馈线性化自抗扰控制两种控制方法在MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的模型进行仿真结果对比，结果显示，精确反馈线性化-自抗扰控制速度跟踪调节时间缩短了58.33%，突加负载后恢复时间提升95.45%，表明该方法能够快速跟踪转速和负载转矩变化，具有良好的抗干扰能力，验证了所提方法的优越性。