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2024,47(3):1-8, DOI:
Abstract:
在某些危险环境下需要拖车实施救援时，救援人员难以靠近，救援人员可以通过遥控操作拖车杠来完成拖车钩的挂装。针对被救援车辆拖车钩的检测与定位问题，提出了一种拖车钩检测与定位方法ECSA YOLOv5，首先改进YOLOv5算法，设计了高效注意力模块ECSA，将其替换掉空间金字塔池化模块上一层的模块，并增加一个大小为160×160的小目标检测层，能够更准确的获得拖车钩在图像中的像素坐标；通过在SGBM立体匹配算法预处理阶段加入引导滤波、后处理阶段引入加权最小二乘法WLS滤波与异常值处理，从而获得更优化的视差图，得到更为准确的目标深度信息，提高拖车钩位置信息计算的精确度。基于Jetson Agx Xavier开发板进行了实验验证，实验结果表明，ECSA-YOLOv5模型较YOLOv5s模型AP值提升了5.8%，达到了99.0%，平均实时检测帧率为14 fps，定位测距在3 m内时，误差在3.5%以下，能够满足拖车钩的检测与定位的准确性和实时性的要求。
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2024,47(3):9-18, DOI:
Abstract:
实现更加准确的情绪识别是当前面临的一项富含挑战性且十分有意义的任务。由于情绪的复杂多样性，单一模态的脑电信号难以对情绪进行全面客观的度量。因此本文提出一种多模态轻量化混合模型PCA-MWReliefF-GAPSO-SVM，该混合模型由PCA-MWReliefF特征通道选择器和GAPSO-SVM分类器构成。选用脑电信号(EEG)、肌电信号(EMG)、体温信号(TEM)三模态信号进行情绪识别。在DEAP公共数据集上进行多次实验验证，在效价维度、唤醒维度和四分类中分别取得了97.500 0%、95.833 3%、95.833 3%的分类准确率。实验结果表明，提出的混合模型有助于提高情绪识别准确率且明显优于单模态情绪识别。与近期的类似工作相比，本文提出的混合模型具有较高准确率、计算量小且通道数少的优点，更易于实际应用。
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2024,47(3):19-23, DOI:
Abstract:
轨道角动量涡旋波束各个模态之间相互正交，可以很好地解决频谱资源紧张的问题。针对目前轨道角动量天线普遍存在带宽较窄的问题，设计了一种太赫兹频段的超宽带轨道角动量四臂螺旋天线。研究了馈电端口之间连续相位差与生成模态之间的关系，使用了一种石墨烯双环结构并通过调整优化天线的的结构尺寸来提高天线的性能。实验结果表明，通过简单调整馈电相位差，就能够产生模态数为0、1、2和3的涡旋波，并且不同模态下天线的增益均在7.5 dBi以上。同时所设计的天线绝对带宽达到了8.85 THz，在中心频率6 THz处其相对带宽可以达到147%，S11为-50 dB，与传统天线相比改善较大，为太赫兹频段的模态复用提供了一定的现实意义。
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2024,47(3):24-30, DOI:
Abstract:
针对传统带有电荷泵、以 NMOS作为功率管的LDO驱动能力低下和输出纹波偏高的问题，基于Huahong 0.35 μm BCD工艺，设计了一种隔离交直流环路的大电流LDO。该LDO通过将直流环路和交流环路进行隔离，降低了对电荷泵驱动能力的需求，从而保证NMOS功率管栅极驱动电压的较低纹波并实现大电流输出。通过加入纹波电流吸收电路，增强了LDO的PSRR。结果表明，在3.41~5.5 V的输入电压范围内，LDO的输出电压为3.3 V，输出电流最高达到3 A，压差为110 mV。LDO 在轻负载下的PSRR为：111.261 dB@DC，86.900 5 dB@1 kHz，78.947 2 dB@1 MHz；重负载下的PSRR为：111.280 dB@DC，84.123 1 dB@1 kHz，39.263 8 dB@1 MHz。
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2024,47(3):31-41, DOI:
Abstract:
固态断路器需多IGBT串联切断短路故障电流，针对多IGBT存在电压分配不均、局部电压过高、损耗大等问题，提出一种混合式均压控制电路拓扑结构。分析固态断路器多IGBT均压影响因素，研究均压拓扑性能。优化缓冲电路结构，改进充放电型缓冲电路，减小损耗；引入双阈值钳位控制电路，改善IGBT过电压；提出被动均压与辅助反馈主动均压结合的混合均压控制策略，加快响应速度，实现均压动态自适应调节。制作样机，进行固态断路器设计拓扑和控制的仿真及实验验证，结果表明：混合式均压控制电路可减小IGBT电路超调量，具备更强的抑制过电压能力，提升响应速度。
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2024,47(3):42-47, DOI:
Abstract:
针对地下浅层震动能量场重建过程中高精度、各向异性的需求，提出一种基于衰减层析的地下浅层震动能量场重建方法。首先，根据速度场模型通过射线追踪计算出地下震动波的传播路径；其次，使用对数谱比法对地下介质的品质因子进行反演；然后，求出震动波在不同传播距离情况下的吸收衰减系数；最后，对震动波进行吸收衰减及几何扩散衰减得到地下浅层震动能量场。仿真结果表明，重建的震动能量场与正演结果的均方根误差为7.653，单个网格的重建能量值与正演结果的最大相对误差为15.3%，平均相对误差3.4%，提出的方法相较于传统方法能够提升地下浅层震动能量场重建精度，对地下浅层震动能量场重建具有一定的应用参考价值。
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2024,47(3):48-54, DOI:
Abstract:
为实现单结构谐振器对金属裂纹参数的无损检测，设计了一款同时检测裂纹宽度及方向的无芯片射频识别(CRFID)金属裂纹传感器。将圆形、切角矩形谐振器一体化设计，利用 HFSS有限元分析软件对传感器进行结构优化与性能仿真。深层次探究了不同裂纹缺陷下传感器雷达散射截面(RCS)的响应特征。结果表明金属结构的裂纹方向和裂纹宽度可以通过传感器谐振频率的变化进行识别。双极化下RCS幅频特性的频偏方向对应裂纹的方向，而频偏量与裂纹宽度成正比。设计的CRFID传感器能够检测0°水平方向、90°竖直方向、45°或135°斜向等三类方向下的亚毫米宽度裂纹，其中裂纹宽度检测灵敏度最高可达43.5 MHz/0.1 mm。
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2024,47(3):55-61, DOI:
Abstract:
针对传统人工势场法在防疫机器人路径规划过程中容易陷入局部极小值和目标不可达的问题，提出一种基于人工磁场的路径规划算法。首先，对障碍物周围建立人工磁场，引入洛伦兹力，洛伦兹力与引力保持垂直，避免机器人陷入局部极小值点；其次，在洛伦兹力函数中引入机器人与目标点的距离影响因子，解决目标不可达问题；再次，通过建立目标点与障碍物之间的虚拟直线优化洛伦兹力的方向，避免迂回路径，减少路径规划的步数。最后，在MATLAB环境下对传统人工势场法和人工磁场法进行了仿真实验，实验结果表明，人工磁场法可以克服局部极小值和目标不可达问题，规划的路径对障碍物进行了避障，避免了徘徊振荡的情况出现，提高了路径规划的质量。
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2024,47(3):62-70, DOI:
Abstract:
对于局部遮阴下的光伏阵列，传统的最大功率点跟踪算法收敛速度慢、精度差、功率波动大且容易陷入局部最优。为此，提出一种基于新型自适应布谷鸟算法与粒子群算法相结合的复合算法。该方法在布谷鸟算法中引入自适应发现概率和自适应莱维飞行步长控制因子，同时加入对立种群策略，以提高算法收敛速度和全局寻优能力。在算法前期，用粒子群算法全局搜索快速找到全局最大功率点附近，后期用新型自适应布谷鸟算法在局部范围内精准寻优，以快速、准确和稳定地跟踪到全局最大功率点。仿真结果表明，本文提出的算法在四种光照模式下的收敛时间和跟踪误差分别为0.106 s和0.012%、0.108 s和0.034%、0.110 s和0.059%、0.106 s和0.031%，均优于其他算法，验证了本文算法在六种对比算法中，收敛速度最快、跟踪精度最高、功率波动最小、陷入局部最优的可能性最小。
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2024,47(3):71-76, DOI:
Abstract:
针对S变换高斯窗函数形式固定不变的问题，引入高斯窗调节因子改进S变换，提出一种基于广义S变换的光伏电站谐波和间谐波分析方法。首先通过MATLAB/Simulink搭建光伏电站的仿真模型，在自然采样双极性SPWM调制方式下采集逆变器的三相输出电压；然后以A相电压为例，采用广义S变换对电压信号处理得到一个模时频矩阵；最后对该矩阵分析实现光伏电站谐波和间谐波参数的准确计算。仿真结果表明，本文方法的幅值计算误差最大仅为3.30×10-4%，频率的平均计算误差为0%，远小于S变换幅值误差35.19%和频率误差2.39%；能满足光伏电站谐波和间谐波检测精度的需要。
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2024,47(3):77-83, DOI:
Abstract:
同步器齿毂是汽车变速器装置的重要零件，其加工质量对变速器的性能、可靠性有直接影响。针对人工经验判断齿毂误差源范围效率较低的问题，本文提出一种基于蝙蝠算法优化BP神经网络的误差溯源方法，分析齿毂加工过程中的误差来源，利用蝙蝠算法对权值和阈值进行优化，获取最优值后构造BA BP误差溯源模型，并采集数据样本对模型进行验证并与未优化之前的BP神经网络的误差溯源方法进行对比。与未优化之前BP神经网络溯源模型准确率83.56%相比，优化后的准确率为96.34%，该方法使溯源准确率明显提高，支持生产人员对后续的超差工件进行误差原因追溯，对生产过程中存在的问题直接进行处理排除，提高生产效率。
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2024,47(3):84-90, DOI:
Abstract:
标准粒子滤波器的重采样会造成粒子贫化，影响跟踪系统的精度。为克服这一缺陷，提出了一种改进布谷鸟搜索算法优化粒子滤波的多目标跟踪方法。将粒子作为布谷鸟宿主鸟巢，模拟布谷鸟寻找宿主鸟巢位置的行为，通过全局搜索和局部搜索两个阶段使粒子向高似然区域移动。同时，改进布谷鸟搜索算法的寻优机制，提出动态搜索步长和强化局部搜索的方法，加强了算法的全局搜索的收敛速度。此外，改进算法结合了联合概率数据关联，用于解决多机动目标跟踪问题。本文设置了一维环境和二维环境两组实验，对比优化后的粒子滤波算法与标准粒子滤波算法的目标跟踪性能。实验结果表明，本文提出的算法不仅全局收敛速度更快，而且提高了多机动目标跟踪的精度；与标准布谷鸟搜索优化粒子滤波算法相比，全局收敛迭代速度提高了28.5%；与粒子滤波联合概率数据关联和粒子群优化粒子滤波联合概率数据关联算法相比，估计精度分别提高了24.7%和11.81%。
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2024,47(3):91-101, DOI:
Abstract:
由于传统的ORB特征点提取匹配方法在图像纹理信息不丰富或者光照变化剧烈时极易产生特征点丢失、分布不均等问题，不利于SLAM系统的定位与建图。为此本文提出了一套较为鲁棒、精度较高的提取匹配算法。首先基于ORB特征点对其提取算法进行改进，计算自适应阈值并基于网格模型提取特征点，可提高特征点提取的鲁棒性并使其分布均匀。此外还提出了G-R图像匹配算法，基于网格特征计算邻域支持估计量来区分正误匹配点，再结合引入评价函数的RANSAC算法进一步剔除误匹配点，相比ORB-SLAM2原始匹配算法提高匹配精度9.36%，并减少时间消耗约13.6%。最后将本文提出的特征点提取匹配算法加入到ORB-SLAM2算法框架，经数据集与实际场景验证本文方法能有效提高ORB-SLAM2系统定位精度36.6%以上，使系统更具鲁棒性。
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2024,47(3):102-108, DOI:
Abstract:
动脉血压（ABP）波形包含丰富的心血管信息，有助于心血管疾病的预防和诊断。目前大部分基于光电容积脉搏波描记法（PPG）的血压预测方法仅预测收缩压（SBP）和舒张压（DBP），本文提出了一种由PPG信号预测ABP波形的血压测量方法。首先使用PPG信号作为输入，通过线性映射到高维空间，然后利用Transformer编码器结构进行特征提取，最后由线性层输出预测的ABP波形，由预测的ABP波形可计算出SBP和DBP等血压参数。实验结果显示，Transformer网络在MIMIC数据集中预测的ABP波形与实际波形的拟合效果良好，计算得到的SBP和DBP预测误差分别为(3.76±5.66) mmHg、(2.20±3.77) mmHg，且该方法符合美国医疗仪器促进协会（AAMI）的标准，同时在英国高血压协会（BHS）标准中达到 A 级。
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2024,47(3):109-115, DOI:
Abstract:
使用基于电磁超声技术的智能缺陷检测算法可以实现对重要零件质量状态的监测，保证设备安全可靠运行。在实际检测过程中，一方面采集的信号往往会被噪声污染进而对检测结果造成干扰，另一方面重要零件缺陷信号往往数据量较少不能满足神经网络训练的需求。因此本文提出了一种基于变分模态分解的降噪算法对检测信号进行降噪预处理以提升信号质量，提出了一种改进型的虚拟样本生成技术用来扩充样本集，并使用迁移学习技术减少神经网络训练的参数量以解决样本数量不足的问题。在铝板表面缺陷的深度检测样例中该方法达到了97.2%的平均预测准确率，因此该方法对非铁磁性材料表面缺陷检测有一定的借鉴意义。
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2024,47(3):116-126, DOI:
Abstract:
针对目前无人机电力杆塔巡检过程中航拍图像背景复杂、杆塔组件尺寸差异大、缺陷种类多导致的巡检效率低和缺陷漏检率高等问题，本文提出一种动态位置查询引导的多尺度实例分割方法和基于图特征记忆的缺陷检测方法。所提实例分割方法通过提取多尺度航拍图像特征，选择特征中具有最高关注度分数的低分辨率像素，将其映射到高分辨率特征的相应位置，并添加边界框检测器以提高电力杆塔的分割精度。在缺陷检测算法中提出可学习的图特征描述符，构建了一个记忆库来提取关键元素，以获得更准确的样本特征，提高缺陷检测效率。本文方法在自建的两个缺陷检测数据集上与其他先进算法进行对比，实例分割box_AP和mask_AP相较于Mask2Former分别提升了7.6%和0.5%，缺陷检测算法AUROC分别比次优算法提高7.3%和1.6%，F1.Score分别比次优算法提高6.7%和6.9%，充分表明了本文算法出色的电力杆塔缺陷检测性能。
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2024,47(3):127-134, DOI:
Abstract:
精准的糖尿病视网膜病变的分割是实现视网膜病变自动诊断的前提条件和关键步骤，然而现有大部分的分割模型存在着参数量大、模型训练效果不理想、甚至是无法正常处理数据集等局限性。为此，在原U-Net网络中加入改进的Ghost卷积模块与多尺度特征融合模块，提出一种改进U-Net眼底病变分割图像的算法。该模型能以少量的参数量、较低的计算复杂度获得良好的分割结果。利用Ghost Model替换原始卷积，设计出Ghost卷积与Ghost下采样卷积模块，在保证准确度的同时降低参数量；设计出一种轻量级的Half-UNet多尺度特征融合模块来获取多尺度信息，针对不同尺度病变目标，引入CBAM注意力机制以改善其适应性，从而更好的提取细小的病变信息。改进后的模型在e_optha与IDRiD两个公开数据集上的mIoU分别为61.42%、61.84%，F1-Score分别为70.59%、69.41%。模型参数量、FLOPs分别仅为5.48 M、35.46 GMac，较U-Net、Att-UNet等模型更加精简，分割精度更高。
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2024,47(3):135-143, DOI:
Abstract:
针对连铸车间中，扇形段连铸辊尺寸人工测量效率低下的问题，提出了一种基于双目视觉系统的连铸辊尺寸测量方法。首先，对双目相机采集的图像进行预处理并采用Otsu法分割工件前后背景；接着，针对边缘检测精度不高的问题，将传统Canny边缘检测算法的梯度模板增加到8个以提取工件轮廓，结合多项式插值公式提取亚像素级别特征点；然后，在SAD与Census变换融合的立体匹配基础上引入RANSAC算法来消除错误匹配；最后，采用三角测量原理计算出零件的尺寸。实验结果表明，系统测量的平均相对误差为0.14%，测量方法具有较高的精度，其稳定性与精确性满足连铸辊的尺寸自动检测任务。
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2024,47(3):144-155, DOI:
Abstract:
为解决钢丝帘布表面缺陷检测准确率低且泛化能力不强的问题，提出了一种基于DCGAN和改进YOLOv5s的缺陷检测方法。首先，通过调整DCGAN网络参数并优化超参数，使生成器能够生成具有丰富特征和清晰纹理的钢丝帘布缺陷图像，从而扩充数据集；其次，采用K-means++算法对钢丝帘布缺陷数据重新聚类锚框，以获得更优的锚框参数，实现锚框与实际缺陷的精确匹配；然后，在YOLOv5s主干网络中的C3模块添加坐标注意力机制，以增强模型的特征提取能力和精确定位能力；最后，引入MPDIoU损失函数替换YOLOv5s原损失函数，进一步提高检测精度。实验结果表明，在实测钢丝帘布缺陷数据集上，采用DCGAN数据增强和改进后的YOLOv5s检测模型，缺陷检测平均精度提高了6.6%，达到了89.4%，并且检测准确率和召回率也有所提高。与其他主流检测模型相比，该模型不仅在检测速度上提高了约30%，还保持较高的检测精度。在公开的NEU-DET数据集上，该模型的mAP值达到了82.6%，较原始YOLOv5s模型提高了3.8%。
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2024,47(3):156-165, DOI:
Abstract:
现有移动通信系统出现业务量迅猛增长现象，为缓解增长的基站负荷带来的基站功耗，移动通信系统中为基站配备了可再生能源产能设备。如何实现通信系统信息流与能量流匹配，完成通信业务与基站可再生能源储备的精确配对，更加充分的利用通信系统内可再生能源，是下一步优化通信系统网络性能并降低系统运行成本的关键。为此，本文构建了一个多维效用函数，该函数联合考虑了用户的接受信干噪比、可再生能源利用与基站负载3种因素。通过将求解多基站系统运行成本最小化问题转化为多维效用函数效用值最大化问题，对多基站系统进行优化，并实现系统运行成本最小化。问题转化后为一个混合整数非线性优化的非凸问题。为求解该问题本文提出了多维效用函数迭代优化算法，将该问题拆分为用户调度、功率分配与基站负载均衡3个子问题，通过采用交替优化和连续凸近似技术对问题进行迭代求解。仿真结果表明，相比于最大SINR关联优化算法与“最大SINR+可再生能源利用”优化算法，本文算法在可再生能源利用率方面分别提升了58.68%和29.74%，且系统总费用一直维持在较低水平，具备显著优势。
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2024,47(3):166-174, DOI:
Abstract:
针对当前网络流量瞬时涌现导致网络安全事故骤增、网络管理负担加重等问题，基于深度学习技术提出了ResNet和一维Vision Transformer并行的网络结构对网络流量进行识别并分类。其中ResNet可以提取到流量数据在空间上深层次的特征，能够保证流量识别的准确率；一维Vision Transformer可以提取到更具代表性的时序特征。利用注意力机制将两种特征进行自适应融合得到更全面的特征表示，以提高网络识别流量的能力。在ISCX VPN-nonVPN数据集上进行实验表明：所提方法在流量的应用程序分类实验中的准确率达到了99.5%，相较于单独的ResNet和一维Vision Transformer以及经典的一维CNN和CNN+长短时记忆网络分别提高了0.9%、3.6%、6.6%和3.3%。在USTC-TFC 2016 数据集上，所提方法在能够轻松识别流量是否为恶意流量的基础上，实现了对13种应用程序的分类，且平均分类准确率达到了98.92%，证明了其具有识别恶意流量并完成细粒度分类任务的能力。
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2024,47(3):175-186, DOI:
Abstract:
为了准确描述输电环境中巡检无人机与地面基站之间无线信道，采用随机几何建模法，提出一种基于随机几何的三维信道模型。在该模型中考虑输电线路环境中塔杆，输电线的影响，采用水平圆柱体描述输电设备和周围环境的散射体分布情况，为了防止输电线路产生的电磁场影响无人机巡检作业安全，在模型中设置安全飞行区域，保证巡检安全。针对提出的信道模型，推导并分析了了空 时相关函数，多普勒功率谱密度，电平交叉率和平均衰落时间等信道统计特性。研究了散射体分布情况，无人机运动状态对信道统计特性的影响。仿真结果表明，无人机运动速度大小、飞行方向，散射体分布情况对信道影响显著。理论结果和仿真结果吻合良好，验证了所提模型的正确性和有效性，可以为输电线路场景下巡检无人机与地面基站之间的无线通信系统设计提供理论参考。
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2024,47(3):187-196, DOI:
Abstract:
无人机飞行数据是反映其自身飞行安全的重要状态参数，通过对飞行数据进行异常检测，是提高无人机整体飞行安全性的关键举措。尽管基于数据驱动方法不需专家先验知识和精确的物理模型，但缺乏参数选择且检测网络结构模型单一，使得检测模型由于参数过多导致过拟合以及无法有效捕捉数据异常模式的问题。文中结合变分自编码器和长短期记忆网络的优势，提出了一种基于VAE-LSTM的无人机飞行数据异常检测模型方法。首先，引入肯德尔相关性分析方法用于选择相关依赖的飞行数据参数集；其次，将具有相关性的参数集对所设计的VAE-LSTM深度混合模型进行训练，学习不同数据特征之间的关系映射；最后，以无监督异常检测方式在真实多维无人机飞行数据进行验证。实验结果表明，VAE-LSTM的精密度、检测率、准确率、F1分数及误检率的各项平均性能指标分别达到95.24%、98.71%、98.8%、 96.82%、 1.31%，相比于KNN、OC-SVM、VAE、LSTM模型，整体上展现出较好异常检测性能。
2024年第47卷第3期
研究与设计
理论与算法
信息技术及图像处理
通信技术
2024年第47卷第3期
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IMU紧耦合的多激光雷达定位与建图方法
Abstract:
在许多移动机器人的应用场景下,由于安装位置的限制,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。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算法,所提出的算法在定位精度上取得了显著提升,并具有更低的回环漂移。
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保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法
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，基于二次误差度量算法(Quadric Error Metrics, QEM)，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算法中的折叠代价进行优化。实验结果表明，改进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，改进算法简化后的模型在最大误差、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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基于YOLOv8的煤矿用钢丝绳损伤检测算法
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个百分点，更符合钢丝绳损伤检测的实际应用要求。
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基于ICEEMDAN和TCN-AM-BiGRU的短期光伏功率预测
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。为了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,本文提出一种基于改进的自适应噪声完全集合模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, 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(Pearson correlation coefficient, PCC)筛选关键气象因素,并采用模糊C均值聚类(fuzzy C-means, FCM)将光伏功率历史数据划分为晴天、多云和阴雨3种相似日,将每种类型的相似日的最后一天作为测试集,其余数据作为训练集；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,并用排列熵(permutation entropy, PE)对各子序列进行重构；最后,通过时域卷积网络(temporal convolutional network, TCN)提取光伏功率的序列特征,同时引入注意力机制(attention mechanism),为TCN提取的特征赋予不同的权重,再通过双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit, 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模型进行验证,结果表明本文所提出的模型具有较高的预测精度和稳定性。
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基于Ti-DRSN模型的sEMG手势识别算法的研究
Abstract:
基于表面肌电信号(sEMG)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。本文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Ti-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。其中Ti为TiCNN网络,其中使用卷积核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则为深度残差收缩网络,其可以有效的剔除sEMG信号中的冗余信号,减少信号噪声干扰。Ti-DRSN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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基于改进YOLOv8和无人机遥感影像的大田烟株数量检测
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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基于改进Q-Learning的移动机器人路径规划算法
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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融合类间方差和概率误差的肺部图像分割
Abstract:
X线胸片图像存对比度低、边界模糊等不足，严重影响了X线胸片图像的分割效果。为了利用X线胸片图像快速且准确地对肺部疾病进行诊断和治疗，本文提出了一种基于类间方差和概率误差的X线胸片肺部图像分割算法。该算法在对X线胸片图像预处理的基础上，首先利用X线胸片图像中的人体结构信息进行图像粗分割；然后对预处理图像分别计算目标类和背景类之间的类间方差和概率误差，并在无量纲化处理后，设计新的分割目标函数来计算最佳阈值，从而实现图像细分割；最后合并粗、细分割过程的分割结果，并进行优化，从而基于最佳阈值的图像分割。X线胸片图像的对比实验结果显示，本文算法的DSC和IOU指标分别为89.5%和81.1%，分割所得肺部区域在完整性和准确性上都有良好表现，表明本文算法是有效可行的，适合基于X线胸片图像的肺部图像分割。
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基于深度学习的驾驶员分心行为检测方法
赵栓峰, 李乐平, 王茂权, 李小雨, 王梦维, 谢乐坤, 王帅钧
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预测。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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基于ISSA-CNN-BiGRU-Attention的锂电池健康状态评估
Abstract:
健康状态（SOH）预测对于电池管理系统至关重要。针对电池健康状态评估建模复杂、预测误差大等问题，准确的SOH预测仍需要改进。本文结合容量增量分析（ICA）和差分电压分析(DVA)方法,提出了一种改进麻雀优化算法（ISSA）-卷积神经网络（CNN）-改进的双向门控递归单元（BiGRU）-注意力机制（Attention）的锂电池健康状态评估方法。通过对容量增量（IC）曲线和差分电压(DV)曲线进行高斯滤波处理，避免了噪声的影响。通过先进的生命周期工程中心（CALCE）数据进行处理，从滤波后的IC和DV曲线上提取一组新的电池老化特征,所提4个老化特征与SOH之间的Pearson相关系数在0.9以上。使用ISSA-CNN-BiGRU-Attention方法来构建电池SOH的预测模型，将所提方法与CNN、BiGRU、CNN-BiGRU等方法进行比较，实验结果表明，该方法的MAE与RMSE误差最大值分别为0.00544和0.00717，对比其他模型，具有优秀的鲁棒性和准确性，具有更好的实际使用价值。
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基于球面投影的激光点云目标检测
Abstract:
基于深度学习的激光点云目标检测已成为了一个重要的研究领域。本文采用球面投影和2D图像的SOTA深度学习网络,实现3D激光点云目标快速检测。首先,将KITTI数据集单帧3D点云经球面投影转换成一帧2D的RGB三通道图像,像平面的像素位置取决于点云的三维坐标,其R、G、B三个通道灰度值取决于点云归一化后的反射强度、距离、高度。其次,分析了不同分辨率下球面投影的重叠分布情况和对图像质量的技术影响。最后,采用语义分割模型DeepLab-V3+网络,仿真结果表明:该方法在分割精确度和速度方面都具有良好的性能,应用价值较高。
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结合帧间差异检测的固定场景视频压缩与重建
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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基于AUTBUS总线的机载无线柔性分布式测试系统数据同步采集技术
Abstract:
本研究致力于机载无线柔性分布式测试系统的研制，以解决在飞行试验中测试系统占地空间大、线缆使用量大、走线复杂、测试通道数量多等问题。分布式系统的节点分布在不同的位置，其内部时钟可能因多种因素而出现不同步的情况，从而影响数据采集的精度。通过灵活的时隙资源分配机制实现AUTBUS总线的动态调整，确保系统通信的高效稳定。采用1PPS、TOD及AUTBUS总线对表算法，系统能够有效地实现全网节点设备的时间同步，确保各个节点在相同的时间基准上进行协同操作。测试数据同步采集基于外部触发的模数转换模块，在全网协同事件的时刻实现各节点数据的同步采集。测试结果表明系统的同步数据采集精度最低为822.5 ns，满足飞行试验中机载测试的数据采集需求。
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精密机械同轴扫描开关研制
Abstract:
在计量测试领域，鲜有面向精密交流测试系统的专用同轴扫描开关。针对于此，设计了一种4线制-15通道全同轴扫描开关装置。该装置以步进电机精密运动控制为基础，拖动快插式同轴线组件做X-Y双向定位运动，实现同轴测量通道的可靠自动切换。通过自主设计柔性对接机构，消除因运动失准导致的通道对接误差及不可逆物理损伤风险。重点从提高通道泄漏阻抗，降低通道热电势、寄生电容、感性耦合电势等角度对扫描开关的电气特性进行优化设计，并通过物理实验客观评价扫描开关的使用对精密测量系统的潜在影响。测试结果表明，扫描开关通道内热电势小于±50 nV，通道对地泄漏阻抗达到1014 Ω量级，通道间寄生电容小于1×10-5 pF，通道间的感性耦合系数小于1.2×10-10 H。
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基于感兴趣区域的螺栓位姿及尺寸检测研究
Abstract:
为了提高工业生产中螺栓定位抓取的效率和准确性，提出基于感兴趣区域的螺栓位姿及尺寸检测方法。首先利用YOLOv5目标识别算法对螺栓目标进行识别，将识别出的目标区域截取为感兴趣区域。再利用中值滤波和二值化方法对ROI进行预处理，采用Canny改进算法检测目标轮廓。通过最优拟合直线算法获取螺栓的倾斜角度，并用矩特征算法求解出螺栓重心位置。最后采用霍夫两直线段最短距离算法检测螺栓直径。经过实验验证采用YOLOv5目标识别算法的识别准确率达到92.7%，螺栓倾斜角度的检查误差为±1.2°，螺栓直径的检测误差率为±5.5%，实现了对螺栓位姿和尺寸的识别。
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基于温度传感阵列的TSV内部缺陷检测技术研究
Abstract:
在硅通孔(Through-Silicon Via, TSV)三维集成领域,由于TSV内部缺陷的微小化和检测的不可接触性,寻找一个无损、灵敏且高效的内部缺陷检测方法尤为重要。针对这一挑战,提出了一种基于温度传感阵列的TSV内部缺陷检测方法。内部缺陷对TSV三维封装芯片的外部温度分布产生了影响,这些温度分布呈现出有规律的变化,每一种缺陷类型都会导致外部温度分布产生不同的偏差。利用温度传感阵列测量这些分布变化对缺陷进行有效的识别与分类。根据工作状态下的芯片产生的热信号以揭示其内部的缺陷信息,设计了基于温度传感阵列的检测系统。通过理论分析与仿真模拟,构建了模拟芯片工作状态下的温度分布和热变化的模型。实验中,以芯片样品的样本制备和测试平台搭建为基础,同时利用分类识别模型成功实现了对内部缺陷的有效分类,准确率高达99.17%。这种检测方法为高密度和微型化芯片的可靠性分析和故障诊断提供了一个经济高效的新途径。
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基于改进YOLOX-tiny算法的交警手势识别
Abstract:
为了在城市中实现无人驾驶,需要能够高效检测交警的现场指挥手势。针对现有手势识别算法识别精度低、检测速度慢、难以应对复杂道路环境等问题,提出一种改进的YOLOX-tiny交警手势识别算法。首先,使用改进后的GhostNet网络替换原主干网络,并且插入坐标注意力机制(Coordinate attention, CA),全面提取输入图像特征,提高了网络的检测精度,同时提升了对中小型目标的检测效果；其次,改进解耦头部分,设计了SCDE Head(Spatial and Channel reconstruction decoupling head,SCDE Head)结构,在减少计算量的同时过滤冗余信息,使得解耦头更有效率,并且解耦头融合了多尺度的特征,提升了目标检测准确率；最后,将SIoU应用到定位损失中,加快网络收敛的速度,提升回归精度。在自制的交警指挥手势数据集上进行测试,实验结果表明,与YOLOX-tiny模型对比,改进后算法参数量减少了27.97%,模型计算量减少了33.31%,且平均检测精度提高了2.31%,检测速度提升了45%,更适合汽车无人驾驶以及硬件部署方面的实际需求。
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太阳能电池片图像校正与表面缺陷检测
Abstract:
针对太阳能电池片图像的透视失真与表面缺陷检测问题,提出一种基于虚拟相机的太阳能电池片图像的透视校正方法和改进YOLOv5s的神经网络模型。首先,根据相机外参构建水平姿态的虚拟相机,建立原图与虚拟相机的透视映射关系,以实现原图的透视校正。然后,采用动态头部来提高YOLOv5s头部的表示能力,并在C3模块的瓶颈处加入感受野增强模块RFI来提高小目标感受野。最后,将YOLOv5s的定位loss与NWD loss进行融合来弥补小目标位置偏差。实验结果表明,基于虚拟相机的透视校正,其效果明显优于传统方法且运行时间更短；同时改进后的YOLOv5s模型对比YOLOv5s、YOLOv7、YOLOv8平均精度分别提高6.1%、27.7%、1.1%,对太阳能电池片表面质量检测具有实际应用价值。
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碳纤维拉索缺陷的电磁层析成像有限元仿真
Abstract:
碳纤维复合材料具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀和抗疲劳等优点,是大跨度结构拉索的理想型材料。本文基于电磁层析成像技术采用有限元方法对碳纤维拉索的断股和脱粘缺陷进行仿真研究,设计了一种8线圈圆周型传感器阵列,探究了传感器尺寸、激励电流大小与磁感应强度的关系,根据仿真电磁信号研究了LBP算法、Tikhonov算法和Landweber算法三种重建算法对不同拉索缺陷重建图像质量的影响。结果表明,在研究范围内随着传感器线圈直径的减小和激励电流的增大,磁感应强度逐渐增大,并在线圈直径为5mm和激励电流为1A时达到最大值；与其他图像重建方法相比,Tikhonov算法能够更好的平衡图像重建效果和成像质量,更适用于碳纤维拉索缺陷检测图像的重建过程。此外,在传感器阵列固定的情况下将拉索缺陷旋转,分析了不同投影角度对缺陷成像效果的影响。本研究旨在为实验条件下碳纤维拉索的传感器阵列设计和缺陷检测成像提供参考依据。
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基于Zynq的光电跟踪系统在线辨识方法设计
Abstract:
本文提出一种基于Zynq平台的光电跟踪系统在线辨识方法，解决了传统辨识方法繁琐低效的问题。通过设计A/D与D/A模块的数据采集与驱动程序，实现了实时采集与控制，并在Zynq上运行VxWorks操作系统。利用FFT技术实现了频率特性在线测量，并采用带自然选择的混合改进的量子行为粒子群优化算法进行系统辨识。实验结果表明，该方法具有高精度的频率特性测量和准确的系统辨识能力，为光电跟踪系统提供了有效的实时控制与优化手段。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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%。
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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。
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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。
