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    2023年第46卷第22期
      研究与设计
    • 张三军,施浩磊,张迪,张哲,许惠中

      2023,46(22):1-7, DOI:

      Abstract:

      体积管标定是流量计溯源的重要步骤,各国规范、标准有所不同这给用户使用带来诸多不便。本文首先比较国内JJG规程、国际API标准对体积管标定主要技术内容,接着系统分析体积管容积值、重复性计算模型,然后基于国外某油田活塞式体积管校准数据验证,表明两个标准(规范)所计算的标准容积值差异很小(1×10-6)、重复性差异较大(可达200×10-6);测量次数对重复性差异有着直接影响,API标准、JJG规程的测量次数的重复性差异分别达50×10-6、179×10-6,分析指出重复性差异较大主要原因是JJG规程采用贝塞尔公式,API标准采用无极差系数且没有明确置信概率的极差法。通过理论推导及数据验证,将极差系数与置信概率还原到重复性计算公式中,获得普适性处理方法,在测量次数n≥5下API标准、JJG规程重复性差异小,可为以后规程修订、方法选择提供参考。

    • 李俊卿,刘若尧,何玉灵,张承志,耿继亚

      2023,46(22):8-16, DOI:

      Abstract:

      为了进一步提高光纤复合海底电缆的故障诊断准确率,提出了基于VMD及SO优化SVM的故障诊断方法。首先,使用VMD对故障数据进行分解,得到若干条IMF分量并利用皮尔逊相关系数做进一步筛选。其次,对筛选得到的IMF分量进行特征提取,分别提取各分量的峭度、近似熵及模糊熵。最后,将上述特征值构成的特征向量输入经SO优化的SVM中进行训练及分类,得到故障诊断结果。实验结果表明,采用本文提出的基于VMD和SO优化SVM的故障识别方法,光纤复合海底电缆的故障识别准确率达到了100%,分别比SVM、GA-SVM、GWO-SVM、CNN方法的识别准确度高7.5%、5%、5%、7.5%。

    • 张猛,尹丽菊,周辉,邹国锋,秦怡鸣,李铭宇

      2023,46(22):17-25, DOI:

      Abstract:

      针对太阳能电池图像背景复杂、缺陷形态多变及尺度差异大的特点,提出一种基于SimAM-Ada YOLOv5算法的太阳能电池缺陷检测方法。首先,将可变形卷积融入CBL模块,实现自适应学习特征尺度和感受野的大小;然后,将Ada池化融入SPP模块,增加缺陷信息的保留程度;最后,通过引入SimAM注意机制,进一步提高模型的特征提取能力。为了进一步优化改进YOLOv5算法,使用马赛克和MixUp融合数据增强、K-means++聚类锚盒算法、CIOU损失函数以及Hard-Swish激活函数,以达到增强改进模型性能的目的。实验结果表明,改进YOLOv5算法在太阳能电池电致发光图像数据集的检测mAP达到89.86%,相比于原始算法的mAP提高了8.07%,速度达到37.92 fps,在满足实时性的要求下可以更精准的完成太阳能电池缺陷检测任务。

    • 李芳娣,邓晓燕,吴伟铭,周依静,陈芯婷

      2023,46(22):26-31, DOI:

      Abstract:

      针对移动机器人在复杂角点深处定位不准确而导致振荡旋转无法停车的问题,提出了一种基于TEB局部规划器与激光雷达相结合的角点定位和停车策略。首先基于TEB规划器进行局部路径规划,利用激光雷达采集角点信息,进而通过设置辅助点进行小车前进和转角修正策略,实现移动机器人在角点处的快速定位和导航。通过在仿真平台Gazebo和实际环境下进行测试,结果表明该方法在复杂角点的定位停车准确率达95%,能有效实现移动机器人在复杂角点的快速定位和精准停车。

    • 黄朝志,孙燕文,张文进

      2023,46(22):32-40, DOI:

      Abstract:

      针对开关磁阻电机PI控制器和传统滑模方法中存在瞬态时间长、稳态下转矩脉动大问题,提出一种基于自适应趋近律和扰动观测器控制方法。首先引入状态变量构建非奇异快速终端滑模面,以提升系统收敛时间。其次分析了传统指数趋近律存在的固有抖振,设计出一种自适应趋近律算法,从而降低系统抖振。然后针对扰动变化设计了非线性扰动观测器,并将观测到的扰动值作为前馈信号补偿至滑模控制器。最后,以PI和传统滑模控制作为对比,对所提控制策略进行验证,结果表明:在仿真和实验的启动阶段,响应时间分别缩短了0.08 s、0.4 s,实现了速度的无超调跟踪;在加载阶段转速下降量分别减少了19.9%、9.2%和7%、2.9%,而且电机在稳态时的输出转矩波动变小,转矩脉动降低了约10%。

    • 孙程远,杜奕航,张涛,杨小蒙

      2023,46(22):41-48, DOI:

      Abstract:

      针对辐射源个体识别基本遵循闭集假设无法有效识别未知类的问题,提出了一种基于零样本学习的辐射源个体识别模型实现对已知类和未知类辐射源个体识别。通过搭建卷积神经网络提取隐藏在辐射源信号数据下的语义特征,引入注意力模块增强对关键特征的关注,提出一种组合损失函数促使不同类辐射源信号在语义特征空间分离,根据辐射源信号在语义特征空间的分布进行辐射源个体分类识别。实验结果表明,相较于传统闭集识别,本文所提模型在能够在保持已知类识别率的前提下识别未知类且能在未知类之间区分,平均识别率达到90%以上。在工程化验证中,搭建的未知辐射源个体识别平台能够在室内及室外场景下实现快速准确识别。

    • 单泽彪,薛泓垚,刘小松,郭靖豪,陈广秋

      2023,46(22):49-55, DOI:

      Abstract:

      针对现有压缩感知类波达方向(DOA)估计算法估计精度低、收敛速度慢的问题,提出了基于双曲复合函数近似l0范数的DOA估计算法。首先给出了一种双曲复合函数来近似l0范数,将求解l0范数最小问题转化为双曲复合函数的最优化问题,然后为提高算法的全局收敛效率,采用修正牛顿法对双曲复合函数进行最优化求解,通过算法的内外两层循环获取近似l0范数解,外层循环为内层循环提供逼近因子,内层循环根据递减的逼近因子对修正后的牛顿迭代表达式求解,进而得到近似l0范数的最优解,最终得到DOA估计值。通过模拟仿真实验对所提算法进行了有效性验证,结果表明所提算法在信噪比为5 dB条件下,DOA估计均方根误差为0.685 6°,估计成功率高于98%。

    • 王申华,林军,喻红林,黎子晋,黎鹏,吴田

      2023,46(22):56-61, DOI:

      Abstract:

      为更好地评估输变电钢筋混凝土结构质量安全,提出了基于微波透射法的输变电钢筋混凝土结构腐蚀检测方法,开展了钢筋通电加速腐蚀试验,获得了不同腐蚀程度钢筋混凝土模型;搭建了微波检测试验平台,通过对不同腐蚀程度钢筋混凝土模型进行微波无损检测,分析了透射系数S21幅值和相位的变化规律。结果表明:湿盐沙环境下通电加速腐蚀试验能在较短时间内获得不同腐蚀程度的钢筋;当提离距离为4 mm时,通过透射系数S21幅值和相位变化趋势可有效识别混凝土内部钢筋腐蚀状态。研究可为输变电钢筋混凝土结构腐蚀检测提供参考。

    • 理论与算法
    • 陶洋,冉刚,方文俊

      2023,46(22):62-69, DOI:

      Abstract:

      多传感数据融合技术因其对数据进行多尺度,深层次处理而得到广泛应用。同时冲突数据成为影响数据融合准确度的一大难题,为了减少冲突数据对融合的影响,本文提出了一种基于混合策略的多传感器数据融合方法。首先,引入Dempster-Shafer(DS)证据理论中的冲突因子K将证据进行分组,对低冲突证据保留其证据,高冲突数据进行加权修正。加权修正方法采用信息熵与Bray Curtis距离计算证据的不确定度和差异度,综合两者得到修正过的加权证据。最后,根据DS组合规则对加权证据进行融合,再与低冲突数据进行融合得出最终结果。实验分析结果表明,该方法应对各种冲突情况都能得出正确结果,在面对高冲突证据时准确率达到98.12%。同时在故障诊断应用中,该方法的准确率达到了89.98%,证明了该方法的有效性和实用性。

    • 胡锦帆

      2023,46(22):70-77, DOI:

      Abstract:

      针对二阶一致性理论的无人机编队控制问题,以固定翼无人机为研究对象,提出了一种改进二阶一致性算法的无人机编队控制策略。通过引入虚拟领航者构建能够直观描述编队队形的相对运动坐标系,从水平与纵向相解耦的无人机运动学模型出发,同时考虑无人机系统的性能约束条件,对一致性算法进行了改进。针对无人机在不同飞行场景下的队形变换,基于KM算法设计了编队变换时编队成员位置的再分配策略,并采用改进L1制导律作为虚拟领航者的航迹跟踪方法。最后通过仿真验证了本文所设计控制方法的可行性和有效性,仿真结果表明该方法可以在满足无人机系统性能约束的前提下形成稳定编队,同时在多种飞行场景中快速进行队形变换及拓扑切换并消除位置误差。

    • 文昌俊,陈洋洋,何永豪,陈凡

      2023,46(22):78-86, DOI:

      Abstract:

      针对BP神经网络预测精度不佳、预测结果不稳定的问题,提出改进黏菌算法(ISMA)优化BP神经网络的预测模型,引入Tent混沌映射克服初始种群分布不均的缺点,针对黏菌算法位置更新的随机性和后期容易陷入局部最优等问题引入领导者策略和莱维飞行策略,利用自适应反向学习策略扩大搜索空间并用23组基准函数加以测试。随后利用ISMA算法优化BP网络模型的初始权值和阈值,构建ISMA-BP空气质量指数预测模型,最后将收集到的779组空气质量指数数据代入预测模型中进行测试分析,实验结果表明,与BP神经网络模型、GWO-BP、SMA-BP模型相比,ISMA-BP模型对AQI的预测具有更高的精度,其预测的均方误差为3.840 2,平均绝对误差分别为1.507 8。

    • 李昕光,王珅,曲大义

      2023,46(22):87-93, DOI:

      Abstract:

      针对目前交通流预测模型在提取数据特征时容易忽略工作日和休息日交通流变化趋势存在差异的不足,提出一种基于特征选择的时空融合交通流预测模型STTF XGB。该模型从数据和模型两个层面提高模型对数据特征的提取。首先,利用皮尔逊相关系数计算数据间的相关性,并根据相关性的大小将数据集重新划分为工作日和休息日数据集。其次,采用能够体现全局关系的邻接矩阵结合自注意力机制构建图自注意力机制,提取路网数据的全局空间特征,并结合自注意力机制构建“三明治”结构的时空特征提取模块,基于Transformer模型构建时空融合模型STTF。然后,在STTF模型末端,利用XGBoost模型筛选多头注意力机制提取的特征,构建STTF-XGB模型。最后,在英国高速公路交通流数据集上对模型进行实验,结果表明:STTF-XGB在中短期的预测中较时空融合预测模型GCN-BiLSTM和GAT-BiLSTM在预测精度上提升约5%~10%,且预测误差波动范围最小,能够有效用于交通流预测。

    • 孟事业,罗倩

      2023,46(22):94-101, DOI:

      Abstract:

      针对现有滚动轴承故障诊断研究中诊断准确率存在的不足,提出了一种基于本征模态函数优化自适应噪声集合经验模态分解和变分推断的滚动轴承故障诊断算法,该算法首先利用自适应噪声集合经验模态分解获得原始信号的本征模态函数分量,进而构建敏感本征模态函数分量筛选算法对自适应噪声集合经验模态分解方法进行优化,构成特征向量,对于训练集数据建立高斯混合模型,通过变分推断使高斯混合模型逼近特征向量概率分布的方法来实现滚动轴承故障诊断。通过实例验证了算法的有效性,与自适应噪声集合经验模态分解结合变分推断、局部特征尺度分解结合变分推断、优化的自适应噪声集合经验模态分解结合粒子群优化支持向量机相比,诊断正确率分别提升了4.3%、4.3%和21.7%。

    • 李海明,冯新文,吕通发,何永春,袁晓磊

      2023,46(22):102-108, DOI:

      Abstract:

      为了解决机载激光雷达在电力巡检应用中的点云快速精准分类问题,从激光雷达探测原理出发设计了一种电力巡检点云分类方法。从激光雷达方程出发建立了电力线、杆塔和地物等不同类型的目标的被探测概率模型,在此基础上将点云网格化并融合探测概率实现了网格点云的参数化描述,基于网格参数设计了点云分类方法完成不同类型的目标点云的快速分类。为验证本文算法的有效性,设计了多组电力巡检点云分类实验,实验结果表明本文所设计的电力线路点云分类方法分类查全率可达到98%,单档电力线点云分类耗时14 s,分类准确率和效率较高。

    • 李建鑫,郭晨霞,杨瑞峰,柴世豪

      2023,46(22):109-115, DOI:

      Abstract:

      在对牲畜进行无应激的动态称重时,针对动态称重信号非平稳的特点,选用EMD算法进行处理。为了解决EMD分解信号过程中的端点效应,提出改进的基于分段包络线抑制端点效应的EMD算法。该算法首先利用最小二乘法延拓端点,然后将包络线分为:极值点内部段、延拓点与极值点段,通过在极值点间使用三次样条插值构造极值点內部端,通过依据二阶导数连续条件将延拓点与极值点连接构造延拓点与极值点段。这样在有效抑制端点效应的同时,还能减少延拓端点引入的误差。实验结果表面,牲畜的动态称重信号经所提算法处理后与真实的体重数据进行比较,相对误差平均值为0.21%,最大值为0.33%,说明所提算法应用于动态称重,有很好的精度与稳定性。

    • 赵吉祥,宋新新,潘志远,王璐璐,李壮壮

      2023,46(22):116-121, DOI:

      Abstract:

      不等容分组电容器投切灵活度高,无功调节能力优,但存在控制策略复杂,设备频繁投切的问题,因此提出一种协调二者矛盾的无功优化配置方法。首先根据变电站负荷求取变电站无功需求概率分布曲线,再采用最优覆盖法计算分布曲线和电容器补偿容量梯形曲线交叉形成的无功失配面积,面积越小,电容器调节灵活度往往越好。然后考虑调控复杂度指标,建立以失配面积最小和调控复杂度最小为目标函数的电容器不等容分组优化模型。再采用模糊加权法将多目标转化为单目标优化模型,利用改进遗传算法求解,得到变电站无功配置方案,为无功规划人员提供决策依据。最后案例仿真通过与现有文献等容分组法和不等容分组法进行对比,验证了本文所提方法能够兼顾不等容分组的优缺点。

    • 信息技术及图像处理
    • 帖军,朱祖桐,郑禄,徐胜舟,马佳婷

      2023,46(22):122-130, DOI:

      Abstract:

      为了解决肝脏肿瘤图像中肝脏肿瘤形状复杂、与四周正常组织之间的边界模糊而导致分割模型准确率低的问题,本文提出一种基于混合空洞卷积与高层特征融合的肝脏肿瘤图像分割模型(Hybrid Dilated Convolutions and High-level Feature Fusion model,HFU-Net)。该模型加入高层特征融合再校准模块,丰富U-Net中跳跃连接部分,使其利用特征融合与压缩注意力机制对特征信息校准,提升网络编码器的特征信息获取能力。并且,为进一步提高网络各层的特征提取效果,使用混合空洞卷积块替换原模型编码网络中传统卷积模块,以获得密集的肿瘤特征信息,扩大网络感受野。实验结果表明,与U-Net算法相比,Dice系数、体积重叠误差(VOE)、灵敏度、精确率指标均有较好效果,分别提高了3.3%,4.59%,4.39%和2.04%该模型显著提高肝脏肿瘤图像分割精度,为肝癌诊断与治疗提供可靠依据。

    • 马哲伟,周福强

      2023,46(22):131-138, DOI:

      Abstract:

      针对无人车在室外大场景环境建图时,单一传感器的激光里程计推算位姿不准确且易随着累计漂移而产生精度下降的问题,本文提出了一种激光雷达与惯性单元IMU融合的激光惯性SLAM系统。系统前端由IMU信息进行点云去畸变处理,通过激光雷达里程计输出位姿。后端优化通过因子图实现,由前端里程计因子,IMU预积分因子,回环检测因子联合优化。同时,基于全局描述符Scan Context提出了一种改进的回环检测方法,能够有效提升回环检测的准确率。在公开数据集与无人车实验的实验结果表明,相比于经典的激光算法A-LOAM,LeGO-LOAM,所提出的方法轨迹精度大约提升了40%左右,对于回环检测的效率提升了约25%,有效的提高了SLAM系统的性能。

    • 于政尧,黄建华,孙希延,罗明明,万逸轩

      2023,46(22):139-147, DOI:

      Abstract:

      针对不同时序遥感影像中多种地物类型的变化信息杂乱、背景复杂导致难以清晰地提取关键特征的问题,本文提出了一种将Swin Transformer与孪生网络融合实现建筑物变化检测的新方法。该方法通过4个Swin Transformer Block的结构来获取不同层次的特征,针对不同尺度的特征图进行差异计算,以获取变化特征图。此外,在本文算法的基础上还引入了差异特征融合模块和边缘感知注意力模块。差异特征融合模块能更好地表达不同感受野下的特征,提高对细节特征和全局特征的融合效果;边缘感知注意力模块细化特征提取时特征图中建筑物的边缘特征,扩大模型的局部感受野,增强模型对于细节信息的检测能力,从而提高网络结构对建筑物边缘特征的提取能力。实验结果表明,本文方法与现有经典变化检测网络全卷积早期融合FC-EF相比,在两个公开数据集上的F1值分别提高了7.36%和19.67%。

    • 潘丰,高伟,罗俊,刘文冬,周春元,张慧

      2023,46(22):148-152, DOI:

      Abstract:

      后向投影(BP)算法,在计算成像过程中未采用近似,成像质量高,任何阵列构型成像均适合。近年来在雷达成像技术领域广泛应用。但在毫米波三维全息成像中,计算效率较低,影响了实时成像的实现。在三维极坐标条件下,快速因式分解后向投影(FFBP)算法,利用子孔径划分的方式进行成像,一定程度上解决了实时成像的问题。本文利用四线程CPU与GPU加速CUDA平台实现FFBP算法,并对比分析了多点目标成像,结果基本一致,进而验证加速算法的有效性。进一步,通过电磁仿真软件,对分辨力板建模和仿真,模拟真实目标,并进行GPU加速成像,计算时间比四线程CPU提高33.97倍,适用于三维近场实时成像系统,更好的应用于人体安检领域。

    • 张宇,张学武,张文诺,宋轲,刘金雨

      2023,46(22):153-159, DOI:

      Abstract:

      声检测技术逐渐成为水下目标检测的关键手段;受水文环境噪声、设备精度等影响,声纳图像不可避免的存在分辨率低、对比度低、目标边缘模糊等问题,不利于后续目标检测识别的进行;因此,文章提出一种改进引导滤波(AGF)与三维块匹配(BM3D)联合的去噪算法;首先,该文采用BM3D算法抑制图像中高斯和斑点噪声,完成初步去噪;最后采用AGF算法对图像进行二次滤波,该文通过引入改良的边缘检测Canny算子实现自适应调节正则化参数的大小优化引导滤波,从而保留更多图像细节且更好的保护边缘特征;两种算法联合去噪不仅能优化BM3D去噪性能的不足,还能有效的保留图像的边缘特征;实验结果表明所提出的算法不仅对声纳图像中的斑点噪声和高斯噪声有较好的抑制作用,而相比于其他传统算法在峰值信噪比、均方误差和结构相似度3个方面提升10%、15%和15%。

    • 罗仁泽,唐祥,余泓,李华督

      2023,46(22):160-168, DOI:

      Abstract:

      针对X射线图像中小目标缺陷检测和多尺寸缺陷检测的问题,提出一种基于改进Faster RCNN的焊缝缺陷检测算法。首先,该算法采用ResNet50、特征金字塔网络作为Faster RCNN检测网络的主干网络,达到在多个特征图上检测不同尺寸缺陷的目的;然后在主干网络前增加背景减去网络层,来降低图像背景对小目标缺陷的干扰;接着利用三支路区域推荐网络层细化原始区域推荐网络层中候选框的预测任务,从而减少候选框数量、优化检测速度;最后对网络中卷积层的数量进行微调,增强网络特征提取能力。实验结果表明,改进网络的均值平均精度和每张图像检测速度分别为83.09%、20.8 ms,相比改进前的网络,预设的锚框增加了10 779个,检测速度仅仅降低了3.1 ms,均值平均精度提高了19.43%。改进网络在保证检测速度的基础上,有效提高了对小目标缺陷和多尺寸缺陷的检测效果。

    • 贺星耀,冯涛,梁虹,吴凯香,袁嘉辉

      2023,46(22):169-176, DOI:

      Abstract:

      莴苣属作物高通量株高数据采集技术的研究和应用较少,对此提出一种基于深度学习和无人机倾斜摄影的莴苣属株高检测方法。首先针对高通量植株株高获取,采用无人机倾斜摄影,生成区域内植株三维模型,提取高程信息;然后利用改进注意力机制的YOLOv5算法,在主干网络C3模块中嵌入CBAM注意力机制,减少浅层噪声信息,提高对小目标及密集目标的检测能力,以达到对区域内植株的目标检测,对应得到每株植株的估算株高。实验结果表明,CBAM-YOLOv5模型识别效果提升明显,对莴苣属作物识别的AP值提升到了96.19%,相较于原始的YOLOv5模型,本文模型的AP值提升了1.5%,植株目标检测对应三维模型计算出的估算值与实测值具有较高的相关性,直线斜率为0. 991 1,R2为0.931 1,实现了对莴苣属作物高通量株高数据的检测。

    • 冉险生,李锐,贺帅

      2023,46(22):177-185, DOI:

      Abstract:

      道路障碍物检测是自动驾驶环境感知的重要内容。针对当前道路障碍物检测算法精度有待提升等问题,提出改进YOLOv5s的道路障碍物检测算法。首先引入改进坐标注意力模块,过滤多尺度特征图的无效信息,强化关注感兴趣区域。其次使用增强降采样模块缓解融合网络下采样过程的重要信息丢失,增强特征鲁棒性。最后优化算法回归损失,明智的梯度增益分配策略,提升了普通质量锚框损失贡献度。试验结果显示,改进模型在数据集上的平均精度均值较原YOLOv5s提高了4.2%,达到了78.6%,同时也优于Faster R-CNN、YOLOX、YOLOv7等算法。所提算法具有42帧/s的检测速度,满足实时检测的要求。本研究提出的改进算法能够有效提高道路障碍物检测精度,具有实际应用潜力。

    • 仝卫国,寇德龙,李茂冉,石宗锦

      2023,46(22):186-192, DOI:

      Abstract:

      针对基于孪生网络的跟踪算法在目标快速移动、发生较大形变、处于复杂背景等情况下容易出现跟踪性能下降的问题,提出一种融合注意力机制与自适应模板更新的目标跟踪算法。跟踪算法以SiamRPN为基础,通过在特征提取网络融合通道注意力机制与空间注意力机制,抑制图像中的干扰信息,补充目标特征在通道空间中的信息,更好地对目标进行定位。将对象在不同时刻的模板,包括初始模板、累积模板和预测模板作为帧残差模块的输入,采用残差学习策略,充分利用初始模板语义信息,自适应更新当前帧所需的模板,减少了跟踪飘移的现象。在OTB100数据集上的实验结果表明,本文跟踪算法与其他跟踪算法相比取得了更高的跟踪成功率和准确率。

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    2023年第46卷第22期
    全选
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    • 基于时频分形特征的雨杂波环境目标检测算法

      钟林茂, 尤鹏杰, 王 琳, 王海涛

      Abstract:

      针对雨杂波环境下传统目标检测方法虚警和漏警双高的问题,本文主要研究雨杂波频谱的联合分形特征及其在目标检测中的应用,提出了一种基于定向毯子覆盖法的联合分形特征检测方法,首先通过利用毯子覆盖法测量回波距离多普勒域的分形维数和模型拟合误差特征,然后将分形维数和模型拟合误差作为检验统计值,构造基于联合特征的阈值检测方法。通过优化毯子法的计算步骤,减少了对非目标信息的冗余运算,使得方法具有更好的实时性能。通过对雨杂波环境中实测数据的处理结果表明,相比于传统的目标检测算法,该方法在处理雨杂波等非平稳数据时,可以有效降低虚警,同时提升对目标的检测性能。

      • 1
    • 基于原型嵌入图网络的小样本图像分类

      陈望, 李志玲, 王前, 包春梅, 王林

      Abstract:

      针对在小样本图像分类中传统骨干卷积网络进行特征提取时会有上下文信息单一和感受野受限以及边特征相似度度量缺乏全局性问题,本文提出了一种基于原型嵌入图网络的小样本图像分类算法。首先,将CBAM产生的权重值与ASPP以不同采样率获取的不同尺度特征进行相乘的特征作为图网络的节点嵌入特征。然后,采用原型网络的方法在度量模块中构建了原型节点,使得成对节点之间的相似性计算转化为单个节点与原型节点相似性的和计算,将得到的相似度作为边特征输入图神经网络。最后,利用双图结构在多个更新代后将标签信息从有标签样本传播到无标签样本。在以ResNet-12为骨干卷积网络的算法分类任务中,本文在miniImageNet、tieredImageNet、CUB-200-2011和CIFAR-FS四个数据集上的5-way 1-shot的任务分类准确率分别达到了71.47%、75.41%、86.21%和79.84%,在以Conv-4作为骨干卷积网络中,本文提出的算法在5-way 1-shot和5-way 5-shot任务中都优于现有的图网络方法。

      • 1
    • 基于细节信息增强的无监督双目立体匹配算法

      王晓峰, 孙志恒, 喻骏, 孙贾梦, 丁坤岭, 舒航

      Abstract:

      无监督立体匹配算法在自动驾驶等领域有重要的应用,然而无监督立体匹配算法在物体连续、边缘等细节信息区域的视差精度较低,本文提出了一种提高细节信息区域精度的无监督立体匹配算法。通过在特征金字塔网络中引入空间注意力机制和残差网络,设计了一种空间特征金字塔网络算法,抑制特征提取过程中边缘和小目标细节信息的丢失。构建了视差融合模块,将半全局立体匹配算法生成的原始视差和视差回归生成的初步视差进行置信度视差融合,提升连续细节信息区域的精度。对于网络损失函数,集成了原始视差监督损失和置信度遮挡损失,保留更多图像边缘和连续区域处的细节信息。实验结果表明,本文算法在KITTI 2015测试集中非遮挡区域和所有区域的误匹配率分别为6.24%和5.89%,与其他经典算法相比在细节信息区域的效果、精度方面有较大提升。

      • 1
    • 基于M估计算法的三维点云平面拟合方法研究

      杨少舟, 龙东平, 陈继尧, 吴士旭, 徐先懂

      Abstract:

      通过激光传感器获取的三维点云难免混入噪声和异常点,导致点云平面的拟合精度降低。为解决该问题,本文提出了一种结合M估计样本一致性(M-estimate Sample Consensus,MSAC)算法和主成分分析(PCA)法拟合点云平面的方法。该方法首先通过MSAC算法去除点云数据中的异常点,获得较为理想的点云平面,然后使用PCA方法对保留的点云数据进行平面拟合,以获取更加精确的点云平面参数。使用电池托盘作为被测物,应用3D线激光轮廓传感器扫描被测物并将点云数据传输到计算机进行处理。通过设定的仿真数据和电池托盘点云数据进行实验,发现本文方法与随机一致性(RANSAC)结合PCA、最小平方中值(LMedS)结合PCA的方法相比,在耗时接近的情况下,能够显著降低异常点对点云平面拟合的影响,获得更精确的平面拟合参数。对两个部分的电池托盘点云滤波处理后进行平面拟合时,能够发现本文方法与其他两种方法相比,标准差分别降低了28.6%和22.5%、24.0%和29.0%,该方法具有较高的平面拟合精度和实用性。

      • 1
    • 基于改进型TD3算法的车载边缘计算任务卸载决策

      李亚, 王卫岗, 张原, 刘瑞鹏

      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%。

      • 1
    • 跨域飞行器惯导装置设计及抗冲击测量方法

      李存健, 刘福朝, 刘宁, 赵辉, 周浩

      Abstract:

      跨域飞行器由于工作环境复杂多变,在飞行过程中运动参数受瞬态冲击影响较大,导致导航精度降低且难以稳定控制。针对瞬态冲击导致跨域飞行器难以获取准确运动参数的问题,本文研制了一种基于大小量程加速度计组合的惯性导航装置,并提出了一种大小量程加速度计切换策略,利用巴特沃斯滤波器对采集的数据进行滤波处理,通过预设阈值的累计和控制图算法和自主可变滑动窗口实现对冲击点的检测,并采用分段式线性插值方法保证了数据的同步性,最后通过模拟仿真和跌落台试验对本文所提出的切换策略进行试验验证,试验结果表明,分段式线性插值方法的估计误差不超过0.6g,并在小量程加速计测量值饱和后,切换至大量程加速计的测量值,满足了实时切换的要求,进一步证明该惯性导航装置及大小量程切换策略可应用于飞行器进行跨域试验。

      • 1
    • 改进A*算法的移动机器人全局路径规划

      熊勇刚, 李波, 姚焘, 付茂林, 李城炫

      Abstract:

      针对A*算法在移动机器人路径规划存在搜索效率低,路径斜穿障碍物顶点,路径拐弯多等问题。提出一种改进的A*算法,首先在A*算法的邻域扩展中采用避免斜穿障碍物顶点的策略;再引入障碍物因素对评价函数进行指数加权,减少不必要的搜索,提高A*算法的效率和灵活性,使算法偏向于选择障碍物较少的路径;最后使用三次优化折线的策略,加入障碍物安全距离,减少路径上的冗余节点和拐弯。使用MATLAB进行实验仿真,结果表明,在20×20m、40×40m、60×60m栅格地图环境下,改进A*算法较传统A*算法,搜索时间分别减少70.12%、84.31%、91.44%,扩展节点分别减少53.77%、71.20%、74.30%,路径累计拐弯角度分别减少70.48%、76.31%、82.18%,改进A*算法能够有效的提高移动机器人路径规划的效率,路径更为平滑和安全,且在复杂环境中优势更为明显。

      • 1
    • 基于深度Q网络的海上环境智能路径规划

      李鹏程, 周远国, 杨国卿

      Abstract:

      本文深入研究了融合航海优先级(Navigational Priority, NP)和优先级经验回放(Prioritized Experience Replay, PER)策略的深度Q网络(Deep Q-Network, DQN)算法在海上环境智能路径规划问题上的应用。不同于传统路径规划算法,本优化算法能够自主探索并学习海上环境的规律,无需依赖人工构建的海洋环境全局信息。本研究开发了基于Gym框架的海上仿真环境,用以模拟和验证改进的DQN模型。该模型融合了航海优先级和优先级经验回放机制,通过调整学习过程中经验样本的利用频率,提升了算法对重要决策的学习效率。此外,引入新的奖赏函数,进一步增强了模型对路径规划问题的适应能力和稳定性。仿真实验结果证明,该模型在避免障碍物及寻找最佳路径方面相较于基准方法有显著提升,展现了一定的泛化性和优秀的稳定性。

      • 1
    • 基于强化学习的多段连续体机器人轨迹规划

      刘宜成, 杨迦凌, 梁斌, 陈章

      Abstract:

      针对多段连续体机器人的轨迹规划问题,提出了一种基于深度确定性策略梯度强化学习的轨迹规划算法。首先,基于分段常曲率假设方法,建立连续体机器人的关节角速度和末端位姿的正向运动学模型。然后,采用强化学习算法,将机械臂的当前位姿和目标位姿等信息作为状态输入,将机械臂的关节角速度作为智能体的输出动作,设置合理的奖励函数,引导机器人从初始位姿向目标位姿移动。最后,在MATLAB中搭建仿真系统,仿真结果表明,强化学习算法成功对多段连续体机器人进行轨迹规划,控制连续体机器人的末端平稳运动到目标位姿。

      • 1
    • 无人船自适应超螺旋轨迹跟踪滑模控制

      冯成涛, 陈威, 陶睿楠, 朱栋, 储开斌

      Abstract:

      本文针对无人船受到风浪等不确定性干扰时易出现轨迹跟踪误差大、自适应增益范围小、滑模控制方法的抖振等问题,提出了一种新型自适应超螺旋滑模控制算法。根据无人船结构建立数学模型,引入轨迹参考点将数学模型转换为二阶系统微分方程;设计自适应超螺旋滑模控制器;构造Lyapunov函数,推导满足系统闭环稳定性的自适应增益。在考虑风阻、浪阻的情况下,将本文方法分别与超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制这两种方法进行仿真实验对比。结果显示,在仿真实验的30s中,本文方法的轨迹跟踪平均绝对误差比超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制分别减少了0.60m和0.27m,仿真结果表明本文方法能够有效提高系统控制性能,抑制抖振,减小轨迹跟踪误差。

      • 1
    • 基于互质极化敏感阵列的参数降维估计算法

      逯岩斌, 陈文东, 杨赟秀, 舒勤

      Abstract:

      针对互质极化敏感阵列波达方向角(DOA)和极化参数估计中存在的计算复杂度高以及多信源情况下DOA解模糊配对错误问题,提出了一种基于模值约束降维求根多重信号分类(MUSIC)的DOA和极化参数联合估计算法。首先通过重构三维谱函数,对DOA和极化参数进行解耦,实现三维 MUSIC 方法的降维,然后利用多项式求根求解出DOA,并利用波束形成方法解决了互质阵列中存在的解模糊角度错配问题,最后利用极化矢量的模值有界性构造代价函数,推导出极化参数的闭式解。数值仿真结果验证了该算法的有效性,结果表明,本文算法参数估计精度高于旋转不变技术(ESPRIT),与一维全局谱峰搜索MUSIC(1D-TSS-MUSIC)算法基本相当,但本文算法显著降低了计算复杂度,且在多信源情况下依然可以获得可靠的参数估计。

      • 1
    • 改进全局ZOA优化MVMD-SCN的锂电池SOH估算

      郭喜峰, 黄裕海, 单丹, 原宝龙, 宁一

      Abstract:

      锂电池健康状态(SOH)的准确估算对电池系统的健康管理起着重要作用,为提高SOH的估算精度,提出一种将参数优化后的多元变分模态分解(MVMD)和随机配置网络(SCN)相结合的SOH估算方法。从锂电池充放电过程中提取多个健康因子(HF)作为SOH估算模型的输入,在斑马优化算法(ZOA)全局阶段引入自适应权重和最优领域波动策略,提高其全局搜索能力,得到改进全局的斑马优化算法(IGZOA),利用它对MVMD和SCN参数进行寻优,最后在9个基准函数测试IGZOA性能,在NASA和CALCE数据集上将所提方法与不同方法进行锂电池SOH的估算对比,结果表明,所提方法的均方根误差和绝对误差的平均值分别为0.84%,0.93%,具有更高的预测精度和泛化性。

      • 1
    • 改进暗通道的水下图像复原算法

      杜道平, 李响, 梁野, 高洪涌

      Abstract:

      水下光学环境的特殊性导致了正常拍摄的水下图像存在雾化现象、偏色和低对比度,现有复原方法存在深度图上局部错估和透射图不精确的问题。为了更好的提升水下图像的质量,提出了一种能够平衡衰减、精确估计全局环境光的改进暗通道的水下图像复原算法。通过梯度图和通道差构建深度图,获取全局环境光;通过平衡衰减的暗通道,得到更精确的透射图;通过白平衡算法校正色偏,进一步改善图像质量。为了验证算法的有效性,在UIEBD数据集和RUIE数据集上进行了实验评估,UIQM指标分别为1.560和1.668,UCIQE指标分别为0.470和0.364。实验结果表明,本文提出的改进能有效提升水下图像的复原效果。

      • 1
    • 基于位置感知和跨层特征融合的航拍小目标检测算法

      雷帮军, 余翱, 吴正平, 余快

      Abstract:

      针对航拍图像目标尺度小、背景复杂、漏检和误检严重,提出了一种基于位置感知和跨层特征融合的航拍小目标检测算法DC-YOLOv8s。DC-YOLOv8s新增小目标检测层,增强对小目标尺度的敏感性,提高检测精度。为了减少特征信息的丢失,设计了跨层特征融合模块,充分融合小目标浅层语义信息和深层语义信息,丰富特征表示。改进C2f结构,结合可变性卷积设计了基于位置感知融入残差的感受野注意力模块,适应航拍小目标形状的变化,快速提取感受野特征,降低漏检和误检率。最后使用基于注意力机制的动态检测头在尺度感知、空间感知、任务感知方面提高复杂场景下小目标的定位性能。实验表明,在VisDrone2019数据集上,DC-YOLOv8s在P、R、mAP上相较于YOLOv8s分别提高了7.2%、7.5%、9.1%,显著提高了小目标检测的性能,FPS为71帧,满足实时性要求。在VOC2007+2012上进行模型泛化性实验验证,效果优于其他经典算法。

      • 1
    • 弱纹理飞机蒙皮曲面图像特征匹配及拼接

      李炳超, 王军, 李海丰, 王怀超, 范龙飞

      Abstract:

      为了解决弱纹理飞机蒙皮特征点分布不均匀、正确匹配的特征点对较少的问题,提出了一种改进的LoFTR算法对飞机蒙皮图像进行拼接。根据相机位姿利用柱面反投影对蒙皮图像进行曲面校正;通过图像之间的重叠区域确定特征提取区域,从而减少错误匹配点对的生成;使用LoFTR算法进行特征提取,并且使用RANSAC算法对特征点进行筛选;根据图像分块的思想对重叠区域进行网格划分来对特征点进一步筛选,使得特征点分布更加均匀,得到更加准确的变换矩阵进行图像配准。实验在自研无人车采集的飞机蒙皮图像上进行了测试和验证,改进的方法与SIFT、SURF、ORB、BRISK以及AKAZE进行了特征匹配率比较实验,SIFT、SURF、ORB、BRISK和AKAZE匹配率分别为4.84%,0.47%、2.9%、0.86%、5.08%,提出的算法特征匹配率达到55.21%,SSIM平均值提高了44.38%~88.46%。该方法适用于对飞机蒙皮图像的拼接任务,且不存在因弱纹理而导致漏拼的问题。

      • 1
    • 基于线阵InGaAs相机的光伏电池板光致发光成像系统研究

      黄益东, 钱芸生, 张益军, 徐晗

      Abstract:

      现有光伏电池板缺陷检测多采用电致发光激励以及面阵相机检测等方法,存在操作复杂、效率低等问题,为此开展基于线阵InGaAs相机的光伏电池板光致发光成像系统研究。首先,设计线阵InGaAs相机硬件框架与逻辑框架,以FPGA驱动线阵InGaAs相机完成数据采集与图像显示。通过固定模式噪声去除算法与直方图双向均衡算法,去除了缺陷图像中固定模式噪声,同时提升了图像的对比度和清晰度。最后通过搭建整体成像系统,通过光致发光成像对不同种类的光伏电池板的多种缺陷进行成像实验,检测精度达到0.2 mm/pixel。实验结果表明该系统可以完成对单晶硅与多晶硅光伏电池板中隐裂、黑斑、坏片、混档和脏污等缺陷的检测。

      • 1
    • 昏暗环境下自适应ORB-SLAM2算法研究

      马哲伟, 周福强, 王少红

      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(Features from Accelerated Sement Test)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。

      • 1
    • 基于表面肌电信号及肌肉疲劳的上肢肌力预测

      隋修武, 高俊杰, 梁天翼, 蔡俊杰, 王涛

      Abstract:

      为解决目前肌肉力测量时用肢体末端力表示实际肌肉力大小,以及未将肌肉疲劳程度考虑在内的问题,本文提出了一种基于表面肌电信号和肌肉疲劳的上肢肌肉力预测方法。利用AnyBody软件建立上肢肌肉骨骼模型,并将上肢末端力经过仿真得到单块肌肉的肌力大小;采用肌肉等长收缩的时间来表征肌肉疲劳程度。10名健康男性受试者进行上肢等长收缩实验,提取实验过程中肱二头肌肌电信号的积分肌电值、均方根、中值频率、平均功率频率、最大小波系数及其对应频率六个特征值;将肌肉力与特征值、肌肉疲劳程度进行分析后发现三者之间高度相关。采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化BP神经网络的权值和阈值,构造并训练上肢肌力预测模型。经测试集检验结果表明,该方法的误差小于12%,可以对肌力进行较为准确的预测。

      • 1
    • 基于FPGA的单光子时间数字转换器设计

      何继爱, 辛家乐, 石麟泰

      Abstract:

      针对单光子计数器对高速飞行光子时间测量的高分辨率要求,传统的时间数字转换器(Time to Digital Conversion, TDC) 在时间测量上存在误差较大的不足。本文设计了一种利用FPGA内部逻辑延迟单元Carry4级联构建延迟链的TDC。该方法首先使用子链平均的方式进行数据采样,避免数据“气泡”。其次,结合码密度测试和bin-by-bin校准将各级延迟单元宽度校准至接近均匀宽度,提高系统的测量精度。最后,通过Vivado软件仿真并烧录至ZYNQ7000进行板级测试,实验结果表明,该TDC能够在3ns的动态时间范围内实现时间分辨率ps,差分非线性(Differential Nonlinearity, DNL)范围为[-0.75, 1.01]LSB,积分非线性(Integral Nonlinearity, INL)范围为[-1.74, 2.19]LSB。

      • 1
    • 基于稳态视觉诱发电位的相频特性分类算法研究

      丛佩超, 陈熙来, 肖宜轩, 李文彬, 刘俊杰, 张欣

      Abstract:

      目前基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口在人机协作中受到广泛关注,现有面向SSVEP信号的相位与频率信息的深度学习分类方法,仍存在信息利用不充分等问题。针对上述问题,本文基于迁移学习思想提出一种用于SSVEP信号分类的深度神经网络模型,将快速傅里叶变换后的复向量作为输入,对各个导联的实、虚部向量进行卷积,学习对应的相频特性。该模型分为两部分:第一部分利用所有被试者之间的统计共性获得相位和频率信息的全局相频特征模块;第二部分利用训练好的全局相频特征模块对局部相频特征模块进行初始化,通过局部相频特征模块的进一步强化学习对训练参数进行微调,以减少每个被试者之间的个体差异。实验采用BETA公开数据集,结果表明:本文所提模型在时窗为1.5s时,平均准确率和平均信息传输率分别为89.98%和71.80bit/min,均优于现有方法。该研究为深入挖掘、利用脑电信号中的相位与频率信息提供了全新思路,对推动脑-机接口技术的发展具有重要意义。

      • 1
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    2023年第46卷第22期
      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。

    • 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。

    • 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。

    • 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。

    • 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。

    • 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。

    • 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。

    • 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。

    • 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。

    • 张燕华,吴猜,周涛,黄留群

      2019,42(10):63-66, DOI:

      Abstract:

      大规模MIMO系统需要在有限的空间里采用多副天线,这将不可避免的引入耦合,耦合会影响MIMO系统性能。研究基于S参数的匹配网络MIMO系统注水容量。通过S参数网络模型,在传输端功率分配上引入注水定理,推导分析不同匹配条件下的容量闭合公式,通过Matlab对不同的接收端匹配条件下的容量进行仿真,包括:无耦合、自阻抗匹配和最优匹配几种情况。结果表明引入注水定理最大化传输端功率并且在接收端最佳共轭匹配的情况下,系统性能得到很大的改善和提高。

    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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