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    2023年第46卷第20期
      研究与设计
    • 宋小凡,刘清惓,姚澄,王亚楠

      2023,46(20):1-6, DOI:

      Abstract:

      针对开展临近空间科学探测的需求增加,设计了一种基于微型珠状热敏电阻的临近空间探空仪温度传感器。首先用计算流体动力学(CFD)方法对探头进行仿真并计算出太阳辐射误差;然后使用逆向传播(BP)神经网络和遗传算法优化的逆向传播(GA-BP)神经网络训练数据比较预测模型;并搭建模拟临近空间条件的低气压风洞实验平台测试不同参数下的太阳辐射误差,比较测试结果与预测模型输出数据,证实传感器的测量精度。实验表明,本文提出的传感器探头的平均测量误差为0.007 3 K,误差均方根为0.009 8 K。

    • 赵靖英,高天傲,张文煜

      2023,46(20):7-15, DOI:

      Abstract:

      针对光储电站黑启动过程中存在的母线电压冲击过大、多光伏逆变器相位不同步等问题,研究光储微电网结构和微源控制方式,提出变d轴母线电压参考值的改进V/f控制策略。基于构网型虚拟振荡器,设计三相电路多并联逆变器并网自同步控制拓扑和策略。建立微电网仿真模型,提出不同工况下黑启动过程母线升压、光伏逆变器相位同步、微电网功率平衡实验方案。结果表明,基于提出的控制策略和拓扑,不同工况下弱电网黑启动过程的母线电压冲击减低,冲击电压由额定电压的5%降至2%以内;并联逆变器相位不同步程度减少,多逆变器最大相位差降至1%以内;储能单元0.03 s内可快速响应光伏功率和负载变化,黑启动过程平稳实现。

    • 任建新,许锋

      2023,46(20):16-23, DOI:

      Abstract:

      针对疲劳驾驶检测系统鲁棒性差和疲劳程度划分过于简单的问题,利用MediaPipe人脸关键点检测技术和模糊推理系统,融合多种面部疲劳特征,研究视频序列中驾驶员疲劳程度量化评估方法,实现对驾驶员疲劳程度的实时评分和疲劳预警。首先利用MediaPipe人脸检测模型定位面部关键点;之后使用检测到的关键点从视频帧中实现对面部疲劳动态特征进行提取,得到单位时间内眨眼次数(PERCLOS)、打哈欠时长、有无瞌睡、人脸摆动近似熵四个评估指标,最后设计模糊推理系统对疲劳程度进行量化,实现对驾驶员疲劳程度的实时评估。研究表明,所提出的方法科学有效的实现了对驾驶员疲劳程度的量化评估,进一步提升了基于面部特征的疲劳驾驶检测的鲁棒性和可靠性。

    • 陈泽宗,李飞扬,赵晨,陈家彬

      2023,46(20):24-29, DOI:

      Abstract:

      为了实现一款岸空双基地全相参雷达,必须实现收发双端之间的时频同步,双基地全相参雷达的时频同步分为两部分,一部分为时间同步,即确保发射信号与本振信号同时产生并拥有相同时序;另一部分为同步时钟源,即确保生成发射信号与本振信号的DDS具有同频同相的参考时钟。提出了一种使用卫星同步脉冲驯服本地高稳恒温晶振的时钟同步方案,该方案采用可以同时输出两路时间脉冲的授时芯片,一路输出秒脉冲实现双站之间的时间同步,一路输出兆赫兹的方波脉冲驯服本地高稳恒温晶振以实现双站之间的同步时钟源。时间同步使双端信号的时序误差小于系统指标要求的1 μs;同步时钟源使驯服后的本地时钟具有小于22 ns的同步精度,接近于GPS芯片20 ns的授时精度,与在FPGA内采用秒脉冲鉴相相比,提高了鉴相器的鉴相频率,因此拥有更短的驯服时间,并且不依赖于FPGA芯片,节约成本的同时使系统模块化。

    • 刘静军,贺小军,王鹏,孔祥皓,王行行

      2023,46(20):30-35, DOI:

      Abstract:

      为了获取遥感卫星相机多模式与多通道的遥感影像,提出了星载多模式和多通道图像数据采集与处理系统的设计及实现方法,可将卫星在常规模式与降轨模式下的多通道图像数据采集并传输给存储系统,解决了现有星上存储单机无法并行存储多路数据的问题。设计了可兼容常规模式和降轨模式的多通道图像采集模块,将采集到的图像数据进行多模式图像处理,通过轮询调度算法实现多路图像归一化处理,最后通过Aurora64/66b传输协议将经过处理的图像数据传输给存储系统,完成了数据的高效采集与处理。经过实验测试,系统数据采集传输速率可达9.2 Gb/s,采集数据准确,零误码。系统稳定可靠、实时性好,满足实际卫星使用需求。

    • 廖禹韬,吴黎明,王桂棠,霍启乐

      2023,46(20):36-40, DOI:

      Abstract:

      针对金属柜体表面的光线反射和检测场地限制问题,研究了基于深度相机的金属柜体三维重建,使用深度相机采集金属柜体的RGBD图像,实现高质量的金属柜体表面数据采集;计算其点云数据后进行离群点剔除和下采样的数据处理,降低了噪声影响并提高运算速度;采用基于点云数据和基于三维信息的重建方式,构造金属柜体的三维模型。通过对比实验,证明本文方法得到的点云数据在数量、精度平均误差和采集速度上明显优于双目视觉方法;三种金属柜体的三维模型与真实值对比,模型误差百分比约为3%。

    • 冉宁,杨宏飞,张家明,郝晋渊

      2023,46(20):41-49, DOI:

      Abstract:

      针对传统蚁群算法在无人机三维航迹规划中,存在早期盲目搜索、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题,本文提出了一种改进蚁群算法。该算法利用空间位置初始化信息素分布并设定浓度阈值,增强了蚁群早期搜索的方向性,避免了算法陷入局部最优;设计兼顾距离因素和方向因素的启发函数,改善了航迹规划质量;采用自适应挥发因子控制信息素的挥发,提高了算法的收敛速度。通过两组实验表明,该算法相比传统算法规划的航迹平均长度均减少18.6%,平均迭代次数分别减少63.3%和78.7%,平均拐角次数分别减少62.5%和42.3%。

    • 理论与算法
    • 夏重阳,张剑书,吴晓富,靳越

      2023,46(20):50-57, DOI:

      Abstract:

      针对复杂电磁环境下的跳频抗干扰通信决策问题,提出了一种新的混合深度循环Q网络(MixDRQN)决策算法。该深度决策算法有效集成了双深度Q网络(DoubleDQN)和对决深度Q网络(DuelingDQN)两种决策机理的优点,并在信号处理前端引入长短时记忆(LSTM)层,以增强决策网络对输入频谱瀑布信号的时间相关特征提取能力。研究表明,所提出的混合决策算法通过引入DoubleDQN解决了基于ε-greedy算法导致的Q值估计偏高的问题,同时通过DuelingDQN和前端增加的LSTM层,能有效学习输入频谱瀑布信号的时间相关特征。实验结果显示,所提方法在多种干扰信号下的收敛速度及抗干扰性能均显著提升,收敛速度较已有算法提升8倍以上。

    • 李奇洋,涂海燕,叶鸿达

      2023,46(20):58-64, DOI:

      Abstract:

      为了提升无人机点到点作业任务的安全性,本文提出了一种低风险路径规划策略。低风险路径规划策略包括风险评估和路径规划两部分。在风险评估部分,以无人机对地面行人的风险作为评估指标,建立风险值评估模型和风险等级评估模型,以风险图作为结果表征无人机作业的安全程度。在路径规划部分,结合风险评估模型的特有背景和特点,提出了一种改进快速探索随机树*算法,这一算法使用了路径冲突检测和优先探索等策略,可以更加有效的探索到低风险路径。最终,案例分析表明,低风险路径规划策略能有效规划出避开风险较高区域的作业路径,其路径风险代价相比于直线飞行降低了13.16%,其路径规划时间相比于对比算法降低了60.63%和12.20%。因此,这一规划策略具有实用价值,可以提升无人机作业的安全性。

    • 王永东,袁凯鑫,曹祥红

      2023,46(20):65-73, DOI:

      Abstract:

      准确预测火场环境变化有助于精准掌握火情的发展趋势,保障人员的安全。由于火场环境多参数并存、耦合关系复杂,且具有时序性和非线性,难以建立准确的预测模型,因此提出了一种基于改进哈里斯鹰算法的自注意机制长短期记忆网络模型,实现了对火场环境数据的精准预测。首先,将Logistic映射策略、余弦权重因子、高斯扰动策略引入哈里斯鹰优化算法,丰富算法的种群多样性、平衡其全局探索和局部开发能力、提高算法的收敛精度。然后,利用改进后的哈里斯鹰优化算法对自注意机制长短期记忆网络模型中的超参数进行优化,基于优化后的参数对火场环境进行预测。仿真结果表明,基于改进后的哈里斯鹰优化算法的自注意机制长短期记忆网络模型拟合效果更好,具有更高的预测精度。

    • 谢桂辉,肖华煦,王景双,胡轶斯

      2023,46(20):74-80, DOI:

      Abstract:

      针对大规模LoRa网络数据包到达率下降、能耗急剧增加的问题,提出了基于加权效用函数的LoRa扩频因子和码率分配方法。首先,建立扩频因子和码率对数据包到达率和能耗的耦合影响关系;然后,基于赏罚机制建立数据包到达率和能耗的效用函数,并以它们的加权值为目标函数,利用贪心算法进行扩频因子和码率联合分配;最后,通过遍历搜索的方法确定最优的权重系数。仿真结果表明,相比目前最新的CA-ADR算法,所提算法的网络平均数据包到达率提高了21.2%,网络平均能效提高165%。本文算法有效提高了LoRa网络的通信可靠性和终端设备的生命周期,在智慧城市、智慧农业等众多场景具有较高的应用价值。

    • 朱燕萍,王树臣,程朋飞,潘金燕,崔传金

      2023,46(20):81-87, DOI:

      Abstract:

      针对超声波流量计在低流速流体测量中准确性低、可靠性低、误差大的缺陷,提出一种基于数字信号处理器(DSP)的四声道气体超声流量测量技术。首先,基于超声波流量计的测量原理选择时差法作为流量测量算法,并确定超声波流量计的声道布置方案;其次,采用数学积分法求取瞬时流量的加权系数,选取TI公司的TMS320F28335型DSP芯片,完成系统硬件的设计;最后,对接收信号进行滤波处理,模拟检测管道内静态和定量状态下流量情况。实验结果表明,在管道静态流量测量中各声道的平均测量误差为0.142%、0.214%、0.278%、0.365%,误差低于±0.4%,符合标准要求。而在低流速定量测量中,样机与标准表平均误差为0.945%,实验数据表明样机检测误差随气体流速的增大而减小,满足设计要求。

    • 韩东升,念欣然,李然

      2023,46(20):88-97, DOI:

      Abstract:

      无人机辅助无线通信具有部署灵活,覆盖范围大等优势,但仍存在路径损耗大,吞吐量和传输能力低的缺点。将波束赋形技术引入无人机辅助无线通信中,可以有效补偿通信路径损耗,缓解小区内或小区间干扰。因此,本文面向无人机辅助无线通信系统,在地面基站和无人机上配备均匀平面阵列来实现波束赋形,以最大化系统容量。针对优化变量高维且高度耦合的非凸问题,提出了一种高效迭代算法来联合优化中继无人机位置和波束赋形向量,首先通过块坐标下降法将原问题转化为中继无人机位置优化和波束赋形向量优化两个子问题,然后利用连续凸逼近算法将两个子问题转化为凸优化问题进行求解。实验结果表明,所提的优化理论和算法具有较好的收敛性能,并且能够切实提高系统容量。

    • 张政,孙鹏,王立勇,苏清华

      2023,46(20):98-103, DOI:

      Abstract:

      本研究以用于构建临时道路中的交通锥筒为研究目标,以多线激光雷达采集的临时道路三维点云数据为输入,提出一种基于图理论的图神经网络模型,该模型可实现点云数据分割,并提升模型对无序性点云数据学习效果。以无人驾驶方程式赛车为实验平台,针对交通锥筒进行网络训练与测试,实验结果表明,图神经网络模型对交通锥筒的分割准确率达到886%,比PointNet模型提升了约10%,此外,该模型在稀疏雷达点云数据下还具有一定泛化能力,有较好的适用性。

    • 何柳,张梅

      2023,46(20):104-109, DOI:

      Abstract:

      针对充电桩故障诊断精度较低的问题,文中首先提出先利用多维尺度分析法处理样本数据,将原始数据映射到更低维的空间,减小模型计算代价;其次在麻雀搜索算法里融入了Sin 混沌映射和动态自适应权重,提高它的全局搜索能力和寻优精度,然后再利用改进的麻雀搜索算法对支持向量机模型进行参数寻优,同时建立最优诊断模型;最后用所得模型进行充电桩故障诊断,输出诊断结果。最终的实验结果表明:文中提出的充电桩故障诊断模型的诊断准确率高达95.135 1%,明显高于现有的一些常用模型。同时,文中所选用的支持向量机模型较其他分类模型效果更好,效率更高。

    • 信息技术及图像处理
    • 刘源,吴思进,李伟仙,司娟宁,牛海莎

      2023,46(20):110-119, DOI:

      Abstract:

      相位图去噪是数字散斑干涉测量的关键技术,但现有以正余弦均值滤波与窗口傅立叶变换滤波为代表的去噪方法在相位保真、自适应降噪、操作简便等方面不能完全满足要求。提出了一种新的自适应相位图去噪方法,首先计算原始相位图的噪声方差,然后对图像分别进行正弦与余弦变换后得到两幅图像,再对这两幅图像进行小波同态阈值去噪与非局部均值滤波,最后将处理后的两幅相位图反正切运算并再次估计噪声方差,根据图像噪声方差的收敛情况判断是否继续迭代处理,以实现相位图的自适应降噪。实验结果表明:针对同一张含噪相位图与传统正余弦均值滤波相比,本文方法噪声方差减少了0.38、L算子和减少了0.2、SSIM提高了0.16,同时,图像信息熵仅相差0.1。该方法能够有效抑制相位图中的相干噪声,充分保留相位边缘信息,同时能够有效避免因不适当的迭代滤波次数所导致的相位失真或噪声残留。

    • 吴冬,阎卫东,王井利

      2023,46(20):120-127, DOI:

      Abstract:

      针对传统的随机森林模型构建时样本选取的随机性导致随机森林中包含了大量分类精度较低、分类性能相似的决策树分类器,进而影响整体随机森林模型分类精度与效率的问题,该文提出了一种基于特征重要性加权投票的随机森林算法。从决策树分类精度、不一致度量两方面剔除分类精度较低、分类性能相似的决策树,依据整体随机森林与单棵决策树特征重要性之间的相似性,计算每棵决策树的投票权重,提高了三维点云分类精度与分类效率。实验表明,改进后的随机森林分类算法照比传统的随机森林、支持向量机、决策树、神经网络、基于点特征分类方法分别提高了0.20%、15.159%、5.893%、6.316%、28.935%。在分类效率上,改进的随机森林照比传统的随机森林减少了约75%的时间。

    • 左秀江,杨帆,周一童,朱力

      2023,46(20):128-132, DOI:

      Abstract:

      油浸式变压器发生故障时会导致铁芯和绕组振动异常、温升过大并传递到箱体,为了能够同时对变压器运行时的振动和温度状态进行在线监测,设计了一种基于双天线的RFID传感器,集成温度和加速度传感器芯片,并增加一块“L”型金属反射板以增强辐射效率。在实验室对RFID传感器准确度进行测试,结果表明振动和温度的测试误差仅为0.7%和1.6%,并以OFPSZ-150000/220变压器为实验对象进行了现场监测实验。结果表明:RFID传感器监测到的变压器箱体振动信号主要集中在以100 Hz为基频,100~500 Hz之间;而箱体的温度在越靠近中间位置越高,越接近边缘越低。实验结果表明所测数据与现场数据非常接近,加速度和温度测量误差仅为6.25%和1.9%,证明了RFID传感器的可靠性。

    • 纪林锋,花国祥,肖杨

      2023,46(20):133-139, DOI:

      Abstract:

      北斗三代卫星技术在电力方面的短报文通信和定位技术应用日趋成熟,但利用北斗短报文进行电力应急通信图像传输的相关研究尚不完善,尤其是图像经北斗短报文传输后的失真问题解决不够理想。本文提出了一种面向北斗短报文的渐进式传输图像恢复算法,首先以JPEG2000图像压缩算法为例,分析了渐进式图像传输技术与北斗短报文的特点,然后提出了JPEGRE图像恢复算法,利用峰值信噪比与结构相似性参数反映算法性能,最后通过实验方法证明JPEGRE图像恢复算法与其它流行算法相比具有更好的恢复能力。本文研究旨在提高有损压缩后图像恢复程度,辅助电力应急时做出更优的应急方案。

    • 杨桂华,戴志诚

      2023,46(20):140-147, DOI:

      Abstract:

      针对铝塑泡罩胶囊的颜色、大小和图片噪声等造成检测效果较差问题,提出基于GoogLeNet网络模型的铝塑泡罩胶囊包装缺陷检测方法。首先以药板批号区域为模板,利用归一化积相关灰度匹配法定位待检测药板,然后通过改进的灰度值投影法分割药板的胶囊泡罩区域,制作铝塑泡罩胶囊数据集,对改进的GoogLeNet网络模型进行训练和测试,实现铝塑泡罩胶囊的缺粒、胶囊凹帽,胶囊双帽缺陷识别。实验结果表明,改进的水平-垂直投影算法,对胶囊泡罩区域的分割准确率达到100%,网络对缺陷识别的召回率均在98.64%以上。改进的灰度值投影法算法鲁棒性高,分割效果较好;改进的网络对铝塑泡罩胶囊药板包装缺陷识别准确率相比较其他方法有明显提高,可应用于铝塑泡罩药板包装质检。

    • 在线测试与故障诊断
    • 汪志成,王泽旺,朱梦帆,纪荣焕,张斌

      2023,46(20):148-155, DOI:

      Abstract:

      针对变压器与中压开关柜传统绝缘状态检测方法依赖人工的问题,本文基于可听声声音识别方法,通过将电力设备放电故障声音与正常工况声音、环境噪声进行混叠制作样本集,以模拟真实电力设备运行环境;对故障声音进行预处理后,使用声谱图提取声音的短时频率、能量分布等特征,构建声谱图数据集,结合改进的卷积神经网络实现对放电故障的检测;通过加入注意力机制,调节指数衰减学习率、数据集样本数量、音频采样率等方式进一步提升网络的精度,最终设计的网络模型识别准确率最高可达99.2%,相比其他检测方法优势明显,可实现对放电故障的在线检测。

    • 李颖,吴仕虎,杨鑫杰,巴鹏

      2023,46(20):156-163, DOI:

      Abstract:

      气阀是往复压缩机在工作过程中极易发生故障的部件。从气阀时频图分析的角度,提出了一种基于GLCM-HOG和WOA-ELM的往复压缩机气阀故障诊断方法。首先,通过小波变换对各运行状态气阀的振动信号进行处理,生成时频图;用GLCM和HOG分别提取气阀时频图特征,融合形成GLCM-HOG特征。然后,利用WOA方法对ELM模型的输入层节点权值和隐藏层节点阈值进行优化,构建气阀故障诊断模型。最后,将GLCM特征和GLCM-HOG特征分别输入到WOA-ELM模型中,来证明本文所提方法的有效性和优越性,从而实现往复压缩机气阀故障的诊断。实验结果表明:与GLCM特征相比,构造的GLCM-HOG特征更能准确全面地反映气阀时频图特征;与ELM模型相比,WOA-ELM模型诊断气阀故障的准确率更高。

    • 郎巨林,郑晟

      2023,46(20):164-169, DOI:

      Abstract:

      为提高公路隧道事故异常声音识别的准确率,并针对卷积神经网络只关注局部信息问题,提出了一种基于CNN-RNN集成的声音识别模型。该模型采用Stacking集成策略将CNN的强特征表达能力和RNN的强记忆能力相结合,并使用门控循环单元减少循环神经网络的计算复杂度,将SIREN正弦周期函数作为RNN的隐式激活函数,增强模型对声音数据的拟合能力,设计多通道卷积细化特征提取的精度,实现全局化特征提取。在异常声音数据集上评估了所提声音识别模型的识别性能,实验结果表明:提出的声音模型的识别性能高于其他模型,且更加稳健,可有效识别公路隧道事故的异常声音。

    • 赵国威,曾静

      2023,46(20):170-176, DOI:

      Abstract:

      为了解决滚动轴承一维振动信号中故障特征微弱难以提取和深度学习模型层数加深容易导致梯度消失或梯度爆炸从而引起模型恶化、导致故障诊断准确率低和鲁棒性差的问题,本文提出一种基于EMD-GAF和改进的SERE-DenseNet的滚动轴承故障诊断方法。将滚动轴承一维振动信号通过滚动采样后利用EMD对其进行分解并重构,再使用GAF将重构的一维信号转换为二维图像作为模型输入,模型方面选取DenseNet121为主干,引入了SERE模块,并将2层卷积的Dense Layer改进为3层稀疏的、基数为8的模块;将二维图像作为输入通过该模型进行特征提取和故障分类。采用凯斯西储大学的轴承数据集进行仿真实验,实验结果表明,本文方法能够准确地完成滚动轴承故障诊断,故障诊断最大准确率100%,10次实验平均准确率99.91%,与常见的深度学习模型进行比较,本文方法具有较大的优越性;在信噪比为10 dB的环境下故障诊断准确率为96.48%,本文方法具有较强的鲁棒性。

    • 孔志浩,卢鹄,毛建华,陆小锋

      2023,46(20):177-183, DOI:

      Abstract:

      近年来,随着人工智能技术的发展,深度神经网络在智能制造中得到了广泛应用。本文将深度神经网络与飞机部段的形变预测相结合,提出了一种基于图卷积和多模态的飞机部段形变预测方法。在对飞机部段的形变分析中,对飞机部段的结构数据与工况数据两种模态的数据进行特征提取并在特征级和决策级进行融合。飞机结构数据为点云数据,具有非欧几里得数据的特性,在对飞机部段结构数据进行特征提取时,引入了基于图卷积的特征提取网络。基于ModelNet40和飞机部段的结构和工况数据构建了包含4种飞机部段的形变数据集,并在该数据集上进行了实验。实验结果表明,该方法在各个部段中的平均预测均方误差为0.188,并在机头部段取得了最好的预测结果,可以有效的对飞机部段的形变状况进行预测。

    • 李利荣,丁江,梅冰,戴俊伟,巩朋成

      2023,46(20):184-190, DOI:

      Abstract:

      针对城市街景数据集中存在小目标和大量长条形状物体,分割难度大,虽然目前编码解码结构的网络能细化分割结果,但大多数都没有充分利用空间和上下文信息,因此本文提出一种基于像素注意力特征融合的语义分割算法。首先以ResNet50作为骨干网络,利用空洞空间卷积池化金字塔和条状池化进行初步特征融合,获得多尺度特征的同时规避无用信息;然后利用像素融合注意力模块,聚合上下文信息并恢复空间信息,最后利用注意力特征细化模块消除冗余信息。该算法在CamVid数据集上进行实验,结果表明该算法在验证集上能达到 7522%的mIoU,在测试集上也能达到67.21%。相比于DeepLabv3+网络分别提升了2.51%和2.86%。

    • 郭晓冰,刘宁,白云灿,杜伟,孙鸿博

      2023,46(20):191-196, DOI:

      Abstract:

      当前输电线路显著性目标检测已取得重大突破,但在预测显著区域的“完整性”上仍存在局限性,难以完全识别及定位输电线路上绝缘子串缺陷。本文利用完整性感知网络来检测输电线路上绝缘子串,首先通过特征聚合模块来提取不同层次的特征,其次通过完整性增强模块突出显著目标通道并抑制其他干扰通道,最后通过部分-整体检验模块来确定目标特征的部分和整体是否有强烈的一致性,可提高有缺陷绝缘子串的识别准确率。本文算法与目前公开的3种流行算法进行主客观对比,发现本文算法在绝缘子串与背景融合程度较高时的显著性检测上更有优势。

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    2023年第46卷第20期
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    • 基于双目视觉的拖车钩检测与定位方法研究

      李冰, 王豪伟, 韩宇辰, 胡钧涛, 翟永杰, 冯利龙, 陈海斌

      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,本文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160x160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14fps,定位测距在3米内时,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。

      • 1
    • 改进阈值函数法在声波法直埋供热管网泄漏检测中应用

      徐自强, 李成, 穆连波, 鲁军辉, 王随林, 王海鸿, 刘建军

      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了软阈值函数的恒定偏差和硬阈值函数信号振荡的缺点。在小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±1m内,最后选择北京市供热系统中某疑似泄漏的109 m直埋供热管道,采用本方法进行声波法泄漏检测,泄漏定位误差为0.64%。

      • 1
    • 改进 ORB 提取匹配算法的 SLAM 应用研究

      张钧程, 柯福阳, 王旭

      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。

      • 1
    • 基于电磁超声的小样本铝板表面缺陷检测方法

      杨斌, 易朋兴, 郝峥旭

      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。

      • 1
    • 管道超声相控阵全聚焦成像仿真及算法优化

      张鑫宇, 范惜梅, 李忠虎, 李靖, 王金明

      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550mm,壁厚为65mm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 1mm,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。

      • 1
    • 基于多维效用函数的多基站运行成本优化方法

      韩东升, 武霏云, 宁晨

      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。

      • 1
    • 基于广义S变换的光伏电站谐波和间谐波分析方法

      宋强, 张欣, 杨路, 党三磊, 张鼎衢, 黄智坤

      Abstract:

      高比例新能源广泛接入电网造成严重的电能质量问题,且光伏电站谐波和间谐波的准确获取比较困难。为此本文提出了一种基于广义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,本文所提方法能准确分析光伏电站谐波、间谐波的不同频率信息,以及获得具体时刻对应的瞬时幅值和瞬时频率,满足光伏电站谐波和间谐波检测精度的需要。

      • 1
    • 基于改进RANSAC的本质矩阵求解方法

      范帅鑫, 谷玉海, 邹志, 崔悦

      Abstract:

      针对在单目系统大尺寸测量场景下使用RANSAC算法求解本质矩阵时稳定性和求解精度不高的问题,提出了一种改进RANSAC的本质矩阵求解方法,首先在所有匹配特征点中,通过当前内点求得的本质矩阵对剩余匹配特征点进行重投影误差,并采用相对判别法通过这些误差的值大小来确定当前内点是否为高质量内点,之后在此基础上采用二分法动态调整阈值从若干本质矩阵中寻找最优值。最后,本文设计了多组视角不同误匹配率下的仿真实验和实际拍摄的实验,实验证明,相较于传统与其他改进的RANSAC算法及LMedS算法,本文改进的算法能够快速确定初始内点并自适应调整阈值,同时求出较好的本质矩阵,满足求解稳定性与精度的要求。

      • 1
    • 基于双目立体视觉的连铸辊尺寸三维测量方法

      成彬, 冯勇平, 雷华

      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最大类间方差法(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SSD与Census变换融合的立体匹配基础上引入随机抽样一致(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。

      • 1
    • 基于单谐振结构的金属裂纹CRFID传感器设计

      王帅, 孙姗, 薛严冰, 宋智

      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。

      • 1
    • 基于DCGAN和改进YOLOv5s的钢丝帘布缺陷检测方法

      黄鹏, 蔡露, 陈彬, 周益航, 易冬旺

      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%。

      • 1
    • 基于随机几何的输电场景中无人机信道建模

      韩东升, 孙瑞彬, 李然

      Abstract:

      信道建模是研究无线通信系统的基础,由于输电线路环境中塔杆,输电线的影响,采用传统的信道模型不能准确反应信道的真实情况。为此,针对输电线路场景中巡检无人机与地面基站之间无线通信场景,提出一种适用该场景的基于随机几何的三维信道模型,而且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。在该模型中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,模拟无线通信环境。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,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了理论参考。仿真结果表明,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。

      • 1
    • 基于NACS-PSO算法的光伏系统 MPPT控制研究

      白小惠, 莫思特, 范松海, 徐琳, 熊嘉宇, 李成颖

      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0.106s和0.012%、0.108s和0.034%、0.110s和0.059%、0.106s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。

      • 1
    • 基于改进U-Net的轻量级眼底病变分割算法设计

      刘拥民, 张毅, 欧阳凌轩, 石婷婷

      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5.48M、35.46GMac,较U-Net、Att-UNet等模型更加精简,分割精度更高。

      • 1
    • 一种进行环路隔离的大电流高电源抑制比LDO设计

      张加宏, 沙秩生, 王泽林, 刘祖韬, 邹循成

      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 0.35μm 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 V~5.5 V的输入电压范围内,LDO的输出电压为3.3V,输出电流最高达到3A,压差为110mV。LDO 在轻负载下的 PSRR 为:111.261 dB@DC,86.9005 dB@1kHz,78.9472 dB @1MHz;重负载下的 PSRR 为:111.280 dB@DC, 84.1231 dB@1kHz,39.2638 dB@1MHz。

      • 1
    • 使用石墨烯的超宽带轨道角动量螺旋天线设计

      李建晟, 王全全, 王国庆, 宛汀

      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7.5dBi以上。同时所设计的天线绝对带宽达到了8.85THz,在中心频率6THz处其相对带宽可以达到147%,S11为-50dB,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。

      • 1
    • 基于BA-BP的汽车同步器齿毂误差溯源

      刘永生, 李进宁, 赵锦, 张心卉, 惠记庄, 陈一馨

      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。

      • 1
    • 基于人工磁场的防疫机器人路径规划

      伍锡如, 龚璞

      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。

      • 1
    • 基于VAE-LSTM模型的无人机飞行数据异常检测

      王从宝, 张安思, 杨磊, 张保, 李松

      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。

      • 1
    • 不同分布下红外主动目标特征点配准方法研究

      范帅鑫, 谷玉海, 邹志, 崔悦

      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。

      • 1
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    2023年第46卷第20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。

    • 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。

    • 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。

    • 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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