• 2021年第29卷第11期文章目次
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    • >综述与评论
    • 复杂设备健康度评估方法研究综述

      2021, 29(11):1-7.

      摘要 (1324) HTML (0) PDF 1.24 M (968) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着设备系统集成化、信息化程度的提高,复杂设备的工作可靠性至关重要,对其进行健康状态评估有着重要意义。健康度是对设备健康状态进行定量评估的方法。通过对近几年国内外涉及设备健康度评估方法的相关文献整理,综述了复杂设备健康度的发展现状和评估方法,并对各种评估方法进行了分类阐述和分析。着重指出健康度评估中存在的权重问题、样本不均衡问题和健康度与故障率间的问题,结合复杂设备特点及该领域最新研究进展,提出了未来研究思路和发展方向。

    • >测试与故障诊断
    • 基于无线传感网络的爆炸场振动监测系统

      2021, 29(11):8-11.

      摘要 (587) HTML (0) PDF 1.68 M (394) 评论 (0) 收藏

      摘要:爆炸场振动测试中节点分布范围广、数量多,对各测试节点的状态监控及全局管理难以有效实现,传统测试方案中节点部署后难以快速更改状态。针对上述问题,依据模块化、标准化和稳定性原则,设计了一种基于无线技术的振动监测系统。给出了爆炸场振动监测系统的基本功能单元,包括数据采集设备、无线组网设备。数据采集设备具有高精度采集、数据存储、高精度同步、定位定姿等功能;利用无线网桥技术构建了覆盖广域范围的无线网络,支持IEEE802.11n/ac协议,实现了对远程分布式测试节点的集中管理、状态监控、数据传输,也可对指定测试节点的工作模式进行快速设置,以满足测试需求。测试节点的振动测量范围为0~10g,室外1公里数据传输。通过模拟测试试验验证了系统的有效性,各项功能满足工程需要。

    • 基于改进Mask R-CNN的卫星目标部位检测方法

      2021, 29(11):12-17.

      摘要 (837) HTML (0) PDF 2.10 M (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对卫星部件维修更换、燃料加注、废弃卫星回收等空间在轨服务中需解决的目标卫星部位检测问题,在Mask R-CNN的基础上,改进其主干网络结构并缩减分类回归、Mask分支通道数,提出了一种改进的实例分割网络模型Ring-Engine-Mask R-CNN,使用实物模型图像和3ds Max生成的仿真图像建立了专用数据集,给出了一种基于深度学习的卫星目标部位检测方法。实验结果表明,该方法能较好的完成卫星星箭对接环和远地点发动机喷管两种目标部位的检测分割,相较于传统的网络模型,在缩小了网络规模的同时,具有更高精度和更快的检测速度。

    • 船载S频段测控系统全频段校相方法研究

      2021, 29(11):18-21.

      摘要 (647) HTML (0) PDF 1.47 M (319) 评论 (0) 收藏

      摘要:航天测量船S频段测控系统采用双通道单脉冲跟踪体制,其跟踪接收机必须经过校相保持和、差通道相位一致性才能确保跟踪性能。测量船传统校相方法是码头对塔校相+海上微波自检的方式,但已无法满足卫星工作频点不断增多的需要,因此提出一种全新的全频段校相方法。首先阐述了双通道单脉冲体制的跟踪原理、校相原因,解析了和、差通道相位差的组成及近场效应对对塔校相的影响;通过分析不同和、差通道物理长度差条件下相位差与频率的变化关系,并确定和、差通道固定波程差的计算方法;基于码头对塔校相数据的分析计算,得出整个工作频段的相位计算公式,并验证了公式的正确性。基于数据分析归纳总结出测量船海上相位标校/修正方法,有效解决海上全频段校相的难题,提高相位标校工作效率。

    • 微铣削刀具磨损状态监测方法研究

      2021, 29(11):22-28.

      摘要 (577) HTML (0) PDF 2.36 M (293) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高金属微铣削过程中刀具磨损状态在线监测系统的预测效率与精度,提出一种基于线性判别分析与改进型BP神经网络模型识别刀具磨损的方法。该方法通过传感器与数据采集系统采集微铣削过程振动信号,提取其时域和频域特征并通过线性判别方法进行降维约简。将降维后的特征输入经灰狼优化改进的BP神经网络模型,从而实现微铣刀磨损状态特征的分类。结果表明,提出的微铣刀在线监测方法能够准确识别微铣刀的各种磨损状态。此外,和其它分类算法相比,提出的基于灰狼优化算法的BP神经网络模型在分类精度和计算效率方面具有综合优势。这对实际生产过程中微铣刀的磨损状态监测具有非常重要的实际意义。

    • 激光与视觉融合的透视平面检测与深度预测研究

      2021, 29(11):29-34.

      摘要 (680) HTML (0) PDF 1.77 M (324) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对单一的激光传感器或视觉传感器无法检测到透视三维平面的问题,提出一种基于激光传感器与视觉传感器融合的透视平面检测与深度预测算法。首先采用GDNet,在二维彩色图像中对透视平面进行图像分割;其次应用单一图像反射去除算法,在分割得到的透视平面区域分离背景信息,并使用MegaDepth算法进行深度预测,得到相对深度图;最后结合激光传感器的深度数据,采用抽样一致性算法,计算深度标尺,并使用对透视平面进行深度赋值,将相对深度图转化为绝对深度图,进而完成对透视平面的深度预测。实验结果表明该算法能成功检测并分割透视平面,且能得到正确的透视平面绝对深度信息。

    • 基于机器视觉的圆柱直齿轮齿距偏差检测技术研究

      2021, 29(11):35-40.

      摘要 (833) HTML (0) PDF 1.75 M (355) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对渐开线圆柱直齿轮齿距偏差的自动测量问题,研究了一种基于机器视觉的影像测量方法。该方法利用影像测量系统摄取被测圆柱直齿轮端面图像,根据齿距偏差的定义设计了齿距偏差自动测量程序。该程序能自动采集待测齿轮图像,并通过图像预处理、拟合圆算法、构造分度圆、提取测量点等一系列处理,最终计算出每个齿距偏差,从而计算出齿轮的单个齿距偏差、齿距累积偏差和齿距累积总偏差。搭建了影像测量系统对该方法进行了实验验证,对实验结果进行了比较分析,分析结果表明齿距测量的重复性精度优于6 μm,所述方法和系统能够实现齿距偏差的有效检测。

    • 基于多尺度融合的蜂窝复合材料缺陷检测网络

      2021, 29(11):41-47.

      摘要 (724) HTML (0) PDF 2.44 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航空蜂窝板复合材料外部蒙皮破损导致内部产生泥沙、积水以及裂纹等影响飞行安全的问题,提出采用电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)进行蜂窝板复合材料缺陷检测。针对平面ECT成像精度低的问题,通过构建多尺度融合策略、残差编码解码融合模块,引入一种新的池化模块(Soft-pool)等形成多尺度残差编码解码路径的深层神经网络(Multi-scale Residual Encoding and Decoding paths,Ms RED),使最终的结果完全融合解码阶段学到的特性,对使用共轭梯度成像算法的重建图像进一步改善。结果表明,应用平面ECT技术可以实现蜂窝材料的缺陷检测,通过Ms RED网络可以提升图像重建效果,更清晰重建出蜂窝结构缺陷图像。

    • 基于Hough变换和FFT多投影精测的织物纬斜快速检测方法研究

      2021, 29(11):48-52.

      摘要 (683) HTML (0) PDF 1.73 M (301) 评论 (0) 收藏

      摘要:织物纬斜角度检测是布料整纬的关键技术环节,如何快速、准确检测纬斜角度对提高整纬质量具有重要意义。针对现有布料图像整纬方法存在速度慢、精度不高的缺点,提出了基于Hough变换原理和快速傅里叶变换多投影的织物纬斜图像快速检测方法。首先对采集到的织物图像通过傅里叶变换对图像进行频域滤波再逆变换,滤除图像中不表示纬斜方向的区域信息,其次使用Sobel边缘方向检测算子对图像进行卷积以得到边缘方向图,提取纬纱方向信息,利用形态学滤波得到纬纱骨架图,进一步精简纬纱区域以减少计算量,最后进行Hough变换和FFT多投影分析得到织物图像的纬斜角度。实验测试证明对于不同类型的织物图像,该算法的检测时间低于0.55s,误差值低于0.2°,能够兼顾检测精度和检测速度,满足工程实际应用要求。

    • 基于模态分解与特征匹配的串联故障电弧识别方法研究

      2021, 29(11):53-60.

      摘要 (664) HTML (0) PDF 3.12 M (304) 评论 (0) 收藏

      摘要:串联故障电弧具有隐蔽性强、短时释放热量大等特点,过流型断路器难以及时发现或采取动作,极易引发电气火灾,造成重大损失和人员伤亡。因此实现建筑内串联故障电弧的快速可靠识别与监测具有重大意义。按照线路负载类型对电气线路高频电气参数运行数据进行分析,利用结合串联电弧故障特征的互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD)方法,实现对电气线路串联电弧故障的识别。经实验验证,并与灰度梯度共生矩阵与支持向量机(GLGCO-SVM)、时域可视卷积神经网络(TDV-CNN)等方法识别结果进行对比,识别准确率达到94.8%及以上。

    • 基于MRLS的低轨卫星移动通信随机接入前导检测系统设计

      2021, 29(11):61-64.

      摘要 (713) HTML (0) PDF 1.77 M (399) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于现有低轨卫星移动通信随机接入前导检测系统存在检测延时过长、检测准确率较低的问题,因此提出基于MRLS的随机接入前导检测系统。分别对前导格式器、前导序列器、前导信号持续时间计算器和随机信号发送器进行优化。根据MRLS算法进行差分检测和相关性检测,利用共轭运算计算加入子载波偏移频率参数,完成随机接入前导检测系统。实验结果表明:所设计的检测系统对比现有检测系统,能够很好地减少检测延时时间,具有较高的检查准确率,能够更好地适应低轨卫星移动通信系统,检测效果好,实用性强。

    • 基于物联网实验室环境远程监测系统的研究

      2021, 29(11):65-70.

      摘要 (732) HTML (0) PDF 1.84 M (324) 评论 (0) 收藏

      摘要:实验室环境对电子仪器及设备的使用安全和寿命以及实验室消防安全有着非常重大的影响,传统实验室环境监控需要安排人员进行24h值班和巡检,人力投入和安装布线成本非常高。针对上述问题,采用高性能低功耗离子式烟雾传感器NIS-07和温湿度复合传感器DTH11进行环境数据的采集,采用无线网络模块完成数据的传输,并通过微处理器将采集的数据上传服务器,同时采用基于BP神经网络PID控制算法实现在线动态温湿度调控。服务器端使用Tomcat web服务器,采用MySQL数据库进行数据存储,并通过Java编程语言实现传感器数据的存储、分析、处理以及客户端数据的更新。客户端通过Web网页或APP对实验室环境进行实时监控,从而实现精确和高效的实验室环境远程集中管理。

    • >控制技术
    • 基于T-S模糊双线性模型的事件触发滑模控制

      2021, 29(11):71-75.

      摘要 (611) HTML (0) PDF 1.23 M (275) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对模糊双线性系统,研究一类事件触发滑模控制。求出使控制器分母为零的奇异区域,选定事件触发阈值,确定事件触发需满足的条件区域,使奇异区域包含于条件区域。构造积分滑模面,得出常规滑模控制律,并在此基础上,结合事件触发机制,对控制律进行增广,设计辅助控制律,使得系统状态临近奇异区域时,得以平稳过渡,保证系统稳定性,同时保证状态正常到达滑模面。根据设计的事件触发滑模控制律,考虑系统状态趋近奇异区域的不同情况,结合李雅普诺夫稳定性条件,分别对系统状态的可达性和稳定性进行证明。最后,以数值仿真验证所提方法的有效性。

    • 一种拟Laguerre控制器设计

      2021, 29(11):76-83.

      摘要 (749) HTML (0) PDF 2.20 M (267) 评论 (0) 收藏

      摘要:拉盖尔(Laguerre)级数是一类L2空间上的正交级数,具有很好的函数逼近能力,目前在自动控制领域用于连续动态过程建模以及数字控制器设计。为了拓展拉盖尔级数在连续控制器设计方面的应用范围,本文将0型拉盖尔级数型传递函数模型,改进为1型拟拉盖尔级数型传递函数模型,提出了一种具有积分行为的拟拉盖尔控制器;比较了拟拉盖尔控制器与工业常用PID控制器的频域特点;通过将拟拉盖尔控制系统模型和期望模型的麦克劳林(Maclaurin)展开,给出了拟拉盖尔控制器参数的整定规则;在三类不同被控对象的仿真实验中,将拟拉盖尔控制器和PID控制器的系统逼近性能以及抗扰性能进行了对比研究。结果表明,拟拉盖尔控制器只需要三阶展开项,即可获得高于PID控制器的系统逼近能力和抗扰能力,具有较好的应用前景。

    • 基于嵌入式技术的风洞模拟测控系统设计

      2021, 29(11):84-87.

      摘要 (535) HTML (0) PDF 1.84 M (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统风洞模拟测控系统容易受到测试位置干扰,导致控制效果不佳,针对该问题,提出了基于嵌入式技术的风洞模拟测控系统设计。在系统硬件部分,根据IEEE1588标准,设计总线,在印刷电路板PCB上,确定布线层的层数,避免线路串扰。使用AT91 RM9200驱动模块控制开关,并在系统中嵌入测量仪器和执行机构。在系统软件流程设计过程中,通过嵌入模拟不同湍流特征脉动风场,结合PID算法,设置阈值并计算风洞模拟数据偏差值,通过调节积分控制风洞模拟测控系统的运行。由实验结果可知,该系统静风状态下,与实际情况最大误差为0.01cm;吹风状态下,与实际距离横向最大相差0.01cm,纵向相差0.01cm,具有精准控制效果。

    • 基于差分进化的伺服电机自抗扰控制

      2021, 29(11):88-94.

      摘要 (442) HTML (0) PDF 1.73 M (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:在对伺服电机实际控制中,存在外部未知干扰导致被控对象模型不准确,考虑电机运行过程中的摩擦模型,提出一种基于差分进化的伺服电机自抗扰控制技术,得到改进后的自抗扰控制框图。通过对自抗扰控制中参数的动态整定,对比了基于差分进化算法(DE-ADRC)、自抗扰控制算法(DERC)、PID算法的跟踪误差,结果显示DE-ADRC算法具有明显优势,较ADRC算法、PID算法,跟踪误差分别降低了54%和49%。为了证明DE-ADRC算法的鲁棒性,利用蒙特卡罗统计学算法对控制对象进行仿真,以超调量、调节时间和误差绝对值积分为控制性能评估指标,仿真结果显示相比较于其他两种算法,提出的DE-ADRC算法具有较强的鲁棒性和系统抗干扰能力,对伺服电机在实际工程中的应用提供了基础。

    • 基于数字地图的亚音速飞行器最优地形跟随

      2021, 29(11):95-99.

      摘要 (575) HTML (0) PDF 1.89 M (372) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对真实高山地形设计了一套地形跟随系统。首先,根据数字地图结合航迹规划算法生成参考航迹。接着设计了一个基于滚动时域优化的航迹控制器,用于跟踪航迹、稳定速度并处理约束,将预测时域内的航迹点作为参考输入,通过最小化跟踪误差以及滚动优化实时求解控制量。仿真结果表明,与基于适应角导引的地形跟随系统相比,本文的方法具有更好的性能,能够满足亚音速飞行器地形跟随任务需求。

    • 多机器人工作站控制系统仿真设计研究

      2021, 29(11):100-104.

      摘要 (683) HTML (0) PDF 1.86 M (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定多机器人生产线在实际工业生产过程中的可实施性,利用RobotStudio虚拟仿真软件设计一类以IRB2600工业机器人为控制核心的多机器人工作站,用以实现对装配搬运生产线的虚拟搭建。采用SoildWorks软件为工作站设计三维仿真模型及使用工具;构建多机器人生产线的布局,依据生产线工序流程,说明动态效果构建过程,对机器人系统进行I/O信号创建,设置工作站逻辑,进而完成离线编程程序的编写,实现工作站的虚拟仿真运行,通过对运行结果数据进行研究,找出机器人运行的最优速度,保证了该生产线的可实施性。该方案可以为实际机器人生产线设计提供理论依据,降低设计周期和成本,指导现场生产。对类似工作站的创建实施具有一定的借鉴意义。

    • 非确定性密闭舱室温湿度控制系统研究

      2021, 29(11):105-110.

      摘要 (508) HTML (0) PDF 2.34 M (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:复杂的水下环境会对常规条件下的测量设备及传感器性能产生影响。因此模拟水下温湿度环境对于水下设备及传感器的性能测试及标定具有重要意义。针对非确定性密闭舱室温湿度精确控制需求,重点研究了一种温湿度动态控制系统。首先设计了温湿度控制系统的硬件结构和软件功能模块;其次,研究了一种P-Fuzzy-PID控制方法,并建立了温度的模糊PID控制模型,在不同温湿度范围内分别采用不同的控制方法实现分段控制,给出了温度和湿度的实际最终控制结果;最后,实现了温湿度控制系统的人机交互功能,并对控制结果进行了分析。实验结果表明本控制系统在实际应用过程中,能够满足非确定性密闭舱室温湿度控制的工程需要,相比传统控制方法,在控制响应快速性、控制精确性、人机交互友好性以及系统智能性等方面都具有一定优势。

    • >军事装备测控技术
    • 基于仿真的舰载预警探测雷达使用性能分析研究

      2021, 29(11):111-115.

      摘要 (519) HTML (0) PDF 1.40 M (278) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过仿真手段能够对预警探测雷达在复杂环境和边界极限条件下的作战能力进行试验。在分析雷达作战能力仿真测试方法的基础上,从对空中目标的发现及跟踪能力、雷达边界极限能力两个方面列出仿真试验重点考核项目及具体内涵;从探测性能、跟踪性能和抗干扰性能三个方面研究试验结果评估的方法内容;最后以一个典型态势为例开展了雷达的作战能力研究。在该态势下,雷达抗干扰性能的自卫距离得益为9.43%,目标航迹连续性得益为14.56%。

    • 导弹电动舵机控制系统设计

      2021, 29(11):116-121.

      摘要 (785) HTML (0) PDF 4.37 M (794) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对某型导弹现有电液伺服系统存在动态响应速度慢、结构复杂、可靠性差、使用维护困难等缺点,研究提出了一种以大功率无刷直流电机为控制对象的电流/位置/速度三闭环反馈控制系统设计方案。采用DSP和FPGA的组合工作模式,其中DSP内部主控制程序实现系统初始化、三闭环控制算法和产生PWM信号等功能,FPGA则实现各功能电路的时序逻辑控制。通过构建由模拟制导计算机、1553B总线通讯网络和舵机控制系统组成的测试系统,验证了本文所提出的三闭环电动舵机控制系统设计方案的可行性,该导弹电动舵机控制系统具有输出力矩大、响应速度快、控制精度高、使用寿命长和可维护性好等优点。

    • 弹载遥测防毁采编存储系统的设计

      2021, 29(11):122-126.

      摘要 (713) HTML (0) PDF 2.72 M (273) 评论 (0) 收藏

      摘要:在航天航空的导弹数据采集领域中,针对遥测系统受环境因素影响较大,检测区域存在的“黑障”等问题,设计一种将遥测系统与防毁记录仪相结合的弹载遥测防毁采编存储系统。该系统通过设计防毁记录仪的内外层防护结构保证系统的抗高冲击性和稳定性;硬件方面通过设计56路模拟量信号的调理电路、模数转化电路以及多路RS422、LVDS数字量信号的光耦隔离式接口电路,实现多通道高压模拟量的采集和数字信号接收的功能;软件方面通过对系统总体逻辑设计及遥测发送模块的设计,实现对数据的采集、存储、发送与读取。最后通过实验测试,表明系统能够实现对多路高压模拟信号的采集以及数据准确完整回读的功能,保证了导弹飞行数据的正确性与完整性。

    • 基于RapidIO总线的简约化小型导弹测试设备设计

      2021, 29(11):127-131.

      摘要 (618) HTML (0) PDF 2.19 M (271) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保障导弹机动灵活的特点以及发射成功率,更加小型轻便简约的测试设备是提高部队平战时导弹保障效率的重要手段,基于RapidIO总线研制一种的小型化测试设备,不再依赖机箱架构,仅依靠测试模块之间的堆叠连接,利用串行通信手段以及数据交换功能实现所有测试资源的数据交换及通信,可以大幅减小测试设备体积,解决了导弹测试设备携带不方便、转场困难的技术问题,同时对测试模块的选型,硬件架构、物理架构及设计指标等进行了分析说明,经过同某型PXI测试设备的对比测试,不仅完成了对某型导弹模拟器的测试功能,相比原PXI测试设备体积减小了95%以上,重量减轻了90%以上,功耗降低了60%以上,不仅可以适应更多的导弹测试场景,更可以大幅提高部队在日常训练维护以及战时精准保障的工作效率。

    • 基于高速摄影图像的轻气炮弹速测量研究

      2021, 29(11):132-136.

      摘要 (1018) HTML (0) PDF 1.48 M (563) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有轻气炮弹丸测速方法存在的问题,提出了一种可靠性更高的基于高速摄影图像模板匹配的轻气炮弹丸速度测量方法。通过在二级轻气炮发射试验中设置高速摄影拍摄方案,利用得到的高速摄影图片进行弹丸目标匹配并获得模板所在的像素位置,通过换算得到弹丸速度。将计算结果与激光遮断测速方法得到的速度值进行了对比,满足试验要求,证明了该方法既能可独立作为轻气炮发射弹丸测速手段也可为现有测试有段提供有效校核。

    • >设计与应用
    • 基于VR设备中IMU的无手交互方法研究

      2021, 29(11):137-141.

      摘要 (718) HTML (0) PDF 1.48 M (244) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着头戴式显示设备的发展,在基于虚拟现实(Virtual Reality,VR)的教育培训中,存在用户与设备间进行交互的场景。针对用户与VR视频中对象的模拟靠近与躲避问题,提出了姿态感知与步态识别相结合的方法。通过姿态感知算法解算用户头部姿态,通过步态识别算法识别出人体的静止与行走状态,进而在行走状态时,将计算所得航向角和固定步长代入三角函数公式进行位置更新,在静止状态时,保持位置不变。实验证明,提出的姿态感知算法可以有效的计算出使用者头部的姿态,与商用惯性测量单元提供的姿态角相比具有1.1×10-2的平均姿态偏差;提出的步态识别算法可以有效的识别出人体的静止与行走状态;所提出的两者结合的交互方法,可以有效的实现虚拟的靠近与躲避。

    • 基于递归神经网络的英译汉机器翻译模型设计与实现

      2021, 29(11):142-147.

      摘要 (662) HTML (0) PDF 1.82 M (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:在自然语言处理领域,递归神经网络在机器翻译中的应用越来越广泛。除了其他语言外,汉语中还包含大量的词汇,提高英译汉的机器翻译质量是对汉语处理的一个重要贡献。设计了一个英汉机器翻译系统的模型,该系统使用基于知识的上下文向量来映射英语和汉语单词,采用编解码递归神经网络实现。对基于激活函数模型的性能进行了测试,测试结果表明,编码器层的线性激活函数和解码器层的双曲正切激活函数性能最好。从GRU和LSTM层的执行情况来看,GRU的性能优于LSTM。注意层采用softmax和sigmoid激活函数进行设置,该模型的方法在交叉熵损失度量方面优于现有的系统。

    • 一种逐周期条纹背景自适应去除算法

      2021, 29(11):148-153.

      摘要 (692) HTML (0) PDF 2.92 M (325) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用傅里叶轮廓术(FTP)可实现对单帧光栅投影条纹图像的相位提取,恢复被测物体三维信息。该方法具有实时性高的特点,但在频域滤波时易受到不均匀背景分量的干扰。现有投影条纹图背景去除方法在遇到条纹图背景分量不均匀时,存在去除效果差,严重影响重建精度的问题。针对该问题,通过实验发现单个条纹周期内的背景分量变化很小,可近似作为常量处理;结合两次希尔伯特变换能有效去除信号直流分量且保持相位信息稳定的特性,提出一种自适应的分周期条纹背景滤除方法。该方法首先对光栅投影图像中的条纹峰值进行提取,分割出逐个条纹周期;再对逐条纹周期分别进行两次希尔伯特变换,自动去除该周期内的背景分量,实现条纹背景分量的逐周期自适应去除。该方法能有效克服条纹投影图像背景分量不均匀的问题。实验结果表明,该方法相对于傅里叶轮廓术可更好的消除条纹背景分量影响,对复杂表面物体的重建异常点少,精度优于0.1mm。

    • 基于改进卷积神经网络的山顶点识别研究

      2021, 29(11):154-158.

      摘要 (950) HTML (0) PDF 2.08 M (286) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统山顶点识别方法中特征选择困难等问题,借助深度卷积神经网络特征自学习的优势,将格网DEM数据中的山顶点提取转换为数字图像中的目标检测问题,提出一种基于改进Faster R-CNN的山顶点识别方法。将DEM数据处理为等高线图与灰度图叠加的形式,采用基于Faster R-CNN的目标识别框架,以ResNet-101替代原始的VGG16作为山顶识别模型的特征提取网络,并在RPN锚框尺寸设置中引入K-Means聚类算法,实现适用于自建山顶样本集PEAK-100的锚框参数设定。利用改进后的Faster R-CNN自动提取山顶的深度特征,生成高质量的山顶区域,并结合高程标识出最终的山顶点坐标。实验结果表明,新方法的山顶点识别准确率为94.82%,相比于传统方法漏提率减少约60%,在一定程度上避免了山顶识别效果易受人工选择特征的影响。

    • 基于高阶多项式的爬游机器人足端轨迹规划

      2021, 29(11):159-164.

      摘要 (752) HTML (0) PDF 1.94 M (347) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对深海爬游机器人足端轨迹规划问题,采用高阶多项式拟合的方法对其进行研究。首先,介绍了爬游机器人整体结构并对其进行运动学建模,结合爬游机器人运动学模型提出了一种直线与曲线相结合的机器人足端轨迹。其次,利用四阶多项式和六阶多项式分别对机器人足端轨迹进行拟合,比较两种拟合结果可知,六阶多项式拟合方法对机器人足端速度、加速度的规划效果更佳。利用六阶多项式轨迹拟合方法对多段轨迹连接点处的速度问题进行了分析,解决了机器人在运动过程中腿部抖动问题,使机械腿具有良好的控制柔顺性。最后,根据D-H法则建立机器人单腿仿真模型,通过仿真验证了算法的可行性,进一步在水池中利用机器人实物样机验证了算法的有效性。

    • 多模态特征融合的长视频行为识别方法

      2021, 29(11):165-170.

      摘要 (1034) HTML (0) PDF 1.83 M (295) 评论 (0) 收藏

      摘要:行为识别技术在视频检索具有重要的应用价值。针对基于卷积神经网络的行为识别方法存在的长时序行为识别能力不足、尺度特征提取困难、光照变化及复杂背景干扰等问题,提出一种多模态特征融合的长视频行为识别方法。首先,考虑到长时序行为帧间差距较小,易造成视频帧的冗余,基于此,通过均匀稀疏采样策略完成全视频段的时域建模,在降低视频帧冗余度的前提下实现长时序信息的充分保留;其次,通过多列卷积获取多尺度时空特征,弱化视角变化对视频图像带来的干扰;后引入光流数据信息,通过空间注意力机制引导的特征提取网络获取光流数据的深层次特征,进而利用不同数据模式之间的优势互补,提高网络在不同场景下的准确性和鲁棒性。最后,将获取的多尺度时空特征和光流信息在网络的全连接层进行融合,实现了端到端的长视频行为识别。实验结果表明,所提方法在UCF101和HMDB51数据集上平均精度分别为97.2%和72.8%,优于其他对比方法,实验结果证明了该方法的有效性。

    • 基于图变换的虚拟机保护增强方法

      2021, 29(11):171-175.

      摘要 (556) HTML (0) PDF 1.79 M (254) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘 要:攻击者对于受虚拟机保护的代码分析流程为,先从宏观视角整体明晰虚拟机框架结构,然后再进一步深入对各功能模块进行理解和分析,从而实现保护机制的破解。针对虚拟机框架不同模块连接之间的强固定性,提出一种基于图变换的虚拟机保护增强方法。首先将虚拟机结构框图转换为有向完全图,然后运用多重等价变换策略对完全图中节点模块进行等价变形,最后运用多样化虚拟机对不同节点模块进行嵌套保护。采用了混沌不透明谓词,跳转表和多种指令等价变换规则等关键技术实现了虚拟机代码保护原型系统,并使用Windows本地应用程序验证了方法的可行性和系统的有效性。

    • 空地融合的城市道路基础设施数字化技术研究

      2021, 29(11):176-182.

      摘要 (669) HTML (0) PDF 2.43 M (383) 评论 (0) 收藏

      摘要:城市道路基础设施三维模型的重构,在城市道路BIM应用与数字化领域具有重大意义。针对城市交通基础设施数字化重构的需求,对车载激光扫描与无人机倾斜摄影采集技术进行综合运用,提出一套从信息采集、空地点云配准、点云分割到三维重构的完整技术方法。首先使用车载激光扫描技术和无人机倾斜摄影技术对交通基础设施信息进行采集,并使用运动恢复结构算法(Structure from Motion,SfM)生成基础设施空地点云。其次使用迭代最近点法(Iterative Closest Point,ICP)对空地点云进行精配准,然后利用基于PointNet网络的方法对融合点云进行语义分割。最后对分割出的交通基础设施对象进行三维重构。提出的空地融合的城市交通基础设施数字化技术能够高效地实现交通基础设施重构,为城市交通基础设施数字化提供基础、为后续交通专业领域的应用研究提供便利。

    • 基于改进蚁群算法的遥感信息处理负载均衡任务调度算法研究

      2021, 29(11):183-188.

      摘要 (484) HTML (0) PDF 1.62 M (279) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文首先研究了蚁群算法和模拟退火算法在遥感信息处理计算节点任务上的调度原理,并分析了上述传统算法在得出最优解之前会出现的问题。基于蚁群算法并结合其他启发式算法的优点,提出了一种基于改进蚁群算法的负载均衡任务调度算法,完成了遥感信息多任务处理服务链的计算任务分配,提升了数据处理系统整体的处理效率。最后通过仿真实验验证了算法的有效性。

    • 基于图神经网络的具有依赖关系任务的计算卸载方法

      2021, 29(11):189-195.

      摘要 (1024) HTML (0) PDF 1.67 M (455) 评论 (0) 收藏

      摘要:计算卸载作为移动边缘计算的关键技术之一,通过将任务就近迁移至边缘服务器上执行大幅降低了用户的等待时延。针对具有依赖关系任务的计算卸载问题,为了解决以往文献在将表示任务依赖关系的有向无环图输入深度强化学习算法的神经网络时存在的丢失结构信息的问题,提出了一种有向无环图神经网络(Directed Acyclic Graph Neural Network,DAGNN),并将其与深度强化学习相结合,用以做卸载调度的决策。卸载决策的过程被描述为马尔科夫决策过程,用提出的DAGNN评估深度强化学习算法中每个卸载动作的Q值,进而做出卸载调度决策。仿真实验表明,所提出算法在各种条件下的表现均优于其它所有基线算法,并表现出较好的稳定性和通用性。

    • 基于贝叶斯决策的无人机飞行路径自动规划方法

      2021, 29(11):196-200.

      摘要 (1070) HTML (0) PDF 1.85 M (427) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统无人机飞行路径自动规划方法无法获取全部障碍物信号,使无人机飞行不能达到避障效果,导致飞行路线规划效果较差。为此提出基于贝叶斯决策的无人机飞行路径自动规划方法。无人机飞行路径自动规划硬件模块包含自动规划模块、动画演示模块、地图导航模块和数据导出模块,自动规划模块负责控制无人机飞行;动画演示模块使用240PRO型号的LEWITT声卡,为展示飞机飞行路线提供声音;LS-TM8N地图导航模块通过串口将射频信号发送到天线的输入端,再由数据导出模块导出并保存相关数据。基于贝叶斯决策原理,结合贝叶斯元胞蚁群算法,计算贝叶斯先验概率和后验概率,规划无人机飞行路径,获取最优路径。实验结果表明,该方法遇到静态障碍物捕获的避障信号在-28-30mV范围内波动,动态障碍物捕获的避障信号在-27-30mV范围内波动,与实际障碍物信号波动范围一致,避障效果较优。

    • 基于知识学习的多目标关联检测与识别方法

      2021, 29(11):201-206.

      摘要 (802) HTML (0) PDF 2.24 M (302) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着感知智能水平的日趋成熟,人工智能研究呈现出向认知智能发展的态势[1]。作为人工智能在感知智能方面的代表领域,图像目标识别在向认知智能发展的道路上存在着人机之间以及机器之间知识难通用、可扩展性低等问题。为此,提出了基于知识的多目标关联判别框架,通过引入知识图谱,将目标特征知识进行语义化表达与规则化关联存储,构建了基于知识学习的多目标关联检测与识别方法,动态按需调用目标检测模型的同时,迭代式更新多目标关联的知识图谱,形成双向反馈学习循环。最后,通过相关仿真实验,验证了基于知识学习的多目标关联判别方法的可行性,为提高图像目标识别算法的知识通用化和可扩展性提供了新的思路。

    • 聚类分析在消除轮轨力信号基线漂移中的应用

      2021, 29(11):207-212.

      摘要 (546) HTML (0) PDF 2.71 M (262) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对轮轨力信号预处理过程中基点难于提取和确认的问题,根据轮轨信号幅值变化的特性,提出了基于分段数据高阶统计量聚类分析的方法来筛选出能够提取基点的数据段。轮轨力信号经过适当分段后,计算数据段的高阶统计量,按数据段的方差和峭度进行基于OPTICS的聚类分析,选取聚类结果靠近零点的分类所对应的数据段的中值作为基点,经曲线拟合基点后即可得到信号的基线漂移干扰。经过仿真数据和实测数据的验证和与其他现有常用方法的对比分析,结果表明该方法在均方误差和信噪比上都优于其他方法。均方误差最高仅为其他方法的0.47%,信噪比至少比其他方法高出23 dB。

    • >试验与评价技术
    • 融合Cox回归与维纳过程的设备状态评估方法

      2021, 29(11):213-218.

      摘要 (408) HTML (0) PDF 1.69 M (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对机场自助行李托运设备运行状态评估存在数据利用率低和预测精度不高的问题,提出一种融合Cox回归与维纳过程的设备状态评估方法。首先基于事件型数据构建多风险因素影响下的设备状态突变模型,又基于关键子系统的状态型数据构建设备状态渐变模型,提出了复合退化指标并基于维纳过程建立设备性能退化模型,得到设备整体的健康状态值并提出相应维修决策。利用商用模块化航空推进系统仿真数据集和自助行李托运设备运行监测数据对所提方法进行实验验证,结果表明融合Cox回归与维纳过程的设备状态评估方法提高了设备数据利用率和预测精度。

    • 固冲动力飞行器控制与动力一体化自由射流试验方法

      2021, 29(11):219-223.

      摘要 (698) HTML (0) PDF 2.19 M (259) 评论 (0) 收藏

      摘要:为验证固冲动力飞行器控制系统与动力系统一体化设计方法、固冲发动机可靠转级等关键技术,提出了一种固冲动力飞行器控制系统与动力系统一体化自由射流试验方法,介绍了试验系统的组成与工作原理,针对试验系统硬件设计中核心的各系统接地设计方法、供电能力与负载特性匹配性分析方法进行了讨论,提出了自由射流试验中各系统的软件工作流程与试验程序;试验结果表明:应用该方法的自由射流试验系统工作稳定,试验中正常模拟了飞行器飞行过程中的大气来流条件,控制系统与动力系统工作正常,固冲发动机可靠转级并按照试验程序正常的进行了推力调节,实时测量了攻角、侧滑角、马赫数等大气数据,可以有效支撑固冲动力飞行器开展关键技术研究与评估。

    • 利用人的分歧介入增强珍珠自动分拣可靠性研究

      2021, 29(11):224-229.

      摘要 (482) HTML (0) PDF 1.83 M (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对珍珠自动分拣应用场景,把优等珍珠分成次等品会导致严重利益损失,把有瑕疵珍珠分成上等品会造成产品质量争议和企业信誉受损;基于深度学习的人工智能技术依旧存在着难解释,鲁棒性差等缺点,导致难以实现更高精度的分拣技术。为衡量珍珠分拣准确度的现实需求和提升准确度在现有技术框架下的限制因素,研究提出了一种通过人的分歧介入提升分拣可靠性的方法。该方法引入两个独立AI系统用于珍珠分拣的预处理,然后通过二者之间的分歧引入人的介入干预,在较少的人力成本下达到了对机器算法可靠性的提升。定义了包括分歧准确指数和额外成本指数在内的性能评价指标,在公开珍珠数据集上,研究提出的方法以4.1%的额外人工成本提升了近4%的珍珠分拣精度,验证了方法的有效性。

    • 电子元器件加速退化寿命评估方法研究

      2021, 29(11):230-234.

      摘要 (500) HTML (0) PDF 1.54 M (529) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于退化轨迹的评估方法是退化型产品进行可靠性评估的主要方法,适合于对具有退化失效机理的高可靠长寿命产品进行可靠性评估。基于退化轨迹的可靠性评估方法首先选取合适的退化轨迹模型,利用退化数据对退化轨迹进行模型拟合得到模型参数,然后根据退化轨迹外推得到伪失效寿命,最后基于伪失效寿命利用最小二乘法进行统计分析确定产品的失效分布,并通过假设检验的方法选择拟合度最优的分布。本文以大功率开关的加速退化试验数据为例进行了分析和说明。

    • 基于无线激光通信系统的信标光中心检测误差评价方法

      2021, 29(11):235-239.

      摘要 (567) HTML (0) PDF 1.47 M (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的光斑中心计算方法仅依赖图像本身,并且与实际应用环境的耦合度较低,缺少客观的评价标准,通常采用同一位置光斑多次拍摄图片的均值来近似确定光斑中心。在这篇文章中提出一种基于非独立信标光的空间激光通信光学天线子系统,在进行系统标校之后,分别采用质心法、Hough变换法和圆拟合的圆心检测方法,通过与激光通信信号光紧密耦合来评价信标光中心计算方法的误差性能。实验结果表明,在所述的实验环境和条件下,质心法准确性较高。在应用层面,该评价方法可以为图像探测单元的方案取舍提供参考。

    • 基于AHP、灰色关联法和TOPSIS的航天测控装备评估模型研究

      2021, 29(11):240-244.

      摘要 (616) HTML (0) PDF 1.65 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:测控装备是对航天器发射及运行过程进行跟踪、测量与控制的专用系统,具有设备种类多、地域分布广、状态参数多等特点,其性能往往难以得到快速、全面、客观的评估。针对此问题,提出了一种基于AHP层次分析法、灰色关联分析法和TOPSIS的组合模型,用于航天测控装备性能综合评估,并以某型雷达为例进行了指标量化与评估验证。研究表明,多种方法的综合运用,既能避免各自的局限性,又能充分发挥其优点,其评估过程科学、结果合理,可以有效解决测控装备难以量化、分析、评估的问题,具有较强的实用性。

    • >智能仪器与传感技术
    • 满足多种供电输入的大功率电源设计

      2021, 29(11):245-249.

      摘要 (681) HTML (0) PDF 1.90 M (407) 评论 (0) 收藏

      摘要:大功率电台的要求越来越高了,在同等发射功率下要求体积越来越小,本文基于1kW短波电台供电设计了一款效率高、功率密度大的供电单元。通过芯片C8051F330能实现与上位机串口通信,能控制电源的启动以及监测各路直流输出的电压、电流大小和整机的温度,对末级功放单元的供电可以实现阶梯式八级电压的调整。能自动识别交流输入的欠压、过压,可以有效的保护整机电源不受损伤。具有输入过欠压保护,输出过压保护、输出过流保护、输出短路保护和过温保护。

    • 基于响应面法的油气润滑ECT传感器优化设计

      2021, 29(11):250-253.

      摘要 (530) HTML (0) PDF 1.22 M (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立了油气润滑ECT传感器的基准三维物理模型;分析了管道厚度、电容极板长度、轴向屏蔽电极长度和径向屏蔽电极深度4个结构参数对传感器性能的影响并确定优化范围;通过灵敏度影响系数和电容响应比确立了传感器性能优化函数;采用响应面法对上述4个结构参数进行了优化设计。在此基础上以图像相对误差和图像相关系数为评价标准,对优化后传感器的重建图像质量进行了评判。研究结果表明,优化传感器得到的图像质量最高,图像相对误差平均降低了22.99%,图像相关系数平均提高了21.73%。

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