• 2022年第30卷第11期文章目次
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    • >综述与评论
    • 基于SDN的天地一体化网络控制器部署方法综述

      2022, 30(11):1-10.

      摘要 (1002) HTML (0) PDF 1.42 M (1035) 评论 (0) 收藏

      摘要:软件定义网络(Software Define Network,SDN)推动了传统网络的发展,将SDN引入天地一体化网络能够极大程度地调动各层级网络的资源,实现天地一体化网络的智能管控;首先,介绍了天地一体化网络和软件定义网络,论述了基于SDN的天地一体化网络架构的研究现状;随后,介绍了SDN控制器的性能指标并对比了当前的SDN多控制器部署方法,综述了基于SDN的天地一体化信息网络的控制器部署策略;最后,对未来基于SDN的天地一体化网络控制器部署方法进行了展望和归纳总结。

    • >测试与故障诊断
    • 基于PCA-LDA算法的模拟电路复杂故障在线诊断研究

      2022, 30(11):11-16.

      摘要 (1068) HTML (0) PDF 1.61 M (962) 评论 (0) 收藏

      摘要:模拟电路在出现多个元器件同时故障情形时,由于容差多样、耦合关系复杂等因素,难以对其进行准确在线故障诊断。对模拟电路的在线故障诊断过程进行了定量数学描述,提出了幅频特征值获取方法,将PCA方法和LDA方法相结合,构建属性协方差矩阵、类间散度矩阵、类内散度矩阵,对模拟电路的复杂故障样本数据进行降维与分类,采用BP神经网络对样本数据集与故障模式集进行准确匹配。实验结果表明,论文提出的方法对数据分类降维有效、诊断结果正确,样本数据维度由31降到3,故障分类准确率达到100%,较LDA、PCA、KPCA和KPCA-LDA等其它四种方法,本文方法的指标更优。

    • 基于前视声呐的水下目标检测算法研究

      2022, 30(11):17-24.

      摘要 (1054) HTML (0) PDF 3.45 M (1005) 评论 (0) 收藏

      摘要:水声目标检测就是从水声取目标信息并进行识别,而有效的水声标检测在现代化的海洋开发中有着十分重要的作用;首先,介绍了水声目标检测所采用的设备,以及该设备的工作方式,并搭建试验场景进行水声回波的采集;其次,对水声标检测算法进行了研究,比对不同的滤波算法可知,中值滤波方法的去噪效果更佳;进行了灰度直方图分析,对目标的灰度范围进行了增强处理;对图像分割算法进行了研究,设计了一种自适应迭代分割算法,对比其他方法有着更好的处理效果;对分割后的图像进行连通域查找,目标筛选,从而识别出待检测目标;试验结果验证了该水声目标检测算法在对水下目标的检测识别上的有效性。

    • 基于TCP UDP通讯的控制设备接口自动化测试方法设计

      2022, 30(11):25-31.

      摘要 (983) HTML (0) PDF 1.91 M (972) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于TCP与UDP的以太网通讯在各行各业的应用十分广泛,以太网通讯的种类多,组合及配置灵活,不同的控制设备使用的以太网通讯方式不尽相同;在设备功能开发完成后,可能会存在潜在的缺陷;传统的测试方法主要依赖网络调试工具,人工解析抓取到的设备发送的数据包,或者通过组合数据指令的方式进行测试并观察结果;这种测试效率非常低,且易出错,如果涉及到的以太网通讯种类较多,数据量较大时,使用网络调试工具不能满足测试需求;为了确保各类以太网控制设备在运行过程中的稳定性,并且使得接口测试过程做到自动化,提升测试的效率以及准确度,采用以太网通讯设备自动化接口测试装置,根据用户测试指令自动完成以TCP与UDP为通讯方式的控制设备的接口测试,为设备的稳定运行提供保障。

    • 基于MPI并行计算的卫星遥感数据变化监测系统设计

      2022, 30(11):32-37.

      摘要 (1111) HTML (0) PDF 1.66 M (926) 评论 (0) 收藏

      摘要:为控制卫星遥感数据变化指征与非变化指征之间的实值误差,实现对卫星遥感数据传输变化行为的准确监测,设计基于MPI并行计算的卫星遥感数据变化监测系统。建立A/D转换电路与Zigbee网络节点的匹配关系,将所得卫星遥感数据按需分配给传感器模块与协调器设备,完成数据采集与监测终端的硬件设计。按照并行拓扑结构连接形式,实施MPI的基本调用,再联合数据进程编写原则,实现对MPI并行计算的完善。根据传感器几何校正原理,求取遥感数据度量值,再分析核函数表达式,完成对卫星遥感数据的处理。利用MPI并行计算,控制数据采集与监测终端的硬件执行设备,完成卫星遥感数据变化监测系统设计。实验结果表明,所设计系统的卫星遥感数据变化指征与非变化指征之间的实值误差明显缩小,能够准确监测卫星遥感数据传输变化行为。

    • 基于子空间的可解释性多变量异常检测

      2022, 30(11):38-45.

      摘要 (1162) HTML (0) PDF 1.61 M (941) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决在多维特征数据中,部分异常点被分散的特征空间所掩盖而无法检出的问题,以及缓解当前异常检测方法的结果可解释性差或不具有可解释性的状况,提出了基于子空间的可解释性多变量异常检测算法;首先在多维特征空间中,对每一个维度的特征进行分布检验,在此基础上为每一个对象选择出一个特征空间的集合,进而为每个对象计算出异常值分数;在此过程中,高效利用算法的中间过程产物,来对算法结果加以解释,改善使用者对数据的理解;使用真实数据集,对算法进行了验证,实验结果表明其具有较好的准确性和运行时间,并很好的解释了异常点的异常性。

    • 基于图像识别技术的隧道工程监控管理系统设计

      2022, 30(11):46-51.

      摘要 (1052) HTML (0) PDF 2.34 M (940) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有技术中隧道工程故障诊断存在的技术弊端,提出了一种利用巡检机器人进行智能化的监控管理方法,本研究通过巡检机器人对隧道工程的进度信息进行采集,通过图像识别技术实现隧道工程故障信息获取,通过多传感器数据信息融合模型对采集的信息进行处理,通过GIS技术对运维常的项目情况进行三维建模,并利用视觉点对三维建模中三角形空间单元进行删减,提高图像刷新率。通过模拟实验,本研究设计的巡检机器人监管方案的评价精度高,得出采用本研究设计的可视化监管方案可以使评价得分提升了21%。大大提高了隧道工程故障诊断能力。

    • 改进CNN和Bi-LSTM的集成化装备故障检测研究

      2022, 30(11):52-58.

      摘要 (933) HTML (0) PDF 2.05 M (960) 评论 (0) 收藏

      摘要:集成化装备的故障检测和健康管理(PHM)已成为装备领域研究的重点,但是由于其集成度高,结构复杂,综合性强等特点,采用常规的检测方法常面临信息多源异构,体量浩大,且实时性难以保证的问题,不仅消耗大量的人力物力,而且需要极强的数据分析及管控能力。为保证准确性、实时性和有效性的统一,研究提出一种基于CNN和Bi-LSTM(双向长短记忆网络,Bidirectional short and long memory network)及其优化算法的故障检测算法,构建了Bi-LSTM-CNN-FCM模型,并通过田纳西-伊斯曼化工过程数据集进行验证。在实验过程中通过观察不同激活函数对模型精度和效果的影响选择合适的激活函数,最终确定在卷积层使用tanh激活函数,在全连接层使用relu激活函数。在确定激活函数后对模型不断优化,在模型末端加入FCM聚类算法,提高了故障检测分类的准确率,最后以准确率和损失值为依据,通过与单一的LSTM模型,CNN模型和LSTM-CNN模型对比,证明该模型的优越性。该模型使得故障检测的准确率提升至98.25%,损失值减少至0.0104,在性能上明显优于其他模型。

    • 轨道交通车载设备启动时间的测试方法

      2022, 30(11):59-64.

      摘要 (878) HTML (0) PDF 1.78 M (859) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前轨道交通车辆车载设备存在启动不起来或者启动时间过长的现象;传统的设备启动人工测试方法完全依赖于人工手动测试,需要人工上电断电、人工观察数据或者界面,人工计算时间,必然会存在较大的误差,并且率低非常低,且易出错;为了确保各类车载控制设备在运行过程中的稳定性,并且使得测试过程做到自动化,提升测试的效率以及准确度,采用程控电源输出装置,根据用户测试指令自动完成设备断电重启过程,采用时间统计装置,根据用户测试指令自动完成以MVB、TRDP为通讯方式的车载控制设备的启动时间测试;借助轨道交通车载设备启动时间的测试方法,可以自动化完成车载控制设备的长时间启动测试,并且可以统计出每一次实验的结果,为设备的稳定运行提供保障。

    • 基于混合模式匹配算法的网络入侵检测

      2022, 30(11):65-70.

      摘要 (898) HTML (0) PDF 2.38 M (937) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)协同检测网络入侵的性能,本文提出了一种具有数据包有效载荷长度约束的CPU/GPU混合模式匹配算法(LHPMA)。在分析CPU/GPU混合模式匹配算法(HPMA)的基础上,设计了长度约束分离算法(LBSA)对传入数据包进行提前分类。利用CPU中的预过滤缓冲区对较长数据包进行快速预过滤,结合全匹配缓冲区将较短数据包直接分配给GPU进行全模式匹配,通过减少有效载荷长度的多样性,提升了CPU/GPU协同检测网络入侵的性能。实验结果表明,LHPMA增强了HPMA的处理性能,充分发挥了GPU并行处理较短数据包的优势,并且LHPMA提高了网络入侵检测的吞吐量。

    • 基于模糊控制和大数据算法模型的电力运维故障诊断设备方法

      2022, 30(11):71-76.

      摘要 (1042) HTML (0) PDF 2.29 M (966) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有技术中对电力运维故障检测灵敏度低、诊断误差大等问题,设计了一种新型故障诊断方案。该方案将PID模糊控制计算器与大数据算法模型相结合,并采用实时布线的方法减少诊断面积,基于改进型大数据算法模型提取电力运维设备故障数据特征,对电力运维设备运行工况构建诊断网络,通过分析电力运维设备工况的功能系统完成数据诊断。为了减少诊断误差,该研究设计了一种故障诊断设备,采用集成芯片化设计和算法程序,减小体积的同时保证检测结果的准确性。实验结果表明,该研究方法故障诊断误差小,准确率最高达到98.6%。

    • 基于YOLOv5的电力线和杆塔实时检测算法研究

      2022, 30(11):77-84.

      摘要 (1081) HTML (0) PDF 2.28 M (927) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前电力线路检测中存在深度学习网络参数量大、计算复杂度高等问题;在YOLOv5的基础上提出一种电力线和杆塔的实时检测算法;通过减少Bottleneck数量来简化特征提取层网络结构,使用深度可分离卷积技术实现模型计算量的降低;分析电力线目标框筛选机制,改进(Non-Maximum Suppression)NMS算法,提升模型目标检测精度;实验结果表明,对Bottleneck的改进在识别精度有所提高的情况下能有效降低模型的参数量,模型检测准确率和召回率分别达到94%与95%,体积压缩了20.7%,在Jetson Nano嵌入式平台上检测速度达到17.2 fps,对两类电力线路目标检测达到较高的识别率和实时性,对无人机电力巡检导航有较好的参考价值。

    • 宽动态范围微弱信号光电检测系统

      2022, 30(11):85-91.

      摘要 (908) HTML (0) PDF 3.43 M (965) 评论 (0) 收藏

      摘要:昼夜工作的探测器在一天中处于不同照度环境下的信号探测,为了精确测量出工作在宽动态范围照度下的光电探测器的输出信号,利用FPGA工具和相关检测原理设计了一套宽动态范围高精度信号测量采集系统;该系统由接受光学系统模块,跨阻放大电路模块,锁相放大电路模块以及A/D采集模块组成,接受光学系统实现了屏蔽杂散光功能,对水平与垂直方向上的光强进行了误差校正;跨阻放大电路和锁相放大电路实现了微弱信号的放大和噪声的抑制,A/D采集模块将数据实时采集显示;在暗室环境下,以中心波长为650nm稳功率激光器为光源,使用滨松S2386-5K光敏二极管为光电探测器进行试验,实验过程中通过改变信号调制频率和激光器功率大小,最终选择调制信号频率为1000Hz最为适宜;实验结果表明,光电检测系统在照度范围为均可以完成准确测量,拓宽了测量的动态范围,实际测量值与理论值误差在精度允许范围之内,该研究对于其它波长的光源或其它微弱信号检测系统的设计与分析具有借鉴意义;

    • >控制技术
    • 基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法

      2022, 30(11):92-97.

      摘要 (937) HTML (0) PDF 2.01 M (968) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法忽略了不同重力影响下的机械臂驱动力变化,导致柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制效果较差的问题,提出了基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法。基于构建PMSM驱动数学模型,采用PMSM的矢量控制方法,分析驱动力矩矢量。根据驱动力矩矢量分析结果,分析不同重力环境下有、无摩擦时的驱动力矩。构建柔性关节模型,分析其在不同重力环境下遇到的重力释放问题,使用自适应反演滑膜控制方法,设计控制率,保证机械臂能够按照既定的方向运动,使机械臂具有鲁棒性。根据柔性关节空间机械臂动力学特性,分析不同重力环境下基于PMSM驱动力矩,确定重力项是随之发生改变的。设计控制器,构建动力学模型,确保空间阶段能够最大限度跟踪运动轨迹。实验结果表明,所提方法X轴、Y轴的末端跟踪结果均与实际运动轨迹一致,误差为0。关节控制力矩在时间为3s时,出现了最大为0.5N.m的误差,说明所提方法的跟踪控制效果较好。

    • 基于RBF-BP算法的机械臂多自由度分拣控制系统设计

      2022, 30(11):98-103.

      摘要 (930) HTML (0) PDF 1.87 M (960) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升机械臂设备的准确分拣能力,设计基于RBF-BP算法的机械臂多自由度分拣控制系统。利用RBF-BP前馈神经网络,规划机械臂设备的运动轨迹路线,实现基于RBF-BP算法的机械臂运动轨迹建模。确定工业相机在总功能框架中所处连接位置,根据机械臂选型情况,确定可编程逻辑控制器、变频控制器对于所选机械臂元件的调节能力,完成对系统功能模块的开发。借助传输信道,将Sorting分拣指令、ToolControl控制指令反馈回核心控制主机,建立完整的指令执行回路,再联合相关硬件设备结构,实现基于RBF-BP算法的机械臂多自由度分拣控制系统设计。实验结果表明,在抓取能力相同的情况下,应用RBF-BP算法控制系统机械臂成功分拣的工件数量为19件,机械臂抓取成功率为95%,说明所设计系统满足提升机械臂准确分拣能力的设计初衷。

    • 新趋近律的直流微电网母线电压滑模控制设计

      2022, 30(11):104-110.

      摘要 (862) HTML (0) PDF 2.00 M (912) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着直流微电网技术的快速发展,直流微电网中母线电压的稳定性控制作为直流微电网正常平稳运行的关键,也成为了研究热点之一;针对直流微电网母线电压外环易受参数摄动和负荷扰动的影响,提出了一种扩张状态扰动观测器ESO(Extend state observer)与新型趋近律的滑模控制器NRSMC(New reaching law sliding mode control)相结合的复合控制器ESO-NRSMC;该控制器采用了一种新型趋近律方法来解决抖振现象与滑模面趋近时间之间的矛盾;同时扩张状态观测器将观测到的扰动值补偿到滑模控制器中,进一步提高控制器的抗扰动能力;还构造了Lyapunov函数来验证所设计的母线电压外环闭环控制系统的稳定性;最后通过仿真证明控制器ESO-NRSMC在微电网系统参数发生变化以及负载扰动的情况下,依然能够实现对直流微电网母线电压的稳定控制,具有较强的优越性和鲁棒性能。

    • 基于STM32嵌入式的无线通信远程数据传输控制系统设计

      2022, 30(11):111-115.

      摘要 (1358) HTML (0) PDF 1.55 M (1002) 评论 (0) 收藏

      摘要:无线通信远程数据传输控制系统对提高数据传输稳定性起到积极作用,大量数据传输任务给系统的控制功能带来巨大挑战,为此利用STM32嵌入式技术实现无线通信远程数据传输控制系统的优化设计。将STM32芯片以嵌入式的方式安装到数据传输控制器中,改装传输数据处理器,加设时钟发生器。通过系统电路的调整与连接,完成数据传输控制硬件系统的设计。在硬件设备的支持下,采集并处理无线通信数据资源,设置远程数据传输控制协议。在协议约束下,根据信道特征合理分配远程传输数据资源,最终从传输速率、传输流量等方面,实现系统的无线通信远程数据传输控制功能。通过系统测试实验得出结论:在优化设计系统的控制下,远程数据传输速率误差、丢包率控制和传输拥塞总时长均低于预设值,且吞吐率高于88%,由此说明优化设计系统的控制功能和运行性能均满足设计与应用要求。

    • 食品二氧化碳在线质量控制系统设计

      2022, 30(11):116-126.

      摘要 (844) HTML (0) PDF 4.24 M (919) 评论 (0) 收藏

      摘要:食品二氧化碳是碳酸类饮料重要的食品添加剂;在产品的生产过程中,质量受各种因素影响;如何在生产过程中高效控制产品质量是企业质量和效益平衡的重要因素;针对这种情况,设计了实时在线质量控制系统的硬件和软件方案;用阀切换气体来源,气体进入预处理后,再进入在线分析仪器中;分析后的数据由下位机采集,通过上位机软件分析处理并发送给集散控制系统,对设定值和反馈值比较,计算并调节参数,指挥和控制系统,调度生产运行;经过实验运行,结果表明,该系统在质量设定阈值内用PID控制,超过阈值用Fuzzy-PID 复合控制;工艺参数调节稳定可靠;当质量超出设定的报警参数后,系统能及时切换输出流路,防止不合格产品流入食品储罐,保证了产品的食品级质量,与此同时切换生产线,并启动再生进程;利用此系统可实现食品级二氧化碳生产的在线质量控制及质量溯源追踪。

    • 基于FPGA的裁切机步进电机控制算法设计

      2022, 30(11):127-132.

      摘要 (1306) HTML (0) PDF 2.31 M (987) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统加减速算法中减速点不易确定,为了确保在裁切机运动控制系统中加减速算法的实时性和准确性。对比分析常用的加减速算法,在分析传统的梯形加减速算法原理上,提出了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的改进梯形加减速算法,采用该算法实现了运动控制系统的设计,利用Vivado仿真系统进行仿真,搭建实验平台对算法进行验证。实验结果表明,改进的梯形加减速算法能够自动确定减速点的位置并达到实时性的要求,通过理想曲线与实际曲线的对比,可以看出电机实际运行速度曲线平滑,转速误差小。

    • 具有随机增益的电力系统弹性负荷频率H∞控制

      2022, 30(11):133-139.

      摘要 (868) HTML (0) PDF 1.09 M (901) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要:本文研究了一种弹性可靠的电力系统H∞负荷频率控制设计,用于具有外部负载扰动、随机执行器故障和随机增益波动的电力系统。不同于以往的工作,本文引入了独立的随机变量并利用其伯努利分布的特性表征了电力系统的执行器故障和增益波动。然后采用弹性控制策略、逆凸定理以及一种新的Lyapunov-Krasovskii泛函,基于一种弹性可靠比例积分型的负荷频率控制,提出了使电力系统的均方渐近稳定且具有指定H∞控制性能指标的充分条件,滤波器参数通过求解一组线性矩阵不等式得到。最后给出了仿真例子去证明本文的方法的优越性和可行性。仿真结果表明,与相似文献中已有结果相比,本文方法得到的H∞控制性能较好。

    • >设计与应用
    • 基于决策树挖掘算法的气象大数据云平台设计

      2022, 30(11):140-146.

      摘要 (879) HTML (0) PDF 2.67 M (1027) 评论 (0) 收藏

      摘要:大数据、云计算技术的迅猛发展为挖掘气象数据丰富的科研和经济价值提供了技术支撑,促进了Hadoop及其包含的文件存储系统(HDFS,Hadoop Distributed File System)和分布式计算模型在气象数据处理领域广泛应用。由于气象数据具有大数据的4V特征,还需要引入新的数据处理算法来提高气象数据处理效率。通过对决策树算法原理的研究,基于Hadoop云平台,创建随机森林模型,为数据挖掘算法在云平台上的应用提供一种新的可能性。基于决策树(CART,Classification And Regression Trees)挖掘算法的气象大数据云平台设计,采用Hadoop系统架构和MapReduce工作流程,对气象大数据云平台采用集群部署。平台总体架构分为基础设施层、数据管理与处理层、应用层,减少了决策树建立的时间,实现了气象数据高效加工和挖掘分析等平台功能。

    • 基于485总线的STM32远程固件更新与实现

      2022, 30(11):147-152.

      摘要 (822) HTML (0) PDF 2.15 M (952) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着STM32控制器的应用越来越广泛,对控制器的远程固件更新功能需求愈发强烈。利用在应用中编程(IAP)技术原理,以STM32F103控制器为例,设计了基于485总线的控制器固件在线更新的技术方案,编写了远程固件更新上位机控制软件,采用自定义串口传输通信协议提高固件数据传输过程中的有效性,实现了485总线上STM32控制器的远程固件更新功能。实践结果表明,该方案实现的远程固件更新,避免了拆装设备或设置跳线等步骤,节省了时间、人力成本,固件更新过程方便快捷、易于操控、可靠性高,可广泛应用于具备应用中编程的STM32控制器系统中。

    • 基于嵌入式平台的航拍目标智能识别

      2022, 30(11):153-160.

      摘要 (1085) HTML (0) PDF 1.99 M (912) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于多旋翼无人机实现目标识别具有成本低、灵活性高的优点,能够对近地低空目标进行高强度监测,在国防军事领域和民用领域具有巨大的应用前景;但无人机机载计算机常使用功耗小、重量轻、可靠性高的嵌入式设备,该类设备算力有限,难以实时运行现有深度学习目标识别算法,因此研究深度学习航拍小目标识别技术在嵌入式设备中实时运行有重要意义;基于YOLOv4设计了适用于无人机俯视小目标的轻量化网络,并基于BN层 系数对网络进行剪枝,采用了TensorRT对算法进行硬件加速;同时,制作了小型军用目标数据集,基于该数据集,在机载嵌入式运算平台上对原始YOLOv4算法和改进的算法分别进行了测试,改进算法与原YOLOv4相比,准确率提升了2.3%,速度提升了3.3倍。

    • 基于分离点信息的火箭残骸落点计算模型

      2022, 30(11):161-167.

      摘要 (1153) HTML (0) PDF 1.51 M (1249) 评论 (0) 收藏

      摘要:为预测某火箭残骸落点,需建立一套精确度高、快速高效、经济性好的落点计算模型;对残骸弹道特性进行分析后,基于火箭与残骸分离时的位置和速度信息,通过分段拟合的方式建立空气阻力系数与H、V的直接关系,较好的体现残骸在大气中的气动参数;运用动力学原理建立系列方程组,积分得到残骸运动轨迹数据;计算对比了绝对误差和相对误差并与其他类似模型进行了对照,证明该落点计算模型在精度、效率和经济性上处于较为均衡的位置,能够起到辅助发射指挥人员决策的效果。

    • 抗混叠滤波器对ECT系统性能的影响

      2022, 30(11):168-178.

      摘要 (761) HTML (0) PDF 4.42 M (946) 评论 (0) 收藏

      摘要:抗混叠滤波器已经广泛应用于电子仪器中。滤波器的截止频率和谐振系数是设计的两个主要参数,而另一个重要的参数,即动态响应的瞬态过程也需要考虑。然而,影响ECT系统数据采集速率的一个重要因素就是滤波器的时间延迟。因此,讨论了抗混叠滤波器的设计。通过理论分析、仿真和实验研究了LPF的阶跃响应,分别讨论了谐振因子、元件参数和LPF阶数对时延的影响,设计并测试了四阶抗混叠滤波器。实验结果表明:改进后的滤波器拥有更快的响应速度和较短的稳定时间。

    • 高速移动场景下的平稳宽带车载视频点播系统设计

      2022, 30(11):179-185.

      摘要 (780) HTML (0) PDF 2.08 M (859) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对列车乘客在接入路侧蜂窝移动网络时因多普勒效应而引起的带宽稳定性差的问题,设计了一种高速移动场景下的平稳宽带车载视频点播系统,用户可在手机客户端通过WiFi连接固定于车厢内的车载服务器以下载或上传本地视频资源;此设计中,通信两端均在车厢内部,处于相对静止状态,因此可有效避免多普勒效应;同时,使用了定向增益天线来增强信号在车厢窄长矩形区域的有效覆盖;最终,实验数据表明:该系统在30*10 m的室内场景下,移动终端访问的实时传输带宽基本在35 Mbps到56 Mbps之间且波动较小,可实现稳定流畅的视频服务。

    • 利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法

      2022, 30(11):186-191.

      摘要 (1031) HTML (0) PDF 2.42 M (992) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对隧道内缺失卫星导航信号以致人员车辆无法定位的问题,提出了一种利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法。模拟源伪卫星产生并播发虚拟轨道伪卫星信号,通过泄漏电缆向隧道内发送,接收采用虚拟中继定位算法,以减小卫星和泄漏电缆不在一条直线上的折线误差。解决了椭圆倾斜同步轨道的虚拟轨道伪卫星参数设计,导航电文产生,卫星到泄漏电缆激励点的信号模拟问题。引入了隧道与隧道口和卫星连线的空间夹角参数,构建了虚拟中继伪距观察方程,实现了虚拟中继定位算法。通过卫星导航接收机接收输出伪距和星历数据,进行二次定位解算,证明能达到亚米级定位精度。

    • 基于Q学习的水下滑翔机路径规划方法

      2022, 30(11):192-198.

      摘要 (842) HTML (0) PDF 2.72 M (926) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对水下滑翔机路径规划问题,提出了一种基于Q学习的水下滑翔机路径规划方法。考虑到水下滑翔机在执行一些特定任务时会提前给定俯仰角及深度参数,且航向角选择范围通常是几个离散角度值,本文针对典型的几种俯仰角情况分别设计了航向动作选择集,这避免了Q学习方法“维数爆炸”问题。根据水下滑翔机航程最短的目标和障碍物外部约束条件,设计了奖励函数与动作选择策略。相较于传统路径规划方法,本文提出的方法不需要提前知道环境信息,而是在学习过程中根据环境的反馈选择最优动作,因此该方法在不同的环境条件下有优良的迁移能力。仿真结果表明,该方法能在未知环境中为水下滑翔机规划出规避障碍且航程短的路径。

    • 基于ROS的大棚除草机器人设计

      2022, 30(11):199-203.

      摘要 (844) HTML (0) PDF 2.36 M (899) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决人工除草效率低下的问题,设计了一种基于ROS(Robot Operating System)的大棚除草机器人系统。以英伟达Jetson Xavier NX和STM32分别作为主控制器和从控制器,将激光雷达、深度相机和三轴陀螺仪/加速度传感器分别安装在除草机器人的正前方、顶层中部和底层中部,获取机器人行进路线周围的信息和机器人的姿态信息,然后进行分析、处理、3D建图和导航。主控制器与从控制器通过串口通信方式交互命令和数据,协同工作。从控制器通过PID控制算法控制除草机器人运动和机械臂动作进行喷药除草。实验结果表明,在正常的光线环境下,除草机器人能够以0.3m/s的速度进行喷药除草,除草效果良好,系统运行稳定。

    • 一种鲁棒的双耳声源方位角定位方法

      2022, 30(11):204-212.

      摘要 (778) HTML (0) PDF 2.46 M (891) 评论 (0) 收藏

      摘要:在噪声和混响的声学环境中,基于双耳时间差的声源方位角定位性能会严重降低。针对这个问题,提出了一种基于子带选择和DBSCAN的双耳声源定位算法,首先,采用 Gammatone 滤波器将双耳声源信号分解为若干个子带信号;其次,根据子带能量大小进行子带通道数压缩;然后,根据子带信噪比大小获取最优子带,降低无关子带干扰;接着将子带信号进行分帧,根据互相关算法获取峰值处的数据点;最后,引入DBSCAN算法消除噪声点的影响,获取最优数据点,从而根据ITD定位模型判断目标声源方位角,实验结果表明,该算法在复杂的声学环境中,相较于传统的互相关算法,可显著提高双耳声源方位角定位性能。

    • 基于随机森林的卫星快变遥测数据建模

      2022, 30(11):213-218.

      摘要 (1007) HTML (0) PDF 1.69 M (908) 评论 (0) 收藏

      摘要:现代卫星已逐渐成为国家重大基础设施,为了解其在轨运行状态,需要对遥测数据进行分析;其中快变遥测数据包含了大量卫星服务情况信息,对该数据进行基于机器学习算法的分析建模,可以更好利用特征维度高、数据量大的快变遥测数据,为人工智能在卫星数据建模、运维方面提供一种可能方案;提出一种基于随机森林算法对在轨卫星快变遥测数据进行建模的方法,并引入改进的二次网格搜索方法对模型参数进行调优;使用模型对某频点功率测量值进行预测,结果显示R2值达到0.98以上,预测值误差较小,建立了效果较好的快变遥测数据模型,为实现基于机器学习的快变遥测数据分析提供了一种可能的方案;

    • 利用组播及QoS技术对IPTV网络进行优化

      2022, 30(11):219-225.

      摘要 (781) HTML (0) PDF 1.90 M (892) 评论 (0) 收藏

      摘要:主要阐述了有关IPTV网络业务、组播协议、Qos协议和OPNET网络仿真软件的有关基础知识,同时阐述了在业务承载网中的IPTV网络的发展现状,研究IPTV可能出现的网络传输拥塞时的缺点,提出基于组播和QoS技术的IPTV承载网络组网方案。重点阐述了OPNET的模型层次与构建方式,并提出了OPNET网络模拟仿真的具体步骤,通过OPNET软件进行模拟仿真实验,仿真中,按照数据业务、IP语音业务、IPTV服务等三个类型,分别对网络发射数量、终端接收数据流量、网络时延值和网络抖动数值等进行测试仿真,同时对所收集的网络状态信息进行数据分析。通过仿真实验,可以发现在IPTV网络中使用Qos及组播,有效减轻业务网的流量负荷,减少传输时延,提高网络系统稳定性,从而保证了相关服务的顺利进行。

    • 基于深度Q网络和人工势场的移动机器人路径规划研究

      2022, 30(11):226-232.

      摘要 (998) HTML (0) PDF 1.91 M (847) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着移动机器人在各个领域的研究与发展,人们对移动机器人路径规划的能力提出了更高的要求;为了解决传统的深度Q网络算法在未知环境下,应用于自主移动机器人路径规划时存在的收敛速度慢、训练前期产生较大迭代空间、迭代的次数多等问题,在传统DQN算法初始化Q值时,加入人工势场法的引力势场来协助初始化环境先验信息,进而可以引导移动机器人向目标点运动,来减少算法在最初几轮探索中形成的大批无效迭代,进而减少迭代次数,加快收敛速度;在栅格地图环境中应用pytorch框架验证加入初始引力势场的改进DQN算法路径规划效果;仿真实验结果表明,改进算法能在产生较小的迭代空间且较少的迭代次数后,快速有效地规划出一条从起点到目标点的最优路径。

    • 基于混合蚁群优化的边缘计算细粒度任务调度方法

      2022, 30(11):233-239.

      摘要 (748) HTML (0) PDF 2.52 M (1055) 评论 (0) 收藏

      摘要:为缓解中心服务器的压力,制定合理的调度方案,基于混合蚁群优化算法提出了边缘计算细粒度任务调度方法。描述边缘计算任务调度问题,并设置假设条件,简化调度求解难度。通过计算任务的优先指数,按照从大到小的顺序排列后组成任务队列。分析边缘服务器性能特征,明确边缘服务器处理能力。构建能耗以及时延多目标函数,并设置约束条件,利用混合蚁群优化算法求解多目标函数,完成边缘计算细粒度任务调度方案设计。结果表明:该方法应用下的任务调度能耗和时延更小,说明所提方法性能更优,所获得的调度方案更合理。

    • 基于信号特征参数的复杂体制信号全脉冲数据动态生成技术

      2022, 30(11):240-245.

      摘要 (733) HTML (0) PDF 2.30 M (938) 评论 (0) 收藏

      摘要:全脉冲数据在电子侦察处理中具有重要价值,为逼真模拟电子侦察接收机在真实信号环境下接收的全脉冲数据,提出了一种复杂体制信号的全脉冲数据动态生成技术;该技术综合考虑了天线方向图、天线扫描方式、空间传输衰减、信号时频特性、信号到达时间、脉冲交错等因素对全脉冲数据产生的影响,可基于信号特征参数(载频类型、载频变化范围等)动态产生载频捷变、脉冲重复间隔参差等各类复杂体制信号的交错全脉冲数据流;测试和验证表明,该技术可适应各类复杂体制信号全脉冲数据流产生,具有逼真性高、适应性强、可扩展性强的优势。

    • 基于多传感器融合的全地形机器人系统设计

      2022, 30(11):246-250.

      摘要 (978) HTML (0) PDF 1.95 M (889) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对因强降雨、堤防溃决、暴雨增水等因素导致的水位突然上升而泛滥和山洪暴发,形成复杂多变灾后的地形环境。设计了以FPGA为控制器的多传感器融合机器人,提高灾后救援效率。该机器人通过GPS为机器人作业划定区域,生命特征仪、力矩仪和空气质量仪等传感器采集环境数据,搭建非线性全地形机器人动态模型,利用六轴陀螺仪和霍尔传感器获取机器人状态,数据经过扩展卡尔曼滤波算法融合以及航迹算法推算后,获得机器人在灾后环境中的实际信息,使得机器人能够按要求进行搜救作业。实验结果表面,多传感器融合的机器人系统,能够在灾后环境完成信息采集与传输,具有较高的稳定性及准确性。

    • 基于电力载波通信技术的智能小区抄表系统

      2022, 30(11):251-256.

      摘要 (868) HTML (0) PDF 1.89 M (956) 评论 (0) 收藏

      摘要:阶梯电价改革的背景下,智能小区电表的改造升级成为电力部门关注的焦点问题,提出了一种基于电力载波通信技术的智能小区抄表系统设计方案。该方案采用分布式的B/S模式,介绍了电力载波通信技术的工作原理,详细阐述了用户端的功率计量、电力载波通信和测控主机等硬件模块的设计原理、参数设置方法和关键技术,给出了各个模块的电路原理图和工作流程。详细阐述了上位PC机端的具体开发方案,给出了软件工作流程图和关键代码。工程测试证明:基于电力载波通信技术的智能小区抄表系统,能够达到计算阶梯电价、测控小区用户电力能源消耗的目的。

    • >试验与评价技术
    • 基于粒子群算法的SVM飞机空调系统状态评估

      2022, 30(11):257-264.

      摘要 (726) HTML (0) PDF 2.99 M (916) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞机空调系统对飞机和旅客都起着至关重要的作用,对飞机QAR(Quick Access Recorder)空调数据的健康评价进行预测,可以保证乘客和机组的飞行舒适性、安全性,以及电子电气设备工作的稳定性,避免机械故障导致的航班延误或取消。为提高空调系统状态监控SVM模型预测的准确度,提出了一种基于粒子群算法的SVM空调状态评估方法。通过实验结果可知,使用A320飞机空调系统状态监控收集的样本数据进行预测分析,提出的方法能够有效评估空调系统状态。

    • 基于历史数据分析的容器云安全风险评估方法

      2022, 30(11):265-271.

      摘要 (704) HTML (0) PDF 1.69 M (912) 评论 (0) 收藏

      摘要:容器云受到风险攻击会影响运维性能,无法有效保护内部存储的隐私数据安全。为了准确判断风险攻击类型,最大程度保证用户隐私数据安全,提出基于历史数据分析的容器云安全风险评估方法。根据云计算安全标准,对容器云风险等级进行分类;利用粗糙集算法挖掘容器云历史数据中的风险因素,获得风险因素归约集合;根据容器云的运行特点,通过德尔菲方法和决策隶属度矩阵计算安全风险权重。根据各风险间存在关联性,整合整体风险评估值,实现容器云安全风险评估。实验结果表明,该方法可以有效评估容器云安全风险,且评估结果较为准确,为用户保证隐私数据安全提供参考。

    • 基于动态时间弯曲的欠时间信息雷达精度评估方法

      2022, 30(11):272-278.

      摘要 (770) HTML (0) PDF 2.37 M (863) 评论 (0) 收藏

      摘要:测量精度是雷达核心系统指标之一,工程中对其进行准确评估有着重要意义;实际应用中在利用ADS-B数据进行精度评估时常因时间信息缺失、时间节拍不均匀等原因导致航迹点匹配误差增大,精度评估效果急剧下降甚至失效;针对上述问题对欠时间信息条件下精度评估问题进行了研究,采用了基于动态时间弯曲算法的雷达航迹点匹配技术,利用形状信息在时间信息缺失的情况下仍能实现航迹点精确匹配从而提升评估精度;考虑到实际应用中边界束缚与计算资源限制,一种预筛选与下界加速技术被提出;然后基于实际应用中序列高维序列信息采用联合度量方法进一步提高航迹点匹配精度;最后在实际测量数据上进行验证,经实验测试表明本方法在时间信息缺失的情况下也可准确评估雷达精度,计算速度快;算法扩展了ADS-B精度评估应用范围,具有广泛实用价值。

    • 动车组单车自动校线及耐压试验方法

      2022, 30(11):279-284.

      摘要 (805) HTML (0) PDF 2.02 M (910) 评论 (0) 收藏

      摘要:近些年随着动车组运行功能的不断提升和优化,车辆内部分布的电线电缆数量大量增加,接线测试点在校线、耐压试验环节人工测试付出的时间成本更多。为了避免人工失误影响产品质量,提高测试准确率,提高生产效率,使用自动化测试系统来替代人工试验。本文研制了动车组单车自动校线及耐压试验方法,测试可靠性高并能在不同动车组项目产品之间完成灵活转换,可缩短试验周期,提高测试效率,保障动车组生产的质量。

    • >智能仪器与传感技术
    • 风向传感器现场自动核查仪系统设计

      2022, 30(11):285-290.

      摘要 (717) HTML (0) PDF 2.02 M (924) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对格雷码式风向传感器的核查需求,尤其针对隐性故障较难排查的问题,设计了风向传感器现场自动核查仪系统。通过电源模块设计,实现电池供电,传感器直接接入即可检测,并且无需额外给传感器供电;通过格雷码点位检测(格雷码的每个点位都有高低电平变化、相邻2组的格雷码只变化1个点位和格雷码不同点位存在不同的高低电平交替出现的规律)和风向值检测(0°检测点读数正常、风向值依次变化规律和所有风向值都应出现)等方法,操作方法更简便且可更全面地排查故障。本系统通过了模拟故障测试和省市县相关气象部门的业务试用。结果表明,本系统便携易用,检测周期缩短到5秒,检测结果的输出清晰准确,能较好地满足风向传感器现场核查的业务要求。

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