• 2022年第30卷第7期文章目次
    全 选
    显示方式: |
    • >综述与评论
    • 基于EEG的脑机接口发展综述

      2022, 30(7):1-8.

      摘要 (1623) HTML (0) PDF 1.44 M (1233) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着无线传输、机器学习、人工智能等技术的进步,基于脑电图(EEG)的脑机接口(BCI)技术的研究相应增加,作为一种变革性的通讯和控制技术,脑机接口可以广泛地应用于康复医疗、游戏娱乐、军事应用、家居智能等领域,具备千亿级别的应用市场;综述了基于EEG的典型脑机接口范式,包括MI-BCI、P300-BCI、SSVEP-BCI等范式的基本原理、研究现状和典型应用场景,对各类范式的优缺点进行了评价,提出了当前研究中面临的技术和伦理等方面的风险挑战,并对其发展和应用前景作了展望。

    • 移动机器人路径规划算法综述

      2022, 30(7):9-19.

      摘要 (1780) HTML (0) PDF 1.87 M (1431) 评论 (0) 收藏

      摘要:路径规划算法是实现移动机器人自主导航的关键技术。针对移动机器人路径规划技术进行研究,分析各算法的实现机制与原理,并系统性的总结了主流路径规划算法研究现状。根据移动机器人路径规划算法的特点,将路径规划算法分为:传统规划算法、智能规划算法、基于采样的规划算法。基于以上分类,分述近年来的主要研究成果,重点分析各类算法的优缺点。针对移动机器人路径规划算法研究现状,对其未来研究方向进行展望,为移动机器人路径规划大发展提供一定的思路。

    • >测试与故障诊断
    • 有源相控阵天线测试通用平台设计与实现

      2022, 30(7):20-25.

      摘要 (1360) HTML (0) PDF 2.41 M (1218) 评论 (0) 收藏

      摘要:有源相控阵天线在完成装配之后要进行功能和性能测试,整个过程繁琐、复杂,并且不同架构的天线有不同的测试方法,现阶段天线测试系统多属于定制化研制。针对不同架构天线,提出通用化、标准化的测试硬件和构件化、模块化的软件平台,并基于某型雷达天线做了应用验证。结果表明天线测试通用平台相比于传统测试平台,测试精度基本一致,系统集成速度提升69%,软件复用率提升50%,开发人员能够快速、准确集成天线测试系统,使用人员能够使用标准天线测试流程提升测试效率,对有源相控雷达的研制具有重要意义。

    • 一种面向缺陷检测过程的警报自动确认方法

      2022, 30(7):26-34.

      摘要 (998) HTML (0) PDF 2.91 M (986) 评论 (0) 收藏

      摘要:静态分析工具能够一定程度上帮助开发者检测代码中的重要错误。然而,可扩展性和不可判定性的存在会影响这些工具的准确率,导致它们无法被用于更广泛的实践中。最近,研究人员开始利用人工智能的技术来提高这些工具的可使用性,通过将正确和错误的警报自动分类,以节省在软件开发过程中人工确认警报所需要的人力和时间的花费。传统的方法主要通过使用手工提取的特征来表示有缺陷的代码片段,难以抓住它们深层次的语义信息。为了克服传统方法的限制,设计并提出了一种创新的特征提取方法,通过收集并提取缺陷模式状态机实例状态转换过程中相关指令集所包含的细粒度的语法、语义信息,并将有效的深度学习框架与之相结合,从而实现跨工程的警报自动确认。在五个开源工程的警报数据集上实验,分别与基于传统度量元的自动确认方法比较,AUC指标提升幅度在1.83%-31.81%之间,表明该方法能够有效提升跨工程警报自动确认的表现。

    • 一种适用于POP工艺GNC模块的测试系统设计

      2022, 30(7):35-40.

      摘要 (1113) HTML (0) PDF 2.16 M (1025) 评论 (0) 收藏

      摘要:高可靠性POP工艺的GNC模块,创新采用了无框架结构,以三维互连为层规划准则,集成了信息处理组件和多种传感器,通过三维堆叠实现了立体互连,形成具有多种外设接口的正交立体集成结构的导航制导通信模块;由于其高集成度和小型化的特点而大大增加了测试难度;采用主从协同系统设计方法,构建了一种针对小型化航天电子产品的新型测试系统,测试系统硬件部分采用通用化、标准化设计,实现对产品在特殊环境条件下的测试;软件架构采用分层构件化设计,将单元测试和专项测试相结合,对产品各项功能和性能实行独立测试;经实际应用满足了对GNC产品的测试需求,该测试系统功能齐全,操作简单,利于总体维护及系统级调试,是对GNC模块可测性、可算性的巨大提升。

    • 基于LoRa技术的通用型环境监测节点低功耗设计

      2022, 30(7):41-48.

      摘要 (1125) HTML (0) PDF 3.27 M (1043) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对环境监测无线传感器网络节点兼容性不足、电池容量有限等问题,本文设计了一种基于LoRa技术的多传感器兼容型低功耗监测节点。节点底层提供丰富接口以及标准化封装,并采用结构体存储传感器操作信息、链表记录可读取的传感器,使节点兼容多种传感器,解决传感器适配问题。采用STM32L系列单片机和LoRa模块搭建硬件平台,提出一种应用于LoRaWAN的自适应功耗算法,通过合理配置各模块休眠状态、优化LoRa发送功耗和空传速度等方法,有效延长了节点寿命。实验结果表明,该节点具有良好的可扩展性和低功耗特性。本文的研究可为无线传感器网络节点在智慧农业、智慧城市等领域的推广应用提供一定的理论方法和技术支持。

    • 基于单目视觉和扭摆法原理的刚体转动惯量测量技术研究

      2022, 30(7):49-55.

      摘要 (1209) HTML (0) PDF 1.89 M (1089) 评论 (0) 收藏

      摘要:在扭振法转动惯量测量中通常忽略系统阻尼对计算结果的影响,从而导致测量误差,针对此问题提出了一种融合视觉检测技术和扭振法基本原理的刚体转动惯量测量方法。该方法通过高帧率的工业相机捕获被测物体的扭振轨迹图像,经过高斯模糊、二值化和Canny边缘算法等处理后提取出图像特征,根据物像坐标转换关系计算每帧图像对应被测物的扭摆角θ,得到扭摆角-时间曲线。由该曲线得到扭振周期T和阻尼比ζ,再根据转动惯量与扭振周期、阻尼比之间的数学模型,最终得到被测刚体的转动惯量值。实验结果表明,该方法能够准确识别扭振阻尼,实现转动惯量的精确测量,在0-5×10-3 kg·m2范围内,单次测量误差的绝对值不超过2.51×10-5 kg·m2,标准差优于1.80×10-5 kg·m2。

    • 基于ZigBee的养老院老人体征监测系统设计

      2022, 30(7):56-61.

      摘要 (1203) HTML (0) PDF 1.84 M (1125) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着我国老年化速度的加快,对老年人养老问题被社会广泛关注和重视。智慧养老被广泛应用于养老院,但目前无法实时监测每一位老年人的体征健康状况。为解决上述问题,设计了一种基于ZigBee的老年人体征监测系统。该系统分为主要分为三个模块数据采集,网络传输和应用分析。系统设计中采用便携式的心电传感器、呼吸波传感器、体温传感器和心率传感器实现对老年人体征数据的采集,采集到的数据通过ZigBee无线传感器网络传输到服务器,再由应用软件与算法对数据进行分析管理,从而保证了老年人在养老院的体征信息被实时监控。实验结果表明,系统设计的终端与各种传感器的数据采集、传输、分析等各模块的功能都被实现,且系统对采集到的信息进行分析预测其老人的健康状况,且预测评估指标RMSE为0.0371。实现了对老年人身体健康的实时监测,有效保护了老年人的健康问题。

    • 机场不正常事件实体检测与识别方法研究

      2022, 30(7):62-69.

      摘要 (1070) HTML (0) PDF 2.92 M (1012) 评论 (0) 收藏

      摘要:民航安全自愿报告系统收集的海量故障报告以非结构化文本形式存储,不便于相关人员针对大量不正常事件加以分析并采取控制措施;命名实体识别技术可以将海量非结构化文本中的关键要素进行检测和识别,抽取成类别分明的结构化信息,作为进一步分析不正常事件并加以控制的基础工作;将机场不正常事件报告作为研究对象,提出了一种基于神经网络的中文命名实体识别模型,对文本进行了结构化处理;针对随机选用的训练样本一些实体类别分布比较稀疏和人工标注费时费力的问题,提出了基于模型预测分数的样本选择策略,实现了预标注样本的高效筛选;经过实验验证,该模型与BiLSTM_CRF模型、BiLSTM_self-attention_CRF模型相比F1值均提高了约6个百分点,该样本选择策略明显提高了人工标注效率,筛选出足够多的含有稀疏实体的样本。

    • 基于NB-IoT的农业灌溉水渠远程监测系统设计

      2022, 30(7):70-77.

      摘要 (1197) HTML (0) PDF 2.91 M (1079) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足农田信息采集与智能水利检测技术的发展,进一步优化现有的智能监测水渠水利系统,设计了一套基于NB-IoT的农业灌溉水渠远程监测系统,系统包含监测节点、NB-IoT通信模块和远程服务器三部分。监测节点采用STM32F103RCT6为微控制器,定点采集所在位置的农田信息与灌溉水渠信息,并通过NB-IoT通信模块发送至远程服务器。远程服务器一方面解析接收的参数信息,实现数据显示与地图定位等功能,另一方面将接收的参数信息保存至TXT文件中,便于后续数据分析与历史查询等操作。在远程服务器设置参数阈值信息,可以反馈至监测节点完成预警判断与远程报警。测试结果表明:监测节点以3小时为时间间隔进行一次参数采集,参数信息到达远程服务器的时间差控制在80 ms以内,地图显示的定位误差在2 m以内,达到了系统设计的参数要求,为水渠水力智能化监测提供了有力保障。

    • 基于自适应滤波的民航导航通信干扰检测系统设计

      2022, 30(7):78-83.

      摘要 (1027) HTML (0) PDF 2.14 M (999) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前使用的民航导航通信干扰检测系统受到背景噪声与电磁干扰信号重叠影响,导致干扰检测结果不精准的问题,提出了基于自适应滤波的民航导航通信干扰检测系统设计。使用多信道检测接收机,将接收结果经过PCI接口传送给上位机。使用测向天线阵,捕获来自其他天线阵元的信号幅值、相位。使用由三个垂直磁阻传感器组成的电子罗盘,测量X、Y、Z方向的电磁干扰,经过A/D转换器放大处理和主机检测后,完成硬件结构设计。计算系统输出结果,结合自适应滤波处理技术,整理自适应滤波的加权矢量,彻底分离开噪声信号与电磁信号,避免噪声干扰。计算相位差,并对其进行矢量化处理,获取多组载波相位差,确定干扰信号的数值和方向,完成通信干扰检测。由实验结果可知,该系统在同频干扰、临频干扰情况下,信号波动的-0.2-0.4和-0.8-0.7幅值均与实际干扰信号波动幅值一致,具有精准检测结果。

    • 基于LSTM网络的综合射频模块温度的预测研究

      2022, 30(7):84-90.

      摘要 (1179) HTML (0) PDF 2.53 M (999) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电子产品及集成电路的快速发展,其电子产品的故障预测研究引起了高度重视,但准确预测其使用寿命难度还是很大,目前针对电子产品主要采用状态监控和健康管理,从而实现状态的预测。以此为出发点,构建综合射频模块温度的状态预测模型,该预测模型首先将设备的时域特征数据转换为有监督的样本数据集,然后建立原始参数集、预测模型的训练集和测试集,接着建立LSTM深度学习网络结构,进行参数调整设置并运行模型,最后获得预测值和观测值的误差曲线。采用该方法在某典型任务场景中进行了应用验证,获得综合射频模块的温度预测的准确度为98.7%,达到了较好的预测效果和精度。

    • 基于时域测试的传导骚扰分析系统

      2022, 30(7):91-96.

      摘要 (1157) HTML (0) PDF 2.34 M (1037) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文实现了一套系统用于实现基于时域测试的传导骚扰分析系统,通过数据采集硬件系统设计、数据采集分析软件设计等组成一套测试分析系统,成功实现对主回路、辅助回路、网络系统回路、车载信号系统回路等的同步测试,获得了电磁干扰频谱特性,对电磁干扰传递路径进行了分析。

    • 杂波背景下慢动目标多特征融合检测系统设计

      2022, 30(7):97-103.

      摘要 (1160) HTML (0) PDF 2.00 M (1020) 评论 (0) 收藏

      摘要:杂波背景中的干扰因素众多,导致慢动目标检测精度低、效率差,提出了一种多特征融合检测系统设计方案。硬件部分由预处理模块、模数转换模块和DSP模块三部分组成,利用有源低通滤波抑制了高频噪声的干扰,通过DSP实现对其他模块的有效控制;软件部分由多特征融合检测模块、通信接口模块以及存储模块构成,将包含慢动目标的原始图像划分为若干个子区域,并确定每个子区域的CLBP直方图和色调直方图,与背景模型进行相似性匹配,实现慢动目标多特征融合检测;通过USB接口将检测结果传送至存储模块中,完成检测结果的存储。系统性能测试实验结果表明,设计系统可在花费最少时间的前提下,得到精度最高的杂波背景下慢动目标检测结果。

    • 基于特征知识库的动漫视频暴力场景检测方法

      2022, 30(7):104-109.

      摘要 (1063) HTML (0) PDF 1.72 M (994) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对海量动漫视频剪辑中可能包含不符合观众认知或接收程度的内容,为观众带来不愉快体验的问题,提出了基于知识库的卡通视频暴力场景检测方法。首先,利用低级特征(RBG颜色、亮度、色调)开发连续函数,进行场景中镜头边界识别;然后,利用运动信息,计算视频帧中的运动。接着,使用空间信息和运动信息进行分割处理,并使用欧氏距离方法进行对象识别;最后,利用包含所有常见物品、卡通角色及其视觉特征和行为特征的知识库,计算场景的暴力概率。实验结果表明,该系统能够成功检测到卡通视频中的暴力场景。

    • 输电线路放线滑车施工过程监测系统设计与实现

      2022, 30(7):110-115.

      摘要 (1225) HTML (0) PDF 2.23 M (1031) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对张力放线施工过程中放线滑车的监测及分析需求,设计了放线滑车的监测系统,采用基于传感器信息智能融合技术的多参量监测装置,集成空间姿态、载荷等参量传感监测单元,实现包括放线滑车的三轴姿态角度、空间位置及载荷信息等多参量的数据实时采集和传输。结合放线施工计算方法,提出了放线滑车的空间姿态角度计算方法,可通过不同阶段的牵引绳、导线运行状态,获得放线滑车载荷、空间姿态角变化的计算结果,并在系统中与监测数据进行对比分析,实现施工过程的实时预警。通过输电线路工程中的验证试验,测量数据与计算数据相对误差小,验证了监测系统的有效性和准确性。放线滑车监测系统可为张力放线施工过程的安全性提供技术保障。

    • 基于物联网技术的货车载荷实时监测系统设计

      2022, 30(7):116-122.

      摘要 (1156) HTML (0) PDF 2.99 M (1048) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前货车载荷监测主要依靠固定式称重的现状,设计了一种基于物联网技术的货车载荷实时监测系统。系统以嵌入式系统和多传感器融合算法为核心,由信号采集,信号处理与传输,云服务器等单元组成。采用主控芯片STM32F105RCT6和电阻式应变片传感器,实现数据采集与数据处理;处理后的信息通过无线通信模块发送至云端,云端服务器利用神经网络技术对所得到的数据进行拟合处理,实现了用户在远程情况下对货车的载重量进行实时的监测与管控。实验测试证明,本系统能够准确,高效地采集到货车载荷量,并且所测货车载荷量的精度在2.75%以内,无线传输效果稳定,并能将载荷数据实时上传至云平台,反馈于用户。本系统综合运用了智能传感器、物联网和云计算等技术,具有实时强、精度高、装配便捷等特点。

    • >控制技术
    • 基于扩张状态观测器的发动机转速双闭环自适应控制系统设计

      2022, 30(7):123-128.

      摘要 (1205) HTML (0) PDF 1.62 M (1070) 评论 (0) 收藏

      摘要:为较好控制发动机设备的实时转速水平,使其在不同压力水平下均能呈现理想化工作状态,设计基于扩张状态观测器的发动机转速双闭环自适应控制系统。根据双闭环电路的集成形式,连接发动机控制器与自适应传感器,利用隔离驱动芯片,更改观测器驱动管的作用频率周期,完成自适应控制系统的硬件执行环境搭建。在此基础上,深入分析扩张状态观测器的内部结构,以微分跟踪器作为切入点,选取关键的ESO参数,再借助扰动补偿向量,完成对扩张状态观测器的频域参数配置,联合相关硬件应用设备,实现基于扩张状态观测器的发动机转速双闭环自适应控制系统设计。实验结果表明,在扩张状态观测器作用下,发动机元件在不同压力水平下的实时转速水平均能得到有效控制,可使发动机设备保持较长时间的稳定工作状态。

    • 基于高阶滑模的自适应Super-Twisting控制系统设计

      2022, 30(7):129-134.

      摘要 (1096) HTML (0) PDF 1.95 M (1008) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前设计的自适应Super-Twisting控制系统由于不具备抖振情况感知能力,导致响应时间过长,控制精度较低。为了解决上述问题,基于高阶滑模设计了一种新的自适应Super-Twisting控制系统。系统硬件由采集模块、存储模块、控制模块、电路模块组成。采集模块利用AD8036采集器,主要负责采集Super-Twisting的控制参数,并对控制信号进行调理,存储模块选择TDB7659存储器,主要负责存储由采集模块采集的控制参数数据,控制模块是控制系统的核心,主要由微控制器、D/A转换器单元、信号输入通道、输出通道、电源单元组成,控制系统的电路主要负责为各个模块提供所需的电压。引入高阶滑模理论,通过主程序完成系统初始化、设计Super-Twisting 控制器、实现自适应Super-Twisting控制。实验结果表明,设计的基于高阶滑模的自适应Super-Twisting控制系统能够精准地感知抖振情况,缩短响应时间,提高控制精度。

    • 基于BPPID的疏浚管道稳定流速控制

      2022, 30(7):135-140.

      摘要 (979) HTML (0) PDF 2.13 M (1028) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对疏浚船管道输送过程中泥浆管道流速难以控制,容易造成较大的功耗、磨损甚至会堵管、爆管等风险,本文以疏浚泥泵管道输送实验台为研究对象,提出一种基于BP神经网络的PID控制器,对管道输送流速进行稳定控制。在采用系统辨识方法对实验台进行建模的基础上,将BPPID与传统PID控制器进行仿真对比分析并利用模型实验台分别进行了流速阶跃变化和流速跟踪实验。实验结果表明BPPID控制对突变工况具有自适应自学习能力,为实际挖泥船输泥管道的稳定流速提供借鉴。

    • 基于双阶段网络模型的改进多变量广义预测控制

      2022, 30(7):141-147.

      摘要 (1159) HTML (0) PDF 1.61 M (1029) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多变量非线性时滞系统存在多变量间复杂的耦合情况,多输入多输出系统转化为多个多输入单输出系统,并构建多变量双阶段神经网络时滞预测模型。在考虑耦合关系的基础上,将改进比例性能指标型广义预测控制器引入到多变量系统中。该控制器含有预测控制增量表征系统未来变化趋势,将其作为当前控制量的补偿,优化控制性能。通过300MW单元机W型火焰直吹式燃煤锅炉系统的仿真研究验证了控制方案的有效性。

    • 基于JAVA技术平台的气动轻量机械臂伺服控制系统设计

      2022, 30(7):148-153.

      摘要 (1032) HTML (0) PDF 1.54 M (1034) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前设计的气动轻量机械臂伺服控制系统存在控制稳定性较差、控制效果不理想,无法应对外界环境的变化等问题。设计了基于JAVA技术平台的气动轻量机械臂伺服控制系统。系统硬件主要设计了电机模型、关节双闭环控制器、速度环、位置环。确定直流电机等效电路,分析电机常数,调整机械臂灵敏度,确保电机正常运行。设置关节双闭环控制器,通过PCI1711数据传输器传输数据,速度环以PI控制为基础。调节带宽比例项,采用微分控制法增加系统阻尼,消除局部静差,在位置环外环上串联一个适当比例的校正环节,以抵消系统主回路中的局部静差。设计数据采集器,实现信息转换和读取,通过数据处理器、微控制器和串行通信模块,设计数据处理单元,保证数据处理效率和精度。系统软件利用JAVA平台实现补偿控制,建立机械臂模型控制机械臂运动,根据采集的图像,提取目标物体的显著性特征,并在数据库中进行特征匹配,从而实现高精度、高效率的目标物体识别。实验结果表明,设计的基于JAVA技术平台的气动轻量机械臂伺服控制系统具有较好的控制稳定性和控制效果,能够更好地适应外界环境变化,完成抓取动作。

    • 基于关联规则挖掘的全向轮移动机器人目标跟踪控制系统设计

      2022, 30(7):154-159.

      摘要 (1112) HTML (0) PDF 1.73 M (1007) 评论 (0) 收藏

      摘要:为使全向轮机器人在移动过程中所捕获到的目标对象能够完全符合理想目标设定条件,准确追踪目标节点的运动行为,设计基于关联规则挖掘的全向轮移动机器人目标跟踪控制系统。根据CAN主控框架的部署形式,按需连接核心管控电路与I/O跟踪模块,分别以转向控制器、速度控制器为例,完善全向轮控制结构的物理作用能力,实现机器人目标跟踪控制系统的应用结构部件设计。在此基础上,定义频繁项集合,按照具体的关联规则特征描述结果,确定挖掘程序指令的执行能力,得到准确的关联离散度指标计算结果,实现控制系统的关联规则挖掘,再联合相关硬件设备结构,完成基于关联规则挖掘的全向轮移动机器人目标跟踪控制系统设计。分析对比实验结果可知,随着关联规则挖掘控制系统的应用,全向轮机器人在移动过程中所捕获到的目标对象能够将理想目标完全包含在内,可以辅助全向轮移动机器人更加准确地追踪目标节点的运动行为,符合实际应用需求。

    • 基于并行干扰抵消的5G通信信道传输控制系统设计

      2022, 30(7):160-165.

      摘要 (986) HTML (0) PDF 1.45 M (975) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决5G通信信号的连接超时问题,使其在单帧、多帧、连续帧情况下,均能呈现出较为流畅的传输状态,设计基于并行干扰抵消的5G通信信道传输控制系统。联合主电源模块与通信信号采集模块,并将输出控制结构、数据处理结构接入电源平台的既定控制节点之中,完成5G通信信道传输控制系统的功能方案设计。在此基础上,分析5G通信信道内的信号传输环境,通过设置并行干扰抵消检测器的方式,得到残余多址信息的表达结果,完成基于并行干扰抵消的5G通信信道配置。根据干扰方差计算表达式,确定5G通信信号的传输误码率水平,实现对系统控制指令的分析与研究,结合相关硬件设备结构,完成基于并行干扰抵消的5G通信信道传输控制系统设计。实验结果显示,与动态无线控制系统相比,在并行干扰抵消算法作用下,5G通信信号在单帧、多帧、连续帧情况下的连接时长均能得到较好控制,这对于信号参量的流畅传输能够起到一定的促进性影响作用。

    • >测试软件工程
    • 基于虚拟仪器的航天器外热流软件设计

      2022, 30(7):166-172.

      摘要 (1007) HTML (0) PDF 3.63 M (1028) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的航天器外热流测控系统处理大数据能力差,控制周期过长,控制精度差,程序维护性差,故障定位处理机制匮乏。为了解决上述问题,开发了一种基于虚拟仪器的航天器真空热试验外热流软件系统,使用了多线程低耦合的队列处理框架,采用了自顶向下逐步细化的软件整体分层设计,将各个功能独立模块化编写,方便开发人员并行开发,便捷的应对程控电源,温度采集设备更新所带来的软件维护需求,新增故障处理机制,迅速定位并自动修复故障,保证了试验长期运行的稳定性。软件同时具备试验数据管理、报表生成等功能,温度误差范围为±0.4 ℃,具有较高工程应用价值。

    • >设计与应用
    • 实时彩色图像自适应中值滤波算法的FPGA实现

      2022, 30(7):173-180.

      摘要 (1144) HTML (0) PDF 3.45 M (1029) 评论 (0) 收藏

      摘要:图像在采集、压缩、传输和接收的过程中,会受到脉冲噪声的影响,给后续的边缘检测、图像分割或目标识别等造成干扰。传统中值滤波将图像的RGB分量转为YCBCR分量进行滤波,该转换方法会损失一定的色度信息,且未将彩色信息完全分离,导致滤波后的图像产生色彩偏移。针对上述问题,利用HSI彩色空间中的I和S色彩分量对椒盐噪声进行检测,并通过自适应中值滤波将椒盐噪声滤除,图像还原度更高;利用FPGA对算法进行了硬件加速,在xc7a100tfgg484-2芯片上运行频率达222MHz,可实现2k@60Hz视频的实时处理。

    • 基于机载计算机的无人机智能巡检方案

      2022, 30(7):181-186.

      摘要 (1155) HTML (0) PDF 2.07 M (983) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着无人机飞行制造技术的不断发展,传统人力巡检在一些领域已逐渐被无人机巡检所取代,相关领域已涉及到森林虫害、电力巡检、工地安全、渔政执法等。针对目前无人机巡检中对巡检目标的实时检测、结果的实时传输以及巡检飞行的智能操控需求,设计了一种基于机载计算机的无人机智能巡检方案。通过机载计算机取代传统方案的移动图形工作站,并结合轻量化网络对检测模型进行轻量化改进,实现无人机检测端直接进行边缘计算。然后通过优化机载端与APP的传输方案以及设计云端远程巡检控制方案,实现无人机的机载端实时自动回传检测结果,并上传至云平台。实验表明,该方案无需移动端复杂操控,可实现远程下发巡检任务指令并实时接收检测结果,达到远端人员可快速精准响应的目的。

    • 基于IIR抗混叠干扰滤波器的相干跳频同步技术研究

      2022, 30(7):187-193.

      摘要 (1150) HTML (0) PDF 2.74 M (1022) 评论 (0) 收藏

      摘要:无线通信波形设计中,扩频通信是常用的抗干扰设计体制。其中,相干跳频波形因为具有更好的抗干扰性能而受到广泛研究,相干跳频波形的抗干扰性能也与抗干扰滤波器的性能成正相关。受限于传统的FPGA资源和AD采样率,相干跳频波形研究方法是结合射频前端多频点下变频+软件无线电平台窄带同步的设计与实现架构,本文采取射频前端全带宽采样+软件无线电平台宽带同步的设计与实现架构。抗干扰滤波器通常设计基于FIR的低通滤波器结构,但是相比于IIR滤波器,其资源占用高。本文提出基于IIR的低通滤波器结构和作为抗干扰滤波器,采用相位非线性补偿,确保施加不同干扰情况下相干跳频波形的抗干扰性能保持不变。

    • 基于三维注意力机制的车辆重识别算法

      2022, 30(7):194-200.

      摘要 (1087) HTML (0) PDF 2.41 M (1032) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决套牌车识别难度大的问题,利用深度学习的技术,基于ResNet-50,结合通道注意力机制和位置注意力机制,设计了一种三维注意力机制对近似车辆进行精确识别;当前大部分注意力算法都关注于一维的通道注意力和二维的位置注意力,而处理的图像是三维的,这些注意力机制不能将注意力集中在所有需要关注的区域,造成部分关键信息遗失;该三维注意力机制在多种视觉任务下均有很好的效果,在Cifar100数据集上,相比SENet有1.12%的提升,在PKU VehicleID数据集上,相比SENet平均有2%的提升。

    • 一种最小化安全多方计算任务的方法

      2022, 30(7):201-206.

      摘要 (1381) HTML (0) PDF 1.11 M (1054) 评论 (0) 收藏

      摘要:安全多方计算(Secure multi-party computation:MPC)允许在不公开各参与方私有数据的情况下完成联合计算。然而,现有的计算任务往往涉及到多方海量数据集的分析与处理,使得MPC的实际可用性显著降低。提高MPC数据处理体量,是目前研究的主要方向之一。为提高MPC处理大规模数据的能力,将MPC算法与数据并行分析框架相结合,基于最小化多方计算任务的思想,提出安全多方计算效率优化技术。创建算法的有向无环图,标注MPC节点及非MPC节点,采用静态分析、查询重写转换和分区启发式等技术,最小化MPC计算量,提高计算的并发程度。以多方线性回归为例,讨论适应大数据分析的安全多方计算技术。实验结果表明提出的安全多方计算优化技术在确保计算精度的条件下能够显著降低计算耗时。算法提高了系统的效率,增强了MPC的实用能力。

    • 基于PSO-ELM算法的红外目标模拟器校准数据拟合方法研究

      2022, 30(7):207-212.

      摘要 (1062) HTML (0) PDF 1.93 M (1004) 评论 (0) 收藏

      摘要:提高红外目标模拟器校准数据的拟合精度,对于红外目标的辐射照度等辐射特性的测量有着重要意义;针对校准数据具有很强的非线性,传统的拟合算法精度不高的问题,引入一种基于粒子群算法优化的极限学习机算法(PSO-ELM),以标准黑体辐射温度作为输入因子,以MCT探测器实际测量出的辐射照度作为输出因子,建立PSO-ELM模型,利用粒子群算法(PSO)对连接隐藏神经元和输入层的权值和隐藏神经元阈值进行优化,拟合出输入参数和输出参数之间的非线性关系;这两个参数的优化提高了极限学习机算法(ELM)的性能,该方法的主要优点是具有较强的容错性、较好的对复杂非线性数据处理性能和ELM算法参数设置上的优化机制;通过与GA-ELM模型、ELM模型进行对,验证了与传统数据拟合方法相比,基于PSO-ELM的方法拟合精度有了很大提高,为红外目标模拟器校准数据拟合提供了新的方法。

    • 基于以太网传输的图像处理系统设计及FPGA实现

      2022, 30(7):213-218.

      摘要 (1050) HTML (0) PDF 2.10 M (1024) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保存经过采集和处理后的图像,并且确保传输图像的实时性和高效性,设计了一种远距离、高效率传输存储系统,该系统的FPGA主控芯片是Altera公司研发的Cyclone IV E系列,通过以太网中的UDP协议实现图像数据的传输。首先,通过摄像头OV5640进行图像数据的采集;其次,把采集到的数据进行图像预处理;然后,把处理后的图像通过SDRAM进行缓存;最后,通过网线利用UDP传输协议传输到上位机上进行保存。该方法适用于数据传输量大、传输距离远以及传输效率高等要求,并且能够实时的保存处理后的图像数据,为后续的处理奠定了基础。

    • 基于传统图像处理算法和YOLOv4的水位识别方法研究

      2022, 30(7):219-225.

      摘要 (1101) HTML (0) PDF 2.20 M (986) 评论 (0) 收藏

      摘要:水位监测是水利建设的重点问题,为及时掌握水情、预防洪涝灾害,提出了一种智能图像水位识别系统解决方案。对多种情况下的水尺图片利用传统图像算法进行图像预处理后,使用基于YOLOv4的深度学习水位识别算法,对采集的图像进行训练,实现水位自动识别。实验结果表明,基于YOLOv4的深度学习水位识别算法能够有效的通过水尺图像读取当前的水位,算法误差仅在1~2cm左右,符合工程水位监测误差要求。

    • 高速飞行器低空级间分离时统方案研究

      2022, 30(7):226-232.

      摘要 (1027) HTML (0) PDF 2.21 M (1015) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞行器与助推火箭在低空、高速环境下同时执行整流罩抛罩与级间分离时,高动压造成干扰流场建立时间短、气动干扰力大、飞行器姿态角变化迅速,导致飞行器与火箭分离后维持姿态稳定可控的时间窗口仅有数十毫秒,火箭在级间分离时刻需要向飞行器发送高精度时统指令,以保证飞行器在可控的时间窗口内起控;基于异步RS-422通信时统指令与分离连接器短路环时统指令,设计了冗余的高精度级间分离时统方案,并在422时统指令中加入纠错标志以解决通信误码或丢帧引起的时统误差问题,相较常规的行程开关或短路环时统装置具有更高的时统精度、更强的容错能力与可测试性;通过地面试验与飞行试验,验证了时统方案满足时统精度要求。

    • 基于并行-交替式双向JPS算法的机器人路径规划

      2022, 30(7):233-239.

      摘要 (1224) HTML (0) PDF 1.53 M (1059) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对跳点搜索(Jump Point Search,JPS)算法在障碍物位置随机的栅格地图中路径规划时间较长的问题,提出了并行-交替式双向跳点搜索(Parallel Alternate Bidirectional Jump Point Search,PA-BJPS)算法。首先,在起始点与目标点间确定一个中心热点区域;其次,采用改进了预计代价函数的并行式双向跳点搜索算法,分别规划从起始点抵达中心热点区域以及目标点抵达中心热点区域的路径;然后,采用交替式双向跳点搜索算法,规划中心热点区域内部的路径;最后,提出迭代式路径修正方法来改良危险路径,并采用3次B-样条曲线替代拐角来平滑路径。仿真结果表明,并行-交替式双向跳点搜索算法有效地缩短了路径规划时间,同时提高了路径的安全性和平滑性。

    • 基于PICMG2.16的数据获取系统设计

      2022, 30(7):240-245.

      摘要 (1134) HTML (0) PDF 2.63 M (963) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对地震勘探高同步性、大数据量和连续采集的要求,设计了一种基于PICMG2.16的地震数据获取系统。系统采用基于PICMG2.16的CPCI背板结构,使用星形同步网络及高速差分信号传输,实现了系统级的同步控制以及地震数据的高速采集传输等功能,单箱体能够支持24条缆的地震数据获取;通过星形的同步控制和数据处理方式,实现了地震数据的连续采集。重点介绍了系统的架构设计、硬件设计、同步设计、以及地震数据连续采集的实现方案。与水下系统的联合测试结果表明,数据获取系统满足海上地震勘探的同步控制及高速数据采集和处理的要求。

    • 激光飞秒手势识别算法建模及其简易导航微系统实现

      2022, 30(7):246-254.

      摘要 (1199) HTML (0) PDF 3.44 M (998) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决演示场合展示办公应用的高性价比手势导航产品系统的需求,提出并阐述了基于高性能的激光飞秒测距传感和人工智能深度学习自适应进行手势识别的算法模型,做到了准确可靠、工效卓著和低成本,有力的突破了现有传统手势识别的局限。以此激光飞秒手势识别为核心,结合Lora短距离无线传输、WinUSB便捷接口和视窗控制软件处理的组合优势,独辟蹊径,实现了高性价比的简易导航微产品系统,使手势识别走向大众化常规应用,达到了教学、论坛、会展、会议等演示办公廉价便捷运用的期求。

    • 基于决策的目标检测器黑盒对抗攻击方法

      2022, 30(7):255-260.

      摘要 (1646) HTML (0) PDF 1.87 M (965) 评论 (0) 收藏

      摘要:深度神经网络在目标检测领域有大量的应用已经落地,然而由于深度神经网络本身存在不可解释性等技术上的不足,导致其容易受到外界的干扰而失效,充分研究对抗攻击方法有助于挖掘深度神经网络易失效的原因以提升其鲁棒性。目前大多数对抗攻击方法都需要使用模型的梯度信息或模型输出的置信度信息,而工业界应用的目标检测器通常不会完全公开其内部信息和置信度信息,导致现有的白盒攻击方法不再适用。为了提升工业目标检测器的鲁棒性,提出一种基于决策的目标检测器黑盒对抗攻击方法,其特点是不需要使用模型的梯度信息和置信度信息,仅利用目标检测器输出的检测框位置信息,策略是从使目标检测器定位错误的角度进行攻击,通过沿着对抗边界进行迭代搜索的方法寻找最优对抗样本从而实现高效的攻击。实验结果表明所提出的方法使典型目标检测器Faster R-CNN在VOC2012数据集上的mAR从0.636降低到0.131,mAP从0.801降低到0.071,有效降低了目标检测器的检测能力,成功实现了针对目标检测器的黑盒攻击。

    • 基于VMD的相控阵超声信号降噪方法研究

      2022, 30(7):261-266.

      摘要 (1182) HTML (0) PDF 2.32 M (991) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对超声检测在钢板板边和轮对可能存在漏检的问题,采用相控阵超声检测技术对钢板板边裂纹缺陷和轮对孔缺陷进行成像检测;针对钢板和轮对缺陷散射信号信噪比低的问题,提出了一种参数优化的变分模态分解(VMD)算法,避免了人为主观影响,通过选择对应频带的本征模态函数(IMF)分量表征原始信号特征,并通过比较VMD分解后各本征模态函数(IMF)分量与原始信号的信噪比与均方根误差来评价(VMD)算法的效果,最终实现缺陷成像检测。实验结果表明:与原始信号相比,该方法处理后的缺陷信号具有较好的保真度,信噪比与平滑度,均方根误差降低,不易出现模态混叠现象,有良好的分解效果。处理后成像结果更为清晰,缺陷的大小、位置及形状都能够完整展示出来,可以实现孔缺陷和裂纹缺陷的定位检测。

    • 基于5G切片和优先级的流量隔离性能研究

      2022, 30(7):267-272.

      摘要 (980) HTML (0) PDF 2.49 M (966) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着基于3GPP标准的关键任务(MC)移动宽带技术的部署,可为公共保护和救灾提供宽带通信能力。常见方法是在公共移动网络上提供MC服务和商业流量(CO),并使用优先级机制来保护拥塞情况下的MC连接。然而,这种方法在特定单元中的MC流量激增前,商业流量不受保护,因为所有资源都将被分配来服务于这种流量。在此背景下,提出了一种稳定性较好的多路MC和具有拥塞保护的商业服务的解决方案,该解决方案是基于5G网络切片特性。本文主要描述了在结合优先级的基础上如何在5G无线电接入网(RAN)中参数化不同的切片以及支持无线电资源分配的底层无线电资源管理(RRM)功能的操作从而为每种类型的服务建立无线电负载保证。通过MATLAB仿真结果表明与仅依赖于优先级化机制的解决方案相比,本次采用的切片配置方法在流量隔离方面得到了改进,为不同类型的服务提供了可靠保障。

    • 基于改进布谷鸟粒子滤波算法的WSN目标跟踪

      2022, 30(7):273-279.

      摘要 (1074) HTML (0) PDF 2.25 M (964) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决粒子滤波(PF)的无线传感器目标跟踪中样本贫化导致的精度较低的问题,提出了改进布谷鸟粒子滤波的WSN目标跟踪方法。通过改进布谷鸟算法的滤波算法取代粒子滤波重采样过程,主要通过改进布谷鸟算法中的搜索步长值 和发现外来鸟卵的物种的概率 的自适应调节,同时在步长更新方程中实时引入函数值的变化趋势,引导粒子整体上向较高的随机区域移动, 有效调整全局探索和局部探索适应能力、改善粒子贫化和局部极值问题,增加粒子群多样化从而提高跟踪性能。实验结果表明,改进布谷鸟粒子滤波算法重采样方法可以防止粒子的退化,增加粒子的多样性,减少跟踪误差,可以减少算法的运行时间,实时追踪性能大幅提高。与CS-PF算法和PF算法相比较,ICS-PF 算法的计算时间是最短的,ICS-PF算法的位置和速度的平均平方根误差最小(位置0.0306、0.0213、速度0.0253、0.0102),PF算法的跟踪精度是最低的,而ICS-PF跟踪精度较高,ICS-PF算法被证明具有良好的跟踪性能。

    • 基于交错透传的宽带数字多波束形成技术

      2022, 30(7):280-285.

      摘要 (1031) HTML (0) PDF 2.29 M (943) 评论 (0) 收藏

      摘要:宽带数字多波束形成技术导致了海量数据传输与多波束数据计算的双重压力,因此该技术对现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)的高速接口、计算资源要求极高;若多通道宽带多波束集中做加权、求和运算,则FPGA资源严重不足;针对该问题,文中提出了一种基于交错透传的宽带数字多波束形成技术,采用逐层逐级分解的方式进行数据合成处理,解决了宽带多波束合成运算时,FPGA资源不够用的难题;文中详细描述了宽带信号的高速数据采集、海量数据的高效传输以及宽带采集产生的大容量数据的多波束合成算法,最后通过测试16通道、瞬时带宽1GHz的宽带输入信号,经过数据采集、传输、数据加权、求和之后形成8个波束;测试数据所形成的波形图与预期波束指向一致,验证了该技术的正确性和有效性,具有较强的工程应用推广价值。

    • 延迟/中断容忍网络技术在载人登月通信中的应用研究

      2022, 30(7):286-291.

      摘要 (1272) HTML (0) PDF 1.84 M (983) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对未来构建天地一体化空间网络的需求,分析了载人登月网络的特点以及目前地面网络广泛应用的TCP/IP协议应用于载人登月网络所遇到的一系列问题;针对这些问题,提出了使用延迟/中断容忍网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN)体系来构建载人登月网络的设想,并设计了载人登月网络协议体系架构;最后通过在测试平台上进行真实的文件传递试验来对基于DTN技术的载人登月网络进行性能仿真,并对利克里德传输协议(Licklider Transmission Protocol,LTP)的参数进行理论上的优化分析;仿真结果表明,在地月信道误码率较高的情况下,采用LTP segment大小为400 Bytes,相比于LTP segment大小为1400 Bytes、800 Bytes和100 Bytes,分别提高了17540 Bytes/s、4160 Bytes/s和47000 Bytes/s的有效吞吐量。

    • >试验与评价技术
    • 基于误差分析的火箭上浮水雷打击概率试验评定

      2022, 30(7):292-297.

      摘要 (1075) HTML (0) PDF 1.53 M (977) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对火箭上浮攻击水雷打击概率试验实施困难、安全风险和耗费高、无科学合理评定模型的现状,在分析火箭上浮水雷打击毁伤目标工作原理和动作过程的基础上,结合水下非接触爆炸毁伤原理,综合利用误差分析、数理统计和概率论方法,建立了一套科学合理可行的水雷打击概率计算模型;然后通过解决试验评定工程化实施过程中的测量误差修正和样本量分配问题,形成了一套可实际工程化应用的水雷打击概率试验评定方案;三型目标舰船的典型计算案例表明,该方案解决了可在封锁区域内任意点攻击的火箭上浮水雷打击概率考核问题,在保证试验评定质量的同时可大幅提高试验实施质效,不仅可推广应用至其他类型水雷的打击概率试验评定中,还可在一定程度上指导火箭上浮水雷的研制和设计。

    • FDR验证试验的故障样本分配策略研究

      2022, 30(7):298-303.

      摘要 (1061) HTML (0) PDF 1.33 M (1011) 评论 (0) 收藏

      摘要:故障率作为测试性验证试验故障样本分配的主要影响因素,针对一些情况下使得故障样本分配结果的合理性不足的问题,以故障检测率(Fault Detection Rate, FDR)作为验证指标,提出了一种考虑严酷度的样本故障模式选取方法。提出了基于模糊证据推理的故障模式严酷度排序解决方法。通过对相关标准中涉及的故障样本分配策略进行梳理,针对现行多因子综合加权比例分配方法不足之处,根据故障模式种类与验证样本量的数量关系,区分不同情况,借助预选样本集随机抽样、考虑严酷度的取整策略,以及动态概率调整,合理改善了故障率主体分配方案进行故障模式选取时样本分配集中不合理的状况。以某装备单元的FDR验证试验为例,验证了所提故障样本分配方法的可行性合理性。

    • 基于UVM的远程控制FPGA一体化闭环仿真验证平台

      2022, 30(7):304-309.

      摘要 (1387) HTML (0) PDF 1.95 M (992) 评论 (0) 收藏

      摘要:远程控制FPGA是卫星执行地面指令和转发地面数据的核心部分,必须对其进行全面验证,避免存在设计隐患。本文以远程控制FPGA为被测件,使用目前最先进性的通用验证方法学UVM建立了一体化闭环仿真验证平台。该验证平台具有带约束收敛的测试向量随机生成和自动检查输出结果正确性功能,实现了功能覆盖率检测,能有效提高远程控制FPGA验证的效率和质量,较好的满足了验证需求。

当期目录


年第卷第

文章目录

过刊浏览

年份

刊期

浏览排行

引用排行

下载排行