• 2022年第30卷第9期文章目次
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    • >综述与评论
    • 多传感器信息融合技术在智能机器人环境感知中的研究进展及应用

      2022, 30(9):1-7.

      摘要 (1440) HTML (0) PDF 1.51 M (1674) 评论 (0) 收藏

      摘要:多传感器信息融合技术是一种有别于经典数据处理技术的高级处理方式,主要目的是为了让智能设备在越来越复杂的工作环境中有更好的表现,使其能有更强的感知能力和操作精准度;在对传感器技术、人工智能、机器人技术、多传感器信息融合技术及常见多传感器信息融合的应用进行了系统的整理和研究后,针对目前的多传感器数据融合技术进行全面地介绍,并简要阐述多传感器信息融合的一般结构,重点分析不同融合算法的特点和优劣势,明确不同融合模型之间的差别以及对数据处理策略上的影响,充分列举现国内外发表的关于多传感器数据融合技术的重要研究及应用,并对多传感器数据融合技术的发展与展望做检验阐述,为多传感器数据融合技术研究提供重要理论依据。

    • 面向链接预测的知识图谱嵌入研究综述

      2022, 30(9):8-16.

      摘要 (1408) HTML (0) PDF 1.73 M (1413) 评论 (0) 收藏

      摘要:知识图谱在人工智能领域有着广泛的应用,如信息检索、自然语言处理、推荐系统等。然而,知识图谱的开放性往往意味着它们是不完备的,具有自身的缺陷。鉴于此,需建立更完整的知识图谱,以提高知识图谱的实际利用率。利用链接预测通过已有关系来推测新的关系,从而实现大规模知识库的补全。通过比较基于翻译模型的知识图谱链接预测模型,从常用数据集与评价指标、翻译模型、采样方法等方面分析知识图谱链接预测模型的框架,并对基于知识图谱的链接预测模型进行了综述。

    • >测试与故障诊断
    • 基于RESID方法的液体火箭发动机实时故障诊断算法设计及半实物仿真验证

      2022, 30(9):17-21.

      摘要 (1161) HTML (0) PDF 1.91 M (1327) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对氢氧发动机设计了实时故障诊断算法并通过半实物仿真平台对此进行了仿真分析,为建立液体火箭发动机健康管理系统奠定了坚实基础。首先,建立了氢氧发动机故障模型,通过此模型可以获得发动机的几种典型故障数据;其次,设计并构建了RESID模型,针对该模型的一些参数设置进行了分析;最后,基于RESID模型构建了实时故障诊断系统并进行了仿真分析,由仿真结果可见该算法成功的诊断出发动机的常见故障,并进行了报警,满足了发动机故障诊断系统的需要。

    • 相控阵雷达T/R组件多总线自动测试系统设计

      2022, 30(9):22-27.

      摘要 (1306) HTML (0) PDF 2.16 M (1400) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对有源相控阵雷达数量巨大T/R组件参数自动测试与数据分析需求,对混合多总线自动测试系统进行了研究;进行了典型T/R组件性能参数与测试仪器设备需求分析,T/R组件多总线自动测试系统硬件和软件系统设计,分析了系统误差及修正策略;该系统采用通用测试仪器结合专用测试控制单元的模式,将GPIB、LXI、USB总线脉冲功率计、噪声系数测试仪、矢量网络分析仪等测试仪器集成到控制台上,利用计算机进行测试过程控制,完成T/R组件的自动测试硬件设计;系统软件设置资源管理、自动校准、自动测试、手动测试和数据管理功能,有效提高了系统配置与数据分析处理能力;测试实验结果表明,采用自动测试大大降低了工作量,基于损耗数据修正的误差处理方法能有效保证测试精度。

    • 长期在轨推进系统故障诊断实时仿真技术研究

      2022, 30(9):28-33.

      摘要 (1289) HTML (0) PDF 2.32 M (1388) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决长期在轨航天器易出现故障的推进系统故障常规地面检测费时费力且无法完全包络全部故障模式的问题,提出了长期在轨推进系统故障诊断实时仿真技术方案,建立了长期在轨推进系统故障诊断实时测试平台。通过建立推进系统实时仿真模型,实现对长期在轨推进系统的实时仿真;依托实时测试平台对推进系统故障诊断策略进行仿真优化、对在轨飞行器故障进行诊断、并对处置预案进行验证支持故障处置决策。长期在轨推进系统故障诊断实时测试平台有效缩短了器上故障诊断策略的优化迭代周期,同时节省了大量原本用来进行试车的经费。

    • 基于Hermite的SAR卫星轨道插值干涉测量应用研究

      2022, 30(9):34-39.

      摘要 (1283) HTML (0) PDF 1.94 M (1314) 评论 (0) 收藏

      摘要:合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)卫星轨道参数是干涉测量技术中影像配准、基线估算、平地相位去除等环节的重要参数,但部分SAR卫星轨道参数采样间隔较大,导致干涉测量过程中产生残余相位,发生较大的系统误差;利用MTALAB编程工具,对卫星原始轨道状态矢量进行了埃尔米特插值法拟合,等距插值计算后,发现可以缩小轨道参数采样间隔,提高干涉测量精度;以覆盖巴姆地区的Envisat卫星为例,分别获取了基于粗轨、埃尔米特插值轨道参数和代尔夫特精密轨道参数得到的干涉测量图,定性判断出埃尔米特插值法可有效提高SAR卫星轨道精度;再以覆盖陕西地区的AOLS卫星为例,插值轨道矢量采样间隔分别为10秒、5秒、2秒,发现间隔为5秒时相干性最优;结果表明:采用埃尔米特插值法可有效增加SAR卫星轨道状态矢量数量,消除系统误差,提高干涉测量精度。

    • 传送带偏移检测技术研究及FPGA实现

      2022, 30(9):40-45.

      摘要 (1388) HTML (0) PDF 2.55 M (1355) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决送料传送带在运行过程中发生的横向偏移和纵向偏移所导致的材料加工精度降低等问题,设计了一种基于改进的Hough直线检测算法的传送带偏移检测系统。本系统采用FPGA作为处理单元,对CMOS图像传感器拍摄的实际传送带图像进行滤波、边缘检测、二值化等图像的预处理,利用以太网传输方式把预处理后的图像信息传送给上位机,在上位机中进行Hough直线检测算法处理,获得传送带的偏移状态。通过实验,系统能够实时地检测出倾斜角精度最高0.245°的倾斜偏移和横向8个像素的偏移。

    • 基于HL-2M 装置的等离子体可见光成像诊断系统的研制

      2022, 30(9):46-53.

      摘要 (1384) HTML (0) PDF 2.46 M (1358) 评论 (0) 收藏

      摘要:HL-2M 托卡马克初始等离子体放电实验对等离子体可视化诊断有一定的需求,其中可见光成像系统为关键诊断之一,对初始等离子体放电有着十分重要的作用。本研究以HL-2M为平台设计研发了一套可见光成像诊断采集系统,本系统具有切向与广角两套成像诊断,可以直观准确地分析放电过程中的等离子体演化,包括等离子体击穿、维持、破裂和等离子体与壁相互作用等物理现象。系统的两套诊断通过镜头与传像光纤束进行等离子体可见光辐射的成像与传输,并以Lumenera Lt425C相机为采集和控制核心。以远程服务器控制本地并传输至数据库为控制模式,控制软件采用了VC++的多线程技术以及OpenCV软件库的图像处理技术,能够进行实时的可见光图像采集,并在放电结束后进行图像回放,同时系统具备色彩校准标定可以在装置复杂情况还原装置真实运行状态,系统具备参数配置功能,支持炮间更改参数,适应各种情况的物理实验,并有着一定的可移植性。本系统的开发研制可以满足HL-2M 装置初始等离子体放电期间的运行基本要求,在HL-2M初始等离子体放电期间取得了良好的效果,为后续推广至其他的装置提供了解决方法。

    • 基于物理化学检测技术的开关柜潜伏性故障检测方法

      2022, 30(9):54-59.

      摘要 (1151) HTML (0) PDF 2.05 M (1324) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对一些历史开关柜潜伏性故障诊断方法检测精度较低的问题,该研究设计了一种新型开关柜故障诊断系统,采用一种物理化学监测技术,通过分析六氟化硫(SF6)分解产物来检测开关柜故障原因,利用离子迁移法分析环境中的SF6离子,进而掌握变电站开关柜中气体情况,通过差分能量检测算法对检测数据进行分析,计算出气体泄漏对变电站关柜的影响,制定出最优SF6填充范围,为开关柜安全运行提供帮助。仿真结果表明,该研究检测数据平均精度高,最高精度为92.5%,体现出该研究基于SF6气体分解物理化学检测方法的优越性。

    • 基于图像处理技术的零件孔位尺寸快速测量方法

      2022, 30(9):60-66.

      摘要 (1293) HTML (0) PDF 2.32 M (1443) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升现有图像测量技术的工程应用价值,针对车身车间现场薄板类零件孔位测量问题,基于二维图像处理技术提出了一种可直接借助智能手机完成零件孔位大小及间距测量的方法;该方法引入测量基准贴纸实现比例尺功能,并且通过手机镜头去畸变算法提升测量精度;借助Canny边缘检测算子得到待测量孔位外边缘轮廓, 使用形态学算法去除干扰;最后计算孔位外围边缘最小外接矩形长宽及中心连线的距离,得到孔位的几何尺寸;两个实验案例表明提出方法所得孔位大小及间距绝对误差小于0.4 mm,能够作为车间现场测量公差较大孔位工作的一种补充手段。

    • 基于改进YoloX的输电通道工程车辆检测识别

      2022, 30(9):67-73.

      摘要 (1169) HTML (0) PDF 2.47 M (1330) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对输电通道下环境复杂,各类工程车辆频繁损坏输电线路中所需解决的对工程车辆的检测识别问题,在单阶段目标检测算法YoloX的基础上,对YoloX算法中的损失函数进行修改,平衡正负样本和难易样本,在网络中添加CBAM注意力机制,将内部通道信息和位置信息结合,提高特征的提取能力,并通过修改强特征提取部分Neck中的CspLayer结构,在保证检测速度的前提下,提高模型的检测性能。通过筛选亮度低的图片,引入改进的MSR算法对图片进行亮度提升,优化数据集。实验结果表明,提出的算法提高了检测的准确率,与传统的YoloX算法相比,mAP提高了4.64%,识别效果明显提升,证明了新算法的有效性。

    • 基于滑模观测器的电流传感器故障监测系统设计

      2022, 30(9):74-79.

      摘要 (1230) HTML (0) PDF 1.63 M (1292) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保证电流传感器的工作效率,为设备维护提供有效参考,利用滑模观测器优化设计了电流传感器故障监测系统。加设滑模观测器,改装数据采集器、信号处理器等设备,调整系统的电路连接方式,在抗干扰约束下,完成硬件系统的优化设计。根据电流传感器的工作原理和故障特征,构建电流传感器故障数学模型。利用滑模观测器及其逻辑原理,实时收集电流传感器的运行信号。根据传感器故障特征,选择并计算电流传感器的故障监测指标,通过与设置故障标准的比对,输出可视化的电流传感器故障监测结果。通过系统测试实验得出,基于滑模观测器的电流传感器故障监测系统的指标监测误差、故障类型误检率和漏检率均低于预设值,由此证明优化设计系统具有良好的故障监测功能。

    • 用于PCB缺陷检测的增强上下文信息Yolov4_tiny算法

      2022, 30(9):80-86.

      摘要 (1398) HTML (0) PDF 2.66 M (1350) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有的PCB缺陷检测存在检测精度低、速率慢等问题,提出一种用于PCB缺陷检测的增强上下文信息Yolov4_tiny算法。该算法首先通过Transformer编码单元对特征提取网络深层特征冗余的问题进行优化,增强网络捕获不同尺度局部特征信息的能力;然后利用浅层特征增强PCB缺陷小目标上下文信息,提升FPN网络对小目标缺陷的表征能力;最后引入注意力机制对特征提取网络输出的有效特征层加权,强化目标特征表征能力。实验结果表明,该算法对于整体缺陷的平均检测精度的均值(mAP)达到98.70%,较Yolov4_tiny提升了3.12%,实现了PCB缺陷精准定位和识别,满足工业检测的实际需求。

    • >控制技术
    • 基于软件校准的短波发射机功率控制系统设计

      2022, 30(9):87-92.

      摘要 (1099) HTML (0) PDF 1.38 M (1331) 评论 (0) 收藏

      摘要:短波发射机功率稳定一直是通信领域致力改善的重点问题,短波发射机功率不稳定会直接影响无线电通信质量,造成通信失真、表达不清晰等问题。针对上述问题,基于软件校准设计短波发射机功率控制系统。该系统借鉴MVC设计模式搭建系统数据库层、业务逻辑层、控制层以及界面显示层基础框架;将功率计与短波发射机相连,实时采集工作状态下的短波发射机功率数据,通过信号处理器实施处理后并存储,借鉴传输元件,将数据发送到控制器,通过控制器校准短波发射机功率与预期之间的偏差,以偏差量为输入,利用改进PID运算得出控制量,生成控制命令,通过输入输出信号接口板输出命令,控制驱动装置调节短波发射机运行参数,实现功率控制。结果表明:与 控制系统、自动调谐系统应用相比较,在所设计系统应用控制下,100s内短波发射机的功率变化曲线与预期曲线之间的拟合优度指数更大,更接近1,优于对比系统,说明相比于对比系统。本系统控制表现更好,更能维持短波发射机功率稳定,达到了研究目标。

    • 基于全光捕获法的机载激光通信跟踪控制系统设计

      2022, 30(9):93-98.

      摘要 (1291) HTML (0) PDF 1.78 M (1348) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保证机载激光通信的质量和稳定性,基于全光捕获方法优化设计机载激光通信跟踪控制系统。加设激光器、激光告警器和运动转台设备,为全光捕获方法的运行提供硬件支持。改装目标跟踪探测器、跟踪控制器、AD数据转换器和电机驱动器,通过系统供电电路的连接实现硬件系统的优化。根据机载激光通信原理,从发送模块、激光通信接收模块等方面,构建机载激光通信模型。利用全光捕获法生成机载激光通信链路,根据机载激光通信跟踪目标相对信息的计算结果,确定通信光斑中心的位置,实现系统机载激光通信的跟踪和控制功能。通过系统测试实验得出结论:综合室内和外场两个应用环境,机载激光通信跟踪控制系统的平均跟踪偏移量为0.875m,通信误码率和丢包率分别为0.275%和0.384%,均高于预设值。

    • 基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究

      2022, 30(9):99-106.

      摘要 (1251) HTML (0) PDF 2.33 M (1354) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有无人机导航控制方法存在的控制效果不佳的问题,本文提出一种基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究。利用粒子滤波算法,实现对无人机自主轨迹视觉导航控制方法的优化设计。采用栅格法构建无人机飞行环境地图,根据无人机的机械组成结构和工作原理,构建运动状态模型。利用内置的摄像机设备采集视觉图像,执行图像灰度转换、几何校正、滤波等预处理步骤。通过对视觉图像的特征提取,判断当前环境是否存在障碍物。利用粒子滤波算法确定无人机位姿,结合障碍物识别结果规划无人机的自主飞行轨迹。将位置、速度和姿态角的控制量计算结果,输入到安装的导航控制器中,完成无人机的自主轨迹视觉导航控制任务。通过实测分析得出结论:应用设计的导航控制方法,其位置误差、速度误差以及姿态角误差均维持在预设值以下,即设计的导航控制方法具有良好的控制效果。

    • 基于分段PWM占空比输出的电动汽车电动机控制系统设计

      2022, 30(9):107-112.

      摘要 (1137) HTML (0) PDF 1.76 M (1270) 评论 (0) 收藏

      摘要:为加快电动汽车在负载量变化时所表现出来的电量响应速率,从而降低执行电动机控制指令所需的电能消耗量,设计基于分段PWM占空比输出的电动汽车电动机控制系统。根据带存贮电容功率变换器的连接状态,调试功率变换器驱动电路、档位与油门给定输入电路的响应形式,联合DSP控制板与软启动模块,确保滑模转矩控制器不出现过量负载的情况,从而将电动汽车电动机控制系统的核心设备元件组合起来,完成硬件应用环境的搭建。在此基础上,研究PWM 占空比控制原理,利用开关磁阻电机数学模型,确定脉冲行为成因,并将整个脉冲行为区间规划成多个分段结构,完成基于分段PWM占空比输出电动机控制行为分析,结合各级应用设备,实现电动汽车电动机控制系统的设计。实验结果显示,在分段PWM占空比输出原理的作用下,无论负载量增大或减小,电动汽车所表现出来的电量响应速率均能保持相对较高的数值水平,能够将电动机控制指令执行所需的电能消耗量保持在理想数值区间之内,符合实际应用需求。

    • 基于树莓派的空化检测设备研制及控制系统优化

      2022, 30(9):113-118.

      摘要 (1118) HTML (0) PDF 2.75 M (1323) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究表面织构的形状、大小、位置、排列与空化现象发生的关系,结合流体动力学和摩擦学等理论,拟设计以活塞裙部-缸套为模型建立检测表面织构在摩擦时发生空化现象的装置;由于空化泡发生的瞬时性,设计一种基于Raspberry Pi树莓派微型计算机的空化设备控制系统,降低系统的延时性,准确地采集到数据进而分析得出结论;采用TLC549CP A/D数据采集器、膜盒式传感器、OSG030-815UM超高速工业摄像机组成检测系统,分别对温度、压力、图像的输出参数进行采集;通过Java语言开发的空化参数采集平台对空化现象发生参数进行实时计算并显示;与树莓派原系统相比,优化后的系统可以准确地采集到空化发生时的参数,并且有低延时性和优异的稳定性,能够降低延时到1.73ms,降低了约81%。

    • 基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统设计

      2022, 30(9):119-124.

      摘要 (1227) HTML (0) PDF 1.85 M (1321) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前设计的工业机器人远程监控系统存在抗干扰能力差、功耗过高的问题。基于LoRa无线通信设计了一种新的工业机器人远程监控系统,系统硬件主要设计了主控芯片、工业机器人接口、电源电路和位移传感器四部分。主控芯片为SX1265/7/8型号射频芯片,选用STM32F1103C8T6型号MCU主控芯片作为LoRa无线通信的组网处理硬件,根据MCU主控芯片性能建立信号链,采用SPI接口使SX1276无线收发装置和单片机设备的接口关联,利用锂电池作为电源电路,通过AME8800AEETL稳压芯片稳定锂电池电源电压,使用WXY31拉线式位移传感器实现传感。引入LoRa无线通信技术,建立LoRa无线通信信号储存时序,接收采集平台下发监控指令,更新显示屏上的机器人工作状态,实现远程监控软件操作。实验结果表明,设计的基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统抗干扰能力得到有效加强,功耗明显降低。

    • >军事装备测控技术
    • 激光平台型导引头跟踪控制技术与炮兵火箭应用研究

      2022, 30(9):125-132.

      摘要 (1190) HTML (0) PDF 3.66 M (1383) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于激光平台型导引头的工作机理和控制原理,分析了导引头视线角速度噪声和隔离度的影响因素并提出提高隔离度的措施;构建了基于力矩干扰的激光平台型导引头模型、频带模型和隔离度模型,搭建测试平台,通过对比分析仿真、测试和某火箭弹飞行试验结果,验证了上述因素对频带和隔离度的影响,经测试和飞行试验验证,提高隔离度和频带的措施合理可行,达到了降低视线角速度噪声的目的,可满足野战火箭环境下工程应用的要求。

    • >设计与应用
    • 一种实现网络入侵检测的高效算法及其实现架构

      2022, 30(9):133-139.

      摘要 (1187) HTML (0) PDF 2.08 M (1309) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现网络入侵检测系统中的精确字符串匹配,本文提出了一种基于叶子-附加和二叉搜索树的字符串匹配算法及其实现架构;首先采用叶子-追加算法来对给定的模式集进行处理,以消除模式之间的重叠。然后采用二叉搜索树算法提取叶子模式及其匹配向量来构建二叉搜索树,并根据每个节点的比较结果,通过左遍历或右遍历来实现字符串的精确匹配;为了进一步提高字符串匹配算法的内存效率,提出了级联二叉搜索树;最后給出了实现精确字符串匹配的总体架构和各个功能模块的架构;实验结果表明,本文提出的设计不仅在内存效率和吞吐量方面优于目前先进的设计技术,而且具有灵活的可扩展性。

    • 面向室内定位的改进行人航位推算方法

      2022, 30(9):140-147.

      摘要 (1066) HTML (0) PDF 1.45 M (1318) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高室内定位精度,本文对行人航位推算的步数检测、步长估计及航向估计进行了改进研究;首先,将自相关分析法和自适应波峰检测法相结合提出了一种新检测算法;其次,基于Scarlett模型提出了融合前一步步长的改进步长估算模型;再次,基于方向传感器算法,通过设定主导航向并结合卡尔曼滤波,来减少直线行走航向估计误差;最后,通过实验验证改进方法提高了步数检测准确率和步长检测精度,减少了航向角误差,取得了较好的室内定位效果。

    • 基于Simulink的数模混合电路仿真平台设计与实现

      2022, 30(9):148-154.

      摘要 (1198) HTML (0) PDF 2.58 M (1350) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对数模混合电路仿真精度与性能之间的矛盾问题和仿真工业级复杂数模混合电路时仿真工具存在主流芯片和电路模块不足问题,提出了一种粘合模式的数模混合仿真平台模型架构,基于该架构设计并实现了一种基于Simulink软件,通过嵌入数字电路和模拟电路主流仿真引擎获得充足主流芯片和电路模块支持的数模混合电路仿真平台,设计了一种结合了拓扑排序算法的仿真控制方式,实现了对工业级复杂电路进行流程化、模块化的数模混合仿真;最后通过一个能够时序上可以逻辑拆分的典型数模混合电路仿真验证了仿真平台的有效性。

    • 基于BIM与知识图谱的智能化审图系统设计与实现

      2022, 30(9):155-161.

      摘要 (1277) HTML (0) PDF 2.95 M (1400) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统建筑审图存在的人工依赖性强、数据难融合共享和审查内容可视化水平低等问题,提出一种基于BIM与知识图谱的建筑智能审图方法;首先,利用知识图谱技术将繁杂的建筑规范文本数据关联为结构化知识,建立知识与数据间的语义联系;其次,鉴于BIM模型的多源异构特性,提出基于IFC的建筑数据信息提取整合,为后续建筑智能化审图实现提供数据基础;最后基于HTML5网络框架和人工智能技术设计开发了具有三维可视化、跨平台等功能的建筑智能审图系统,实现了建筑模型网页端显示及可交互操作、审图内容可视化展示、规范条文对应显示等功能;经实际建筑项目实验测试,该系统有效实现了被审建筑模型的智能化审图,并自动检测出不符合规范的建筑模型构件,一定程度上提升建筑行业智能化审图水平。

    • 基于FPGA的量化推理CNN加速系统研究与设计

      2022, 30(9):162-169.

      摘要 (1245) HTML (0) PDF 2.42 M (1337) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于FPGA的量化推理设计了CNN加速系统。通过对主流的深度神经网络结构的运算特性分析,使用(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise) DBSCAN聚类算法截取阈值的INT8量化推理方法,融合深度神经网络全连接,减少数据运算位宽和压缩网络大小,在准确率损失很小的情况下有效压缩了网络结构。基于LeNet-5、VGG-16与ResNet-50的CNN网络结构,设计出量化CNN加速系统并进行校验。实验结果表明,网络参数和输入特征数据量化精度为8-bits时,网络压缩率在25%的情况下,网络准确率的损失低于1%。在Xilinx XC7K325 平台上量化推理CNN加速系统的运行频率为450 MHz,与其他相似类型的加速器比较,其GOPS性能提升2倍。

    • 混凝土预制件表面整型机器人设计与实验

      2022, 30(9):170-176.

      摘要 (1174) HTML (0) PDF 2.31 M (1461) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决混凝土预制件(precast concrete,PC)复杂异型表面纹理的快速预制,设计了多自由度表面整型机器人构型和末端刀具,并提出一种建筑信息模型(building information model,BIM)驱动的机器人加工路径规划方法,实现了异型表面纹理的快速自动化加工;首先从表面纹理的减材成型机制出发,分析纹理宽度与切削深度、刀具旋角等因素间的关系;随后进行BIM驱动的机器人路径规划方法研究;最后开发表面整型机器人原型系统进行了纹理最佳加工条件分析与纹理实际加工实验;实验结果验证了所提系统及方法的可行性和有效性。

    • 基于Web的BIM模型轻量化展示及渲染控制研究

      2022, 30(9):177-183.

      摘要 (1601) HTML (0) PDF 2.29 M (1337) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前BIM模型数据量庞大且需要专业软件查看,对计算机软硬件要求苛刻以及在C/S架构进行模型展示时十分不便的问题,提出了一种BIM模型的轻量化展示及自适应渲染控制的方法。该方法以Revit模型为研究对象,首先利用二次开发技术编写插件自动提取模型信息并转化成glTF格式;然后通过数据优化算法压缩glTF格式,并利用WebGL技术以及Three.js框架解析glTF格式实现模型的Web端重组;最后通过LOD-AD优化算法,实现距离较远且体积较小的三角面片剔除,并且帧率较低时优先渲染高层级构件,以此完成渲染过程中的自适应控制效果;实验结果表明,该方法在确保模型保真度的前提下,极大减少了模型体量以及模型传输时间,且场景的自适应控制能有效剔除低重要度构件,达到显著提升渲染流畅度的效果,为BIM模型轻量化展示以及渲染控制提供了一种可行的参考方案。

    • 基于多尺度特征注意Yolact网络的堆叠工件分拣算法

      2022, 30(9):184-192.

      摘要 (1317) HTML (0) PDF 2.40 M (1307) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对非结构化场景中存在的多工件堆叠遮挡等问题,提出了基于多尺度特征注意Yolact网络的堆叠工件识别定位算法。所提算法首先在Yolact网络的掩码模板生成分支中加入多尺度融合与特征注意机制,提升网络预测堆叠工件掩码的质量,并设计了基于膨胀编码的目标检测模块,增强网络对不同尺度堆叠工件的适应能力,构建了多尺度特征注意Yolact网络。其次,利用构建的多尺度特征注意Yolact网络预测堆叠工件的掩码与边界框,并对堆叠工件掩码进行最小外接矩形生成,根据掩码边界框与掩码的最小外接矩形确定目标工件的抓取点与旋转角度。最后,基于堆叠工件识别定位算法研发了视觉机器人工件分拣系统。实验结果表明,所提模型在边界框回归、掩码预测两项任务上的识别精度均有提升,机器人工件分拣系统进行堆叠工件分拣作业的成功率达到97.5%。

    • 结合B样条优化的UAV多区域路径规划融合算法

      2022, 30(9):193-200.

      摘要 (1227) HTML (0) PDF 2.90 M (1303) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)在多个目标区域之间快速找到最佳遍历路径的类旅行商问题(TSP,Travelling Salesman Problem),设计一种基于蚁群算法、A*算法以及三次B样条优化的融合规划算法;尽管蚁群算法相对其他优化算法在解决TSP问题上有较为良好的表现,但其规划路径处理时间长、生成路径转折多、路径质量和安全性较差;算法首先改进传统A*算法的节点扩展方式,快速生成两两目标区之间的局部路径,然后将蚁群算法和改进A*算法融合使用进行全局路径规划,最后结合改进三次B样条对路径进行平滑处理;基于栅格地图的仿真结果证明了该算法相比传统算法具有更好的高效性和稳定性。

    • Anubis软件可视化封装设计与实现

      2022, 30(9):201-206.

      摘要 (1118) HTML (0) PDF 2.61 M (1284) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善Anubis软件配置繁琐、操作性差以及成果可视化形式固定等问题,在分析Anubis核心处理模块、参数配置与结果文件结构的基础上,重点研究其可视化封装策略及方法;针对某单基站CORS系统运维需求,以MATLAB App Designer为例设计并开发了集参数交互配置与结果多维度、多关联可视化一体的Anubis辅助工具箱;通过实测数据测试,验证了可视化封装后的Anubis工具软件在提高CORS运维效率以及综合数据评估和服务性能监测方面的优势,并为用户进行Anubis二次开发提供借鉴与参考。

    • 基于改进图注意机制的网络嵌入方法研究及应用

      2022, 30(9):207-212.

      摘要 (1252) HTML (0) PDF 1.56 M (1287) 评论 (0) 收藏

      摘要:网络已被广泛用作抽象现实世界系统以及组织实体之间关系的数据结构;网络嵌入模型是将网络中的节点映射为连续向量空间表示的强大工具;基于图卷积(Graph convolutional neural, GCN)的网络嵌入方法因受其模型迭代过程参数随机优化和聚合函数的影响,容易造成原始节点特征信息丢失的问题;为有效提升网络嵌入效果,针对于图神经网络模型在网络嵌入中节点表征学习的局限性,提出了一种基于二阶邻域基数保留策略的图注意力网络SNCR-GAT(Second-order Neighborhood Cardinality Retention strategy Graph attention network),通过聚合二阶邻域特征基数的方式,解决网络节点潜在特征学习过程中重要信息保留问题;通过在节点分类和可视化两个网络嵌入应用任务上进行实验,结果表明,SNCR-GAT模型在网络嵌入上的性能表现相比较基准方法更具优越性。

    • Res2Net融合注意力学习的YOLOv4目标检测算法

      2022, 30(9):213-220.

      摘要 (1326) HTML (0) PDF 2.82 M (1438) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要:针对传统目标检测算法容易出现漏检、误检或者有遮挡物时检测困难等问题,提出一种Res2Net融合注意力学习的YOLOv4(Res2Net fusion with attention learning YOLOv4, RFAL YOLOv4)目标检测模型。首先为了获取更多特征图语义信息,通过在一个残差块内构造层次化的类残差连接,引入Res2Net替换原YOLOv4主干网络中的ResNet残差网络结构,可以获取到更细小的特征,同时也增加了模型感受野。其次将Res2Net与注意力机制相融合,获取关键特征信息,减轻因优化主干网络带来计算量增加的负担。最后通过改进CIOU损失,降低预测框与真实框之间的误差值,有效的解决因目标过小或者有遮挡时模型出现漏检误检等问题。在公开的PASCAL VOC数据集上进行验证,结果表明:RFAL YOLOv4模型的mAP达到了79.5%,比原模型提升了5.5%,改进后的模型具有较高的鲁棒性。

    • 认知传感网络的信能无线传输优化

      2022, 30(9):221-227.

      摘要 (1140) HTML (0) PDF 1.78 M (1241) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前无线传感网络频谱资源匮乏、能源供给不足等问题,本文构建了一种新型的认知多播无线传感网络,并研究适用于该网络的信能协同传输问题。以网络中所有次级用户收集到的和能量为优化目标,结合多播技术,在次用户对主用户的干扰、次用户的信干噪比、次级发射器的发射功率的约束下,构建了一种非线性非凸优化问题。针对该优化问题,提出一种基于半正定松弛的算法,从而延长网络的生存周期;并在此基础上提出一种基于序贯参数凸逼近技术的优化算法以降低复杂度。仿真结果表明,本文所提的算法有效提高了次用户能量收集的性能。

    • 基于一致性时钟同步方法的天基时频同步网建模与仿真技术研究

      2022, 30(9):228-234.

      摘要 (1133) HTML (0) PDF 3.13 M (1281) 评论 (0) 收藏

      摘要:以卫星网络为核心的天基信息网络是现代通信网络的主要发展方向,卫星网络的高精度时频同步是天基信息网络正常运行的基础,也是卫星应用研究必不可少的前提条件;针对天基信息网络的时频同步问题,对基于一致性时钟同步方法的天基时频同步网建模与仿真技术进行了研究,通过相邻卫星节点建立的星间测量链路,实现了高精度时钟同步;进行了天基时频同步网建模与仿真系统的需求及功能组成的分析,完成了卫星网络场景仿真以及一致性时钟同步方法的仿真,仿真结果表明,逻辑时钟的时间偏差优于0.1 ns,相对频率偏差优于1e-10,时间间隔误差优于0.1 ns,时钟偏差优于10 ps@1000 s,阿伦方差优于1e-15@1 h。

    • >试验与评价技术
    • 基于CSO-SVM的轴承健康状态评估研究

      2022, 30(9):242-248.

      摘要 (1059) HTML (0) PDF 2.54 M (1283) 评论 (0) 收藏

      摘要:支持向量机是基于统计学理论的机器学习算法,在解决高维、局部极值和结构选择问题中具有优势,广泛应用于数据发掘中。但是其核宽度和惩罚因子的选择直接关系到支持向量机分类结果。针对上述问题,可采取优化算法对该参数进行优化,达到提高支持向量机的分类精度的目的。鸡群优化算法是近年新提出来的一种全局优化算法,具备结构清晰,全局搜索能力优等优点,在优化问题中得到广泛应用。基于此,提出一种基于鸡群优化的支持向量机模型(CSO-SVM)的健康状态评估方法,并应用在轴承健康状态评估领域中。结果表明,基于CSO-SVM的轴承健康状态评估精度达到97%,明显优于基于传统机器学习模型的健康状态模型的评估精度,具有更好的健康状态识别效果。

    • 舰载对空多武器协同LVC仿真试验方法

      2022, 30(9):249-254.

      摘要 (1217) HTML (0) PDF 1.87 M (1272) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对舰载对空多武器协同试验方法研究不足的现状,分析了对空多武器协同系统试验鉴定的需求和重点,分别提出阐述了基于实装试验、实装在线仿真测试和内场仿真试验的LVC仿真综合试验方法,说明了的协同作战效能评估、试验结果可信性分析和试验环境构设等试验鉴定关键技术。以含五型武器的典型对空多武器协同系统LVC试验为例,分析了对空多武器试验鉴定内容及方法,简述了试验实施过程。

    • 合成旅装备保障能力评估体系研究

      2022, 30(9):255-259.

      摘要 (1207) HTML (0) PDF 2.05 M (1322) 评论 (0) 收藏

      摘要:合成旅装备保障能力评估是检验装备保障训练效果、改进装备保障建设质量的重要手段。本文从分析合成旅装备保障力量、任务和特征入手,从评估理论与指导思想、评估组织机构、指标体系与评估标准、评估模型与方法、信息数据采集系统等方面分析合成旅装备保障能力评估体系内容,设计合成旅装备保障能力评估组织实施流程,可为合成旅装备保障能力评估工作的组织实施提供理论基础和方法支撑。

    • >智能仪器与传感技术
    • 气象观测用气压传感器误差自校准系统设计

      2022, 30(9):260-264.

      摘要 (1122) HTML (0) PDF 1.64 M (1267) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对用于气象观测的气压传感器手动误差调整方式通用性差、效率低等问题,设计了用于目标传感器误差调整的误差自校准系统;研发的传感器误差自校准软件配合自主设计的传感器多通道转换器与压力控制器、气压标准器,可同时完成8个通道气压传感器的误差自动调整任务;实际测试中,系统在1小时内完成了8通道传感器的误差自动调整,经过调整后的各通道传感器的误差绝对值均未超过0.05 hPa,远小于传感器出厂的最大允许误差±0.25 hpa及规范要求的±0.30 hPa误差范围,提升了传感器误差调整工作效率的同时,有利于提高气压观测数据质量。

    • 基于stm32的手持式气体检测仪

      2022, 30(9):265-271.

      摘要 (1264) HTML (0) PDF 2.69 M (1338) 评论 (0) 收藏

      摘要:在日常生活及工作中,为了对有害气体进行有效的实时监测,避免长期处于有害气体的环境中从而对人员健康产生危害,针对目前国产气体检测仪最小检测浓度过高、响应时间过长、检测误差较大的问题设计了一种基于STM32的手持式气体检测仪;主要从内部硬件设计以及软件设计两个方面完成了手持式气体检测仪的设计,硬件方面的主控芯片选择STM32F103芯片,软件方面基于嵌入式系统开发实现对于VOC气体、温度、大气压力的测量、显示、数据存储以及数据分析,主要利用C语言来实现其功能;通过对整个检测仪系统的调试,证明这一系统能够对100ppb以下气体浓度进行响应、响应时间能够小于20s、检测误差能够小于5%FS;本气体检测仪除了普通环境的气体浓度监测,还能应用在有气体泄漏或空气质量要求的化学、工业、农业、动植物培育等场景。

    • 一种GaN FET的窄脉冲激光器驱动电源系统设计

      2022, 30(9):272-279.

      摘要 (1485) HTML (0) PDF 3.93 M (1396) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对半导体激光器驱动电路在低纳秒级对激光光脉冲调节困难的问题,研究了一种基于GaN高速半导体器件的半导体激光器的驱动方案,可实现激光光脉冲的宽度、高重复频率的高精度调节;在设计上,利用FPGA门电路现场可编辑、低功耗等特点,基于Xilinx Zynq平台搭建前置时序产生电路,输出时序信号;设计储能电路,通过驱动氮化镓场效应晶体管(GaN FET)作为开关控制储能回路,最终实现激光光脉冲低纳秒级的精密调节;经过实验验证和分析,该驱动电路能稳定输出脉冲宽度3~200 ns可调、重复频率0~1 MHz可调、峰值功率超过70 w、上升沿时间小于5 ns的激光光脉冲信号。

    • 基于叠加级联长周期光纤光栅的温度和应变传感的理论分析

      2022, 30(9):280-285.

      摘要 (1189) HTML (0) PDF 1.71 M (1276) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种基于叠加型级联长周期光纤光栅的温度与应变双参量同时测量方案,该方案结构小巧、成本低、制作简单。方案在同一段光纤上重叠写入周期为的两个子栅,构成了叠加型级联长周期光纤光栅,这种叠栅的透射谱稳定可控,避免了串联式长周期光纤光栅透射谱谐振峰过于密集多峰、过于敏感不适合作为测量标的的缺陷。通过数值方法分析了不同周期、不同阶次谐振峰分别与温度及应变灵敏度的关系,仿真表明:在给定参数下,光栅的周期越大、两子光栅的周期差也越大时温度与应变灵敏度也越高,选用的两个谐振峰阶次越高、阶次的差异越大时温度与应变灵敏度也越高。利用仿真结果设计了增敏的传感解调矩阵,并对矩阵进行了摄动分析,结果表明得到的解调矩阵相对于其他方案的条件数更低,有效提高了传感器的抗扰性,减小了测量误差对测量精度的影响。

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