• 2023年第31卷第1期文章目次
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    • >测试与故障诊断
    • 卫星多体制测控地面测试系统设计

      2023, 31(1):1-7.

      摘要 (1304) HTML (0) PDF 3.53 M (1488) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着航天技术的不断发展,卫星功能日趋复杂,对卫星测控分系统的功能提出更高的需求,要求同时支持对地非相干扩频测控、中继测控、扩跳频测控及测量数传测控体制,对卫星测控系统地面测试平台多体制支持、通用化及自动化测试能力、可靠性提出了更高要求;本文研究了卫星多体制测控地面测试平台系统设计方法,采用了多通道测控地检通道复用、基于数据库的通用化配置及自动化测试技术,应用于某遥感卫星的地面测试,测试结果表明:该平台运行稳定,取得了良好的使用效果,满足了卫星多体制测控地面测试需求;

    • 基于离散小波变换的输电线路故障精准定位

      2023, 31(1):8-14.

      摘要 (966) HTML (0) PDF 1.79 M (1127) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高架空线路和地下电缆组合输电线路发生故障时的定位精度,提出了一种基于离散小波变换(DWT)的输电线路故障定位新方法。通过DWT对输电线路单端测得的瞬态信号进行多分辨率分析(MRA),在低故障起始角情况下,利用线模电流和零模电流检测故障,结合小波模量极大值(WMM)求解从故障点到变电站的行波到达时间,从而对输电线路故障进行精准定位。采用半正弦电压响应的方法克服了采样频率有限和故障起始角低的缺点,运用100kHz半正弦信号的发送时间与接收导数信号的时间之差计算故障距离。在考虑谐波畸变和故障电阻、接地电阻、故障位置和起始角变化的情况下对所提方法进行测试,结果表明:对于100km的输电线路,即使在故障靠近总线(<2%)且故障起始角较低的情况下,所提出的方法得到的故障定位误差仅为0.14km。

    • 基于深度学习的智能化高精度测向方法

      2023, 31(1):15-21.

      摘要 (1222) HTML (0) PDF 2.47 M (1211) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于深度学习的智能化高精度快速波达方向(DOA)估计算法,根据神经网络通过数据驱动而不依赖阵列流型的特点,设计了基于卷积神经网络的PhaseDOA-Net回归网络模型实现估计算法,引入特定模块对输入信号进行特征提取和处理,提高网络模型的拟合效果,用所提网络模型自主学习相位差矩阵与DOA之间的映射关系;引入残差网络结构,解决了卷积神经网络层数加深导致网络退化的问题;仿真生成了具有噪声与幅相误差的信号数据集,并构建信号相位差矩阵作为输入;仿真结果表明,本算法可以提供更高精度的估计性能,大幅减小了估计时间,解决了现有方法在阵列模型误差条件下无法准确得到DOA结果的问题;通过基于实际信号环境中采集数据的训练与测试,验证了系统对不同噪声、幅相误差的鲁棒性以及对不同信号频率更好的适应能力。

    • MIMO系统中基于代价函数和排序模式的MMSE SIC检测器

      2023, 31(1):22-29.

      摘要 (931) HTML (0) PDF 1.83 M (1076) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对多输入多输出空间多路复用系统,提出了一种基于代价函数和排序模式的多个并行分支的最小均方误差连续干扰消除检测器;具体而言,设计了选择规则来选择代价函数性能最好的分支,并通过利用不同的检测排序模式使得每个分支中的SIC算法按照信号干扰噪声比由高到低来检测信号,从而实现完全检测分集;为了进一步降低算法的计算复杂度,还提出了一种采用递归最小二乘算法的有效自适应接收机来更新滤波器权值向量;仿真结果表明,相比于现有算法,本文提出的算法不仅具有较低的计算复杂度,而且能获得更好的误码率性能。

    • 基于人体骨架信息的行为检测系统设计

      2023, 31(1):30-35.

      摘要 (882) HTML (0) PDF 1.69 M (1120) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决现有行为检测系统中依赖惯性传感器、检测结果不够准确的问题,设计了基于人体骨架信息的行为检测系统;系统采用Jetson Nano人工智能计算设备作为主控模块,结合图像采集模块、显示模块和以Atmega328单片机为主的报警模块构成;系统利用图像采集模块采集行为视频信息,通过主控模块中的行为检测器对视频中人体行为进行检测,报警模块通过串口接收检测结果并对危险行为进行预警;同时,利用人体骨架的关节空间运动幅度、肢体关联差异,建立了关节帧间位移矢量和骨骼夹角变化的关节行为模型,再借助长短时记忆网络提取行为特征,并训练实时行为检测器;经实验测试,该系统能够有效检测常见的人体行为并对危险行为类别进行报警提示。

    • 气动舵机通用测试平台的设计及实现

      2023, 31(1):36-44.

      摘要 (898) HTML (0) PDF 2.60 M (1243) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现航空飞行器气动舵机性能测试,研制一套可用于多型航空飞行器气动舵机性能测试的通用自动测试平台。本气动舵机通用测试平台采用了电机、扭簧两种形式的加载装置作为加载台,通过舵机与摇臂之间对应运动关系计算所需的几何数据,推导出加载台推杆机构传动方式。同时针对在频率特性检测上的难点做了理论分析,提出单个正弦波扫频测量的解决方法。目前该平台已成功应用于实际生产中,效果良好。

    • 基于深度学习的红外目标检测方法

      2023, 31(1):45-50.

      摘要 (918) HTML (0) PDF 2.27 M (1129) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于背景的复杂性和小目标的多样性,红外小目标已经成为一个挑战。为了解决这个问题,与传统方法不同的是,本文提出一种基于密度-距离的最新检测方法。首先,对红外图像参数计算引信上的传感器以设置目标检测方法的边界限制。其次,提出了基于密度-距离空间的候选目标检测方法。最后,自适应像素生长(APG)算法用于抑制杂波,从而检测出实际的目标。利用真实红外图像数据库进行了仿真验证,仿真和硬件在环实验实施以验证该方法的有效性。结果表明,红外图像引信上的传感器在弹丸旋转时具有稳定的视场,可以清楚地看到观察红外小目标。该方法具有较好的抗噪性,不同大小的目标检测、多目标检测和各种杂波抑制能力。实验结果表明,该方法对多种不同 场景中的信噪比较低的目标具有良好的检测效果。

    • 一种结合谱聚类与关联规则的轴承故障诊断方法

      2023, 31(1):51-58.

      摘要 (944) HTML (0) PDF 2.08 M (1102) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现阶段机械设备轴承故障诊断方法难以挖掘隐含特征、诊断精准度低等问题,将谱聚类(spectral clustering,SC)算法与关联规则算法Apriori相结合,提出SC-Apriori算法。首先根据美国西储大学轴承数据中心网站公开发布的轴承故障数据集,选取0负载下的数据,计算得到滚动轴承振动信号的9个时域特征和3个频域特征;其次使用Pearson相关系数进行特征筛选,留下9个有效特征,再利用SC-Apriori算法挖掘出训练数据集中轴承不同特征数据之间的关联关系,并引入提升度来去除冗余的关联规则,进而构建一个规则库;再将测试数据进行处理,并与已建立的规则库进行比对,根据匹配率来判断其故障类型。在测试数据上的实验结果表明,与已有算法相比,本文设计的SC-Apriori算法挖掘出的规则数量大幅减少,匹配速度更快,且匹配效果更好。

    • 铁路道口列车运行安全监测系统的研究与应用

      2023, 31(1):59-64.

      摘要 (1016) HTML (0) PDF 1.48 M (1160) 评论 (0) 收藏

      摘要:为保障铁路道口行车安全,利用移动数字通信公网的互联网接入平台GPRS作为通讯手段,成功研发出一套全新的铁路道口行车安全监测系统。该系统不仅能够实时显示铁路道口部位列车运行情况,还可以结合列车行进位置,将监测数据进行信息化处理,并利用数据分析功能,对可能出现的安全问题发出警告。将这项技术用于列车与铁路道口进行试验,结果证明:当系统监测到电气特性指标超出安全范围或者是道口信号设备出现问题时,能够快速向工作人员发出警报,根据列车进出道口状态及运行状态迅速做出相应的处理。

    • >控制技术
    • 服务机器人自抗扰控制器参数整定优化技术研究

      2023, 31(1):65-70.

      摘要 (876) HTML (0) PDF 1.63 M (1169) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对服务机器人自抗扰控制器多个参数的整定,主要采用经验试法或某种优化算法进行整定,存在参数整定过程困难、整定结果陷入局部最优等问题,为了解决这些问题,提出了一种基于人工免疫遗传算法优化的服务机器人自抗扰控制器参数整定技术方法。该方法主要充分融合了人工免疫和遗传算法各自的优点,解决了单种智能优化算法出现的“早熟”问题,使得自抗扰控制器参数整定实现最优解;最后搭建仿真平台进行了实验,实验结果表明了该方法提高了自抗扰控制器控制精度、稳定性和鲁棒性,有效验证了提出方法的有效性。

    • 多动态目标的多机器人协同环航控制

      2023, 31(1):71-78.

      摘要 (824) HTML (0) PDF 2.33 M (1154) 评论 (0) 收藏

      摘要:主要研究了多个非完整机器人对多个动态目标的协同环航控制问题;首先,针对多目标护航任务,建立目标扩展圆形构型,以期完成紧密目标保卫任务;其次,针对护航机器人,通过利用自身及相邻节点的位置与方位信息及所包围的动态目标的中心位置及扩展半径设计分布式时变圆形编队控制协议,实现预定几何分布下的机器人环航编队设计;其中,通过引入虚拟信号变量设计期望的速度及角速度控制律,利用反步技术提出了一种新的考虑时变护航半径的分布式控制策略;在对目标节点速度的温和假设下,所提出的编队控制器可以驱动多护航机器人渐近收敛到以多目标中心的圆上,同时维持一个预定的几何编队配置;Lyapunov分析证明了所有的误差都可以渐进稳定到原点,数值仿真核实了所构建的控制方案的可行性。

    • 基于改进ADRC的PMSM无位置传感器转速控制

      2023, 31(1):79-85.

      摘要 (921) HTML (0) PDF 3.16 M (1134) 评论 (0) 收藏

      摘要:永磁同步电机(PMSM)是一个非线性、多变量、强耦合系统,具有不确定的外部干扰。为了提高对其转速控制精度,采用改进自抗扰控制代替传统自抗扰控制(ADRC)。通过插值法构建一个新的函数来代替ADRC中原有的最优控制函数,并用线性误差反馈控制率代替非线性误差反馈控制率(NLSEF)以此来降低调参难度。同时建立基于脉振高频注入法和滑模观测器法的位置辨识系统,以满足PMSM转子位置的辨识精度要求。仿真结果表明,改进ADRC能够在无位置传感器控制方法中取得较好的控制效果,转子位置估计的误差小于0.002rad,转速估计误差小于0.02rad/min,转速超调量小于4%,最大振荡不超过60rad/min,与传统ADRC控制器相比系统抗扰动性更强,电机位置和速度辨识效果也更优。 关键词:自抗扰控制;无位置传感器;永磁同步电机

    • 饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

      2023, 31(1):86-92.

      摘要 (1021) HTML (0) PDF 1.86 M (1126) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。

    • 三相电压型PWM整流器的自抗扰控制研究

      2023, 31(1):93-99.

      摘要 (1023) HTML (0) PDF 2.33 M (1130) 评论 (0) 收藏

      摘要:三相电压型PWM整流器是一个多输入多输出的强非线性结构,并对三相电压型PWM整流器的数学模型和自抗扰控制器进行了原理分析。为了提高整流系统中非线性、抗扰性及参数摄动控制问题,采用一种改进型的非线性自抗扰控制方案且给出其离散形式。然后,重新构造了常规自抗扰控制器中非线性状态误差反馈控制率(NLSEF)和扩张状态观测器(ESO)的非线性函数,以此来克服非线性函数的不平滑性能,从而减小整流系统输出的高频颤振现象。通过MATLAB/Simulink仿真分析和搭建实验样机验证,改进型自抗扰控制与常规自抗扰控制进行对比,结果表明了新构造的自抗扰控制策略具有更好的动、静态特性,改善了常规自抗扰控制时系统对交流侧电压和负载突变敏感的缺点,并降低了交流侧电流总谐波含量(THD,Total harmonic distortion)且直流侧电压具有更好的鲁棒性。

    • 基于模糊PID的悬吊式机械臂重力补偿控制系统设计

      2023, 31(1):100-105.

      摘要 (892) HTML (0) PDF 1.89 M (1136) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对悬吊式机械臂在工作过程中受起吊荷载的影响而产生的重心不稳现象,在模糊PID控制算法的支持下,进行悬吊式机械臂重力补偿控制系统设计研究。硬件方面,改装主控制器、传感器和通信模块,加设重力补偿装置及驱动电机设备。在此基础上完成软件设计,根据机械臂的组成结构以及工作原理,构建悬吊式机械臂数学模型。在该模型下,检测悬吊式机械臂实时位姿,针对不同位姿建立相应的重力平衡方程。计算机械臂负载力矩,利用模糊PID算法求解机械臂重力补偿控制量,实现悬吊式机械臂重力补偿控制功能。实验结果表明:与传统重力补偿控制系统相比,优化设计系统的控制误差降低了0.056kN,机械臂的稳定系数提升了0.14,即优化设计系统可提高补偿控制效果,具有一定应用价值。

    • 基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计

      2023, 31(1):106-112.

      摘要 (1008) HTML (0) PDF 1.84 M (1100) 评论 (0) 收藏

      摘要:变磁力吸附爬壁机器人是一种具有快速、灵活移动方式的爬行机器人,但其吸附力难以控制,越障稳定性较差,难以保证机器人的平稳爬行。为实现爬壁机器人在大型建筑结构外表面的自主避障,提升机器人与运动平面之间的吸附紧密性,设计基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统。按照PCB控制要求,连接外置SRAM设备与传感器模块,借助驱动I/O口电路提供的电力驱动作用,控制气动阀门的闭合情况,完成变磁力吸附爬壁机器人控制系统硬件结构设计。建立Netvlad神经网络体系,通过划分控制指令程序任务的方式,确定移植参数取值范围,实现对控制协议的移植处理,联合相关硬件应用结构,完成基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计。实验结果表明,在所设计系统作用下,障碍物所在位置与爬壁机器人所在位置之间的实测距离未大于30cm,能够有效实现自主避障,保证机器人与运动平面之间的紧密吸附。

    • 基于头戴设备和手柄的机械系统远程控制方法

      2023, 31(1):113-119.

      摘要 (840) HTML (0) PDF 2.06 M (1099) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种基于头戴式设备和操作手柄的机械系统远程控制方法,该方法使用操作手柄的位姿信息远程控制机械系统的运动,并通过计算头戴式设备与操作手柄的之间相对位姿来控制机械系统上的图像采集设备。基于本方法,在增强现实眼镜工程样机及其连接的智能手机上进行了对机械系统及其上图像采集设备的远程控制的系统实现,并在四足机器人和四轮小车两种机械系统上对本方法进行了实验验证。实验结果表明本方法具备较好的可行性和实用性, 让使用者更有身临其境的沉浸式现场感。同时,无需部署外置的姿态捕捉设备,对使用场地环境也没有要求,可以在室内外环境下使用。

    • 控制棒驱动机构智能感知与自适应控制系统设计及仿真验证

      2023, 31(1):120-126.

      摘要 (929) HTML (0) PDF 3.09 M (1325) 评论 (0) 收藏

      摘要:控制棒驱动机构作为核反应堆控制和核安全保护系统的执行机构,对其运行状态进行有效监测是防止反应堆发生控制棒卡棒、滑棒和驱动失灵,保障核反应堆安全经济运行的必要手段。本文在研究分析控制棒驱动机构线圈电流和振动信号特征的基础上构建了控制棒驱动机构状态判别与故障诊断模型,并基于dSPACE实时仿真系统建立了控制棒驱动系统自适应控制数字化模型和控制棒驱动机构智能感知与自适应控制实验样机。通过功能验证,证明该系统能根据电流和振动信号实现对控制棒驱动机构正常运行工况和典型故障模式的实时判别、故障诊断与自适应控制,运行状态识别准确率达到99.2%以上,为后续核反应堆智能设备的研制提供参考。

    • >设计与应用
    • 多无人机协同目标分配与航迹规划

      2023, 31(1):127-132.

      摘要 (886) HTML (0) PDF 1.56 M (1098) 评论 (0) 收藏

      摘要:多无人机的协同目标分配是一个多模型、多约束的组合优化问题,其解空间随无人机的数量成指数上升。当以无人机协同目标分配的角度解决无人机编队切换的问题时,标准的匈牙利算法存在单个无人机飞行路径过长的问题,导致个别无人机的电量下降迅速,因此相较于其他无人机会提前降落,而且会导致其他无人机在编队切换过程中等待时间过长,进而影响整体编队飞行时长。考虑到无人机的工作环境处于三维空间及其编队切换时间的协同性,本文提出了改进的匈牙利算法,以保证在无人机飞行总移动距离尽可能小的前提下,减小单个无人机的最大移动距离,从而延长整个编队的飞行时长。经仿真对比多种算法,验证了该算法相较于匈牙利算法等其他算法具有更好的效果,能够很好的解决多无人机的编队切换问题

    • 并联混合动力汽车能量管理系统的仿真研究

      2023, 31(1):133-139.

      摘要 (904) HTML (0) PDF 3.36 M (1109) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于混合动力汽车而言,节能减排是促使其发展的主要原因,而能量管理策略是节能减排的关键技术,因此针对并联混合动力汽车的能量管理策略展开研究;首先运用ADVISOR电动汽车仿真软件,选用某款并联混合动力车型,并使用标准ECE_ECDU和UDDS循环工况来评估整车燃油经济性和污染物排放效果;然后,采用门限参数优化的方法对控制策略进行优化;最后对比优化前后不同循环工况仿真结果中汽车的燃油经济性和排放性能的变化,并分析了优化后的策略对汽车性能的影响;研究表明,所提出的优化方法使汽车在ECE_ECDU和UDDS循环工况中的每百公里油耗分别降低了8.45%和10%,有害气体HC、CO和NOX含量分别减少了5.88%和5.8%、12.24%和11.54%、8.55%和7.51%,进一步验证了优化策略的有效性。

    • 基于全向声呐的引水隧洞点云模型去噪方法研究

      2023, 31(1):140-146.

      摘要 (815) HTML (0) PDF 1.88 M (1132) 评论 (0) 收藏

      摘要:三维重建技术逐渐成为引水隧洞运营期安全检测的关键手段。而受隧洞特殊水文环境噪声、数据采集设备噪声以及载体运动噪声等影响,采集的点云数据不可避免的会遭受到噪声干扰,导致有用信息缺乏,不利于三维重建的进行。因此,该文提出了基于声呐数据特征点的点云去噪算法,实现隧洞点云数据的去噪。首先,该文依据引水隧洞声呐点云数据的特点,定义视觉距离和视角向量特征参数;其次,通过耦合视角向量与点云法向量估计点云漂移向量,并使用核函数方法估计视角距离参数的概率密度分布从而计算漂移距离;最后,采用漂移算法在保持点云模型特征的同时实现噪声的滤波。实验结果表明,该文提出的算法在去除隧洞点云模型数据噪声的同时能很好的保持引水隧洞模型的细节特征,为后续隧洞病害的检测提供高精度点云数据模型。

    • 基于自动化采煤设备定位系统应用研究

      2023, 31(1):147-152.

      摘要 (939) HTML (0) PDF 2.36 M (1172) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种基于雷达的长壁采煤机械定位系统,该系统基于雷达测距传感器,用于确定采矿设备相对于矿山煤巷基础设施的位置,通过试验验证了使用雷达传感器进行定位的合理性。为了从单个雷达信号中估计两个关键的定位参数,即沿轨位置和跨轨位置,研究了几种概率数据处理技术,对于跨轨位置,传统的卡尔曼滤波方法足以实现可靠的估计,对于沿轨位置估计,必须通过跟踪算法来识别煤巷肋墙上的特定基础设施元素,我们在三维交互显示中探索了一种新的可视化分析方法以方便识别重要特征用于分类器算法,基于分类器的输出,使用已识别的元素作为位置路径点,可以提供一个稳定和准确的采矿设备定位估计。

    • 基于深度强化学习的移动机器人动态路径规划算法

      2023, 31(1):153-159.

      摘要 (1045) HTML (0) PDF 2.42 M (1282) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了在复杂舞台环境下使用移动机器人实现物品搬运或者载人演出,提出了一种基于深度强化学习的动态路径规划算法。首先通过构建全局地图获取移动机器人周围的障碍物信息,将演员和舞台道具分别分类成动态障碍物和静态障碍物。然后建立局部地图,通过LSTM网络编码动态障碍物信息,使用社会注意力机制计算每个动态障碍物的重要性来实现更好的避障效果。通过构建新的奖励函数来实现对动静态障碍物的不同躲避情况。最后通过模仿学习和优先级经验回放技术来提高网络的收敛速度,从而实现在舞台复杂环境下的移动机器人的动态路径规划。实验结果表明,该网络的收敛速度明显提高,在不同障碍物环境下都能够表现出好的动态避障效果。

    • 基于改进RRT算法的无人车路径规划

      2023, 31(1):160-166.

      摘要 (1076) HTML (0) PDF 2.12 M (1107) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对无人车在复杂环境中进行全局路径规划时存在的盲目搜索、节点冗余、路径不光滑及不安全等问题,提出一种基于快速扩展随机树(Rapidly-Exploring Random Tree,RRT)的综合改进路径规划算法。首先引入目标动态概率采样策略和人工势场引导随机树扩展机制。其次根据汽车运动学模型,对规划的路径进行转角约束和碰撞检测,保证路径的安全性。然后引入Reeds-Sheep曲线用于直接与目标位姿进行连接,避免在终点处进行多余的位姿调整。最后对路径进行剪枝和平滑处理,得到一条更短更光滑的路径。在实验部分,针对不同仿真环境,以规划时间、路径长度和节点数目作为评价指标,对比了基本RRT算法、基本RRT*算法和本文算法的路径规划效果。实验结果显示本文算法在路径规划效率和路径质量上都具有一定优越性,规划的路径长度较优并且满足车辆运动学约束。

    • 基于动态遗忘因子最小二乘与EKF的电池SOC估计

      2023, 31(1):167-173.

      摘要 (815) HTML (0) PDF 2.35 M (1057) 评论 (0) 收藏

      摘要:电池荷电状态SOC(State Of Charge)作为电池管理系统中尤为重要的一部分,其准确估计成为锂离子电池研究的重点。为了提高动态工况下的SOC估计精度,对锂离子电池等效模型进行分析,基于AIC(赤池信息)准则确定二阶RC电路为等效电路模型,使用递推最小二乘算法对模型参数进行在线辨识,为提高辨识精度,提出了改进带动态遗忘因子递推最小二乘算法,对算法加入遗忘因子,通过电压结果误差实时动态调整算法遗忘因子取值。将递推最小二乘算法和含动态遗忘因子最小二乘算法分别与扩展卡尔曼滤波(EKF)算法进行SOC联合估计,并对比其预测效果,结果表明含有动态遗忘因子最小二乘与EKF联合估计模型具有更高的精度和鲁棒性。

    • 基于KNN信道识别算法的无前后缀频域均衡技术

      2023, 31(1):174-180.

      摘要 (879) HTML (0) PDF 2.14 M (1102) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高单载波频域均衡(SC-FDE)系统的频带利用率和通信速率,提出了一种基于 KNN 信道识别算法的无前后缀频域均衡技术;该技术通过构建不同信道环境下带有导频的训练数据集,根据训练数据通过不同信道条件下的特征并使用KNN算法进行分类,进而确定信道类型及信道最大多径时延,通过信道最大多径时延合理确定无前后缀重叠剪切频域均衡算法的最优重叠剪切长度,进而消除多径干扰对无前后缀频域均衡数据的影响,达到最优解调性能;仿真表明: 基于KNN的重叠剪切算法与文献推荐的50%重叠剪切法相比,性能基本一致,即在误码率为10-3的情况下,信噪比恶化不大于0.5 dB;此算法准确确定了最优重叠长度,减少了大量无效的重叠长度,保证了多径信道下系统的误码性能,达到性能和复杂度的平衡。

    • 基于DAE-BP神经网络的工业质量预测

      2023, 31(1):181-186.

      摘要 (949) HTML (0) PDF 2.05 M (1085) 评论 (0) 收藏

      摘要:BP神经网络因具有良好的非线性拟合能力,在建立预测模型中得到广泛应用。但化工过程数据不仅存在非线性特征,而且难以避免受噪声影响,造成数据波动从而影响预测模型准确性。为此,提出一种降噪自编码器融合反向传播算法(简称为,DAE-BP)的化工过程质量预测方法。首先,采用无监督学习模型降噪自编码器完成初始数据的噪声消除,其具有噪声鲁棒性的特点,在数据受到损坏的情况下可尽可能地恢复数据的原始状态,有利于进一步的质量预测。在此基础上,将获取的数据特征作为有监督学习模型BP神经网络的输入以获得可靠的预测结果。在脱丁烷塔化工过程实例上验证方法有效性。并与单一BP算法、主成分分析(PCA)及自编码器(AE)改进的BP算法作为对照。结果表明,经过DAE改进后的BP算法预测误差为1.2%,相比单一的BP算法提高了3.2%精度,较PCA-BP及AE-BP预测误差精度分别提高了2.3%、1.9%,表现出最好的预测性能。

    • 全尺寸旋翼变距拉杆设计及验证技术

      2023, 31(1):187-193.

      摘要 (971) HTML (0) PDF 2.69 M (1213) 评论 (0) 收藏

      摘要:为降低直升机旋翼不平衡引起的振动,近几年出现了一种直升机旋翼实时调整(In-Flight Tuning,IFT)系统,通过主动式动态调整变距拉杆长度恢复旋翼系统动平衡状态,以达到减振目的。智能变距拉杆(Smart Pitch Rod,SPR)是IFT系统的执行机构和重要的组成部件,其特点是精度高,载荷大。针对国内首次研究和试制的智能变距拉杆,提出了一种可行的设计方案,经加载台测试验证结果表明其最大推力达到了25000N,控制精度达到了0.01mm以上。在某10吨级直升机旋翼塔上进行的旋翼平衡实时调整试验结果显示,1/rev旋翼振动减少了80%以上。

    • 基于改进DenseNet的刺绣图像分类识别的研究

      2023, 31(1):194-201.

      摘要 (1055) HTML (0) PDF 2.30 M (1176) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对中华传统刺绣工艺传承保护问题中的分类任务,传统的刺绣分类方法存在耗时长、精度低以及需要大量掌握专业知识的人力资源等问题;设计了一种基于改进DenseNet的刺绣图像分类识别方法;构建刺绣图像分类识别数据集;采用局部二值模式LBP、Canny算子边缘提取以及Gabor滤波等方式提取纹理特征,将不同特征图与原图合并为四至六通道图像数据集送入网络进行消融试验,扩充了数据集宽度;为稳定训练过程,加速损失收敛速度,提出引入SPP (Spatial Pyramid Pooling)结构优化模型;为提高分类识别精度使用Leaky ReLU激活函数优化ReLU函数;实验结果表明基于改进DenseNet的刺绣图像分类识别方法可解决传统刺绣图像分类方法中存在的问题,改进后的刺绣图像分类模型与基准模型相比准确率提高了8.1%,高达97.39%。

    • 航天器材料及器件地面模拟试验数据库系统设计与实现

      2023, 31(1):202-208.

      摘要 (954) HTML (0) PDF 3.43 M (1079) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航天器材料及电器元件地面模拟试验数据资源的汇聚与共享,提出航天器材料及器件地面模拟试验数据库系统的设计与实现。根据地面模拟试验数据库系统的业务需求和技术指标制定设计方案,基于B/S架构,采用VUE.js、EXT.js、JAVA、Python等框架或技术语言进行开发。通过对系统的开发和测试,实现了数据汇聚、数据组织与存储、数据分析、数据提取、信息共享等功能,具备展示形式丰富多样化、分析算法自定义以及数据提取智能化等特点,验证了设计方案的可行性。地面模拟试验数据库系统满足对航天器材料与电器元件的基本性能参数数据和试验/仿真数据的大批量收录要求,提升了试验数据服务水平,对于相关领域的数据库系统设计具有一定的参考价值和借鉴意义。

    • 改进零参考深度曲线低照度图像增强算法

      2023, 31(1):209-214.

      摘要 (1084) HTML (0) PDF 2.08 M (1113) 评论 (0) 收藏

      摘要:在低照度条件下拍摄的图像具有对比度低,亮度低,细节缺失等质量缺陷,给图像处理带来困难。提出一种改进零参考深度曲线低照度图像增强算法,通过在空间一致性损失函数中引入与卷积核大小相关参数,统一了不同尺寸图像的增强效果;将颜色不变损失、照明平滑损失函数与输入图像类型关联,使其增强效果的峰值信噪比提高17.75%,对比度提高26.75%;通过使用对称式卷积结构,解决原算法计算量大的问题;通过使用MobileNetV2轻量化网络对零参考深度网络(Zero-DCE)进行了优化,减少网络模型计算复杂度的同时保证模型较好的增强效果。

    • 基于ZigBee的智慧教室节能系统研究

      2023, 31(1):215-221.

      摘要 (1042) HTML (0) PDF 2.37 M (1180) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高校教室电能浪费问题,设计一种基于ZigBee的智慧教室节能系统;系统以STM32作为主控单元,由ZigBee协调器和终端节点形成的局域网络构成感知执行层,并通过Wi-Fi网络和云平台,实现控制中心对教室用电设备的状态感知和智慧控制;同时针对温控设备功率有限以及室内复杂的温度干扰环境而导致室内温度无法稳定保持在合适范围,基于KNN算法构建NARX神经网络温度预测模型,实现利用已有环境数据预测下一时刻温度,以达到对教室内温度的准确控制;最后,对系统功能和改进预测算法进行了实验验证,运行结果表明该系统可以稳定运行,并可以达到精确控制用电设备实现节约电能的目的。

    • PROFINET IO设备中DCP协议的研究与应用

      2023, 31(1):222-229.

      摘要 (918) HTML (0) PDF 3.03 M (1068) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决自动化外围现场设备接入PROFINET网络,而同类设备依赖特定芯片,成本较高,可移植性差的问题,利用软件设计实现普通网卡下的PROFINET IO通信;在树莓派3B+开发板上实现IO设备,支持非同步实时数据交换,可以通过槽/子槽数据模型匹配IO模块;通过描述性文件的设计,使其IO模块类型映射模块、子模块的ID,实现模块化IO设备,允许根据需要添加和删除模块;系统启动时控制器根据设备名称寻址,再基于设备名称为IO设备分配IP地址,这一过程的实现依赖DCP协议,它是PROFINET网络中数据交互的基础;为了深入探究PROFINET协议栈,在实现PROFINET的基础上从DCP协议的原理入手,对其功能和程序实现进行了详细研究,并将所实现的IO设备与PLC S7-1200进行组态,验证了IO设备所实现的功能和DCP工作的过程;实验测试表明,树莓派实现了PROFINET RT和NRT通信功能,其更新时间抖动小于50μs,满足控制工程上的应用要求。

    • 恶劣天气下近紫外波段的偏振成像技术研究

      2023, 31(1):230-236.

      摘要 (928) HTML (0) PDF 2.66 M (1086) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对云层会降低天空光的偏振特性,造成航向角数据误差较大的问题,选用近紫外波段对恶劣天气进行天空偏振模式的探测。首先使用太阳光度计对不同波段的偏振信息进行观测,分析数据变化趋势得出紫外波段对阴云天气偏振光导航存在优势,然后设计了一套偏振信息导航传感器系统,在不同天气下通过切换紫外滤光片实现可见光、近紫外光的交替探测。试验结果表明:在少云、薄云天气采用紫外波段进行探测相较于可见光波段优势明显,解算的航向角误差降低了60.68%;而随着云层的增加,在积雨云天气获得的偏振图像有所弯曲,但太阳子午线的辨识度依然很高,所得航向角数据较为准确,从而验证了近紫外波段在恶劣天气条件下采集偏振信息的优势。

    • 红外目标模拟器校准装置构建和校准技术研究

      2023, 31(1):237-245.

      摘要 (954) HTML (0) PDF 3.90 M (1064) 评论 (0) 收藏

      摘要:在对传统红外目标模拟器校准装置分析的基础上,结合辐射照度校准理论、方法和误差来源三方面,构建了红外目标模拟器校准装置,开展了辐照度测量系统内部杂散辐射建模仿真和抑制的研究、红外大气传输修正方法的研究和测试结果数据拟合算法的研究,分别提出了基于复合蒙特卡洛法的内部杂散辐射数学模型、基于编码器-解码器结构的卷积神经网络红外辐射大气传输校准算法和基于粒子群优化的极限学习机算法,并在实验室条件下进行了辐照度计量校准实验。分别验证了在追迹光线数相等的情况下复合蒙特卡洛法的精度更高,复合蒙特卡洛法标准偏差为6.1940×10-8,平均误差为0.19293,且仿真结果体现了红外辐射计各部分杂散辐射对探测器入瞳面接收到的杂散辐射造成的影响;基于编码器-解码器结构的卷积神经网络算法能够较好的预测大气透过率和大气程辐射,在三个波段下的平均误差为3.0783%,3.8186%,5.3452%,低于传统方法,降低了大气透过率和大气程辐射的影响;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的方法在1μm~3μm、3μm~5μm、8μm~14μm三个波段下的拟合精度都有所提高,决定系数分别为0.9925、0.9913、0.9814,平均相对误差分别为0.1242%、0.7157%、0.7471%有效提高了红外辐射测量准确度。

    • 基于三维加权和双域滤波的螺旋CT伪影校正

      2023, 31(1):246-251.

      摘要 (942) HTML (0) PDF 1.99 M (1094) 评论 (0) 收藏

      摘要:螺旋CT重建会受到锥束伪影和风车伪影的影响,锥束伪影是由于锥角和螺距过大而导致的,而风车伪影由纵向方向采样不足引起,为了降低锥束伪影与风车伪影对CT图像的影响,提出一种螺旋CT伪影校正算法;首先采用三维加权螺旋FDK算法进行重建,有效去除重建图像中的锥束伪影,然后采用改进的双域滤波算法对含风车伪影图像进行校正;三维加权螺旋FDK算法通过对大锥角的射线给予不利权重来抑制锥束伪影,改进的双域滤波算法可以在去除风车伪影的同时保留更多的细节;计算机仿真实验结果表明,该算法能有效地抑制重建图像中的锥束伪影和风车伪影,提高CT图像的质量。

    • 基于互信息熵的全景视频关键帧数据实时提取系统设计

      2023, 31(1):252-256.

      摘要 (845) HTML (0) PDF 1.62 M (1064) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要:关键帧数据提取可以降低全景视频检索中产生的数据量,为了提高全景视频镜头边缘的检测与关键帧的提取的处理能力,提出基于互信息熵的全景视频关键帧数据实时提取系统设计。根据全景视频关键帧数据提取系统的硬件结构,分析视频播放器和镜头边缘检测器的工作原理;在系统的软件设计中,将待检测的两帧图像随机划分为子图像块,通过计算子图像块之间的互信息熵,获取全景视频图像的突变帧,将关键图像帧的特征差值曲线作为全景视频关键帧的时序特征,完成全景视频中关键帧数据的特征匹配,选择一个能够体现全景视频图像属性的特征,描述视频中的主要信息,利用数值化分析的方式,将全景视频帧的特征转换成数组形式的特征向量,通过计算互信息熵值,提取全景视频关键帧数。系统测试结果表明,文中系统将关键帧数据提取的查全率和查准率分别提高到95%和98%以上。能够准确提取出全景监控视频的关键帧数据,具有更好的全景视频处理能力。

    • 基于SDN网络大象流负载均衡算法研究

      2023, 31(1):257-263.

      摘要 (1260) HTML (0) PDF 2.16 M (1227) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘 要:负载均衡算法是通过对网络中的流量进行调度来提高网络资源利用率,是计算机网络中的一个重要研究方向;针对网络中大象流导致的网络拥塞和老鼠流的排队时延等负载不均衡问题,提出了带宽和时延加权负载均衡(BD-WLB)算法来提高负载均衡性能,综合考虑了大小流之间的流量特征不同,改进了传统算法的路径计算方式;算法通过控制器来获取网络流量和状态信息;然后利用带宽和时延等网络状态参数来为大象流和老鼠流分别计算最优路径;采用P4语言来对数据平面转发流程进行优化处理;实验结果表明,在高负载状态时,BD-WLB算法相比于ECMP算法提高了38.4%的网络吞吐量和41.9%的链路利用率,降低了41.8%的网络时延;使网络资源得到了更好的利用,证明了BD-WLB算法的可行性和有效性;

    • FBMC/OQAM系统部分置零编码辅助导频方案

      2023, 31(1):264-269.

      摘要 (919) HTML (0) PDF 1.44 M (1107) 评论 (0) 收藏

      摘要:FBMC/OQAM系统的正交性只在实数域上满足,存在固有虚部干扰问题,使得准确的信道估计十分困难,为解决固有虚部干扰对系统信道估计的影响,改善系统性能,因此对虚部干扰消除方案进行研究;依托FBMC/OQAM系统中基于干扰消除原理的现有方案,将现有方案中的邻域置零方案、辅助导频方案及编码方案融合均衡,提出一种部分置零编码辅助导频方案;理论分析表明,新提出的方案相较于原有方案在提高频谱利用率的同时,降低了峰均功率比和计算复杂度;通过进一步的系统仿真发现,在相同干扰计算域的前提下,新提出的方案在多径信道中的误比特率和最小均方误差均低于现有方案,具有一定的应用意义。

    • 基于确定性网络的网端一体流量交换机制

      2023, 31(1):270-275.

      摘要 (1073) HTML (0) PDF 1.58 M (1085) 评论 (0) 收藏

      摘要:低轨卫星通信系统不受地理条件限制,相比于地面通信有覆盖范围广、运维成本低、部署周期短等优点,因此逐渐受到人们的关注。但对于低轨星座来说,拥有众多卫星节点的无线多跳网络,总传输和处理时延明显增大。确定性网络是近几年工业界新提出的一种网络技术,可以解决传统传统网络有关丢包和时延相关的需求,这与低轨卫星网络的需求相同。研究了地面网络确定性网络的关键技术和卫星网络的相关特征,将确定性网络技术应用到低轨星座,将ATS异步流量整形算法应用到星地间流量控制上,提出一种星载交换机制,优化了星载交换机的资源使用和丢包。借助NS3软件仿真了相关场景,并对结果进行分析,在多个仿真场景中均优化了星上资源利用,缓解了拥塞问题,在最优参数场景下实现了0丢包,吞吐量有5%以上的提升。

    • 10-26GHz CMOS六位数控衰减器设计与实现

      2023, 31(1):276-281.

      摘要 (1092) HTML (0) PDF 1.92 M (1163) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了使衰减器更好的适应相控阵系统对高集成度波束赋形电路的应用需求。基于55nm CMOS工艺,设计了一款具有低插入损耗、低附加相移特性的六位数控衰减器,该数控衰减器采用桥T和π型衰减结构级联而成,在10-26 GHz频率范围内实现步进为0.5dB、动态范围为0-31.5 dB的信号幅度衰减。为减小插入损耗,NMOS开关采用悬浮栅和悬浮衬底连接方式,同时采用了电容补偿网络和电感补偿以有效降低附加相移。仿真结果表明,在10-26GHz的频带范围内,该数控衰减器的插入损耗小于-7dB,输入/输出回波小于-10dB,附加相移小于±3°,所有衰减态的衰减误差均方根小于0.8dB,芯片的核心电路面积为0.36 mm×0.16 mm。

    • >试验与评价技术
    • 基于OCR技术的航天器材料及器件试验数据识别系统

      2023, 31(1):282-288.

      摘要 (925) HTML (0) PDF 2.29 M (1141) 评论 (0) 收藏

      摘要:航天器材料及器件数据库需要海量国内外试验报告数据的支撑,其中表格作为最普遍的数据存储形式含有的数据量最为庞大,然而面对人工识别提取表格数据工作繁琐且易出错的难点,以PDF文档的表格为研究对象,提出基于OCR技术的航天器材料及器件试验数据识别系统;采用了B/S架构,基于EXT、JAVA、Python等技术语言进行开发,系统具备PDF文档转换、表格识别、数据提取、数据编辑等功能;依据系统设计采用版面分析和PDFPlumber表格检测的关键技术和方法以达导准确有效识别PDF文档表格的目的,采用EXT表格控件形式展现提取的数据经试验测试实现了对PDF文档内规整表格的批量识别和数据提取;验证了设计方案的可行性,满足了试验数据试别系统的高识别准确率、快速识别等特点;

    • 反舰导弹武器系统软件鉴定测评策略研究

      2023, 31(1):289-293.

      摘要 (889) HTML (0) PDF 1014.35 K (1098) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改进加强反舰导弹武器系统软件鉴定测评工作,从备战打仗和作战使用的角度着眼,明确反舰导弹武器系统软件的主要组成,围绕新体制下软件鉴定测评的目的和要求,梳理性能验证试验、性能鉴定试验、作战试验、在役考核等不同阶段的软件测试内涵要义,分析反舰导弹武器系统软件鉴定测评的重点内容,包括面向作战任务的系统测试和实战化的半实物仿真测试,并从文档、人员、环境等方面阐述当前存在的主要问题,按照“总体筹划、分级考核、突出重点、贴近实战”的基本原则研究提出鉴定测评总体策略,为反舰导弹武器系统软件实战化考核提供参考和指引。

    • >智能仪器与传感技术
    • 热电偶无线传感器节点低功耗优化设计

      2023, 31(1):294-300.

      摘要 (903) HTML (0) PDF 1.55 M (1076) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对飞行器内部线缆复杂度高、布线困难的问题,提出采用无线通信模式来提高传感器部署的灵活性,减少线缆运输和安装成本。为了最大程度地延长无线传感器节点的使用寿命,对热电偶无线传感器进行了节点低功耗优化设计。硬件方面,基于DPM机制设计了能量分块管理模型,核心处理器采用国产低功耗芯片GD32E230C8T6;软件方面,提出了一种基于星型拓扑结构无线传感器网络的低功耗策略,并基于此策略给出节点剩余能量数学表达式。实验结果表明,此节点处于停机储运状态下的电流低于1uA,待机模式下的电流低于23mA,证实了所设计的热电偶无线传感器具有低功耗、稳定的特点,能有效延长节点寿命。

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