• 2023年第31卷第2期文章目次
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    • >综述与评论
    • 水下无人航行器的研究现状与展望

      2023, 31(2):1-7.

      摘要 (1675) HTML (0) PDF 1.58 M (1275) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文首先介绍了水下无人航行器的研究背景、特点、分类与国内外研究现状。随后,阐述了国内在该领取得的标志性成果,包括几款AUV和ROV产品,其中重点介绍了一款大深度AUV和深海作业型ROV的技术特点与技术难点。接着,对该领域未来的发展趋势进行了展望。最后,对全文进行了小结。

    • >测试与故障诊断
    • 基于实时操作系统的故障诊断高可靠测控系统设计

      2023, 31(2):8-14.

      摘要 (1339) HTML (0) PDF 3.03 M (1044) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对地面测控系统的长期加电高可靠性设计需求,目前所采用的双机冗余方案缺少对系统软硬件状态考虑,在系统长期运行过程中存在冗余失效的可能性。针对该问题,提出来一种系统故障诊断与容错方法,对系统故障源如系统任务状态、CPU温度、CPU占用率、磁盘剩余空间、IO操作状态等异常进行了综合研究和分析。采用任务实时监测、最小二乘法以及哈希算法等关键技术和方法实现系统故障诊断与容错处理,经实际型号项目验证应用满足了系统对高可靠性需求的应用需求。

    • 基于模块化设计的视频跟踪器故障诊断检测工装研究

      2023, 31(2):15-20.

      摘要 (1133) HTML (0) PDF 1.64 M (911) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电子与信息技术的飞速发展,视频跟踪器一体化、集成化与智能化程度越来越高,对故障的诊断与定位难度也越来越高,单凭经验和定性分析已经无法满足维修需要。为了提高视频跟踪器功能性能检验及故障定位的效率,一种基于模块化设计的视频跟踪器故障诊断检测方法被提出,并在所提方法的基础上设计了一种检测工装,通过解耦模型将视频跟踪器的功能及数据流进行划分,并利用故障树分析法自上而下进行测试与定性定量分析。对比实验表明,该工装具有较高的适用性,能够简化检验与维修过程,降低操作的难度。

    • 基于噪声统计的EMD-LSTM网络流量预测方法

      2023, 31(2):21-27.

      摘要 (986) HTML (0) PDF 1.80 M (925) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要 为了提高长短期记忆对网络流量的预测精度,本文提出一种EMD-LSTM预测模型。针对训练样本中存在噪声的问题提出一种基于噪声统计特性的经验模态分解降噪方法,通过分析每一训练样本分解后的本征模态函数确定对应的噪声分量,将各样本中同一位置的噪声分量进行统计平均再与非噪声分量重构实现样本降噪,使用降噪后的序列作为长短期记忆训练样本;针对长短期记忆中使用滑动窗口作为训练样本输入存在的误差叠加问题使用间隔采样构造训练样本。仿真表明,相较于传统长短期记忆方法,本文方法具备更优降噪与预测效果。此外,本文将该预测模型应用于一种基于无人机卸载流量的蜂窝网络,提出一种无人机活动规划方法以优化无人机长时间工作中返航充电的时间点。

    • 基于NBIoT的室外环境空气质量在线监测系统设计

      2023, 31(2):28-33.

      摘要 (1138) HTML (0) PDF 1.31 M (874) 评论 (0) 收藏

      摘要:为精准计量污染性气体在室外环境中的浓度水平,实现对室外环境空气质量的准确监测,设计基于NBIoT的室外环境空气质量在线监测系统。利用电源电路输出的电量信号,调节微控制器、温湿度传感器、细颗粒物浓度传感器、二氧化碳浓度传感器四类应用设备之间的实时连接关系,完成空气质量在线监测的硬件终端平台设计。借助NBIoT密钥文本,计算空口协议栈表达式,实现对监测系统安全运行机制的完善。分别从main函数、数据信息采集函数、监测任务函数三个角度着手,求解监测系统运行过程中的主要应用函数,并根据具体计算数值,调节各级硬件设备之间的连接关系,完成基于NBIoT的室外环境空气质量在线监测系统设计。实验结果表明,NBIoT机制作用下,在线监测系统在不同温度、湿度条件下,均可以将二氧化碳气体实测浓度与真实浓度之间的差值控制在3ppm以内,与远距离多通道型监测系统相比,更符合准确监测室外环境空气质量的实际应用需求。

    • 基于可靠性的液力变矩器测试、维修与保障性分析方法

      2023, 31(2):34-40.

      摘要 (969) HTML (0) PDF 2.00 M (917) 评论 (0) 收藏

      摘要:大功率液力变矩作为特种车辆底盘动力传动系统的关键部件,由于在产品研制初期子样数少,台架可靠性考核不充分,生产装配工艺不稳定等导致产品的测试、维修和保障性只能依据经验设计缺乏科学的规划。研究通过对变矩器可靠性数据的分析,建立了大功率液力变矩混合威布尔可靠性分析模型,并对不同里程下液力变矩器的可靠性和出现的薄弱环节,检查方法等进行预计;对生产环节可能出现的早期故障,制订了强化出厂试验方案。针对大功率变矩器在使用过程中的故障和维修数据分析,对装备的测试、维修和保障性重新进行了科学的规划与设计。

    • 基于滑动窗口的直升机序列异常检测算法

      2023, 31(2):41-47.

      摘要 (1142) HTML (0) PDF 2.24 M (905) 评论 (0) 收藏

      摘要:无标签的序列在异常检测算法中往往存在着对数据的信息掌握不全面、不能合理使用的情况,而采用深度学习的技术实现检测时往往对其计算的解释性欠佳;对于攻克这些难题,以直升机飞行数据为例对时间序列的反常检测问题展开了深入研究,并利用Iforest技术和PCA算法,给出了一个采用滑动窗口的时间序列异常检测方法,利用从滑动窗口采集信息的时间变化状态等数据信息,将序列异常检测问题转换为点异常检测问题;同时以auc评分为衡量标准,从带有时刻特殊标志的多个信息集上检验了检测效率的提高;在无标签的直升机飞行数据集上进行实验,验证了算法的有效性,并通过对比检测过程中不同特征变量的变化情况,从算法层面和现实层面上阐述了算法的可解释性。

    • 一种智慧地铁轨道状态预测和维修决策优化系统

      2023, 31(2):48-54.

      摘要 (1004) HTML (0) PDF 2.36 M (965) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高地铁轨道智能化管理水平,设计了一种新的智慧地铁轨道管理系统。分别设计了朴素贝叶斯分类器、Logistic回归分类器和支持向量机分类器,并构建了基于Stacking集成算法的轨道状态预测模型。利用XX地铁1号线、2号线和6号线在2015~2021年的设备数据、检测数据和维修数据,验证了模型有效性。引入自适应学习的马尔可夫决策过程(AL-MDP),构建了基于Stacking-SVM的轨道维修决策优化模型。利用模型对地铁轨道进行运行状态感知和异常状态预测,通过自适应学习的过程不断学习地铁轨道的劣化机理,并且为轨道的状态预警和维修策略提供个性化、精细化的决策建议。最后,设计并实现了智慧地铁轨道管理系统。引入AL-MDP后进一步降低地铁轨道的维修成本,能够实时掌握地铁轨道的运作状态。该研究给管理者和工作者提供精细化、个性化、更科学的维修优化决策,对维修成本和轨道安全实现双重精准控制。

    • 基于身管的指向精度测量技术研究

      2023, 31(2):55-61.

      摘要 (979) HTML (0) PDF 1.75 M (852) 评论 (0) 收藏

      摘要:武器装备的动态性能是靶场鉴定、定型试验评价系统的重要技术指标之一,目前高速转管火炮及武器是新型的现代化武器;一个合格的身管武器在投入使用前都需要进行动态性能的测试,合膛身管在预定击发瞬间的实际指向与预定射向的偏离角度是测试身管武器动态性能的重要技术指标;为了解决转管速射武器以及带有稳定功能的炮塔武器在击发瞬间,身管的指向精度及其稳定性的测试难题;提出一种采用激光棱瞄配合光斑图像处理的测量方法来解决这个问题;详细介绍了该方法的身管指向测试原理及结构组成,通过建立身管指向的数学模型,深入分析了该结构的测量原理,经过搭建模拟实验装置并进行实验,在分析实验数据之后,计算出实验误差范围在3%以内,证明了该方法的可行性。

    • 基于嵌入式的可移动环境监测机器人系统设计与研究

      2023, 31(2):62-68.

      摘要 (1471) HTML (0) PDF 1.85 M (964) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的人力监测方式或非移动式监测无法检测空间狭小,环境恶劣的地区。针对当前环境监测中的问题,设计了一种基于嵌入式的可移动环境监测机器人系统。该系统以STM32F103C8T6高性能ARM芯片为控制核心,通过蓝牙和STM32单片机控制的环境监测平台进行通信,远程控制可移动监测平台采集周围的温度、湿度、烟雾浓度和光照等环境数据,并通过远程控制设备的OLED实时更新显示当前环境数据;使用远程操作平台控制机器人的行进轨迹,当检测到前方存在障碍物时,机器人可通过蜂鸣器报警提示监测人员更改行进方向。经过多次实验测试,该机器人能够准确检测当前环境状态,并实时更新显示。该机器人具有准确性和实用性,在未来也能够助力智慧环保落地,具有一定推广价值。

    • 数字式多要素集成气象测量模块开发

      2023, 31(2):69-75.

      摘要 (858) HTML (0) PDF 2.00 M (929) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了适应气象观测仪器设备微型化和数字化的需要,利用BME280作为气象要素核心传感元件,以及国产单片机STC15W408AS和外围电路,通过硬件的电源、PCB和软件数据质控的优化设计,成功开发具有抗干扰和质控性能的数字式、微型化、多要素集成气象测量模块,在笔状大小结构的体积上实现温度、湿度和气压三个要素的精准测量,形成微型数字化的智能气象传感器。在为期4个月的外场试验过程中,将被测模块与标准器进行现场观测数据对比分析。评估的结果表明,温度的标准差为0.029,湿度标准差为0.047,气压标准差为0.000479,测量模块的主要性能指标达到了设计要求,长期工作稳定可靠。模块同时具有RS232和USB双串口输出,很容易连接自动气象站,也非常方便在物联网大面积气象监测应用场景中作为众多节点组网使用。

    • 基于STM32和小波自适应滤波算法的生理参数监测系统的研究

      2023, 31(2):76-82.

      摘要 (1124) HTML (0) PDF 3.13 M (948) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对心血管疾病的高死亡率以及人口老龄化的现象,本篇文章开发了基于STM32单片机和小波自适应阈值滤波算法的可穿戴式健康监测系统。系统可分为系统微处理器、数字系统模块、人机交互模块、信号采集模块和无线通信模块等几个部分,针对人体的心率、血氧、体温等重要生理参数进行处理分析,进而对人体实时监护。系统处理器选取STM32F103C8T6作为控制芯片,显示模块选用了OLED。生理参数采集系统选用了MAX30102传感器和Pulse sense传感器分别对人体腕部和指尖心率进行采集。生理参数采集完毕后,通过进一步的A/D转化,基于提出的一种改进小波自适应阈值滤波算法降噪滤波,从而将人体的生理特征参数记录下来。再将采集的生理数据通过蓝牙传输至手机端,其中的ZigBee模块主要是把获得的数据再次输送到远程控制端内,让患者能够远程得到更好的医疗监控。本系统通过软件与硬件相结合的方式。最后通过对比论证其中心率(BPM)结果误差为±2BPM,血氧含量监测结果误差在±2%以内。

    • 基于深度学习的道路车辆目标检测系统设计

      2023, 31(2):83-90.

      摘要 (1197) HTML (0) PDF 2.43 M (989) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有道路车辆目标检测系统由于计算量过大,且在复杂背景下容易出现误检的问题,设计了一种基于深度学习的道路车辆目标检测系统。系统硬件主要由信号输入模块、控制模块、中央处理模块和输出通道模块四部分组成。引入XCV50E芯片构建控制模块,通过高速RAM快速分配信号。利用TMS320C6202芯片设置中央处理模块,将PCI9054作为信号输出模块的核心设备。软件设计中,完成用户登录、数据采集及处理、模型训练等设计。引入深度学习策略,先采用直方图均衡法处理环境光线干扰的问题,然后建立改进YOLOv4模型,处理噪声等干扰信息,最后基于注意力机制完成图像特征提取优化,进而更精准地完成道路车辆目标检测。实验结果表明,所提系统具有很好的鲁棒性,能够很好地减少计算量,提高检测准确率。

    • 基于无人机倾斜摄影技术的多源遥感影像变化检测并行系统设计

      2023, 31(2):91-96.

      摘要 (852) HTML (0) PDF 1.38 M (886) 评论 (0) 收藏

      摘要:为使无人机遥感图像的影像残差值得到有效控制,提升多源遥感影像变化特征的检测精度水平,设计基于无人机倾斜摄影技术的多源遥感影像变化检测并行系统。在C/S框架体系中,设置并行运作电路、像素点检测主机、HBase存储结构与遥感影像显示器,完成对多源遥感影像变化检测并行系统的硬件设计。根据联合平差指标的数值水平,计算密集度指标,联合已知影像数据,求解无人机倾斜摄影过程中的纹理映射条件,实现对多源遥感影像的建模处理。按照影像特征提取结果,完善影像检测金字塔的构型模式,将无人机数字影像与并行检测节点匹配起来,再结合各级硬件应用结构,完成基于无人机倾斜摄影技术的多源遥感影像变化检测并行系统设计。实验结果表明,设计的系统在无人机倾斜摄影技术的作用下,遥感图像在x轴、y轴、z轴方向上的影像残差指标均出现明显下降的数值变化状态,能够有效提升多源遥感影像变化特征的检测精度。

    • 基于时空融合图的共享单车需求预测系统

      2023, 31(2):97-103.

      摘要 (1141) HTML (0) PDF 1.55 M (917) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为一种新的城市公共交通方式,共享单车的出现给人们的日常出行带来了极大的便利性;但由于其使用的过程中存在动态不均衡的性质,用户常会面临无车可借和无桩可还的现象,因此需要一个精确的需求预测模型,来解决共享单车的调度问题;为此提出一种新的基于时空融合图的注意力网络模型,该模型将不同时间片的相同车站节点进行连接,从而形成一张大的时空融合图;得益于时空融合图下的自注意力机制,模型在时间相关性和空间相关性之外,还可以捕获局部时空相关性和全局时空相关性;在Divvy数据集上的实验表明,该模型的预测精度优于以往的时空数据预测模型,预测结果与真实结果曲线相吻合,可为实际中共享单车需求预测系统提供有效参考。

    • 一种适用于长期工作的测控设备特性验证方法

      2023, 31(2):104-108.

      摘要 (925) HTML (0) PDF 1.55 M (850) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对长期工作的测控设备功能和性能验证需求,根据测控设备原理,设计了一种基于设计层面的测试思路,为测控设备长期稳定运行提供了模拟验证条件;通过将测试功能嵌入到产品内,将外部不可测的指标参数,尤其是模块内部信号的变化趋势监测、运行环境的变化监测等从设计层面注入到产品中,结合动态测试、故障注入测试等手段收集长期运行测试数据,并对数据进行趋势评估和故障评估,得出测控设备的健康程度或故障程度;该方法具备更突出的故障激发能力和设备功能性能评估能力,为长期运行产品可靠性测试提供参考。

    • >控制技术
    • 基于超声测距的工业机器人避障控制系统设计

      2023, 31(2):109-114.

      摘要 (1111) HTML (0) PDF 1.92 M (924) 评论 (0) 收藏

      摘要:工业机器人对于自身与障碍物之间的距离测量不准确,无法根据二者距离判断行驶路径,导致避障效果较差。为此基于超声测距技术设计了一种新的工业机器人避障控制系统,从硬件和软件两方面对避障效果进行优化设计。将具有脉冲信号的超声换能器安装在单片机的操作模块中,增加MOS功率器件作为超声换能器的驱动元件,应用EA1、EA2和EA3三种型号的误差放大器,将回波信号稳定放大到电路中,利用运算放大器和RC网络电路实现滤波放大,利用信号检测电路实现检测。利用超声波传感器精准测量出自己与障碍物之间的距离,通过建立模糊数据库、定位漫反射信息、提取不同方向的测距信息实现工业机器人避障控制。实验结果表明,设计的基于超声测距的工业机器人避障控制系统能够准确测量出与障碍物之间的距离,避障控制准确率平均值达97.4%,能够实现工业机器人避障防碰撞操作。

    • 无人仓多搬运机器人协同作业轨迹自动控制研究

      2023, 31(2):115-121.

      摘要 (1140) HTML (0) PDF 2.20 M (976) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于无人仓多搬运机器人协同作业线路较为复杂,导致协同作业轨迹控制难度增加,为了保证多搬运机器人能够按照规划路线执行搬运作业,提出了无人仓多搬运机器人协同作业轨迹自动控制方法。采用栅格图建模法,结合无人仓内货架的实际分布情况,建立无人仓环境场景。从组成结构、运动学以及动力学三个方面,构建搬运机器人的数学模型。遵循就近原则分配多机器人搬运任务,规划多搬运机器人的协同作业轨迹,根据多搬运机器人实时位姿的自动检测结果计算控制量,利用作业轨迹自动控制器的安装与运行,完成无人仓多搬运机器人协同作业轨迹的自动控制任务。实验结果表明,在该方法应用后,多搬运机器人在无人仓中的作业轨迹与规划轨迹基本相同,计算得出的平均位置控制误差和姿态角控制误差分别为2.27cm和0.05°,搬运机器人的碰撞次数能被控制在规定范围内,实际应用效果好。

    • 自主车辆队列控制系统的稳定性分析

      2023, 31(2):122-128.

      摘要 (1165) HTML (0) PDF 1.56 M (998) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对含通信时延的车辆队列系统,开展内部稳定性和队列稳定性分析研究;首先,利用矩阵相似变换,将高维车辆队列闭环控制系统降维拆分为若干等价的低维子系统,极大地降低了内部稳定性分析的解析难度和运算量;在此基础上,利用直接法求解了车辆队列子系统特征方程的临界虚根,从而推导了准确的时延边界,获得了车辆队列系统内部稳定的充要条件;然后,为了保证干扰沿车辆队列向后传播时不扩散,通过频域分析车辆间误差传递函数,给出了系统的队列稳定性条件,以及时延和控制器参数的指导原则;最后,通过仿真验证了所提稳定性分析方法的有效性。

    • 舰船电站网络控制系统可信性分析设计技术

      2023, 31(2):129-134.

      摘要 (914) HTML (0) PDF 1.47 M (836) 评论 (0) 收藏

      摘要:舰船电站网络控制系统由分层、局部向扁平、全局方向发展,信息安全问题可能直接导致功能安全失效,迫切需要开展相应的可信性分析设计。针对舰船电站网络控制系统面临的功能安全、信息安全等可信问题,通过从舰船电站网络控制系统中的系统、数据、网络3方面分析了可信性风险与设计需求,提出了相应的舰船电站网络控制系统可信性分析技术、数据可信性设计技术和网络可信性设计技术,保障舰船电站网络控制系统的可信性,为舰船电站网络控制系统研制过程中开展可信性分析设计提供了技术支撑。

    • 基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统设计

      2023, 31(2):135-140.

      摘要 (1002) HTML (0) PDF 1.92 M (908) 评论 (0) 收藏

      摘要:壁面吸附是爬壁机器人的基本功能之一,其吸附程度直接影响爬壁机器人的稳定性和移动速度。为此,设计了基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统。选择爬壁机器人传感器装置,加设DSP数字信号处理器,设计爬壁机器人吸附控制器。在硬件结构的支持下,根据爬壁机器人的组成结构和工作原理,构建相应的数学模型。在该模型下,利用DSP技术计算爬壁机器人吸附力。通过爬壁机器人在壁面环境下的受力分析结果,确定爬壁机器人安全吸附条件。以吸附控制器作为执行机构,实现爬壁机器人的吸附控制。选择负压爬壁机器人作为测试样机,通过系统测试表明,在瓷砖、木板、玻璃三种壁面环境下,与两个对比系统相比,应用此次设计系统得出爬壁机器人吸附力的控制误差降低了2.04N,倾覆风险系数降低了0.29,具有较好的吸附控制效果。

    • 地面气象观测站运行监测与控制系统设计

      2023, 31(2):141-146.

      摘要 (941) HTML (0) PDF 2.36 M (928) 评论 (0) 收藏

      摘要:地面气象观测站是一种重要的气象探测设施,由主采集器、分采集器、各种传感器以及供电系统等构成,能够自动观测气温、湿度、气压、风速、风向、雨量等地面气象观测要素。为提升地面气象观测站运行状态监测及时性和丰富程度,实现远程电源控制,研究并设计一套地面气象观测站运行监测与控制系统。系统由站端控制器以及上位机软件组成,以树莓派为核心完成站端控制器硬件设计开发,基于python语言完成上位机软件以及控制器程序设计开发。对系统可靠性、功耗进行测试。测试结果表明:系统对自动站运行状态的成功获取率在99.5%以上,并对运行状态异常具有较好的识别能力。控制器平均值为3.9W,接入常见的8要素地面气象观测站功耗占比为5.6%,电池供电情况下对蓄电池续航时间影响不大,但在低功耗气象站中使用时应考虑更换更大容量的电池。该系统可进一步提升地面气象观测站运行质量,降低维修保障人员工作强度。

    • 基于CPLD控制模块的智能机器人控制系统研究

      2023, 31(2):147-153.

      摘要 (1053) HTML (0) PDF 1.64 M (893) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高智能机器人环境感知能力和避障能力,降低智能机器人运行中碰撞障碍物的概率,设计了一种基于CPLD控制模块的智能机器人控制系统。以CPLD控制器为核心,调整A/D模拟采集接口模块信号的连接形式,并设置与PWM寄存器相关的连接参数;给出了主机智能程序的决策流程,并适时调整PWM寄存器的整流参数,提升控制指令执行向量的匹配精度,以实现对智能机器人运动轨迹的精确控制。与传统机器人控制系统相比,基于CPLD控制模块的智能机器人能够更准确地感知外界环境的变化,精确规避障碍物。

    • >军事装备测控技术
    • 膛内惯性测速系统设计

      2023, 31(2):154-160.

      摘要 (984) HTML (0) PDF 2.63 M (880) 评论 (0) 收藏

      摘要:弹丸的膛内运动参数可以反映火炮工作状态特性,针对常规火炮弹丸内弹道运动测速需求,设计了基于MEMS加速度传感器和姿态传感器的膛内惯性测速系统。采用Kalman滤波和四元数姿态解算算法对传感器数据进行FPGA片上处理,实现了从弹丸挤进到出膛运动过程的时间记录,成功获取弹丸内弹道运动过程中加速度、速度和位移变化。实验结果表明,相对激光区截测速方法,本系统出膛速率测量误差小于2.93%;相对火炮身管原参数,出膛位移测量误差小于1.85%,为内弹道过程弹丸运动参数测量获取提供了技术支持,对火炮系统设计评估具有重要意义。

    • >设计与应用
    • 基于分层的一体化通信电台数据采集系统设计

      2023, 31(2):161-166.

      摘要 (984) HTML (0) PDF 1.99 M (901) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘 要:为满足通信对抗装备对抗效能评估或通信对抗训练演习效果评估需求,提出了一种基于分层的通信电台数据采集统设计方案,通过采集通信电台物理层、链路层、网络层的工作参数和状态参数,能够实现电台数据采集存储,并依据不同层次的采集数据实现不同层级的评估功能,该系统以车载多通道通信电台为采集对象,采用了实装电台与采集存储系统一体化集成设计思路,详细给出了采集系统软硬件设计方案,试验结果表明:该系统能够采集不同类型自组网电台数据,并为通信对抗装备效能评估提供不同类型和不同层次的数据,采用一体化设计思路提高了通信电台数据采集的便捷性和采集效率。

    • 基于VPX和CTC7132的全国产可扩展交换板设计与实现

      2023, 31(2):167-172.

      摘要 (1012) HTML (0) PDF 2.40 M (908) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现阶段军用指控系统对网络交换性能和安全方面的要求,研发了一款基于CTC7132交换芯片和VPX 体系架构的可扩展交换板。详细阐述了全国产交换板的架构,各功能模块的设计与实现,并对整板进行热设计和仿真,最后对交换板的功能、性能、环境适应性进行了测试验证。测试结果表明:交换板能适应-40℃~+60℃高低温苛刻环境,具备强大的网络交换能力,所有端口支持全双工线速交换,最高速率可达984Mbps,丢包率低,具有很好的通用性和扩展性。该板卡的成功研制为自主可控交换平台的国产化器件应用验证奠定了坚实的基础。

    • CFD验证与确认数据库平台数据结构设计与应用

      2023, 31(2):173-177.

      摘要 (888) HTML (0) PDF 2.32 M (908) 评论 (0) 收藏

      摘要:计算流体动力学(CFD,computational fluid dynamics)验证与确认数据库平台用于存储和管理精细风洞试验、飞行试验、数值计算产生的标准算例数据。针对结构复杂、维度较高且参数不固定的CFD验证与确认标准算例数据,设计一种灵活的数据结构,动态存储不同标准算例的来流状态数据与结果数据,减少数据冗余,提高数据可扩展性。基于该数据结构完成标准算例数据质检与元数据管理设计,确保数据库平台能够精准、高效的为CFD软件可信度评价或相关研究提供数据服务。应用证明,验证与确认数据库平台实现了标准算例数据的有效管理和高效应用,为国家数值风洞工程和国内相关CFD软件的验证和确认提供了有力支撑。

    • 舰船信息系统装备质量数据智能采集与分析技术研究

      2023, 31(2):178-184.

      摘要 (893) HTML (0) PDF 2.00 M (936) 评论 (0) 收藏

      摘要:舰船信息系统装备形态多样、技术状态复杂,性能数据和质量数据庞大,需要采用信息化、智能化手段,实现对海量数据的采集、提取、整合与调用,供状态监测和性能评估使用。通过研究信息系统装备相关设计、测试、试验、使用维护数据的获取方式和手段,开展信息采集、图像处理以及应用架构设计等关键技术研究工作,解决质量数据的采集接口不统一,质量数据存储分散,数据分析和利用不够的诸多问题,提高工作效率、降低使用维护成本。在信息采集的基础上,通过研究面向舰船信息系统装备研制、试验、运行、维护等多环节统一的数据环境,开展质量数据建模分析、成功数据包络、性能评估及辅助决策等关键技术研究工作,构建舰船质量数据的高速处理和分析体系,解决辅助决策过程信息多、依据多、流程复杂的问题,可辅助快速生成技术决策建议,缩短决策时间。

    • 采用SIMT结构GPU的二维离散哈尔小波变换的优化

      2023, 31(2):185-189.

      摘要 (909) HTML (0) PDF 1.48 M (847) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决CPU环境下小波变换在运行时对高分辨率图片处理速度较慢的问题,利用GPU有大量可编程核心的特点,针对二维离散哈尔小波变换进行了在SIMT(单指令多线程)体系结构GPU环境下的并行推导,同时调整GPU的逻辑布局,将数据分割,更改了数据同步方式,并且采用了虚拟寻址,将速度进一步提升到了0.92ms,比CPU环境下效率提升51.1%,比SIMD架构效率提升16.3%,效果显著,满足实时性要求。

    • 一种MIMO-OTFS低复杂度信号检测算法

      2023, 31(2):190-195.

      摘要 (1013) HTML (0) PDF 1.27 M (843) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于高速多径环境下频率色散现象严重破坏正交频分复用(OFDM)系统子载波正交性,为解决高速多径环境下的频率色散问题,正交时频空调制技术技术(OTFS)应运而生;而多输入多输出技术(MIMO)具有可以有效提升信道容量和系统可靠性的特点,文章采用了MIMO技术与OTFS技术结合的方法,推导了MIMO-OTFS系统中最大比合并信号检测算法(MRC)理论并加以仿真;针对MIMO-OTFS系统中MRC信号检测算法复杂度过高的情况,提出了一种低复杂度信号检测算法;该算法的基本思想是利用最大比合并方法对时延—多普勒网格中传输符号的接收多径分量进行提取和相干合并,以提高合并信号的信噪比,同时利用Cholesky矩阵分解理论,对信道增益矩阵进行求逆运算的优化,降低了算法复杂度,为MIMO-OTFS系统的实际应用做出贡献;

    • 压电陶瓷驱动器迟滞非线性误差的建模与分析

      2023, 31(2):196-203.

      摘要 (820) HTML (0) PDF 1.73 M (856) 评论 (0) 收藏

      摘要:压电陶瓷驱动器的最大迟滞非线性误差可以超过输出行程的15%,而快刀伺服系统(FTS,Fast Tool Servo)要求重复定位精度优于10nm,相对线性度误差优于0.5%,压电陶瓷驱动器的误差无法满足该精度要求。首先对压电陶瓷迟滞非线性误差进行实验分析,将迟滞非线性误差分为频率无关迟滞现象和频率相关迟滞现象。接着对Bouc-Wen(BW)和Prandtl-Ishlinskii(PI)的频率无关迟滞模型进行修正和对比,确定了采用PI模型描述本文的频率无关迟滞现象,PI模型对频率无关迟滞曲线的辨识精度为0.392%。然后设计基于Hammerstein模型的频率相关迟滞模型,Hammerstein模型对频率相关迟滞曲线的辨识误差相比PI模型时,其均方根值降低了88.068%。提出了压电陶瓷驱动器迟滞非线性误差的建模方法,并分析了其有效性和准确性,给FTS伺服控制提供了一种实用的前馈控制器。

    • 基于对抗的一致性正则半监督辐射源个体识别方法

      2023, 31(2):204-209.

      摘要 (1001) HTML (0) PDF 2.29 M (945) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在有标签信号样本数量较少,待识别信号因复杂信道导致数据分布发生变化的实际场景中,传统通信辐射源个体识别技术识别率较低的问题,提出基于对抗的一致性正则半监督辐射源个体识别方法。该方法在一致性正则半监督模型上首次引入基于对抗的域适应思想,建立网络模型提取“域不变”特征,即不同信噪比条件下的信号数据的特征对齐,从而实现在原始信号上训练的模型,对其他信噪比下信号的高准确率识别。在ORACLE射频指纹数据集上通过设置不同条件的数据集展开实验,实验结果表明,基于对抗的一致性正则半监督模型比全监督方法以及经典的一致性正则半监督模型具有更高的识别准确率。

    • 基于深度学习的文本自动纠错系统设计与实现

      2023, 31(2):210-216.

      摘要 (1128) HTML (0) PDF 2.46 M (1010) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决机关办公人员对公文格式不熟悉且在公文写作时存在各类格式和内容错误的问题,提出机关公文自动纠错系统,用于辅助公文写作和校对工作;对机关公文纠错需求和常用的纠错方法进行了研究,并进行了机关公文分类标准及公文写作时经常出现格式与内容错误的分析;设计系统由公文模板生成、公文格式校对和公文内容纠错三个功能组成;首先,制作了Word标准格式模板用于实现生成不同类型公文模板;其次,设计公文要素识别与检查算法,并基于VBA技术实现公文格式校对;再次,准备了错别字词查错模型语料库,根据公文规范用语及固定搭配建立了纠错辅助字库,基于Seq2Seq深度学习模型训练字词、语法和标点符号查错模型完成公文内容纠错;最终,通过研究,所设计的系统极大地提升了机关办公人员公文写作效率并减轻校对工作负担。

    • 基于ESB和BPM的计量检定集成平台关键技术研究与实现

      2023, 31(2):217-222.

      摘要 (837) HTML (0) PDF 1.73 M (848) 评论 (0) 收藏

      摘要:计量是现代工业发展的基础,计量检定信息系统,是实现工业计量规范化、体系化、数字化目标的重要工具;面对大量异构的信息系统和数字设备的软件接口,复杂的计量业务流程,频繁变更的需求,高质量敏捷搭建计量检定系统的难度日益增加;为解决计量检定系统内外软件接口的高质量集成和软件接口的全生命周期管理,进行计量检定业务流程驱动的敏捷开发,采用集成ESB和BPM平台化的软件架构方法,不仅实现了大量异构接口的快速接入和全生命周期管理,也实现了基于计量业务流程的快速低代码开发;经实际应用提升了软件质量和可靠性,提升了软件项目开发速度和效率,满足了大中型企业计量管理的应用需求。

    • 基于天基信息系统的数据分发技术研究

      2023, 31(2):223-229.

      摘要 (935) HTML (0) PDF 2.80 M (883) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在天基多域信息系统中,各类电子设备不断增加和推陈出新,进而使得天基多域信息系统中数据量更大、数据类型更多、数据复杂性更高的特点,对数据分发服务(DDS)技术进行研究,提出了一种应用在天基多域信息系统网关上的基于国产操作系统的数据分发服务实现技术;基于PowerPC P1022平台,完成国产化自主可控嵌入式操作系统风云翼辉(AIC-OS)嵌入式操作系统的移植适配,同时联合VxWorks、Windows平台,搭建起一套基于DDS技术的天基多域信息分发系统;之后针对天地网络一体化通信的背景需求,分别对本系统的联通性、可靠性、在线感知能力、通信时延等多方面能力进行实验测试;实验结果表明,可以有效实现天基多域信息系统的互联互通,实现数据在不同用户间的发布和订阅。

    • 应用于纳型无人机视觉场景数据集构建的图像采集系统

      2023, 31(2):230-236.

      摘要 (974) HTML (0) PDF 1.93 M (903) 评论 (0) 收藏

      摘要:纳型无人机具有体积小、功耗低的优势,在物联网、智能感知等领域中有重要的应用前景。对于纳型无人机的机载目标检测和目标跟踪等任务,视觉场景数据集对于机载算法的训练具有重要作用。由于受到体积和功耗等因素的限制,使用无人机机载的视觉系统进行场景数据的采集存在传输帧率慢、传输中需要进行数据压缩等问题,进而导致构建的数据集与机载算法处理的实际图像不匹配。因此,为了构建一个高质量的数据集,该图像采集系统以匹配纳型无人机视觉场景数据为目的进行设计,系统通过低功耗图像传感器HM01B0制作的模组获取图像数据,通过ZYNQ的PL单元完成图像数据的处理和图像传感器的控制,PS单元完成图像数据存储和各任务间的调度。实验结果表明,该图像采集系统最高可以达到320*320分辨率下45帧/s的采集速率,与纳型无人机机载视觉系统图像获取速率相匹配,同时采集的图像质量清晰,能够满足纳型无人机视觉场景数据集构建的需求。

    • 基于物联网的异构传感数据入侵风险识别方法

      2023, 31(2):237-242.

      摘要 (912) HTML (0) PDF 1.66 M (882) 评论 (0) 收藏

      摘要:异构传感数据入侵风险识别过程中未对采集的异构传感数据进行融合处理,导致数据入侵风险识别完整性较差,为此,本文引入物联网技术,提出一种新的异构传感数据入侵风险识别方法。根据物联网的组成层次,构建物联网结构模型。依据不同网络入侵攻击类型,设置风险类型识别标准。在物联网结构模型下,采集异构传感数据,得出初始数据的融合处理结果。从传感数据结构以及数据时域变化两个方面,提取异构传感数据特征,计算入侵风险值。最终输出可视化的异构传感数据入侵风险等级以及类型的识别结果。实验结果表明,设计识别方法的风险值识别误差降低了0.015,风险类型识别正确率提高了1.6%,且风险识别方法的响应时间更短,即优化设计的入侵风险识别方法在精度和时效性两个方面更加具有优势。

    • 一种REB & PMDS的无线MAC协议

      2023, 31(2):243-248.

      摘要 (869) HTML (0) PDF 1.65 M (811) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对分散无线网络的媒质访问控制,提出了一种新的MAC算法;算法根据几何分布采用随机长度的突发来重复消除信道访问节点,其中每个发送节点能够在每个时隙中执行载波侦听操作或执行一个短突发或干扰发送;计算了在单次消除和重复消除中n个节点中有m个节点在消除阶段存活下来的概率以及重复消除中一个节点成为唯一获胜者的概率;并基于基本优先级向量提出了一种实现差异化服务的相对优先级机制,从而提高整个网络的信道总利用率;仿真实验结果表明,提出的协议算法相比于目前广泛采用的几种MAC协议在信道接入成功率、信道利用率和信道分配公平性方面都有明显的优势。

    • 最优局部修复码的构造

      2023, 31(2):249-255.

      摘要 (1063) HTML (0) PDF 1.68 M (866) 评论 (0) 收藏

      摘要:局部修复码(Locally Repairable Codes, LRCs)作为纠删码的一种,被广泛应用于分布式存储系统中。针对目前局部修复码在满足最小距离最优界时码率不高且局部性的参数限制大的问题,本文提出一种基于方形网络的最优局部修复码构造方法,利用方形网络构造局部修复码的校验矩阵,从校验矩阵入手构造局部修复码,达到了最优码率界,但是其局部性不高。进一步将方形网络水平方向和垂直方向上的关联矩阵进行扩展,所构造的局部修复码在局部性上的性能有所提升。和现有局部修复码进行对比分析,构造的局部修复码不仅满足最小距离最优界,同时达到了局部修复码的码率最优界,可适用于任意局部性的情况,对二元最优局部修复码的构造具有借鉴意义。

    • 一种改进的跳频抗干扰定时同步算法

      2023, 31(2):256-261.

      摘要 (922) HTML (0) PDF 924.59 K (882) 评论 (0) 收藏

      摘要:跳频系统是抗干扰通信中一种常用的手段,定时同步方案设计需要考虑到系统特点,并且在干扰条件下具有良好性能。在对干扰条件下系统定时性能分析的基础上,针对传统CME检测算法计算复杂的问题,提出一种基于能量排序检测的平方定时同步算法。该算法首先对解跳后的信号进行能量检测,利用检测结果通过排序去除干扰后进行定时误差检测,最后通过内插恢复用于解调,无需多次迭代确定检测门限。仿真结果表明,改进算法与使用传统CME算法定时估计性能相当且能满足系统解调性能要求,使得计算量下降1/2;在不同干信比和不同干扰带宽下,归一化定时方差小于1 × 10-3,解调性能损失小于0.5dB。

    • 基于线阵相机的高速小目标提取算法研究

      2023, 31(2):262-268.

      摘要 (916) HTML (0) PDF 1.56 M (884) 评论 (0) 收藏

      摘要:线阵相机在成像背景亮度不均匀的情况下,捕捉到的动态目标对比度低、难以识别;首先分析对比了几种灰度阈值分割算法处理原始图像的有效性,在对原始图像灰度直方图的特征进行充分分析之后,提出了基于直方图差分法的阈值分割算法,对原始图像进行二值化处理;然后分析对比了几种滤波算法的图像去噪效果,并选择采用形态学平滑处理算法去除图像噪声,再进行飞行物图像轮廓提取;最后由质心定位算法确定飞行物图像中心坐标,实现了对视野暗区内高速小目标的快速提取;进行多组实验对算法的有效性进行验证,结果表明飞行物图像得到了有效增强,定位结果符合实际情况,算法运行效率高,证明了该算法在基于线阵相机的高速小目标提取中具有应用价值。

    • 基于正弦数据压缩算法的DDS研究及FPGA实现

      2023, 31(2):269-276.

      摘要 (885) HTML (0) PDF 2.10 M (905) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对直接数字频率合成器(DDS)芯片因存储空间开销大导致功耗增加,可靠性降低的问题 ,设计了一种将改进sunderland算法与QE-ROM技术相结合的一种用于直接数字频率合成器(DDS)的紧凑型16位精度正弦查找表(ROM);对所设计的正弦查表算法进行了系统级仿真与硬件描述语言(Verilog HDL)实现,并最终在FPGA上进行了整体算法功能与性能的验证;基于AD5360芯片制作了一款多通道16位输出数模转换器(DAC),并搭载降压稳压芯片LM317和LM337实现了一款可以将220V工频转换为DAC所需的±9V和3.75V的供电电源。测试结果显示,设计的正弦查找表算法在达到16位精度的同时,只占据8576bit的存储空间。所使用的正弦数据优化算法相比较传统的DDS正弦波形发生器资源节省99.2%,实现了122:1的压缩比,有效降低了DDS的芯片面积和功耗;

    • 基于空间管理器和适配器的可重构设备在线放置

      2023, 31(2):277-283.

      摘要 (839) HTML (0) PDF 1.19 M (833) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现可重构设备上的模块/组件的在线放置,提出了一种基于空间管理器和适配器的在线放置策略。对于空间管理器,提出管理可重构设备上的已占用空间,而不是空闲空间,这样将更快地通过使用已占用的空间来查找到可以放置新组件的空闲位置集,具体实现是计算出相对于设备和每个已放置组件的IPR,从而得到IPR集。然后通过从总的设备区域中减去IPR集来得到可以放置新组件的空闲位置集;对于适配器,首先计算能得到最佳放置路由成本的点即放置新模块的最佳点,然后检查该点是否属于PPR集,如果是,则得到问题的解,否则,就寻找接近最佳点最近可能的位置,并选择它作为最佳放置位置;实验结果表明,提出的空间管理器和适配器相比于目前常用的几种放置方法不仅有更低的复杂度,而且有更低的装配时间。

    • 基于并行架构的宽带扩频信号捕获技术研究

      2023, 31(2):284-289.

      摘要 (938) HTML (0) PDF 1.47 M (891) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决大动态低信噪比环境下,由于宽带扩频信号速率过快,使得载波多普勒和伪码多普勒较大导致无法成功捕获信号的问题,提出一种基于并行架构的捕获方法;该方法利用并行载波NCO产生本地载波,与接收信号进行下变频混频以对载波和伪码多普勒进行补偿,利用并行伪码NCO产生本地码进行内码滑动相关和外码匹配滤波,经过二次捕获进一步估计载波多普勒和伪码相位;仿真结果表明,在62 dBHz的载噪比下,符号速率为1 Mbps,载波多普勒搜索范围为± 800kHz,载波多普勒变化率为±100 kHz/s时,这种方法可以实现宽带扩频信号捕获,并且在符号信噪比为2 dB时,捕获概率为99%,捕获时间为0.9009 s;使用该捕获方法,可以降低宽带扩频信号捕获复杂度、提高捕获效率,为大动态低信噪比环境下宽带扩频信号的捕获提供了一种有效的捕获方法。

    • 一种改进单脉冲技术的低角跟踪性能分析

      2023, 31(2):290-297.

      摘要 (918) HTML (0) PDF 1.91 M (864) 评论 (0) 收藏

      摘要:在低仰角跟踪过程中,空域飞行目标发射的电磁波可通过不同路径传播到达相控阵系统接收端。由于各分量场的到达时间不同,它们按各自相位相互叠加而造成干扰,导致相控阵天线无法通过传统单脉冲测角技术准确获得目标的角度信息;为了消除多径效应对于系统低角跟踪性能的影响,提出了一种改进单脉冲测角技术方法:该方法利用相邻脉冲差波束相位跳变构造对称波束,并采用频率分集技术,通过对不同工作频率下得到的和差波束进行一系列运算,能够准确得到目标与镜像目标的角度信息;在典型二径环境下,测角误差由之前的一度左右降低到零点一度以下;改进单脉冲测角技术的应用使得系统的跟踪性能明显提高,并且计算复杂度较低,较容易实现,因此具有良好的工程实用价值。

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