• 2023年第31卷第8期文章目次
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    • >军事装备测控技术
    • 基于应变阵列的小型表面冲击定位系统设计

      2023, 31(8).

      摘要 (277) HTML (0) PDF 3.02 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对装甲单位对自身外部的观察手段有限,在深入步兵集群内部或陷入遭遇战时通常会有自检手段少,自身健康信息不足等问题,使用特殊内嵌式结构将应变片布置在装甲板内部,以HDOP值作为判断依据设计了应变阵列布置方式,依靠高性能的STM32H743MCU设计了小型系统,通过通道时差补偿、信号时延估计与TDOA定位算法,实现了装甲板表面冲击定位;实测结果表明:对40KHz的正弦波信号五通道采样,使用所设计算法进行补偿后,通道一和通道五的时间同步精度可达97%,时延估计精度在98%左右;装甲表面定位误差小于1cm,能够满足装甲表面冲击定位需求。

    • >综述与评论
    • 超声波扫描显微镜应用及发展研究

      2023, 31(8):1-9.

      摘要 (376) HTML (0) PDF 2.19 M (737) 评论 (0) 收藏

      摘要:超声波扫描显微镜是一种利用超声波为传播媒介的无损检测成像设备,相对于传统的破坏性检测,超声显微镜不会对样品造成损伤,更不会影响样品的性能。本文主要介绍了超声波显微镜的发展现状、应用领域和发展等内容。应用领域主要从材料科学检测行业、半导体测试行业、金刚石检测行业、低压电器检测行业和水冷板检测行业。最后,对超声波扫描显微镜的发展进行了展望。随着超声波技术的发展,声频会越来越高,超声显微镜的本领将越来越大。可以预料,它与其他尖端技术结合,将会发挥出更大更独特的作用。

    • >测试与故障诊断
    • 基于改进的冲突A*算法的卫星电源系统故障诊断方法研究

      2023, 31(8):10-15.

      摘要 (301) HTML (0) PDF 1.47 M (225) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对卫星电源系统的在轨故障诊断,提出了一种改进的冲突A*算法故障诊断方法;改进的冲突A*算法在冲突A*算法基础上增添了一个扩展节点消减模块,通过该模块可以达到故障隔离的目的,从而加快搜索速度;首先改进的冲突A*算法会生成一个候选诊断,然后在卫星电源系统模型中对应部件生成输出,当模型部件生成的输出与实际观测值不一致时,改进的冲突A*算法会缩减可扩展的冲突节点,然后生成下一个候选诊断并进行循环,直到搜索结束;采用多组件受约束卫星电源系统模型开展验证实验,结果显示,多重故障诊断中改进的冲突A*算法在搜索速度上相比冲突A*算法提升50%,证明了该算法在卫星电源系统故障诊断中应用的有效性。

    • 基于频谱增强的软件多故障定位

      2023, 31(8):16-23.

      摘要 (304) HTML (0) PDF 2.40 M (258) 评论 (0) 收藏

      摘要:检测故障是繁琐而耗时的,为了提高传统软件故障定位方法的效率以及精确度,提出了一种基于频谱的故障定位新方法;充分利用了失败的测试用例与故障之间的关系,通过使用频谱增强的方式,采取逻辑与运算的关键技术和方法,对失败的测试用例进行精简,优化失败测试用例中的频谱信息,从而得到频谱增强后的测试用例,克服了冗余测试用例对定位效果的消极影响,再根据新的频谱信息计算可疑度值,最后生成优化后的可疑度排序列表;首次将频谱增强的方法同时运用到单故障与多故障程序场景中,在包含植入故障的西门子程序和真实故障的Defects4j程序中,经实验检测证明本研究方法能够显著减少代码检查的范围,尤其是在高性能范围内(EXAM5%),并且仅通过检查Top-1至少能有效地定位超过原有约20%的故障,结果表明基于频谱增强的故障定位方法有效提升了检测率,可以更好地帮助程序员精准定位故障位置。

    • 城轨美式应答查询器状态分析与故障检测

      2023, 31(8):24-30.

      摘要 (368) HTML (0) PDF 2.87 M (230) 评论 (0) 收藏

      摘要:城市轨道交通中应答器传输系统是对行进列车进行精确定位的关键系统,列车定位是保证基于通信的列车控制系统(CBTC)安全高效工作的前提。在运营过程中,应答器传输系统在因线路老化、列车振动、设备故障等原因出现信标丢失的故障,导致无法对列车进行定位而引起列车制动,这对列车运行造成极大的影响,更是线路运营的重大安全隐患。目前城市轨道交通中针对车载设备的故障,采取的检修方法是整体更换故障设备,维修成本高且效率低下。为减少车载设备故障情况,本文通过对应答器传输系统中的美式应答查询器的工作状态进行研究,旨在根据其工作状态判断应答查询器故障的具体位置,提出了一种针对应答查询器的故障的检测流程,为城轨车载设备的故障检测提供了指导,有良好的应用价值与实际意义。

    • 基于改进分水岭-凹点分割的矿石粒径分级检测方法

      2023, 31(8):31-37.

      摘要 (452) HTML (0) PDF 2.01 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高混凝土行业的生产质量,需要对矿石大小做粒径分析,传统方法是采用人工筛分处理,过程中需要耗费大量的人力物力,同时,也存在检测时间长和检测精度低等问题;针对这一难题,通过利用计算机视觉技术,提出了一种基于改进分水岭-凹点分割的矿石粒径分级检测新方法;首先,利用图像自适应中值滤波和改进的多尺度形态学处理,提取矿石轮廓特征;其次,采用改进的分水岭分割和凹点分割相结合,获得矿石之间粘连形成的深凹点集合;最后,引入反向链码模板对凹点集进行有效的分离,从而对矿石粒径做出精准的统计分析;实验结果表明,该算法的粒径分级与人工筛分的粒径分级相比较,两者之间的累积误差率在5%以内,具有较高的准确性与实用性,值得大力的推广与应用。

    • 基于弱磁探测技术的高压海底电缆精确定位系统设计

      2023, 31(8):38-43.

      摘要 (389) HTML (0) PDF 1.72 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:高压海底电缆具有耐腐蚀、抗冲击性能好和电气寿命长等优点,是海上输电系统的重要组成部分,为保证海底输电系统正常运行,设计并开发了基于弱磁探测技术的高压海底电缆精确定位系统。装设海底弱磁探测器作为弱磁探测技术的执行元件,改装高压海底电缆精确定位器。根据高压海底电缆的组成结构、电力学工作原理以及磁场分布特征,构建高压海底电缆及其磁场等效模型。采集高压海底电缆的实时状态数据,利用弱磁探测技术获取高压海底电缆周围的磁信号,通过信号特征匹配与坐标计算,得出高压海底电缆精确定位结果。通过系统测试实验得出结论:与传统定位系统相比,优化设计系统定位静态电缆的平均误差降低约10.82m,定位动态电缆的平均误差降低了11.37m,表明了所设计系统在定位精度方面具有明显优势。

    • 基于小波分析的气动调节阀反馈杆松动故障在线诊断研究

      2023, 31(8):44-50.

      摘要 (200) HTML (0) PDF 2.83 M (222) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对气动调节阀定位器反馈杆松动导致阀位无法按照设定信号运动,影响工业生产的问题,提出了一种基于小波分析的在线故障诊断方法。选取工业闭环控制回路中调节阀阀位响应信号作为目标信号,采用 Db3小波基对目标信号进行6层分解,得到d6特征细节参数,可以实现对故障发生时间点的准确检测;之后分段计算其平均值AV、方差VAR、均方根值RMS,通过对其平均值AV、方差VAR、均方根值RMS进行曲线拟合划分正常状态运行区与故障状态运行区,实现气动调节阀定位器反馈杆松动故障的在线诊断。通过仿真和在线闭环系统测试验证了文章中诊断方法的有效性和实用性。

    • 基于机器视觉的嫁接夹抓取点定位与朝向检测

      2023, 31(8):51-57.

      摘要 (150) HTML (0) PDF 1.57 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现代农业自动化嫁接机的嫁接过程中,嫁接夹的分拣整理仍然需要使用刚性振动盘或人工参与,整体自动化程度有待提高的问题,提出基于机器视觉的嫁接夹轮廓链特征点定位方法与朝向检测;设计了一种自动化嫁接专用的嫁接夹,采用背光源打光方式,对每个阴影轮廓计算Hu矩,根据Hu矩匹配值进行分类以获得正确的嫁接夹个体轮廓;对每个嫁接夹个体轮廓采用轮廓链角分析方法,获得嫁接夹抓取点的像素位置;根据抓取点位置信息计算朝向角度;实验结果表明,嫁接夹抓取点平均定位误差为2.16个像素,嫁接夹朝向角度检测误差为0.40°;该方法可以准确地对嫁接夹进行视觉检测,对嫁接机的嫁接过程中,嫁接夹的自动分拣方面,具有机器视觉方面的价值。

    • 一种典型场景区块链平台性能测试方法及应用研究

      2023, 31(8):58-63.

      摘要 (186) HTML (0) PDF 2.34 M (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:Hyperledger Fabric区块链平台作为一种经典代表广泛应用于各种现实场景,其性能及其指标的量化影响成为众多科研人员的关注焦点。本文针对基于Hyperledger Fabric区块链平台的交通产品质量控制系统,通过性能测试过程模型及架构的明确,基于平台性能基准测试,研究建立以选取吞吐率、读写吞吐量、响应时间、区块生成速率以及交易延迟来分析出块时间、区块最大交易条数、区块首选字节数、区块最大字节数以及总连接数等因素对平台性能影响的方法体系,其研究和分析应用源于工程领域典型案例,具体化、针对性和可移植性特征明显。结果表明该方法体系可有效测试区块链平台的服务性能,并能对各指标的影响进行量化分析,测试评估工作质量和效率明显提升,对平台服务性能优化提升具有实际指导意义。

    • 基于轻量级网络的飞机蜂窝结构积水缺陷检测

      2023, 31(8):64-69.

      摘要 (201) HTML (0) PDF 2.02 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:复合材料蜂窝结构在飞机服役过程中产生的积水缺陷在日常维护和检修过程中依赖人工、检测效率低、自动化程度低,若未能及时发现将严重威胁飞行安全。针对该问题,结合实际检修场景中使用的移动或嵌入式设备算力有限的情况,设计了一种融合通道注意力和倒残差算法的模块SE-IR,进一步搭建了基于SE-IR模块的轻量级网络SE-IR LCNN,尽可能地在保证网络检测准确率的同时减小网络的参数量。为了验证所提轻量级网络的有效性、使用数字X射线摄影设备获取蜂窝结构及其积水缺陷数字化图像并制成数据集。在该数据集上的实验结果表明,所提轻量级网络的分类准确率为99.20%,可有效筛选出飞机蜂窝结构的积水缺陷。相较于经典网络ResNet-50和VGG-16,所提网络的准确率分别提升了9.6%和3.66%、参数量仅为ResNet-50参数量的1/10、VGG-16参数量的1/50。

    • 基于改进YOLOv5s的遥感目标检测

      2023, 31(8):70-76.

      摘要 (285) HTML (0) PDF 2.14 M (177) 评论 (0) 收藏

      摘要:优化遥感目标检测对于军事民生方面都有着重要意义。由于遥感数据中成像模糊、目标较小、检测对象数量多,导致检测精度不高,现提出一种新网络:新网络在YOLOv5s(You Only Look Once v5s)原网络的基础上使用Mish激活函数代替SiLU(Sigmoid Weighted Liner Unit)激活函数;为解决遥感图像中小目标的问题,采用了对小目标、低分辨率友好的SPD-Conv(Space-to-depth-Conv)模块;考虑到使用耦合检测头会存在回归、分类两个任务之间的冲突问题,采用YOLOX (You Only Look Once X)中解耦的检测头,提高了模型查准率。实验结果表明,相比于原始YOLOv5s,新网络在mAP(mean Average Precision)平均精度均值方面提升了7%,查全率(recall)提升了10.9%,检测速度FPS提升了16.95%。改进后的网络模型相对于原始模型具有明显优越性,识别效果提升明显。

    • 基于嵌入式及ASG技术的物联网节点捕获攻击检测系统

      2023, 31(8):77-83.

      摘要 (220) HTML (0) PDF 2.18 M (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:为精准检测攻击性节点所处位置,并对其实施定向化捕获处理,设计了基于嵌入式及ASG技术的物联网节点捕获攻击检测系统。通过数据报文捕获模块、数据报文解析模块、报文处理模块,优化由节点定义到节点实时处理的执行流程,根据攻击检测与定位模块运行情况,调试物联网节点对象,实现检测系统硬件设计。利用物联网主机所捕获到节点信息的加密、解密与秘钥管理结果,确定节点认证流程,完成嵌入式物联网防御机制的设计。按照ASG技术执行标准,收集蠕虫样本,并判断特征生成与分发处理指令的可行性,完成关键检测指令的制定,结合相关运行元件,实现基于嵌入式及ASG技术的物联网节点捕获攻击检测系统设计。实验结果表明,所设计系统对于攻击性节点位置信息的平均检测精准度高达96.7%,能够精准检测攻击性节点所处位置,增强攻击性信息样本的定向化捕获与处理能力。

    • 某伺服系统实时性自动化测试优化设计

      2023, 31(8):84-90.

      摘要 (243) HTML (0) PDF 2.87 M (226) 评论 (0) 收藏

      摘要:伺服系统具有验收指标要求高,测试复杂,运行条件有限等特性,传统的人工测试局限性高且精度无法得到保证。伺服系统具有圆周扫、扇扫等功能,而转台作为该伺服系统的核心部件,是伺服系统旋转的主要机构,因此对伺服系统部分指标的测试可简化为对转台进行指标测试。基于PXIe总线的自动测试设备,具有高数据处理速度、高集成度、高国产化度、高稳定性等特点,适用于转台设备的自动化测试。采用FPGA和惯性传感器作为数据采集核心,设计PXIe总线转台自动测试设备,对多个指标同时测试,可将测试效率提升80%,满足转台测试设备的设计要求,同时具备良好的扩展性,该设计能够推广至其他需对转台进行测试的应用场景。

    • 基于深度学习智能仪表检测模型研究

      2023, 31(8):91-97.

      摘要 (200) HTML (0) PDF 1.57 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善现有电力仪表识别时存在的效率低、成本高等缺陷,提出了一种智能仪表监控系统。首先,设计了包含感知层、网络层、信息层、应用层的系统结构,并对系统工作过程进行分析。接着,提出了一种包括数字区域检测网络和数字识别网络的智能仪表检测模型,从而提高仪表识别的准确率。同时,考虑到现实环境中仪表读数存在遮挡问题,提出了一种遮挡字符数据增强方法,从而有效提高数据集的多样性。仿真阶段,以实际环境中拍摄的电力仪表图像为例,对所提模型进行验证。实验结果表明,所提智能仪表检测模型识别准确率为94.96%。实验结果验证了所提系统可有效实现电力仪表识别,可为智能电力监控的发展提供一定的借鉴作用。

    • >控制技术
    • 基于DSP和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统设计

      2023, 31(8):98-103.

      摘要 (244) HTML (0) PDF 2.02 M (178) 评论 (0) 收藏

      摘要:软件无线电是无线通信方式之一,为了精准接收中频软件无线电信号,确保中频软件无线电信号接收控制效果,设计了基于DSP和交换芯片的中频软件无线电接收控制系统。加设数字信号处理芯片和交换芯片,通过振荡器、滤波器、混频器等元件的连接,设计无线电接收机,通过调整逻辑控制电路优化接收控制器,生成并执行接收控制指令。在系统硬件的支持下,利用DSP技术采集并处理中频软件无线电信号,校准无线电信号的不平衡程度,通过调制样式识别、解调以及分类存储等步骤,实现系统的接收控制功能。系统测试结果表明,在此次设计系统的控制下,无线电接收信号的平均信噪比高达47.4dB,能够精准接收中频软件无线电信号,具有较好的中频软件无线电信号接收控制效果,有效扩大无线电的接收范围。

    • 基于大数据聚类的工业遥操作机器人位姿定位控制系统设计

      2023, 31(8):104-109.

      摘要 (156) HTML (0) PDF 2.17 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对工业遥操作机器人位姿定位过程中难以同步控制位置和姿态角,导致位姿定位准确性较差的问题,利用大数据聚类技术,从硬件和软件两个方面优化设计工业遥操作机器人位姿定位控制系统。通过位姿传感器的改装,保证传感器设备能够同时测量机器人位置与姿态,改装定位控制器和驱动器。在系统硬件的支持下,考虑机器人组成结构、运动原理和动力学理论,构建机器人数学模型,在该模型下模拟机器人遥操作过程,确定机器人位姿的定位控制目标。实时采集机器人位姿数据,利用大数据聚类技术计算定位控制量,在控制器的约束下,实现系统的位姿定位控制功能。通过系统测试实验得出结论:综合多种类型的运动情况,在优化设计系统的控制下,机器人的位置误差平均值为4.5mm,姿态角控制误差为0.04°。

    • 基于嵌入式软PLC分布式控制系统设计

      2023, 31(8):110-115.

      摘要 (391) HTML (0) PDF 1.65 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了确保PC端主机所生成指令程序满足PLC控制原则,使PLC编程器的逻辑编译能力得到保障,提高指令编码准确性,设计基于嵌入式软PLC分布式控制系统。根据软PLC定义标准,确定系统结构的组成形式,再通过分析工作执行机制的方式,完成对嵌入式软PLC系统的技术基础研究。在分布式体系中,同时开发I/O驱动程序与PLC执行程序,并联合下级PLC编程器设备,确定CODESYS工程组件的实时运行状态,完成分布式控制系统的I/O组件设计。按照实时内核的进入与退出模式,定义分时映像区取值范围,借助数据库主机中存储的控制指令执行程序,求解指令逻辑栈表达式,实现对软PLC驱动模式的规范,完成基于嵌入式软PLC分布式控制系统设计。实验结果表明,本次实验所选10条指令程序的PC端输出结果均满足PLC控制原则,在保障PLC编程器逻辑编译能力方面具有突出作用价值,且能够有效提高指令编码准确性。

    • 基于阻尼力调节的城轨车辆复合结构车身减振控制系统设计

      2023, 31(8):116-121.

      摘要 (113) HTML (0) PDF 1.79 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低车身振动给城轨车辆复合结构产生的危害,利用阻尼力调节技术优化设计城轨车辆复合结构车身减振控制系统。在考虑城轨车辆复合组成结构和工作方式的情况下,构建城轨车辆复合结构模型。在该模型下,结合城轨车辆的运行环境,模拟城轨车身在不同场景下的振动过程。利用安装的车身运行传感器,获取城轨车辆的实时运行数据,提取城轨车身振动特征,计算车身阻尼力调节量的理论值。采用可调阻尼器作为执行元件,执行可调阻尼力调节任务,在系统减振控制器的支持下,实现城轨车辆复合结构车身减振控制功能。通过系统测试得出结论:应用基于阻尼力调节的城轨车辆复合结构车身减振控制系统后,车身振动频率和振动幅值得到明显降低。

    • 基于树莓派的智能监控系统设计与实现

      2023, 31(8):122-127.

      摘要 (286) HTML (0) PDF 1.92 M (287) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着人们的安全意识越来越强烈,监控系统在生活中得到广泛的关注和应用;针对市场上绝大多数监控系统智能化程度低,视频保存占用内存大,实时性差,对闯入目标不能及时报警等缺陷,设计与开发基于树莓派的智能监控系统;选用树莓派4B搭建硬件平台,搭载Linux系统,基于Python开发环境,结合图像采集模块,采用关联帧差分运动目标检测算法作为核心算法,实现运动目标检测;当系统检测到有目标闯入视野范围内时,开始录制目标闯入后的400帧视频,并将所录制的视频发送到指定邮箱,实现报警功能;在正常光线和昏暗光线下对系统功能进行测试,实验结果表明在不同光线强度、不同目标闯入情况下,系统能够准确识别目标闯入,实现监控、报警功能,实时性强、稳定性高,满足设计需求。

    • 基于CANopen协议的水下航行器控制系统现场总线应用设计

      2023, 31(8):128-134.

      摘要 (212) HTML (0) PDF 1.63 M (161) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了CAN现场总线技术及特点,针对某高速水下航行器控制系统数据交换实时性需求,结合当前采用的“自定义CAN高层协议”存在的问题,从解决系统稳定性,降低人为干扰因素,提高可靠性及后续网络扩展等方面考虑,提出一种基于CANopen标准高层协议的水下航行器控制系统网络架构,研究了控制系统网络结构及特点,描述了主要网络节点的功能及任务,建立了CANopen通信模型,制订了CANopen高层通讯协议,在项目研制中应用实践,开展了系统性对比测试,实施了全航行器系统、满负荷水下实航试验,结果表明CANopen控制网络运行快捷、稳定可靠,数据交换流畅,网络负载率仅为21.9%,明显优于国际现场总线网络协会要求,适合推广应用至UUV等多种水下航行器系统。

    • 基于PID神经网络的多轮轮毂电机协调控制研究

      2023, 31(8):135-141.

      摘要 (265) HTML (0) PDF 2.23 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:多轮轮毂电机运行参数具有不确定性,因此难以精准计算电机协调控制量,所以设计基于PID神经网络的多轮轮毂电机协调控制方法。搭建多轮轮毂电机数学模型,在该模型下实时采集多轮轮毂电机转速、位置等运行参数,并计算电机协调控制量。装设PID神经网络协调控制器,利用PID神经网络算法生成协调控制指令,从转速、转矩等方面实现多轮轮毂电机的协调控制。测试结果表明,在所提方法的协调控制下,多轮轮毂电机在空载和负载工况下的转矩控制误差降低了21.25r/min和25.7r/min,转矩控制误差降低了6.55N·m和17.45N·m,电机运行平衡度有所提升,多轮轮毂电机协调控制效果更好。

    • 基于传感器融合技术的机器人远程控制系统设计

      2023, 31(8):142-147.

      摘要 (210) HTML (0) PDF 1.52 M (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合数据融合技术与无线传输技术,提出了一种基于传感器融合的机器人远程控制系统设计方法。机器人端采用FMCE毫米波雷达与摄像机进行多传感器融合,机器人端与远程PC端采用局域网进行通信,本地PC端对机器人进行远程控制时功能主要有两个,第一个是根据现场作业环境实时控制机器人移动,第二个是在PC端选择目标对象后让机器人生成行驶路径后自动跟踪目标对象,路径跟踪控制器采用的是线性二次型调节器(LQR),这种基于传感器融合的机器人远程控制系统设计方法,具有高效、智能、可靠、精确等优点,可以应用于各种需要机器人协助完成的任务中,如无人巡检、智能交通等领域。

    • 感应加热过程调频锁相-移相调功复合控制

      2023, 31(8):148-153.

      摘要 (98) HTML (0) PDF 2.56 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:串联谐振感应加热过程包括调频锁相和移相调功两个控制环节,二者具有较强的非线性和耦合性;在分析逆变频率、输出功率同锁相角、移相角关系的基础上,提出了基于频率分离原理的调频锁相-移相调功复合控制方案,将锁相-调功过程分解为快-慢子系统,并对两个过程分别设计了具有鲁棒稳定性的锁相控制器和移相控制器,解决了感应加热电源的调频锁相-移相调功环节的协调控制问题;将调频锁相-移相调功复合控制方案应用于额定功率20kW,输出电流40A的超音频串联谐振感应电源中,验证了该控制方案在确保逆变过程开关器件安全可靠的同时,提高了功率输出的效率;在保证了调功灵活性的同时,又实现了电源的阻抗自匹配。

    • >设计与应用
    • 基于原位探测的高空气球风场数据修正方法

      2023, 31(8):163-168.

      摘要 (119) HTML (0) PDF 1.78 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:对目前高空气球领域所出现的风场数据使用情况进行了研究,针对其存在时效性与针对性不强以及对针对特定区域精度不足、数据密度稀疏等问题,通过对原位探测技术(ISD,In situ detection)的研究,构建了高空气球飞行试验领域的风场误差数据修正模型,最终提出了一种基于原位探测的高空球风场数据修正方法;该方法通过原位探测手段获取高空气球执行飞行试验任务时所需特定区域的风场数据,从而对模式风预报产品进行修正,在高空气球飞行实验区域内提高了风场数据的准确度;使修正后的风场数据在的应用中准确度得到了提高;并最终使用中国某地区的风场数据先后进行仿真试验及实际飞行试验,仿真结果表明,ISD可有效降低模式风预测风速的平均相对误差;在实际飞行实验中,u风误差由模式风预报的2.418 m/s变为ISD模型的1.403 m/s,降低了41.98%;v风误差由模式风预报的0.801 m/s变为ISD模型的0.519 m/s,降低了35.21%。

    • 基于HHT能量和最大Lyapunov指数的蛇行分类方法

      2023, 31(8):169-175.

      摘要 (139) HTML (0) PDF 2.62 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有蛇行监测标准仅考虑构架横向加速度信号的时域幅值信息,通过单一的固定值去评判列车是否蛇行,没有定量反映蛇行失稳对列车的影响程度。针对以上问题,提出基于HHT的能量法,该方法从信号频域主频的大小,频谱的集中性以及频率值等方面来判断高速列车是否发生蛇行运动。在此基础上提出快速蛇行收敛的概念,此类情况对车辆系统运行安全影响较小,因此将其认为是不影响车辆系统安全的信号,并对其进行识别。利用最大Lyapunov指数表征信号的周期性从而区分快速蛇行收敛和蛇行失稳(小幅蛇行和大幅蛇行)。结果表明,通过HHT能量法与最大Lyapunov指数相结合可以对高速列车正常运行、快速蛇行收敛、小幅蛇行和大幅蛇行的四种运行状态进行定性识别,且通过HHT能量值定量反映蛇行程度的大小。最后通过实测线路数据验证了方法的可行性。

    • 基于大数据平台的海南省突发事件预警信息发布系统设计

      2023, 31(8):176-182.

      摘要 (237) HTML (0) PDF 2.81 M (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:建设突发事件预警信息发布系统是防范灾害风险的重要手段。根据海南省突发事件预警信息的特点及预警信息数据特征,开展系统需求分析,提出突发事件预警信息发布系统体系结构,采用数据挖掘、数据仿真等大数据技术辅助应急决策,分析发展态势,并制定应急预案,对预警效果进行评估,动态调整应急策略。系统总体架构分为业务应用、平台服务、数据支撑、基础设施等四个层级,并设计了一个大数据预警信息发布模型。系统功能框架分为实时采集、预警信息发布与预警信息发布渠道三个子系统,对原有系统和新系统的预警信息采集、数据处理和发布性能进行对比测试,基于大数据平台的海南省突发事件预警信息发布系统响应能力提高1.8至2.5倍。

    • 反射内存高速光电转换接口单元设计与实现

      2023, 31(8):183-189.

      摘要 (153) HTML (0) PDF 2.76 M (173) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对远程分布式仿真测试系统的实际需求,提出了远距离多功能节点的设计方案,构建实现了以高速SFP光纤通信和反射内存网络为核心技术的高速光电转换接口单元;接口单元包括光纤转换器和多功能接口模块两个组成部分;其中多功能接口模块以 FPGA 为控制核心,借鉴PMC以及XMC结构,采用通用式母板与多种专用子板组合的硬件架构形式,实现了数字IO、LVDS、RS422、ARINC429、模拟量等多种通用接口,提高了硬件资源的复用性;母板与子板间通信选用GTX作为物理层,并设计了专用的通信协议帧格式,通过Verilog编程实现了协议的解析与通信控制,既实现了多种电信号接口的集成,又具有低数据处理延时的突出特点;实验测试表明,模块的数据处理延时可控制在800ns-1000ns,满足了分布式仿真节点间数据交互时对传输距离和实时性的要求。

    • 基于RD26的双通道旋转变压器位置解码设备的设计

      2023, 31(8):190-196.

      摘要 (158) HTML (0) PDF 3.81 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:双通道旋转变压器的解码问题一直是伺服控制闭环系统非常重要的一个问题,快速、准确的解码出伺服系统位置信息是闭环控制系统的关键。通过对某伺服系统闭环控制系统位置解码技术的研究,分析了RD26的解码过程及原理,设计一种基于RD26的双通道旋转变压器位置解码设备,此设备将双通道旋转变压器输出的信号与RD26相连,通过并口向FPGA发送数据,FPGA通过时序读取RD26信号,能将双通道旋转变压器粗机、精机的模拟电压信号转换成具有绝对位置的数字信号,不需要再进行纠错与粗精结合,解码精度可达到±2角分+1LSB。

    • 螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发

      2023, 31(8):197-204.

      摘要 (188) HTML (0) PDF 1.73 M (939) 评论 (0) 收藏

      摘要:螺旋缠绕管式换热器作为新型换热设备,与传统换热器相比,更为紧凑的管排列方式,增大了设备单位体积内的传热面积,且流体流动过程更易多流股化,从而提升传热综合效率;对设备的传热特性进行研究并与计算机技术相结合实现性能优化与计算方法改善,对于实际设备设计生产与使用具有重要意义;通过计算流体力学(CFD)方式,对螺旋缠绕管式换热器进行简化计算模型结构工作并开展数值模拟,研究不同管排列方式,相邻管层间距,壳程流速,换热管使用材料在设备换热性能方面的影响情况,得到设备优化结构,实现设备性能提升;选定管内径,管缠绕圈数,壳程流速以及管缠绕半径四个因素及其相对应水平参数开展正交试验,并分析单因素对于绕管式换热器综合传热性能PEC的影响情况及各因素的主次程度;运用Visual Basic语言进行计算程序开发,通过对流体物性参数,管内径,管缠绕圈数,管程数等进行输入并自动计算,实现压降,传热系数,综合性能指数等结果的可视化,提高后期设计工艺计算精度。

    • FPGA中基于空间连续性的碎片度量及任务放置

      2023, 31(8):205-210.

      摘要 (135) HTML (0) PDF 1.48 M (153) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对部分可重构现场可编程门阵列允许在运行时对芯片的各个部分进行配置导致的区域碎片,本文提出了一种新的基于被占用(或空闲)空间的连续性的碎片度量及在线任务放置方法。首先从一维结构出发,得到一个单元序列对一个单元流S的碎片度量FS的贡献值,进而得到一维碎片度量值,它不依赖于到达任务的大小。然后将一维结构得到的碎片度量值结果推广到二维及高维结构;最后在FPGA上的在线任务放置过程中采用这种碎片度量方法,从而减少芯片碎片。在二维结构的FPGA上的仿真实验结果表明,与通常采用的左下角、第一匹配和最佳匹配放置策略相比,采用本文提出的碎片度量及放置方法不仅在等待时间、分配时间和响应时间方面有所改善,而且提高了芯片的利用率,降低了失配率。

    • 面向巷道环境的稀疏锚节点UWB定位方法

      2023, 31(8):211-216.

      摘要 (333) HTML (0) PDF 2.29 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:井下巷道人员及设备定位是智慧矿山的重要功能,UWB定位系统依赖定位区域提前部署的大量锚节点,存在部署成本高的问题。本文提出巷道环境稀疏锚节点定位方法,以降低定位系统的部署成本。结合巷道特殊环境,设计了两点定位法获得标签节点的位置信息;设计了锚节点上安装多测距模块的锚节点,获得多条不同的测距信息以提高节点定位率;提出了设置虚拟锚节点方法,将已定位的标签节点升级为虚拟锚节点,增加锚节点的密度,提高定位精度。最后的结果表明:该方法能够有效地降低锚节点数量,提高定位精度。

    • 基于多智能体强化学习的微装配任务规划方法

      2023, 31(8):217-223.

      摘要 (233) HTML (0) PDF 2.46 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有装配任务规划方式多为人工规划,存在低效、高成本、易误操作等问题,为此分析了微装配操作的任务特点,以及对微装配中多操作臂协作与竞争关系进行了详细分析,并提出多智能体强化学习中符合微装配任务特点的动作空间、状态空间以及奖励函数的构建方法;利用CoppeliaSim仿真软件构建合理的仿真模型,对已有设备进行物理建模,构建了基于多智能体深度确定性策略梯度算法的学习模型并进行训练,在仿真环境中对设计的状态、动作空间以及奖励函数进行了逐项实验验证,最终获得了稳定的路径以及完整的任务实施方案;仿真结果表明,提出的环境构建方法,更契合直角坐标运动为主要框架的微装配任务,能够克服现有规划方法的不足,能够实现可实际工程化的多臂协同操作,提高任务的效率以及规划的自动化程度。

    • 基于MATLAB的相关滤波跟踪算法仿真分析

      2023, 31(8):224-230.

      摘要 (273) HTML (0) PDF 2.09 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要:基于相关滤波的目标跟踪算法是一种常见的视觉跟踪方法,它利用目标的特征信息进行跟踪;在跟踪过程中通过计算目标模板与当前帧图像中候选区域之间的相关性来判断目标的位置;通过介绍首个将相关滤波理念与目标跟踪技术相结合的MOSSE算法,引入了三种基于此算法的改进相关滤波跟踪算法:KCF算法、DSST算法以及BACF算法;并基于视频跟踪基准OTB100数据集在MATLAB平台进行仿真实验,一次性评估标准下,BACF算法的平均成功率与平均精确度分别为最高的64.5%与80.4%,空间鲁棒性评估标准下,BACF算法的平均成功率与平均精确度分别为最高的58.2%与78.6%,时间鲁棒性评估标准下,BACF算法的平均成功率与平均精确度分别为最高的65.8%与85.1%,因此BACF算法的跟踪性能最佳,而KCF算法实现了最高的154.36帧率的跟踪速度。

    • 基于U-P-Net的手机玻璃屏幕缺陷分割

      2023, 31(8):231-237.

      摘要 (169) HTML (0) PDF 1.65 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着科技的发展及电子设备的普及,玻璃屏幕质量成为电子设备和其他产品的重要考虑因素;而玻璃外观缺陷检测是玻璃质量检测中最重要的环节,这也是保证产出高品质、高性能的玻璃产品的关键环节;目前玻璃表面缺陷检测方法存在无目标训练图像资源消耗、检测精度较低、复杂特征信息难以提取等问题;因此,为了解决上述问题,提出了一种基于U-pyramid pooling module-Net(U-P-Net)的手机玻璃屏幕缺陷分割模型;采用超像素预处理,有效地降低了原始图像的复杂度;采用ResNet50作为分类网络,减少无目标训练图像造成的资源浪费,提高训练效率;U-P-Net被提出,有效地聚合了不同区域的上下文信息,提高了获取全局信息的能力;实验结果表明,所设计的基于U-P-Net玻璃缺陷分割算法分割精度明显优于其它传统卷积神经网络分割方法,证明了该框架在移动屏幕数据集上的有效性.

    • 基于松鼠觅食算法优化LSSVM的泥石流预测

      2023, 31(8):238-244.

      摘要 (196) HTML (0) PDF 2.08 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对山区村镇泥石流影响因素多元复杂、LSSVM算法参数随机导致的精度不佳及陷入局部最优问题,采用核主成分分析KPCA降维、SSA算法参数寻优的方法建立LSSVM泥石流灾害预测模型。以山阳县中村镇泥石流为例,分析泥石流全域地形地貌成灾因子,对数据预处理清洗规范,利用KPCA主成分贡献率选取出6个成灾因子作为LSSVM算法的输入数据,泥石流发生概率为输出,建立泥石流预报模型,并用SSA算法进行模型参数的优化。将SSA寻优后的LSSVM预测结果与GA、GC参数寻优模型预测结果比对,结果表明SSA-LSSVM准确率达到93.2%,相比其他模型提高[4.8%-1.4%],且SSA算法优化的LSSVM模型的MAE、MSE和RMSE最小且接近于零,同时从泥石流发生的预报等级维度进行结果比对分析,结果进一步说明模型预测的精度及稳健性。本研究说明SSA-LSSVM算法可用于泥石流灾害发生概率的预测,为此类灾害预测提供了科学依据。

    • 基于多端CNN的通信信号自动调制识别研究

      2023, 31(8):245-250.

      摘要 (220) HTML (0) PDF 2.41 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效解决通信信号自动调制识别的调制类型识别率低和调制强度识别误差高的问题,研究了基于多端CNN的通信信号自动调制识别方法。根据不同类型调制方法的作用原理,设置通信信号调制识别标准。考虑通信信号的传输过程,构建通信信号模型,利用带通采样工具采集初始通信信号,通过小波消噪、归一化等步骤,完成初始信号的预处理。利用多端CNN算法构建通信信号识别器,提取幅值、相位、频率等通信信号特征参数,通过特征匹配得出信号调制类型与强度的识别结果,实现通信信号自动调制识别。通过与传统识别方法的对比得出结论:综合考虑有、无干扰两种类型的通信信号,优化设计识别方法的调制类型识别率提高了49.6%,调制强度识别误差降低了约0.0285。

    • 隧道防汛监控预警系统设计

      2023, 31(8):251-258.

      摘要 (208) HTML (0) PDF 2.79 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:下穿式隧道是城市交通中快速通道的重要形式,但在雨季汛期容易发生积水现象,影响交通安全和效率。目前常用的隧道积水检测方法存在测量不准确、反应不及时、维护成本高等。为了实现下穿式隧道水位的实时监测预警,设计了一种基于STM32F103C8T6主控芯片、HC-SR04超声波传感器和nRF24L01通信模块的水位检测系统。从机位负责采集隧道口易积水地区的水位高度,并通过无线方式发送给主机位;主机位负责接收并处理水位信息,并在OLED12864显示屏上显示实时水位及相应警告。该系统具有测量精度高、响应速度快、功耗低、安装简便等特点。实验结果表明,该系统能够准确地测量隧道口易积水地区的水位高度,并在OLED12864显示屏上显示相应警告信息,达到了预期效果。为下穿式隧道积水检测提供了一种新颖有效的解决方案,并为其他类似场景中的水位监测提供了参考。

    • 基于IKGC-PSO算法的无人机三维路径规划系统

      2023, 31(8):259-266.

      摘要 (228) HTML (0) PDF 1.76 M (143) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决标准粒子群算法在无人机三维路径规划中存在的易陷入局部最优、动态化不足和路径平滑性差等问题,提出了一种基于粒子群算法和遗传算法的,融入K均值精英化和柯西变异的优化算法;采用K均值聚类算法进行精英初始化,优化粒子种群的分布;动态化学习因子,强化惯性权重的全局性,保留粒子群算法收敛速度快的优点;融入遗传思想,采用柯西变异的方法,提高寻解最优解的能力;在对比实验中,模拟了实际的复杂三维环境,选取了路径总长度、飞行高度差以及马尔科夫生存状态组成目标函数;结果表明改进算法的鲁棒性提高了98%,求解质量相较于IPSO算法和PSO算法分别提高了5.8%和10.6%,验证了优化后方法的有效性和鲁棒性。

    • 基于卷积神经网络的多功能雷达波形识别方法研究

      2023, 31(8):267-272.

      摘要 (158) HTML (0) PDF 1.81 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对雷达侦察机对相控阵雷达信号难识别问题,本文基于相控阵雷达的多层级模型,对其底层行为的雷达波形进行识别研究

    • 基于FPGA+GPU的图像采集处理系统设计

      2023, 31(8):273-279.

      摘要 (182) HTML (0) PDF 1.83 M (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着嵌入式图像处理系统的快速发展,对于前端图像采集模块的需求越来越高。图像采集的速度、分辨率、可靠性以及集成度对后续设计的准确度由极大的影响。通过对数字图像采集系统进行研究,设计出了基于FPGA和GPU架构的图像采集处理系统,重点研究了图像采集处理系统的硬件设计过程和软件设计过程。在基于FPGA+GPU的图像采集处理系统中,让具有强大运算处理能力的GPU专注于数据存储、用户交互以及后续的图像处理。系统中,FPGA则负责图像的采集、外设控制、任务调度。GPU与FPGA之间通过高速PCIE总线进行通信,分别设计编写基于Linux系统的驱动程序和FPGA端PCIE程序。实验结果表明,所设计基于FPGA+GPU的图像采集处理系统可实现437.5Mbps的实时图像采集存储速度,传输过程实时稳定,数据传输完整。

    • >试验与评价技术
    • 信息系统性能效率评估方法

      2023, 31(8):280-286.

      摘要 (164) HTML (0) PDF 1.45 M (278) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前信息系统性能效率评估模型简单、评估结果具有随机性和模糊性的问题,给出一种信息系统性能效率评估方法;分析并绘制信息系统性能效率执行框架图,构建评估指标,应用改进的功效系数法从多层级角度归一化评估指标的评分,基于权重间的对比性和冲突性,构建综合多位专家主观权重和客观权重的多权重组合赋权法,既克服单一专家的主观偏向性,又综合考量主客观权重优点,并采用云模型结合组合赋权权重以自然语言描述性能效率综合评估结果,克服综合评估的模糊性与随机性;最后,将该方法应用于某大型CRM信息系统,结果表明该CRM系统综合评估等级为适中性能,基本满足性能效率的要求,该结果与预案评审结果一致,验证了该方法在性能效率评估中的有效性和适用性。

    • 基于分层模糊决策的航天电子产品模块寻优评价方法

      2023, 31(8):287-292.

      摘要 (176) HTML (0) PDF 958.89 K (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航天电子产品模块多方案选择,提出了基于分层模糊决策的方案量化寻优评价方法;建立了分层寻优评价模型,并提出了技术指标、产品化指标和经济指标等多维度寻优评价指标、确定了各指标的寻优方向;针对航天产品评价指标不易量化的特点,采用量化计算和专家评价方式统计数据;结合航天产品关注重点分配评价指标不同权重,突出经济性、通用性等指标;应用该方法对工程中功能模块多方案量化寻优评价的结果与实际工程选择一致,该评价方法应用简单、结果清晰,符合认识、理解的过程,是一种有效的快速评价方法。

    • 基于卷积稀疏组合算法的轴承性能衰减评估

      2023, 31(8):293-299.

      摘要 (123) HTML (0) PDF 1.15 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效监控与评估轴承工作状态,提出一种基于卷积稀疏组合算法评估方案。基于卷积神经网络框架建立轴承性能稀疏表示判别准则,并预测轴承的性能衰减程度;利用轴承衰减自相关函数,预判与轴承谱相关的密度条件,并在分析其他模型数值参量的基础上,验证评估方法的应用平稳性。选取退化指标作为实验对象,并通过分析相关的指标参数值可知,提出算法的评估结果可解释性强,能够较好维护轴承性能的衰减机制,影响系数值被控制在[-1,1]之间;在与传统算法的预测性能对比中,提出算法在两种状态下的偏差值分别为0.02和0.01,优于传统的轴承性能评估算法,同时在评估预测效率方面也具有一定优势。

    • 红外成像导引头抗干扰性能评估仿真研究

      2023, 31(8):300-305.

      摘要 (217) HTML (0) PDF 1.47 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对日益复杂的战场对抗环境,导引头抗干扰能力已成为非常重要的指标,红外成像制导武器因具有高命中率、高效费比及强抗干扰能力而广泛应用。随着红外成像导引头识别跟踪算法的蓬勃发展,红外成像导引头的抗干扰能力已经不能简单以武器打击精度为单一的评估手段,文中提出了一种基于目标识别、图像特征、跟踪精度的红外成像导引头抗干扰能力评估体系,通过构建仿真对抗场景,对红外成像导引头抗干扰性能进行仿真,仿真结果验证了该方法的合理性和有效性。

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