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    2023年第37卷第11期
    • 韩美苗,李 雪,柯熙政

      2023,37(11):1-13,

      Abstract:

      飞行器中继可以快速构建端到端的通信网络,增强通信系统的覆盖范围和传输能力,强化信号强度和提高数据传输速 度,提高通信系统的可靠性。 总结了无人机中继技术以及无人机中继在无线光通信中的国内外发展现状,并对无人机中继在无 线光通信中关键技术进行了深入研究。 对信道特性及其对通信的影响和抑制技术进行了分析,比较了不同调制解调方法的优 缺点和通信过程中的光束捕获,跟踪和对准的具体方法,详细介绍了光束的快速对准。 最后展望了无人机中继在无线光通信中 的发展方向。

    • 李唐安,郑楚君,孙清雯,崔大祥,王 侃

      2023,37(11):14-23,

      Abstract:

      线圈型磁通量检测技术已大量应用于临床诊断应用中,但相邻磁检测信号容易出现信号混叠现象。 现有研究大多采用 算法处理和样本空间隔离的方式避免信号的相互干扰,限制了该技术在体外快速诊断领域中的发展。 针对上述问题,本研究采 用数学物理建模结合有限元仿真的形式分析了线圈型磁通量传感器的结构,并进行了传感器结构优化。 最终实验结果表明,优 化后的传感器能有效地区分间距为 4 mm 的相邻磁信号源。 针对临床样本胃泌素 17 的免疫层析定量检测中,检测范围达到 11 pg / mL~ 110 ng / mL。 上述结果证实了优化后传感器结构具备多路同步复用检测能力。

    • 刘 轩,吕 炎,边 策,宋国荣,高 杰,何存富

      2023,37(11):24-32,

      Abstract:

      采用电磁超声传感器阵列对管道进行缺陷检测,不仅能够提高电磁超声检测信号的信噪比、灵敏度与分辨能力,同时也 能增强电磁超声检测的直观性与灵活性。 本文详细阐述了基于洛伦兹力的周期永磁铁阵列式电磁超声传感器(PPM-EMAT)激 励超声导波的工作原理,及利用全聚焦算法结合极性一致性算法对缺陷进行定位与成像的工作机理。 建立了有限元仿真模型, 验证了准 T(0,1)模态导波在管道结构中的传播过程。 利用研制的多通道电磁超声检测系统,对含缺陷的不锈钢管道进行了检 测实验,实验结果表明,研制的系统能够检测出管道试样中的多个通孔缺陷,纵向定位误差可控制在 1. 5%以下,实现了基于阵 列电磁超声传感器的管道缺陷成像与定位。

    • 郭素娜,张 珊,孙萃鸿,王 帆,方立德

      2023,37(11):33-40,

      Abstract:

      为确定圆柱齿轮流量计结构参数和流体介质物理特性对其性能影响的规律,确定最佳装配间隙,提出了基于 6 自由度 运动模型的仿真方法,基于该方法分别研究了不同装配间隙和不同流体粘度对 DN16 圆柱齿轮流量计性能的影响。 研究结果 表明:随着装配间隙的减小,线性度误差逐渐减小。 当齿顶圆间隙为 140 μm、齿轮端面间隙为 100 μm 时,线性度误差达到最优 值 0. 13%;线性度误差随着流体粘度的增大而减小,当粘度为 42. 7 mm 2 / s 时,线性度误差仅为 0. 03%。

    • 翟雷应,张钰瑶,刘文进,南敬昌

      2023,37(11):41-55,

      Abstract:

      RF MEMS 开关具有制作工艺简单、易于集成等优点。 而目前由电介质膜电荷积累造成的静电漂移及频繁机械碰撞导 致严重的可靠性问题阻碍了其嵌入终端射频系统稳定性的提高。 因此结构上采用电介质悬空薄膜改善电荷积累问题,并对开 关机械结构限位实现开关的动态缓冲,降低高频次的机械碰撞损伤。 同时依靠凸台触点结构,减少静电漂移。 确立了电介质膜 充电、开关寿命的理论模型并预测开关的寿命。 结果表明,所设计开关寿命超过 12 900 h。 相比已有 RF MEMS 开关,在两极板 间距及金属梁-电介质膜间距分别相等的情况下,所提出的开关结构,寿命分别提高 253 倍和 166 倍,极大地改善静电漂移问 题。 在 52. 2 GHz 工作频率下,隔离度为-41. 31 dB,损耗为-0. 25 dB,响应时间为 50 μs,为高性能、高可靠、长寿命射频开关提 供了理论模型。

    • 雷晓妹,党选发,张海韬,潘卓卓

      2023,37(11):56-64,

      Abstract:

      在风速传感器实测风速不确定度的评定中,传统方法是将实测风速测量模型简化后采用 GUM( guide to the expression uncertainty in measurement)进行评定。 但 GUM 并不适用于复杂模型,为了研究实测风速不确定度评定的可靠方法,对风速传感 器分别采用 GUM 和 MCM(Monte Carlo method)进行不确定度评定,对比分析评定结果,并利用 MCM 评定结果验证 GUM 的适用 性。 结果表明,简化模型下 GUM 和 MCM 评定结果差异较小,但只有标准不确定度取一位有效数字时,GUM 评定方法通过验 证,评定结果一致性好;实测模型下 MCM 和简化模型下 GUM 评定结果对比得到,两者包络形状相似,但实测风速最佳估计值 明显偏大,GUM 评定方法不能通过验证;改变部分输入量分布时,两种方法得到实测风速最佳估计值非常接近,但 GUM 评定得 到包含区间比 MCM 明显增宽,概率分布相差较大,GUM 评定方法不能通过验证。 因此,应当根据模型的复杂程度、输入量分布 情况以及测量结果准确度的要求选择合适的评定方法,如果输入量分布均服从正态分布且对测量准确度要求不高,可使用 GUM 进行评定,反之建议使用 MCM 评定以提高观测结果的准确性和可靠性。

    • 刘 杰,夏彦卫,贾伯岩,吴国强,殷庆栋

      2023,37(11):65-71,

      Abstract:

      为提升多股碳纤维导线的质量,研究基于高精度温度传感器的多股碳纤维导线潜伏性缺陷检测方法。 利用布里渊光时 域反射技术设计高精度温度传感器,并将单根光纤植入多股碳纤维导线中,通过注入窄谱光源来实现温度采集。 采用外差检测 法对窄谱光源进行处理,获取多股碳纤维导线的温度采集结果。 采用平均处理方法滤除温度数据内部的噪声。 基于滤波后的 温度数据,建立多股碳纤维导线的温度场逆问题模型,并利用牛顿迭代法对模型进行求解,从而得到多股碳纤维导线的热导率。 实验证明,该方法能够有效地采集多股碳纤维导线的温度,并成功滤除 99%的内部噪声。 检测无缺陷多股碳纤维导线的热导率 是 235 W/ m·k,基于此,该方法也能够根据与无缺陷导线的热导率的差异有效地检测导线的潜伏性缺陷。 值得注意的是,当导 线的负荷电流增加时,该方法的潜伏性缺陷检测效果更佳。

    • 周登极,刘巧珍,岳梦云,黄大文,王煜林

      2023,37(11):72-80,

      Abstract:

      针对运载火箭飞行过程中的强非线性和高不确定性问题,以及火箭推力下降故障对飞行过程可靠性和安全性的重大影 响,基于注意力机制提出一种可解释机器学习模型以提高火箭推力下降故障检测、故障发动机定位、故障程度估计、以及故障后 轨迹预测的准确性和鲁棒性,使用注意力层提取高维时序飞行监测数据的特征,以特征矩阵简洁表达高维时序数据,进而采用 自注意力及全连接网络预测推力下降发生的位置和推力下降程度,并通过长短期记忆单元对特征向量进行解码实现未来时段 内飞行轨迹准确预测。 在火箭推力下降数据集上对提出的模型进行测试,验证了模型的有效性。 结果表明,提出的模型的故障 定位准确率为 96. 0%,故障严重程度估计精度为 94. 7%,轨迹预测平均误差为 0. 94%,提出的模型在推力下降故障模式中具有 良好的应用效果。

    • 周 星,行鸿彦,叶 如,赵 迪

      2023,37(11):81-90,

      Abstract:

      文章分析了确定变分模态分解(VMD)参数存在的问题,提出了一种基于优化变分模态分解的海杂波去噪方法。 利用 鲸鱼优化算法(WOA)对模态个数 K 和惩罚参数 α 进行寻优,对海杂波原信号自适应分解,去除方差贡献率(VCR)较低模态分 量,结合模糊熵筛选出噪声占主导的模态分量,将其进行 Savitzky-Golay(SG)滤波处理。 对滤波后的分量和有用分量叠加重构 去噪后的信号,通过最小二乘支持向量机(LSSVM)对海杂波信号进行预测并验证去噪效果。 仿真结果表明,本文所提算法能 够有效抑制噪声干扰,去噪后的均方根误差(RMSE)为 0. 000 29,比去噪前的均方根误差 0. 012 3 降低了两个数量级。

    • 陈 晨,费 丹,郑 鹏,艾 渤

      2023,37(11):91-99,

      Abstract:

      为了研究第五代移动通信(5G)系统无线信道,获得准确的 5G 无线信道特性和信道模型,提出了一种基于 5G 新空口 (NR)测试模式(TM)信号的无线信道测量平台。 开展了 TM 无线信道测量平台的总体架构及测量信号接收处理算法设计,并 基于软件无线电设备和高性能计算设备搭建测量平台。 针对功率谱平坦度、峰均功率比和相关性等指标,对多种 TM 信号的测 量性能进行评估。 根据性能评估结果,选择适合作为测量波形的 TM 信号。 采用射频馈线直连、多径信道模拟和静态空口实测 3 种方法对 TM 无线信道测量平台进行验证,该平台不仅可以实现准确的信道测量,同时能够对矢量幅度误差和误比特率等传 输性能进行测试。

    • 宫腾飞,廖 薇

      2023,37(11):100-108,

      Abstract:

      随着人体通信的发展,对于人体脑电信号的研究和应用越来越广。 现有研究局限于非侵入式脑电信号,对侵入式皮层 脑电信号的研究较少。 研究采用时域有限差分方法建立人体模型,探讨侵入式皮层脑电信号的传输特性。 首先,分析 10 MHz~10 GHz 高频载波频段内不同接收电极间隔下信道传输增益的变化,确定皮层脑电信号最优载波传输频段。 通过 SAR 量化分析人体吸收的电磁能量,评估模型的安全性。 其次,研究发射器和接收器在不同距离下的路径损耗和阴影效应,建立了 通信距离与路径损耗之间的二阶指数模型。 结果表明,载波频段在约 1 600 MHz 左右,且接收器两电极间隔为 10 mm 时,信道 传输增益达到最大值-45. 63 dB。 在信号传输过程中,通信距离和路径损耗之间遵循二阶指数模型关系,最终建立的路径损耗 模型符合二阶指数分布,更能准确地描述信道的传输特性。

    • 彭乐乐,陈谢祺,郑树彬,林建辉,钟倩文

      2023,37(11):109-118,

      Abstract:

      列车牵引电机轴承状态多传感数据无线感知及在线监测技术是确保轨道车辆可靠运行的关键技术之一,现有的方法存 在数据量大传输困难及特征小数据监测可视化不明显的问题。 为此,提出一种列车牵引电机轴承故障特征稀疏在线监测方法, 利用粒子群优化多点最优调整的最小熵解卷积的方法(PSO-MOMED)提取了背景噪声下电机轴承故障特征信号,采用离散余 弦变换的压缩感知方法实现电机轴承特征的小数量多传感器采集,基于高阶频率加权能量算子(HFWEO)增强轴承故障特征 稀疏可视化,并通过搭建试验台及某线路现场实测验证了所提方法的有效性。 实验结果表明,信噪比为-10 dB 时,相比传统方 法,粒子群优化多点最优调整的最小熵解卷积方法可以更加有效的提取故障特征信号;在压缩率 90%的情况下,从牵引电机轴 承故障特征稀疏感知信号中能清晰表征轴承故障特征频率成分,有效解决了列车牵引电机轴承状态多传感数据无线感知及在 线监测技术难题。

    • 王 宇,魏 宇,孙传猛,武志博,李 勇

      2023,37(11):119-131,

      Abstract:

      实现智能化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位信息变化情况。 针对现有技术不能满足夜晚、雾天、雨 天、漂浮物遮挡、灯光阴影等复杂恶劣环境下的水尺水位的影像水位反演(小目标特征)识别需求,提出一种融合改进 YOLOv5 与 RankSE 的水位智能检测方法。 首先,采用强化小尺度特征的多层级特征融合方法来改进 YOLOv5 算法,以强化对小目标的 捕捉能力;其次,融入 RankSE 模块进一步提升对小目标的感知能力;最后,提出一种全新的水位高程解算方案,仅需利用部分 水尺锚框信息即可获得准确的水位高程信息,极大提升了检测方法的鲁棒性。 研究结果表明,本文所述方法水位检测相对准确 度达 98. 5%,较原算法提高了 8. 4%;在复杂恶劣环境下可以自动、准确识别出水位高程,最大误差仅为 0. 11 m。 研究结果有效 提升了复杂恶劣环境下水位检测的准确性。

    • 曹 震,巢 渊,徐 魏,杜帅帅,张 敏

      2023,37(11):132-142,

      Abstract:

      以标准量块为实验对象,针对环形光源照射下的零件图像易出现倒角特征成像存在宽边缘,手动调焦缺乏相机聚焦的 客观性而导致图像聚焦不精确等问题,提出一种基于改进梯度加权的零件图像高精度聚焦方法。 首先采用条形光源 45°布置 的照射方式,消除倒角特征在成像中的宽边缘。 其次,基于改进 Otsu 实现自适应分割阈值获取,提取图像特征边缘点。 接着, 基于 4 方向 Sobel 算子获取边缘点梯度值。 然后,根据像素点与其 8 邻域像素点灰度分布差异值大小,获取像素点梯度加权系 数。 最后,通过改进梯度加权的聚焦评价函数完成图像清晰度评价,获取精确聚焦图像,实现高精度尺寸测量。 实验结果表明, 该方法相比传统高精度测量方法精度更高,与人工测量值相对误差在 0. 002 4%以内。 改进聚焦评价函数相比传统评价函数清 晰度比率平均提升 75 倍,灵敏度因子平均提升 5 倍,陡峭度平均提升 1 倍。

    • 周子悦,年夫顺,孙 超

      2023,37(11):143-151,

      Abstract:

      由于太赫兹波能够穿透非金属、非极性材料,太赫兹技术能够弥补激光技术的不足,实现对目标内部的透视测距。 研究 分析提出基于线性调频连续波的太赫兹透视测距技术,实现了多种材料的厚度以及多层介质材料的介电常数的非接触式测量, 进一步拓展了太赫兹线性调频连续波的应用范围,为材料介电常数测量提供了新途径。 以 3 种常见的材料作为检测目标,利用 0. 11~ 0. 17 THz、0. 17~ 0. 22 THz、0. 22~ 0. 33 THz、0. 33 ~ 0. 50 THz 4 个频段的太赫兹线性调频连续波实验验证方法的有效性, 并证明厚度测量和介电常数测量的精度随信号带宽的增加而提高,误差最小均可达到 1%以下。 此外,以雷达天线罩陶瓷材料 作为检测目标,应用太赫兹透视测距的原理,结合二维扫描架获取样品的全部信息,实现了对内部缺陷的透视成像与定位。

    • 徐顾钰,李岩松,胡杰祥,刘 君

      2023,37(11):152-160,

      Abstract:

      电子式互感器作为智能变电站的主要信息来源,需对其进行定期校验,而保证时间同步是互感器校验过程中最为关键 的环节。 本文在之前所设计的互感器边云协同实时监测系统基础上,构建多互感器异地校验系统,标准互感器及被校验互感器 均与监测系统融合,构成互感器边云协同测量单元,各测量单元实时异地传输互感器采集数据至云端存储,再统一导出至边缘 计算侧进行互感器校验计算。 分析各测量单元之间存在的理论时钟误差和数据上传云端的链路延时误差,建立互感器校验主 从时钟误差模型,并提出基于卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)和神经网络自适应控制(RBF-PID)的互感器校验主从时钟误差修 正算法,以保证互感器校验过程的时间同步。 通过仿真对此算法进行验证,在面对不同初始条件时,修正后主从时钟误差均小 于 200 ns,且收敛时间约在 0. 4 s。 最后通过实验验证了此算法的可行性与实用性,经过主从时钟误差修正的互感器校验结果 更为精确,相位误差约为 0. 45″,幅值误差约为 0. 003 58%,满足 0. 1 准确级的要求。

    • 丁伟利,张志鹏,雷子琦,孙 朴

      2023,37(11):161-169,

      Abstract:

      传统的陶瓷缺陷检测主要依赖人工目测或放大镜观察,为解决检测效率低、结果主观性强等问题,提出了一种基于深度 学习的陶瓷表面缺陷检测算法,针对于陶瓷杯表面的缺陷具体情况,在 YOLOv5 目标检测模型的基础上,增加小目标检测层,同 时使用位置注意力机制进行特征重构提高检测的精确度,实现了高精度的缺陷检测。 针对实际生产中的陶瓷双层杯进行数据 采集训练,并对于每批数据进行推理,最终平均检测精度达到了 95. 4%。 本文所改进的 YOLOv5 缺陷检测模型拥有更高的准确 率、识别速度快等优点,可以极大地减少陶瓷质检减少人力物力的损耗与时间成本。

    • 柴瑞武,陈 乐,何海森

      2023,37(11):170-177,

      Abstract:

      陶瓷天线 PIN 针作为天线中重要的零部件之一,其尺寸偏差将直接关系到天线的产品质量。 为了实现 PIN 针的在线精 密检测,设计研发了一种 PIN 针在线检测装置,并提出了一种基于改进亚像素算法的 PIN 针尺寸检测方法。 首先开始采集图像 并进行像素当量标定,对图像进行畸变校正、获取 ROI 区域、图像预处理,然后利用基于改进 Sobel 算子及高斯峰值位置估算的 亚像素边缘检测算法提取边缘点,利用最小二乘法将边缘点拟合成一对平行直线,并计算出线间像素宽度,根据像素当量换算 得到被测 PIN 针在 ROI 区域处的直径尺寸。 实验结果表明,该方法的测量平均相对误差小于 0. 25%,在保证±0. 005 mm 检测 精度的同时,其平均耗时相对于传统基于高斯拟合的亚像素检测算法缩短了 64. 32%。

    • 韩之恒,马 瑞,丁 力,刘星宇,韩锦锦

      2023,37(11):178-186,

      Abstract:

      为解决双绳驱动空中机械臂协同搬运时的接触控制问题,提出了一种基于非奇异快速终端滑模的阻抗控制策略。 首 先,考虑绳驱动机制的柔性效应,建立计及关节柔性的双机协同系统动力学模型,并推导出任务空间内的阻抗方程。 然后,设计 协同阻抗控制策略,借助非奇异快速终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度,利用幂次函数削弱输出力矩抖振效应。 同时, 在 Lyapunov 框架下分析了所设计控制器的稳定性。 最后,通过控制器性能比较仿真和协同搬运仿真对所提控制策略的有效性 进行了验证。 结果表明,所提控制器响应速度快、控制精度高及稳定性好,能够有效抑制系统抖振。

    • 张友鹏,金煜翔,杨军霞,王 东

      2023,37(11):187-196,

      Abstract:

      针对不确定因素及外界干扰下高速列车分布式协同控制问题,提出基于 super-twisting 滑模一致性算法的高速列车速度 跟踪控制策略。 首先,考虑列车受到的外部干扰、基本阻力及车厢间耦合作用力,构建高速列车多智能体模型;其次,利用相邻 车厢的位移和速度信息设计一致性滑模函数,引入 super-twisting 算法削弱控制输入抖振;最后,设计分布式二阶滑模控制律,并 采用 Lyapunov 理论验证算法稳定性。 以高速列车实际参数进行仿真研究,并加入外界干扰,利用本文方法、普通一致性、PID 一 致性及滑模一致性方法进行仿真。 结果表明,相较于其他 3 种方法,所提算法能使车厢单元快速、精准跟踪目标速度曲线,速度 误差在(-0. 8~ 1. 1)×10 -3 m/ s 内,同时使相邻车厢距离保持在安全范围内,且控制输入较平滑,对外部干扰有较好的鲁棒性。

    • 赖 欣,贾英杰

      2023,37(11):197-204,

      Abstract:

      为了在噪声干扰下准确提取干涉图中的相位信息,提出了一种基于 Zernike 多项式拟合的自适应包裹卡尔曼滤波相位 解缠算法。 该方法将相位图建模为 Zernike 多项式的线性拟合,采用相位图二次差分加权策略的包裹卡尔曼滤波器准确计算拟 合系数,利用预测值和量测值的新息自适应地调整量测噪声协方差矩阵且无需根据干涉图设置不同的观测噪声。 实验仿真和 实测结果表明,所提方法能够有效地处理干涉条纹中的噪声,并能准确地恢复出相位信息,对于受噪声干扰的干涉图的相位解 缠性能优于最小二乘算法和 Kalman 算法,具有鲁棒性好、无需预滤波和人工干预的优点。

    • 韩 莹,朱宏宇,李 琨

      2023,37(11):205-216,

      Abstract:

      为了降低天气因素对光伏发电功率的输出值预测精度的影响,从聚类分析和信号分解两方面入手,提出了一种融合聚 类算法(KDGMM),改进的变分模态分解(VMD)与随机配置网络(SCN)的预测模型。 首先通过 KDGMM 聚类将气象数据划分 成晴天、阴天和雨天,针对阴天难以准确预测的问题,采用灰色关联度分析(GRA)选择相似日,其次引入莱维飞行北方苍鹰优 化算法(LNGO)优化 VMD 得到最优参数,从而降低阴天光伏功率的非平稳性。 最后构建 SCN 预测模型对光伏功率数据进行预 测,输出其预测结果。 通过实验分析,所提方法的均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)仅为 1. 44 和 1. 3%,拟合 优度指标 R 2 高达 0. 99,与其他预测方法相比,本文所提方法有较高的预测精度。

    • 姜媛媛,蔡梦南

      2023,37(11):217-224,

      Abstract:

      针对印刷电路板表面缺陷目标小,检测精度低问题,设计了印刷电路板表面缺陷检测网络 Multi-CR YOLO,满足实时检 测速度的前提下,有效提高了检测精度。 首先,由 3 个 Multi-CR 块组成的主干特征提取网络 Multi-CR backbone 对印刷电路板 小目标缺陷进行特征提取。 其次,SDDT-FPN 特征融合模块使层级高的特征层向层级低的特征层进行特征融合,同时为小目标 预测头 YOLO Head-P3 所在特征融合层加强特征融合,进一步增强低层特征层的表达能力。 PCR 模块加强主干特征提取网络 与 SDDT-FPN 特征融合模块不同尺度的特征层的特征融合机制,且防止模块之间进行特征融合时信息丢失。 C5ECA 模块负责 自适应调节特征权重和自适应注意小目标缺陷信息的要求,进一步提高了特征融合模块的自适应特征提取能力。 最后,3 个 YOLO-Head 负责针对不同尺度的小目标缺陷进行预测。 实验表明,Multi-CR YOLO 网络模型检测 mAP 达到 98. 55%,模型大小 为 8. 90 MB,达到轻量化要求,检测速度达到了 95. 85 fps,满足小目标缺陷实时检测的应用需求。

    • 敬明洋,赵延明,王 亮,刘晓进

      2023,37(11):225-235,

      Abstract:

      针对海洋绞车现有排缆方式易受环境干扰、接触摩擦磨损影响排缆精度问题,采用非接触式视觉检测直接表征排缆质 量的排缆间隙的排缆方式,提出了一种基于改进 Zernike 矩的海洋绞车排缆间隙亚像素测量方法。 首先将二维图像梯度信息垂 直投影为一维波形,提出基于 Scharr 梯度信息的垂直投影排缆间隙定位方法,快速定位间隙区域;然后通过主梯度方向插值改 进 Zernike 矩的亚像素边缘检测,提高亚像素边缘检测精度;最后采用基于 DBSCAN 的最小二乘曲线拟合方法实现多条不相交 曲线拟合,实现排缆间隙大小测量。 实验结果表明,本文方法相比于拟合法、插值法、传统 Zernike 矩法亚像素检测具有较高的 准确度和测量精度,排缆间隙测量误差在 0. 1 mm 内,相对误差可达 8. 60%以内,为有效实现精准排缆提供前提保证。

    • 洪 翠,吴奕炜,高 伟,郭谋发

      2023,37(11):236-245,

      Abstract:

      本文提出一种基于 GraphSAGE (graph sample and aggregate)算法的配电网故障定位方法。 以对系统侧母线电压进行形 态学黑帽运算的结果启动故障定位算法;利用 GSA 模型自主挖掘网络拓扑和零序电流特征,根据节点特征和标签建立函数映 射,评估线路运行状态从而实现故障定位。 基于 PSCAD/ EMTDC 仿真平台搭建 IEEE33 节点模型,测试结果表明所提配电网故 障定位方法可行且有效。 并且配电网拓扑变化时,该方法无需重新训练模型即能获得可靠的故障定位结果,验证了方法的鲁棒 性和对拓扑变化的适应性。

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    • 特征增强的改进LightGBM流量异常检测方法

      陈万志, 赵林, 王天元

      Abstract:

      针对机器学习在流量异常检测中存在选择特征过于依赖专家经验、原始特征表达能力不足、数据受噪声和离群点影响导致模型鲁棒性差以及处理非平衡海量高维数据时少数异常类检测率低等问题,提出一种特征增强的改进LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)流量异常检测方法。首先,采用隔离森林(isolation Forest, iForest)实现异常值处理,并利用异常值处理后的数据训练引入全局平均池化(Global Average Pooling, GAP)的一维卷积去噪自编码器(Convolutional Denoising Autoencoder, CDAE),间接地消除数据中的噪声,得到原始特征的低维增强表达。然后,采用自适应合成采样(Adaptive Synthetic, ADASYN)对异常值处理后的数据实现数据增强并运用训练完成的CDAE进行特征提取,将得到的低维特征作为LightGBM的输入,训练并进行贝叶斯参数寻优。最后,通过得到的CDAE+LightGBM组合模型实现对异常流量的精准分类。在NSL-KDD数据集上所提方法的五分类准确率和F1分数分别达到了87.80%和87.75%,能够有效提升检测精度,增强未知攻击的检测能力。在CICIDS2017场景数据集上的测试进一步验证了所提方法可行性,且优于与同类型的深度学习算法。

      • 1
    • 基于文本图像修正的两阶段船名识别框架

      卢鹏涛, 蒋雯, 黄菊, 孙水发, 汪方毅

      Abstract:

      船舶名称(牌照)识别在水路运输系统中发挥着重要的作用。针对船舶名称在内河航道中目标较小且航道两岸观测船舶存在较大倾斜角度导致难以识别的问题,提出一个以自然场景文本检测算法DB(Differentiable Binarization)和文本识别算法CRNN(Convolutional Recurrent Neural Network)为基础的船舶名称自动识别框架(Automatic Ship Name Identification,ASNI),ASNI包括以下三个部分:船名检测、文本图像修正和识别,其中,船名文本图像修正由船名矫正模块和超分辨率重建模块构成。首先,该框架利用DB算法对图像船名候补区域特征进行自适应尺度融合处理获取特征图,通过特征图预测生成的二值图像寻找连接区域,以此获得船名感兴趣区域(ROI)。其次,在船名检测之后引入船名矫正模块,基于透视变换对ROI中船名不规则文本进行矫正。此外,设计超分辨率重建模块,对矫正后的船名图像进行超分辨率重建处理,以提高船名图像的分辨率。最后,利用CRNN算法对文本图像修正后的ROI中船名进行识别得到最终结果。通过在内河航道船舶数据集SLP(Ship License Plate)上进行训练和测试,最终实验结果显示,ASNI框架对船舶识别的平均准确率为87.50%,相比于基础框架提升了3.12%。本文设计的框架有效解决了因分辨率不足和倾斜导致船舶识别不准确的问题,相比基础框架,ASNI有更好的识别效果。

      • 1
    • 变转速轴承角度重采样与XGBoost故障诊断方法研究

      刘馨雅, 马 超, 黄 民, 张占一

      Abstract:

      针对变转速工况下,轴承振动信号容易发生信号特征混叠?频率偏移?信号截断和噪声污染问题,提出了一种结合角度重采样?主成分分析(PCA)和极端梯度提升树(XGBoost)的故障分类模型?首先,采用脉冲信号估计轴承转速的方法对轴承振动信号进行角度重采样并求取时频特征指标;其次,利用主成分分析(PCA)对时频特征参数进行降维核心提取,选取总贡献大于95%的主元作为XGBoost模型的输入样本;最后,利用网格搜索法对XGBoost进行主要参数调优,并划分训练集和测试集对该模型进行训练,验证其故障分类的准确性?结果表明该方法的故障诊断准确率为96.44%,相较于未降维后的数据运行时间缩短了27.24s,且角度重采样后的诊断效果明显优于未角度重采样的诊断效果,故障识别率提高了7%以上,证明所提方法能够更加快速、准确的做出诊断?

      • 1
    • 基于MGMA的随钻陀螺仪误差在线补偿

      杨金显, 尹凤帅

      Abstract:

      针对随钻测量MEMS陀螺仪输出精度低的问题,提出一种基于磁-重力蜉蝣算法(MGMA)的陀螺误差在线补偿方法。首先,分析随钻陀螺误差来源并推导出误差补偿模型;其次,利用MEMS加速度计无累积误差的特点,根据重力向量叉乘得到向量夹角作为目标函数;此外,考虑到实际钻进时强振动和冲击对加速度计输出的不利影响,利用MEMS磁强计抗振的特点,设计磁模值相对误差约束条件。然后,在MA基础上,针对随钻恶劣环境影响下的陀螺误差参数不断变化问题,根据陀螺和磁强计输出之间的关系自适应确定搜索上下界;并利用重力模值相对误差设计惯性权重,平衡算法的全局探索和局部开发能力;最后,利用磁-重力模值相对误差在子代中引入变异扰动策略,减小陷入局部最优的可能。实验结果表明:经MGMA补偿后的陀螺输出误差明显减小,井斜角误差由9.75°降低至1.52°,且相比于PSO和MA算法具有速度快、精度高的优势。

      • 1
    • 融合PCA与自适应K-Means聚类的水电机组故障检测在线方法

      徐雄, 林海军, 刘悠勇, 胡边

      Abstract:

      灯泡贯流式水电机组在运行过程中,由于受水力因素、机械、工况等因素影响,很容易导致转轮叶片与转轮室发生故障,严重影响水电机组安全运行。在分析灯泡贯流式水电机组转轮叶片与转轮室故障信号特征的基础上,提出了一种基于K均值(K-Means)和莱特准则(Wright"s criterion)的水电机组故障在线检测方法。该方法利用主元分析(PCA)对水电机组振动和噪声信号特征降维后,融合莱特准则改进传统K均值算法,以实现K值的自适应选择,对特征进行在线聚类,能快速准确识别水轮机变负荷状态与金属扫膛故障。将本文提出的这种方法应用到五凌电力近尾洲水电站灯泡贯流式机组故障检测中,实验结果表明,采用该方法的故障在线检测准确率为100%、变负荷在线检测准确率为96.7%,运行近10个月没有出现故障误报和漏报,表明了该方法的有效性。

      • 1
    • 基于激光信息的移动机器人定位研究

      焦传佳, 江 明, 孙龙龙 童胜杰 徐印赟

      Abstract:

      针对移动机器人在导航定位过程中,使用传统蒙特卡罗定位算法会产生粒子收敛较慢和定位精度不高,以及发生人为绑架情况后重定位效率较低的问题,本文给出了一种改进的粒子滤波定位方法来提高移动机器人的导航定位效率。首先,在蒙特卡罗定位算法的基础上进行改进,融入自适应区域划分的方法,保证所划区域包含更多有效信息,减少粒子的收敛时间,完成机器人初步粗定位。然后,在粒子采样和重采样阶段,使用正态分布概率模型进行粒子权重更新,实现更加快速高效地全局精定位。通过实验对比分析,所给方法与基于蒙特卡罗定位算法相比较,耗时缩短了4s左右,且本文的自适应蒙特卡罗定位方法,能够将定位误差保持在6cm左右,从而验证了所给方法的有效性和稳定性。

      • 1
    • 高斯过程改进的鲁棒容积卡尔曼滤波及其组合导航应用

      崔冰波, 吉峰, 孙宇, 魏新华

      Abstract:

      基于GNSS/INS的导航状态估计受状态可观测度影响较大,为提高陆地载体航向角的估计精度,提出了一种改进鲁棒容积卡尔曼滤波方法?首先采用免重采样采样点更新框架实现容积点更新与高斯矩信息的解耦,提高采样点实例化信息在迭代滤波中的传播效率?其次基于状态可观测度分析,将高斯过程引入到系统模型矩估计积分不确定性的标定中,改善移动载体直线行驶条件下航向的估计精度?仿真实验表明,所提GP-RCKF算法能在状态可观测度较弱时显著改善航向角估计精度,航向角误差较RCKF改善28.9%?

      • 1
    • 基于YOLOv5算法的交通标志识别技术研究

      吕禾丰, 陆华才

      Abstract:

      针对传统方式识别交通标志算法存在的检测精度较低的问题,提出了一种改进YOLOv5算法的交通标志识别方法。首先改进YOLOv5算法的损失函数,使用EIOU损失函数代替YOLOv5算法所使用的GIOU损失函数来优化训练模型,提高算法的精度,实现对目标更快速的识别;然后使用加权Cluster NMS改进YOLOv5本身所使用的加权NMS算法,提高生成检测框的准确率。实验结果表明,改进后的YOLOv5算法在由长沙理工大学制作的CCTSDB交通标志数据集上训练的模型的mAP值达到了84.35%,比原始的YOLOv5算法提高了6.23%。所以改进YOLOv5算法在交通标志识别中有更高的精度,能够更好的应用到实践当中。

      • 1
    • 一种帧间大变形材料的视觉测量方法

      李慧, 顾永刚, 翟超

      Abstract:

      为解决数字图像相关(DIC)方法测量帧间大变形时出现的退相关现象,提出一种基于双边特征匹配的DIC全场测量方法。首先,采用ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)算法提取和匹配特征点对,保证快速提取到数目较多的匹配点对;其次,针对存在的错误匹配问题,在网格运动统计方法基础上提出双边特征匹配,剔除错误匹配点对;最后,独立估计每个感兴趣点的变形参数,为反向高斯-牛顿算法提供初值,并不断迭代获得最终变形结果。通过仿真和聚合物泡沫大压缩实验验证了该方法的鲁棒性和准确性。结果表明,该方法适用于测量帧间大压缩变形,可测实际变形量在40%左右,并且在测量其它帧间大变形方面具有广阔的应用前景。

      • 1
    • 空间守时系统概念研究

      刘民, 王乾娟, 李军

      Abstract:

      针对太阳系广域时空尚没有统一时间的规则的问题,提出了一种新的统一时间的方法.空间守时系统坚守人类对时间的两个约定,即时间单位和时间起始点的约定,在基于广义相对论的空间计量理论的基础上,用铯原子钟测量原时,用脉冲星测量坐标时,用太阳系质心坐标系原点上的坐标时来统一时间.阐明了“标准时间不是唯一的”相对时间观,在不同局域坐标系之间,相互观测对方的时间都不可能是均匀流逝的,相互认为对方的时间坐标轴是弯曲的,而绝对时间观则必须维持"标准时间的唯一性",用授时技术可以统一所有用时设备.空间守时系统的概念颠覆了传统的绝对时间观点.空间守时系统具有特别设计的反馈机制,使时间系统更加稳定.

      • 1
    • 基于J-A力磁耦合模型的压力磁测系统研究

      刘欣, 封皓, 杨洋, 赵亚丽

      Abstract:

      本文提出了基于磁机械效应的在役容器压力测量方法,利用磁信号与器壁应力之间存在稳定对应关系,实现非侵入无损检测。采用J-A力磁耦合模型分析了弱地磁环境下钢材磁导率和应力的关系,在理论上证明了利用容器外部磁场测量内部压力的可行性。设计了一套多通道磁信号同步采集系统,能够完成多传感器三个分量的磁信号的同步获取,实验验证了本方法的性能和优势。实验表明,在压力设定范围内,容器附近磁场与内部压力符合线性模型。压力容器表面的不同部位的磁场对压力变化的灵敏度差别较大,因此需要多点布置、标定优选。对于实验的低碳钢压力容器,磁场测量灵敏度可达131.4 mGs/MPa,并通过轴对称布置一对传感器叠加,可以减弱旋转容器对测量精度的影响。

      • 1
    • 625MS/s 12bit双通道时间交织ADC的设计研究

      曹宇, 苗澎, 黎飞, 王欢

      Abstract:

      基于40nm CMOS工艺,设计了一款625MS/s、12bit双通道时间交织模数转换器(ADC)。单通道ADC采用了前端无采保模块的流水线架构以降低系统功耗。系统采用了宽带高线性度前级驱动电路以及高速高精度栅压自举开关以保证交织系统的有效输入带宽。一种基于辅助通道的后台校正算法被用于校正通道间采样时间失配,该后台校正方法可适用于完全随机输入信号。芯片核心面积为0.69mm2。后仿真结果表明:该625MS/s 12bit 时间交织ADC在全速率下进行奈奎斯特采样,系统SFDR为67dB,SNDR为58.5dB,功耗为295mW,满足设计指标,证明了设计的有效性。

      • 1
    • 反背景差分结合Otsu的细胞图像分割方法*

      吴京城, 洪欢欢, 施露露, 闻路红, 杜亚南, 史振志

      Abstract:

      针对相差显微镜采集的间充质干细胞图像具有对比度低、背景不均匀、光晕伪影等问题,提出了反背景差分结合Otsu的细胞图像分割方法。该方法通过构建反背景差分增强图像中细胞主体与非细胞区域的差异,降低背景不均匀干扰因素的影响,结合Otsu阈值分割法粗略区分细胞和背景,并通过二值形态学运算、图像滤波和局部梯度迭代的算法组合进一步修正分割结果。通过对实际采集的细胞图像进行分割验证,像素精确度、交并比、Dice相似性系数和汇合度误差四个评价指标分别达到了0.9338、0.7296、0.8524和0.07,表明该算法具有较高的分割性能,能客观、准确自动分析细胞汇合度,而且可以处理细胞不同培养时期的图像,具有较高的应用价值。

      • 1
    • PSO_SVM算法在太阳能电池板裂缝缺陷检测研究

      陶志勇, 于子佳

      Abstract:

      针对太阳能电池板在生产过程中出现的裂缝问题,在太阳能电池板缺陷数据集有限的条件下,提出应用粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)优化支持向量机(Support Vector Machines, SVM)的太阳能电池板裂缝缺陷检测算法。首先,为减少图像采集过程中由电致发光(Electroluminescence, EL)检测产生的光照分布不均影响,对太阳能电池板组件图像进行Retinex增强处理;其次,在频域上利用Gabor变换对图像进行纹理特征提取,以获取裂缝特征;最后,将各个太阳能电池板组件的纹理特征经主成分分析法(principal component analysis, PCA)降维后输入到粒子群-支持向量机(Particle Swarm Optimization_Support Vector Machines, PSO_SVM)系统中进行分类识别。应用该方法对600幅太阳能电池板电致发光(EL)图像进行实验,仅有1幅出现误检,分类识别准确率为99.33%。将该算法与决策树分类、极限学习机、卷积神经网络及SVM算法进行对比实验,PSO_SVM获得最高识别准确率。

      • 1
    • 基于链式聚类博弈机制的太赫兹纳米传感网能量空洞修补算法

      张卫明

      Abstract:

      为改善太赫兹纳米传感网部署过程中存在的链路节点能量消耗较快,内外层数据交互困难及传输性能较低等不足,提出了一种基于链式聚类博弈机制的太赫兹纳米传感网能量空洞修补算法。首先,基于等距划分模型,设计了一种等距环结构,快速提高节点链路性能;通过内外层节点交换传输数据,优化等距环结构内层与外层数据的交互质量,采取轮询均衡内层节点能量消耗方式,设计了一种新的基于能量空洞形成预测方案的链式聚类博弈机制,分担内外层节点间流量,修补节点受限导致的能量空洞;随后,基于流量均衡思想设计了一种基于能量可控的均衡消耗优化方法,改善节点能量在不同层级上的消耗水平,增强节点对能量受限的适应能力,规避节点受限风险。仿真实验表明:与当前常用的基于动态簇机制的无线传感器网络节能方案及基于亲和传播的考虑节点剩余能量和减轻簇头负担方案相比,本文算法具有更高的网络生命周期,以及更低的数据传输轮数和节点受限程度。

      • 1
    • ADAM改进BP神经网络与动态称重应用

      唐思豪, 孙彪, 胡 清

      Abstract:

      为提高动态检重秤的运行效率和测量准确度,深入分析了机械振动对测量的干扰及传感器非线性特性的产生机理。提出一种基于ADAM优化器的多层BP神经网络,实现了检重秤传感器的非线性校正,并准确估计了动态称量结果。试验对比经典梯度下降法、附加动量法、均方根传播法以及ADAM算法,结果表明ADAM算法综合考虑了参数梯度的一阶和二阶矩估计,具有更快的收敛速度,更准确的预测结果。最终实现满量程400 g,最高运行速度2 m/s的高速动态检重秤,型式测试结果表明其各指标均满足国家标准《GB/T 27739-2011 自动分检衡器》对XIII级检重秤的要求。

      • 1
    • 无人机航测高精度RTK接收机信号捕获与跟踪仿真方法研究

      邓耀华, 姚可星, 孙成, 郭承旺

      Abstract:

      近年来以载波相位差分技术为核心的实时动态(Real-time kinematic, RTK)高精度卫星定位技术在测绘领域迅速发展,本文基于RTK定位原理,以轻小型化、高精度、稳定快速卫星定位接收机为目标,研究无人机RTK接收机的多系统多频段全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号处理技术,包括GNSS多频射频前端处理、基带信号处理关键技术。通过专业仿真手段可以得出设计的射频前端接收灵敏度高于-130dBm,对6758个采样点搜索捕获的执行时间仅为0.68s,捕获频移误差约为多普勒频移的0.932%,载波跟踪稳定后频率误差基本集中在0.75KHz以下。仿真结果表明,设计的GNSS信号处理模块符合实际的多频RTK定位接收机要求。

      • 1
    • 基于多域特征的螺栓松动检测方法研究

      谢锋云, 符羽, 刘昆, 王二化, 肖乾

      Abstract:

      螺栓作为机械设备最常用的连接件,螺栓连接的稳定性对保障机械设备安全运行起着至关重要的作用,对螺栓松动程度进行检测有着重要意义。本文针对螺栓松动四种不同状态,提出了一种基于变分模态分解(VMD)及时频敏感特征与最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的螺栓松动检测方法。针对螺栓松动的四种不同状态,搭建了螺栓松动检测模拟实验平台,通过加速度传感器获取螺栓松动四种不同状态振动响应数据;提取了时频域敏感特征量,结合VMD分解的IMF分量能量熵组成状态检测敏感多特征向量,将提取的多特征向量结合LSSVM对螺栓不同松动状态进行识别,并对比基于经验模态分解(EMD)-LSSVM及EMD-多特征-LSSVM检测结果,结果显示,本文提出的基于多域特征的螺栓松动检测方法识别率优于EMD-LSSVM检测方法。

      • 1
    • 测试不可靠条件下基于精华蚂蚁系统的诊断策略优化方法

      韩露, 史贤俊, 翟禹尧, 秦玉峰

      Abstract:

      诊断策略优化设计是测试性设计过程中重要一环,不可靠测试因素严重影响优化设计过程。本文总结了前人研究成果,针对启发式搜索算法难以解决不可靠测试条件下的诊断策略优化问题,提出了一种基于精华蚂蚁系统的诊断策略优化算法。文章首先建立了测试不可靠条件下诊断策略优化问题的数学模型;后以测试成本与错误代价为构建了优化目标;随后利用针对诊断策略优化问题改进过的精华蚂蚁系统算法对该问题进行求解;最后应用该算法针对某装备进行实例分析,通过与贪婪算法、普通蚁群算法的对比,体现出该算法的在精度与收敛速度方面的优势,验证了算法的可行性与有效性。

      • 1
    • 一种复合微动空间目标窄带成像方法

      侯艳斐

      Abstract:

      提出一种复合微动空间目标窄带成像方法。由于窄带雷达在目标检测和跟踪等方面的优势,窄带雷达被广泛用于空间目标探测中。对空间微动目标,微动产生时变多普勒调制,蕴含了目标的重要结构信息,通过对时频图像应用逆约旦变换方法可获取目标各散射点的位置,实现窄带成像。窄带成像降低了对雷达带宽的要求,在空间目标探测上具有优势。在实际探测场景中,目标运动表现为微动和平动的复合叠加,使窄带成像方法失效。本文在建立复合微动空间目标雷达回波模型的基础上,分析目标的时变多普勒调制特性,提出一种复合微动窄带成像方法,该方法首先基于时频相关系数估计微动周期,利用多普勒相消方法去除平动影响,实现目标平动参数估计,进而实现平动补偿,最后基于逆约旦变换方法实现窄带成像。所提方法不受目标平动影响,能有效实现复合微动空间目标的窄带成像。

      • 1
    全选
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    • 严玥, 江赟, 严实

      2017,31(1):45-50, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.007

      Abstract:

      火电厂排放气体中的氮氧化物(NO2、NO、N2O等)浓度一直是环保检测的重要指标。针对基于光谱分析的氮氧化物浓度检测精度受到多种因素制约和干扰(如温度、粉尘、水分、电器噪音、光学镜片老化、多组分气体吸收峰值交叉干扰等),很难采用单一方法进行改进的问题。首先设计硬件预处理装置用于气体组分的过滤和提纯,然后利用构建的径向基函数(RBF)网络对传感器测试值进行校正。RBF神经网络的自学习自训练能力省去了传统的对干扰因素进行补偿的研究建模,使得检测中数据处理工作效率更高。随机抽取国内某大型火电厂2015年实际数据进行仿真实验以及预测、分析,综合平均相对误差为0841%,表明方法的有效性。

    • 王文, 张敏, 朱晔文, 唐超锋

      2017,31(1):1-8, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.001

      Abstract:

      球铰链具有结构紧凑、运动灵活和承载能力强等优点,是一种应用较普遍的多自由度机械关节,其回转角度的检测对系统运动误差预测分析、反馈和控制具有十分重要的意义。首先介绍球铰链的应用与结构特点,然后分析球铰链多维回转角度的测量需求,对国内外球铰链多维角度检测的相关研究发展进行综述,主要包括基于结构解耦测量、基于光学原理测量和基于磁场理论测量等方法。最后,对球铰链多维回转角度测量的研究现状进行总结,指出了其研究的重点、难点以及关键技术突破面临的挑战。

    • 刘坤, 赵帅帅, 屈尔庆, 周颖

      2017,31(1):9-14, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.002

      Abstract:

      带钢表面缺陷形式的复杂多变给特征的选择带来了困难,为此,提出一种融合特征筛选和样本权值更新的R AdaBoost特征选择算法。该算法在AdaBoost算法的每个循环中通过Relief算法进行特征的筛选与降维,通过筛选后的特征利用样本的类内类间差去除噪声样本,然后根据AdaBoost的动态权值更新样本库,再利用每个循环优化选择得到的最优特征与弱分类器级联成最终的AdaBoost强分类器,进行带钢表面缺陷的检测与定位。实验结果表明,针对带钢实际生产线上的划痕、褶皱、山脉、污点等多种缺陷,该算法可以有效提取出具有高区分性和独立性的特征,同时提高了缺陷检测算法的准确率。

    • 孙伟, 文剑, 张远, 耿诗涵

      2017,31(1):15-20, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.003

      Abstract:

      针对微机电系统(MEMS)陀螺仪随机误差成为制约其精度和应用范围的主要因素,提出基于回归滑动平均(ARMA)模型的卡尔曼滤波估计方法。首先基于Allan方差分析结果,确定出量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性是MEMS陀螺随机噪声主要组成部分;然后采用时间序列分析法对MEMS陀螺仪随机噪声的平稳性进行检验;最后基于随机漂移ARMA模型建立离散卡尔曼滤波方程对其开展误差估计与补偿。开展车载静、动态环境下的数字降噪与卡尔曼滤波估计补偿对比实验,结果表明基于ARMA模型的卡尔曼滤波估计法在MEMS陀螺随机误差补偿效果上具有更明显优势。

    • 贺利芳, 曹莉, 张天骐

      2017,31(1):21-28, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.004

      Abstract:

      经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)降低噪声的同时也削弱信号能量,并会产生虚假信号,导致信号检测存在缺陷,针对这一问题,提出Levy噪声环境下经验模态分解随机共振检测方法。通过将含噪信号进行EMD分解,对分解后信号进行叠加取平均二次采样等处理方法,使其满足随机共振要求,利用自适应算法优化系统参数,进而使处理后信号能够在双稳系统中产生随机共振,达到精确检测的目的。理论分析及实验证明在Levy噪声下,此方法能实现同一特征指数下单频信号与多频信号检测,实验表明在单频信号信噪比为-28 dB情况下能有14 dB的提高,特征指数为1.8下多频信号5 Hz频谱幅值从311.8增加到724,10 Hz频谱幅值由138.9增加到143.2。此方法对在复杂噪声环境中降低剩余噪声能量同时,提高信号能量,减少虚假信号,相对于仅仅进行EMD分解无法判断信号成分,能更好的达到检测效果。

    • 闫璠, 张莹, 高赢, 涂勇涛, 张东波

      2017,31(1):36-44, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.006

      Abstract:

      针对基于KAZE特征检测的图像拼接算法实时性问题,提出一种简单有效的AKAZE拼接算法。该算法首先通过AKAZE算法提取图像特征点,接着计算M LDB描述符从而生成特征向量。随后计算特征向量之间的汉明距离,提取出匹配的特征点对,然后利用RANSC算法估算全局单应性矩阵,根据动态线性变换算法求取重叠区域局部投影关系,结合两者统一投影平面,最后利用加权融合实现两幅图像的拼接。对KAZE、SIFT、SURF、ORB、BRISK进行性能实验比较,所用算法不仅对于高斯模糊、角度旋转、尺度变换和亮度变化等情况下保持良好的性能,而且处理时间大大缩短,实现了有效的图像拼接。

    • 潘月浩, 宋执环, 杜往泽, 吴乐刚

      2017,31(1):29-35, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.005

      Abstract:

      为帮助老年公寓监护人员及时发现老年人摔倒等动作,提出了一种基于视频监控的动作识别方法。对监控视频,首先通过基于HSV空间的混合高斯背景建模方法提取前景图像,然后利用所提出的运动特征和形态特征相结合的方式进行特征提取,最后通过具有高斯输出的HMM模型实现动作类型的识别。提出的方法能够适应光照变化影响,对不同动作的动作方向和动作幅度变化具有很好的鲁棒性,实验中动作的识别准确率达到90%。结果表明,本方法能够满足老年公寓动作识别的基本要求,具有一定的实用价值。

    • 印敏, 沈晔, 蒋磊, 冯径

      2017,31(1):76-82, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.011

      Abstract:

      在抢险救灾等应急情况下,传感器网络的节点能量更为有限。为减少无用转发的能量消耗,利用无线信道的广播特性,根据广播子树删除思想,提出一种基于最短路由树、具有最少转发节点的组播路由树生成算法。对该算法进了证明和详细分析,并针对实际需要,给出使用范围更广泛的分布式实现方法。仿真分析说明,算法的分布式实现方法可减少ODMRP的转发节点数,大大降低数据发送次数,接收成员节点较多时尤为明显。最少转发节点的组播路由树的网络总开销最小,是延长网络生存时间的有效方法。

    • 陈硕, 骆腾斌, 刘丰, 唐旭晟

      2017,31(1):144-149, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.021

      Abstract:

      为解决目前水表检定存在效率低、人为因素影响大等诸多问题,提出了应用机器视觉技术的水表检定系统,并重点研究实现梅花针快速定位的模板匹配算法和消除湿式水表表盘气泡的图像形态学算法。使用Harris算法预先提取梅花针模板角点,并实时提取现场图像的角点。采用部分Hausdorff距离法,实现梅花针的快速定位;利用图像形态学算法实时消除气泡影响,并完成对梅花针转动齿数的计数。实验表明,该系统在保证检定准确性的同时,可缩短检定时间,提高水表检定效率,解决了湿式水表表盘气泡对检定的不良影响,适用于各类水表的检定。

    • 曹新容, 薛岚燕, 林嘉雯, 余轮

      2017,31(1):51-57, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.008

      Abstract:

      提出一种快速、简便、高效的眼底血管分割方法。分析眼底图像的灰度值分布和对比度变化,利用匹配滤波克服背景干扰,消除噪声影响,达到灰度均衡,实现眼底图像的亮度归一化。估计眼底图像中背景像素所占比例,利用直方图自动选择阈值,完成对眼底图像中血管的有效分割。在公开的眼底图像数据库上进行测试,该方法对眼底血管分割具有较好的性能指标。实验表明,提出的基于匹配滤波和阈值优化的眼底血管分割方法,准确率高、复杂度低,对眼科疾病的计算机辅助诊断有一定的实用价值。

    • 孙丽, 张小峰, 张利锋, 周文举

      2017,31(1):106-111, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.015

      Abstract:

      速度平滑问题是高速数控加工及煤矿提升机为提高加工精度与设备寿命而提出的,针对该速度平滑问题建立分段模型,基于加速度与速度的关系,推导了各段速度、行程和时间的解析解,推导了模型中关键一元三次方程的通用解,并将其运用到速度平滑分段求解问题中。本方法应用于煤矿提升机速度平滑问题中,显示出易于程序实现、计算量小、过渡曲线平滑的特点,能很好适应高速运动设备速度平滑的场景。目前该方法已推广至多个实际项目中。

    • 张聚伟, 王宇

      2017,31(1):83-91, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.012

      Abstract:

      根据有向传感器节点感知特性,提出一种有向传感器节点模糊感知模型,以此为基础建立了模糊数据融合规则,减少网络中的不确定区域;就有向传感器网络强栅栏覆盖问题,提出一种基于粒子群的有向传感器网络强栅栏覆盖增强算法,将n维求解问题转化为一维求解,提高了算法收敛速度。仿真结果表明,对感知方向可连续调节的有向传感器网络节点,在随机部署情况下与现有算法对比,本算法对目标区域能有效的形成强栅栏覆盖,且具有较快的收敛速度,延长网络生存期。

    • 张 刚,毕璐洁,蒋忠均

      2023,37(1):177-190, DOI: 10.13382/j.issn.1000-7105.2023.01.020

      Abstract:

      针对经典双稳随机共振(CBSR)系统在微弱信号放大检测方面的困难,提出了 Levy 噪声下的欠阻尼指数型三稳随机共 振(UETSR)系统。 将双稳态和指数势函数相结合,利用非高斯噪声可有效提升信噪比的特性,构造出 UETSR 系统。 首先推导 该系统的稳态概率密度函数,以平均信噪比增益为衡量指标,采用量子粒子群算法进行参数寻优,研究在 Levy 噪声的不同参数 α 与 β 下,系统各参数对 UETSR 输出变化规律的影响。 最后将 UETSR、CBSR 和经典三稳系统(CTSR)应用于轴承故障诊断中, 系统输出后的内外圈故障频率处的幅值较输入信号分别增长了 197. 58,1. 153,18. 81 和 238. 87,26. 63,39. 72,最高峰与次高峰 的谱级比分别为 5. 44,4. 03,3. 85 和 5. 10,3. 79,5. 05。 实验结果表明,不同系统参数均可诱导产生 SR 现象,且 UETSR 系统的 性能明显优于 CBSR 和 CTSR,具有良好的工程应用价值。

    • 万勇, 张晓彬, 倪卫宁, 张卫, 孙伟峰, 戴永寿

      2017,31(1):99-105, DOI: DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.014

      Abstract:

      随钻方位电磁波电阻率测井仪器实现地层方位电阻率测量和地层层界面检测的关键在于测井仪线圈系结构的设计,且测井仪器的检测性能主要受电磁波信号发射频率、线圈源距、线圈间距、线圈倾角以及所测地层电阻率的影响。针对随钻方位电磁波电阻率测井仪器的不同检测要求,确定测井仪器的检测方式。根据线圈系结构在不同检测方式的条件下所满足的约束条件,采用仿真实验的手段设计随钻方位电磁波电阻率测井仪的线圈系结构,为实际工程应用中线圈系的结构设计提供参考依据。

    • 周娜, 鲁昌华, 徐婷佳, 蒋薇薇, 杜雲

      2017,31(1):139-143, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.020

      Abstract:

      为了提高多目标跟踪的鲁棒性,增强目标之间的区别性,使用了一种基于能量最小化(energy minimization,EM)的多目标跟踪算法,不同于现有算法,本算法专注于将多目标跟踪中的复杂问题表示为能量函数的模型,模型中包括了更优的目标区分策略(相似度模型)。通过将每个能量函数成本值对应一个多目标的跟踪轨迹方案,算法将多目标跟踪问题转化为能量最小化的问题。在能量函数模型的优化方法上,算法采用共轭梯度算法和一系列的跳转运动来找到能量最小的值。公开数据集的实验结果证明了本算法的有效性,而且定量分析结果证明了本算法提高了目标与背景、目标之间的相互区别性从而与其他算法相比能获得更好的鲁棒性能。

    • 夏飞, 罗志疆, 张浩, 彭道刚, 张茜, 唐依雯

      2017,31(1):118-124, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.017

      Abstract:

      针对变压器故障诊断准确率低的问题提出了粒子群 自组织映射 学习矢量化(PSO SOM LVQ)混合神经网络算法。为了获取更加有效的SOM神经网络拓扑结构,首先采用PSO算法对SOM神经网络的权值向量加以改进,在此基础上融入LVQ神经网络,弥补了无监督学习SOM神经网络的不足。这种PSO、SOM和LVQ相结合的混合神经网络算法提高了变压器故障诊断的精度,减少了故障诊断的误差。通过仿真,对SOM、PSO SOM和PSO SOM LVQ这3种算法进行了对比。对比结果表明,PSO SOM LVQ混合神经网络算法准确度最高,其故障诊断准确率为100%。由此可见,采用PSO SOM LVQ混合神经网络算法可有效提高变压器故障诊断的性能。

    • 陈珍海, 于宗光, 魏敬和, 苏小波, 万书芹

      2017,31(1):132-138, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.019

      Abstract:

      提供了一种适宜于多通道集成的低功耗、小面积14位125 MSPS流水线模数转换器(ADC)。该ADC基于开关电容流水线ADC结构,采用无前端采样保持放大器、4.5位第一级子级电路、电容逐级缩减和电流模串行输出技术设计并实现。各级流水线子级电路中所用运算放大器使用改进的“米勒”补偿技术,在不增加电流的条件下实现了更大带宽,进一步降低了静态功耗;采用1.75 Gbps串行数据发送器,数据输出接口减少到2个。该ADC电路采用0.18 μm 1P5M 1.8 V CMOS工艺实现,测试结果表明,该ADC电路在全速采样条件下对于10.1 MHz的输入信号得到的SNR为72.5 dBFS, SFDR为83.1 dB,功耗为241 mW,面积为1.3 mm×4 mm。

    • 曹莎莎, 吴永忠, 程文娟

      2017,31(1):125-131, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.018

      Abstract:

      频谱模型的乐音仿真是运用声学理论,由一系列基本函数及其时变幅度乘积的迭加来实现乐器的发声。通过对钢琴琴弦振动和衰减特性的分析以及共鸣箱共振作用的探讨,提出了一种新的数字化钢琴乐音仿真技术,仿真模型由激励系统和共振系统两部分组成。系统以琴弦振动方程为基础,先进行时域上的包络修饰,以模拟琴弦振动的自然衰减,这样可以使乐音各音符间衔接和谐;然后在频域上以频谱包络建模滤波器组,实现共振系统的仿真,对音色进行修饰。该方法能更为有效的雕刻声音,同时较好的表现音色,从而使乐音听起来更加和谐。

    • 徐小力, 蒋章雷, 吴国新, 王红军, 王宁

      2017,31(1):150-154, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.022

      Abstract:

      东巴象形文是由云南丽江纳西族先民创造并使用的,被誉为“世界上唯一活着的象形文字”。在图形识别、内容释读以及形、音、义信息等方面,现有的英文、汉字等识别系统及翻译系统往往不能适用于东巴象形文字,提出一种先拓扑特征处理后投影法特征提取的分步骤信息处理方法,并采用模板匹配法进行文字识别。通过实验验证表明,基于象形文固有特征的提取,利用拓扑特征与投影法相结合的特征提取方法进行东巴象形文字识别,具有准确度更高的特点,是东巴象形文识别的一种有效方法。

    • 蒋章雷, 徐小力

      2017,31(1):155-160, DOI: 10.13382/j.jemi.2017.01.023

      Abstract:

      旋转机械是生产中应用最广泛的机械设备,其传动系统是旋转机械的重要组成部分,它的安全稳定运行对经济和社会具有重要影响。以转子实验台典型故障为研究对象,提出旋转机械传动系统运行稳定性劣化表征参数的提取方法。采用高阶累积量理论,从不同故障状态之间迁移的角度对传动系统稳定运行状态劣化为非稳定运行状态的劣化演化过程进行描述,提出“劣化演化矩阵”的概念。在此基础上,定义稳定性劣化均值、稳定性劣化方差等状态劣化趋势的表征参数,并进行了基于该方法的实验验证,结果表明,该方法可以描述系统运行状态的整体趋势,可以作为旋转机械传动系统运行稳定性的表征参数。

    主编:彭喜元

    创刊:1987年

    国际标准刊号:ISSN 1000-7105

    国内统一刊号:CN 11-2488/TN

    国内邮发代号:80-403

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