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2023,37(9):1-7,
Abstract:
针对磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)系统接收线圈相对于 发射线圈偏移角度的不确定性,导致系统传输效率波动较大的问题,提出了一种基于反射阻抗的 MCR-WPT 系统接收线圈偏移 角度计算方法。 根据基尔霍夫电压定律建立发射线圈反射阻抗与线圈互感之间的关联,再根据空间两线圈的互感公式推导互 感与线圈偏移角度之间的关系式,从而建立反射阻抗与偏移角度的表达式。 利用 Maxwell 和 Simplorer 仿真软件搭建线圈模型 和外围电路进行联合仿真,同时搭建了完整的 MCR-WPT 系统实验装置,在两线圈距离不同的情况下做了多组实验。 仿真结果 显示两线圈设定角度与计算角度平均绝对误差为 2. 57°,实验结果显示设定角度与计算角度平均绝对误差为 2. 94°。 通过上述 方法可以较为精确地计算出短距离无线电能传输系统接收线圈的偏移角度。
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2023,37(9):8-15,
Abstract:
霍尔电流传感器中存在的温漂会影响传感器的精度,特别是在极端高温和低温下影响更加明显,这限制了霍尔传感器 应用的场合。 针对该问题本文设计实现了一种适用于霍尔电流传感器的宽温度范围温漂补偿电路。 温漂补偿电路通过将增益 补偿与带隙补偿相结合,在霍尔电压放大电路中采用与霍尔元件形状材料均一致的负载电阻,补偿了霍尔元件的温漂误差;同 时利用带隙基准电路产生的高低温补偿电流实现对放大器电路的尾电流的温度补偿,使得霍尔电流传感器可以在更宽的温度 范围内保持灵敏度稳定。 采用 GF0. 18 μm BiCMOS 工艺制程,仿真验证表明,在 5 V 电源电压下,电路在-40 ℃ ~ 140 ℃的宽温 度范围内,灵敏度温漂误差小于 0. 3%,温漂系数达到 35 ppm/ ℃ 。 相较于其他温度补偿设计,该设计实现了对霍尔传感器高阶 温度误差的补偿,使得霍尔传感器具有更宽的工作温度范围以及更小的温漂误差,且不需要额外的数字处理电路,具有较高的 工程应用价值。
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2023,37(9):16-24,
Abstract:
高温超导磁悬浮因其独特的无源自稳定优势,在高速轴承、轨道交通和飞轮储能系统等领域有着广阔的应用前景。 为 了探究高温超导磁悬浮系统的悬浮特性,设计了一种适用于测量磁悬浮轴承悬浮特性的高温超导磁悬浮力三维测量系统。 首 先,基于伺服驱控的三轴联动直线模组与三轴力传感测量单元设计了测量系统硬件部分,利用 LabVIEW 设计了数据采集单元, 以实现数据连续采样及其图像化。 其次,在恒载和永磁悬浮系统下,对高温超导磁悬浮力三维测量系统的测量精度进行校验。 最后,建立了超导体-永磁悬浮系统有限元模型,仿真并测量了高温超导体在零场冷和场冷条件下的悬浮力特性,仿真与测量结 果保持基本一致。 结果表明,该测量系统具有测量精度高(0. 5%),三维空间定位准确( ±0. 02 mm),被测对象相对运动时三轴 力同步测量(最大悬浮力 500 N,导向力 200 N)等特点。
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2023,37(9):25-32,
Abstract:
随着未来无线通信需求的增长,通信系统需适用更多的频带和标准。 针对可重构功率放大器各模式下工作带宽窄的缺 点,本文基于简化实频技术和可重构理论,提出了一种拓展可重构功率放大器工作带宽的设计方法。 通过在可重构理论中融入 简化实频法的宽带设计方法,在设计过程中加入新的误差函数,对可变模式下的可重构电路结构进行判别,进而实现可重构宽 带功率放大器设计。 为了验证该方法的有效性,并满足实际设计指标,采用中国科学院微电子研究所自主研发的 LDMOS 晶体 管设计并制作了适用于 GSM 网络和 LTE 网络的一个频率可切换的宽频可重构功率放大器。 测试结果表明,该可重构功率放大 器在不同模式下可分别工作在 0. 6~ 1. 1 GHz 和 1. 1~ 1. 6 GHz 频段,饱和输出功率超过 40 dBm,漏极效率(DE)在 50% ~ 60%之 间。 因此,本文提出的设计方法可以降低可重构宽带功率放大器的设计难度,较好的发挥晶体管性能,降低成本,在实际基站射 频电路设计中具有很好的应用意义。
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2023,37(9):33-40,
Abstract:
为减少多径损耗、抗极化失配,同时满足无线设备对多频段的需求,设计了一款加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化 天线。 极化扭转人工磁导体采用双层结构增加了相位响应,使用矩形环延长电流路径,矩形环中加入圆角和截断的矩形贴片结 构引起表面阻抗不平衡性,实现了在 2. 45 GHz 和 5. 8 GHz 频段内高效的极化转换。 在双频单极子天线下方加载极化扭转人工 磁导体,利用 90°极化旋转效应实现了在低频段左旋圆极化和高频段右旋圆极化。 仿真和实验结果表明:设计天线的工作带宽 分别为 2. 2~ 2. 58 GHz 和 3. 5~ 6 GHz,3dB 轴比带宽分别为 2. 3~ 2. 56 GHz 和 5. 6~ 6. 2 GHz,峰值增益分别为 16. 8 和 7. 5 dBic。 实验结果证实了采用极化扭转人工磁导体可以降低双频圆极化天线的复杂度。
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2023,37(9):41-50,
Abstract:
本文探究了微波无损检测技术在中长距离压力管道的裂缝缺陷检测中的应用。 从理论上分析了微波在具有弯曲的压 力管道内传输的特点以及裂缝检测的方法。 通过仿真模拟了微波在中长距离管道内的传输以及经过弯管后的微波模式的改 变,验证了在直管道与弯曲管道中检测裂缝缺陷的可行性。 构造长度超过 5 m,直径为 8 cm 的直管道与弯曲管道,使用矢量网 络分析仪与螺旋天线将微波导入管道中,对轴向、周向以及斜向裂缝进行检测,观察无缝与有缝甚至多条裂缝情况下的 S11 参 数的幅度的改变并确定裂缝所在的位置。 对于直管道中的轴向,周向和斜向裂缝检测,误差分别为管道总长的 0. 047%、 0. 018%和 0. 298%,对于弯曲管道中轴向、周向和斜向裂缝检测,误差分别为管道总长的 0. 074%、0. 065%和 0. 203%,表明建立 了一种有效的远程检测中长距离管道裂缝的方法。
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2023,37(9):51-59,
Abstract:
为满足现代无线通信系统向宽频带、集成化、低成本和高性能方向发展的需求. 基于协同设计理论,利用自研的 RFLDMOS 器件设计了一款集成滤波特性的宽带滤波功率放大器。 设计“T 型”结构的预匹配网络以扩大晶体管阻抗值,同时集成 枝节负载耦合线构成宽带滤波网络。 连续波测试结果表明在 1. 2 ~ 2. 6 GHz 频带内饱和输出功率均大于 40 dBm, 漏极效率大 于 45%, 增益约为 11. 5 dB, 对二次谐波的抑制能力达到- 62 dBc。 当平均输出功率为 32. 5 dBm, ACPR 在频带内均优于 -37 dBc。 本设计使功放兼具放大和滤波的作用,提高电路集成度的同时相对带宽拓展到了 74%, 符合当今无线通信系统的 需求。
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2023,37(9):60-67,
Abstract:
电磁瞬态脉冲的测量仍有许多技术难点。 为了解决瞬态电场测量动态范围较窄的问题,研制了一种能自适应调整测量 范围的光纤电场传感器。 首先在 CST 软件平台上对单极子 PCB 天线进行建模,对其电磁特性和尺寸效应进行了仿真研究。 然 后重点设计了发射机的自动增益控制电路,且自动增益控制电路的阈值范围可调。 用二次插值法对发射机的非线性进行数字 化补偿,并优化设计了接收机的跨阻放大器,使其本底噪声在微伏级别。 用标准场法对该传感器进行了标定和测试,并对不确 定度进行定量计算。 测试结果表明,传感器的输入动态范围达到 54 dB,平均响应时间低于 3 ns,线性相关度为 0. 98,灵敏度为 0. 025 V/ (kV·m -1 ),扩展不确定度为 2. 67。 该传感器可以满足雷电脉冲的电磁环境测量和电力系统局放定位的需要。
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2023,37(9):68-74,
Abstract:
针对口径超过 10 m 的超大型地面天线由于极高成本难以进行精确测量的难题,提出了基于无人机的平面近场实地测 量方法。 首先对无人机散射、定位精度及测量场区选择等影响天线实地测量结果的主要因素进行了仿真分析,确定了测量区 域。 采用多旋翼无人机和高精度飞控技术,在高性能无人机最好 20 mm 飞控精度、5 mm 测量精度的条件下,进行了天线实地测 量系统的射频链路设计,并给出了两种近远场数据变换方法,可以有效解决在较高频段无人机定位精度差导致测量结果不可信 的问题。 采用实例分析验证了方法的有效性,为超大型地面天线低成本精确测量提供了较好的解决途径。
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2023,37(9):75-84,
Abstract:
标准孔板流量计在工业应用中面临着精度和适用性的限制,为了提高其性能,多孔孔板流量计被越来越多的使用。 为 了研究多孔孔板的结构参数对孔板流量计性能的影响,以内径为 40 mm、多孔直径比为 0. 4、厚度为 3 mm 的多孔孔板为研究对 象,设计了不同孔数和间隙率的多孔孔板模型,并使用数值方法进行了分析。 结果表明,多孔孔板流量计的压力损失系数随着 孔数的增加而降低,而流量系数则随着孔数的增加而增加。 孔隙率对多孔孔板流量计的压力损失系数和排量系数影响不大,但 在一定范围内增加孔隙率可以有效降低压力恢复长度。
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2023,37(9):85-92,
Abstract:
针对无监督缺陷检测中重建网络在抑制异常重建的同时无法保留正常区域细节信息的问题,提出了一种融合自注意力 与缺陷凸显的缺陷检测方法。 首先,在重建网络中引入离散小波变换(DWT)进行下采样, 并使用离散小波逆变换( IDWT)进 行上采样。 相较于传统重建网络,这种方法能减少细节信息的丢失,并对特征进行频率分解。 同时,在跳连接中加入自注意力 模块对特征重新编码,使其重点关注正常区域的细节信息。 此外,设计了一个缺陷区域凸显模块,利用正常样本特征构建特征 库,将从测试图像提取的特征与特征库中特征对比得到异常图,将异常图与重建差值图相结合来改善缺陷定位结果。 在工业缺 陷检测数据集 MVTec AD 上进行测试,在图像级 AUROC 上取得了 99. 3%的结果,同时在像素级 AUROC 上取得了 98. 3%的结 果,在无监督缺陷检测中具有较高的检测精度和鲁棒性。
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2023,37(9):93-101,
Abstract:
针对空间引力波探测任务对微推力测量需求,开发出一套基于闭环控制的单丝扭摆微牛级推力测量系统。 基于扭摆式 微推力测量原理,给出了微推力测量装置详细设计方案,重点分析了扭丝结构、角位移测量、电磁标定力以及闭环控制系统,通 过实验测量对该微推力测量装置进行标定,最后开展误差分析。 测试结果表明,开环状态下扭丝刚度约为 0. 003 25 N·m/ rad, 与理论值误差约 4. 0%;闭环状态下推力测量范围 0. 1~ 246. 0 μN,最小分辨率优于 0. 1 μN,相对不确定误差为 1. 174%,满足对 微推力器推力测量范围、分辨率和精度的测量要求。
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2023,37(9):102-109,
Abstract:
真随机数发生器在硬件与信息安全领域具有广泛的应用前景。 为提高真随机数发生器的吞吐率与降低硬件开销,以相 互耦合的基本逻辑单元构成自治布尔网络做熵源,利用一阶高频振荡环增强网络刷新频率和多级非线性放大,从而获得高熵值 混沌信号,结合 DFF 和 XOR 组成的后处理电路,设计构成真随机数发生器并在 FPGA 平台上实现。 通过数据的采样和实时提 取,然后对数据执行 NIST SP800-22 和 SP800-90B 随机性测试,并对其偏移度、自相关性及最大李雅普诺夫指数等性能进行评 估。 结果表明,真随机数发生器能够以 600 Mbit / s 的吞吐率产生熵值 0. 994 847 bit / sample 的随机数序列,而且具有低的偏移度 和自相关性及较低的硬件开销。
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2023,37(9):110-118,
Abstract:
针对当前超声波测风阵列体积大传输路径短,测量精度低的问题,设计了 4 个收发一体的超声波换能器,按方形排列, 探头垂直朝下放置,超声波信号通过在测风区域之间多次反射完成测风,相比于一次反射超声波测风阵列体积缩小 20%。 基于 所建模型,提出自适应测风算法以减弱阴影效应对测风精度的影响。 利用 SpaceClaim Design Modeler 软件建立了测风阵列以及 风洞模型,通过 Fluent Meshing 进行网格划分,使用 Fluent 软件改变模拟风洞内的风速和风向,验证了所设计的小型超声波测风 阵列和自适应权重测风算法在减弱阴影效应提高测量精度的优越性。 实验结果表明,自适应权重测风算法相比于传统测风算 法的测速精度提高了 12. 44%,测角精度提高了 10. 40%。
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2023,37(9):119-125,
Abstract:
针对磁异信号的检测通常会受到地磁噪声干扰的问题,在磁干扰补偿研究的基础上,提出一种基于卡亨南-洛维展开的 修正 OBF 磁目标检测方法。 首先构建磁干扰的椭球拟合模型,通过求解拟合模型的系数实现对干扰的总体补偿,补偿精度约 30 nT;再利用卡亨南-洛维展开对 OBF 检测算法进行修正,提升有色背景噪声下的信号检测能力;最后开展无人机探测磁目标 的实验研究,实验结果表明,修正的 OBF 检测算法具有更佳的检测效果,尤其是针对低信噪比目标的检测优势明显,信噪比增 益提升约 2 dB。
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2023,37(9):126-132,
Abstract:
环境感知毫米波雷达是自动驾驶系统中最重要的传感器之一。 随着安装毫米波雷达的汽车数量快速增加,雷达间相互 干扰问题日益突出,严重影响汽车的道路行驶安全。 毫米波雷达的干扰类型分为同频干扰和异频干扰两种,针对毫米波雷达同 频、异频干扰对雷达虚警和漏警的影响问题,本文提出了环境感知毫米波雷达的抗干扰算法。 采用随机跳频和随机初始时间的 抗干扰算法,降低信号碰撞概率,抑制同频干扰;通过希尔伯特变换提取包络截取干扰信号区域并采用拉格朗日插值法进行干 扰缓解,抑制异频干扰对毫米波雷达检测结果的影响。 仿真结果表明,上述抑制干扰的方法能够有效降低雷达的虚警和漏警 率,以达到理想的抗干扰效果。
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2023,37(9):133-141,
Abstract:
针对电子叉车秤在使用过程中出现的车体倾斜导致称重误差精度下降等问题,提出了一种有效的称重误差补偿算法。 首先,分析电子叉车秤倾斜角度对称重性能的影响,搭建一个多方向可变角度倾斜的实验平台,以模拟叉车秤的倾斜状态并获 取精确的称重数据。 其次,根据所获得的数据与称重误差补偿原理,建立倾斜状态下电子叉车秤的称重误差补偿算法模型,并 运用最小二乘法及多层感知机非线性回归方法识别模型参数。 最后,本文对具有 1 500 kg 量程和 0. 02 kg 感量的电子叉车秤进 行了倾斜测试实验,结果表明,在地面倾角不超过 1. 5°的范围内,在任意倾斜方向仪器最大允许误差 MPE<0. 75 kg,具有 3 000 分度数的精度。
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2023,37(9):142-148,
Abstract:
工业物联网络 6TiSCH 通过对时隙跳频模式和 IPv6 协议的引入,在支持海量节点接入、确定性可靠传输以及低功耗运 行方面优势明显。 虽然 6TiSCH 操作子层的定义为用户自定义调度策略提供了规范化的调度执行过程,但在实际应用中仍面临 不同应用场景的上层调度函数(即决策实体)个性化设计的问题。 本文将控制理论引入确定性工业无线网络的资源调度应用 中,将分布式节点间通信资源调控抽象为闭环控制问题,结合经典比例积分微分( proportional-integral-derivative,PID)控制算法, 阐述基于 PID 控制理念的 6TiSCH 网络资源调度原理,设计面向突发流量场景的 6TiSCH 网络分布式 PID 调度算法,构建突发 流量友好的上层调度函数。 基于 OpenMote-B 的 6TiSCH 网络平台实验表明,所提方法支持流量需求动态变化的节点间通信资 源的自适应调度,尤其对多种类型突发流量可以快速响应。
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2023,37(9):149-159,
Abstract:
回转窑烧成带图像蕴含丰富火焰信息,准确识别燃烧状态是回转窑优化控制的前提,基于卷积神经网络的方法可以快 速识别回转窑工况,提高回转窑自动化水平,但存在网络规模大,所需计算资源多的问题,为此提出了一种基于轻量化网络和知 识蒸馏的回转窑工况识别方法,在网络卷积层后引入协方差池化层改进教师模型和学生模型,以改进的轻量化网络 MobilenetV2 作为学生模型的主干网络,以改进的 Resnet50 作为教师模型的主干网络,通过构建混合蒸馏损失函数,将教师模型 蕴含的丰富分类标签信息迁移到学生模型中,并将蒸馏训练得到的学生模型作为回转窑工况识别模型,以提高网络对高相似火 焰图像的识别精度。 实验结果表明,经蒸馏后的学生模型总体识别准确率相较于原始模型提高了 3. 33%,对测试集中 3 种工况 的识别率分别达到了 93%、99%、90%,准确率和模型规模均优于目前其他主流网络模型,满足实际生产中实时、低成本要求。
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2023,37(9):160-167,
Abstract:
在工业生产中,产品缺陷的智能检测是至关重要的。 现场可编程门阵列(FPGA) 是一种具有算力强、功耗低等特点的 嵌入式设备,能够将小型卷积神经网络部署其中。 本文基于 Xilinx Zynq 系列 FPGA 设计了一套改进 YOLOv2 目标检测算法,在 模型框架中增加重排序层,对切片图进行并行计算处理后再重组,完成铝片表面缺陷的检测。 该算法经过高层次设计(HLS) 后,进行 RTL 转换与 IP 核封装,并导入到工程项目中完成 SoC 设计。 通过综合、布局布线后生成比特流文件,导入至 PYNQ 镜 像中,完成对铝片表面的工业缺陷检测。 实验结果表明,本系统能够准确地检测出缺陷,并将功耗降低至 2. 494 W。
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2023,37(9):168-178,
Abstract:
为了提高多移动机器人无线传感器网络(WSN)中孤岛结盟方法的效率,提出了基于分区能量均衡的多移动机器人 WSN 孤岛结盟优化问题的解决方案,并给出解决该问题的近似算法。 首先,在相关模型假设及符号定义的基础上,借鉴分治和 局部优先思想,提出能量均衡的连接机制,引入轮次迭代过程,对该方法进行了公式化描述。 其次,基于启发式算法,设计了基 于移动机器人能量均衡的中继部署算法。 最后,与现有方法进行对比试验,结果表明所提出的方法在保持能量均衡的前提下, 能够节约连接成本,提高 WSN 孤岛结盟的效率,并延长网络生命周期。
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2023,37(9):179-189,
Abstract:
为解决弱监督车辆重识别方法中标签不准确和背景干扰下预定义局部区域难以获得的问题,提出一种基于弱监督注意 力和知识共享的车辆重识别网络。 在弱监督注意力模块(WAM)中使用弱监督的方法生成车辆部件掩模,通过部件通道对齐步 骤使得该模块在复杂背景下也能自适应地进行特征对齐。 针对弱监督方法中标签准确性不高导致 WAM 模块生成部件掩模不 稳定的问题,在局部分支中构建了知识共享模块。 该模块利用迁移学习从 WAM 模块中提取车辆部件特征,并进行多尺度部件 特征提取,防止了不稳定的车辆部件掩模生成。 通过实验,mAP、CMC@ 1 和 CMC@ 5 分别达到了 82. 12%、98. 50%和 99. 12%, 优于现有的方法,验明该方法的有效性。
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2023,37(9):190-202,
Abstract:
如今,利用合成的成对数据集训练的有监督模型泛化能力弱,在多变的实际水下环境中表现不佳,而无监督模型虽摆脱 了成对数据集的依赖,但生成图像可能因缺少特征信息导致图像视觉质量较差。 故以循环生成对抗网络为架构,提出多特征选 择与双向残差融合的水下图像增强方法。 一方面,设计以混合注意力为基础的多特征选择模块对水下图像的多种特征进行选 择,再由双向残差融合对传统 U 型跳跃连接进行优化,使图像特征高效表达,有效恢复水下图像的纹理与色彩。 另一方面,在 判别器中引入混合注意力并提出内容感知损失和风格感知损失,保证增强图像在全局内容、局部纹理、风格特征等方面和清晰 图像一致。 与现有的无监督和有监督模型相比较,该模型 PSNR 分别提高了 6%和 2%,SSIM 分别提高了 4%和 3%,对水下图像 有着显著的增强效果,在色彩真实度和饱和度上相比其他现有方法更加优秀。
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2023,37(9):203-212,
Abstract:
针对制导炮弹进行空中对准时处于高过载、高动态的运动状态以及存在不规则气流扰动等不确定外界干扰的恶劣环 境,提出一种基于序列二次规划法的自适应降维五阶容积卡尔曼滤波算法(SRD5-CKF),使用投影统计(PS)原理对滑动窗口内 的新息向量进行检测,如果新息向量出现异常值,则对其进行重新赋权,实时调整量测噪声协方差阵;同时使用求解速度快并且 收敛性好的序列二次规划法求解自适应因子矩阵,实现在复杂干扰下对量测噪声协方差阵的最优化估计。 仿真试验表明,在受 到短时强干扰以及瞬间冲击等复杂干扰下,SRD5-CKF 具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,天向失准角对准精度达到 0. 25°,东向、北向失准角对准精度达到 0. 1°,能够满足制导炮弹空中快速对准的要求。
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2023,37(9):213-224,
Abstract:
为解决欠定盲源分离问题,提出一种基于小波包混合优化的欠定盲源分离方法。 该方法采用小波包变换将观测信号分 解,将观测信号的维数进行扩展,利用互相关系数值剔除冗余的信号分量,欠定盲源分离问题得到转化。 接着使用贝叶斯信息 准则下的奇异值分解方法估计源信号数目,通过白化过程对信号降维。 最后,引入鲸鱼优化算法中的螺旋泡网狩猎行为与莱维 飞行策略,对灰狼优化算法进行改进,将改进后的混合灰狼优化算法与独立成分分析算法相结合,实现重构正定白化信号的分 离,从而得到源信号的近似估计。 通过仿真实验对算法性能进行测试,结果验证所提方法的可行性和有效性。
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2023,37(9):225-233,
Abstract:
电极质量对液晶面板的显示效果极其重要,针对液晶面板电极缺陷种类多、尺度小、背景复杂而导致难以检测的问题, 本文提出了一种基于改进 YOLOv7 的液晶面板电极缺陷视觉检测方法。 首先,将 CBAM 注意力模块嵌入到 YOLOv7 骨干网络 中,抑制背景信息干扰,强化缺陷特征;其次,采用跨层级连接操作,实现浅层网络与深层网络特征信息的融合;然后,将 C2f 模 块融入特征金字塔网络中以轻量化模型,提高训练速度;最后,使用 WIoU 替换 YOLOv7 模型的损失函数,减小低质量标注产生 的有害梯度,提高对缺陷的定位性能。 在自定义的电极缺陷数据集上进行测试,结果表明,该算法对电极大划伤、划伤、磕伤以 及脏污 4 类缺陷的平均检测精度达 67. 8%,单张检测时间为 5. 6 ms。
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2023,37(9):234-242,
Abstract:
为降低数控机床热误差对数控钻攻中心的影响,提高工件的加工精度,解决不同工况下热误差预测精度不佳的问题。 在进给速度为 10 m/ min、环境温度 20°的工作条件下进行数控机床进给系统热误差测量实验,采用鹈鹕优化算法对神经网络进 行优化,确定 BP 神经网络的最优权值和阈值,建立进给系统热误差的 POA-BP 预测模型,并与传统 BP 神经网络和 GA-BP 神经 网络以及 SCN 随机配置网络进行实验对比分析。 结果表明,传统 BP 神经网络预测平均相对误差为 12. 23%,GA-BP 神经网络 平均相对误差为 11. 5%,SCN 预测模型预测平均相对误差为 12. 71%,POA-BP 预测模型预测平均相对误差为 9. 93%,精度有所 提升。 结论:提出的鹈鹕优化算法改进的神经网络在热误差预测中具有较强的有效性和精确性,可以提高进给运动精度,为热 误差补偿的实现提供理论指导。
2023年第37卷第9期
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麻雀搜索算法的PMSM固定时间无模型滑模控制
Abstract:
针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)调速系统的易受外部负载扰动的影响,提出了一种基于改进麻雀搜索算法的PMSM固定时间无模型滑模控制策略。在转速环输入输出超局部模型的基础上构建了固定时间滑模速度控制器,设计了固定时间扰动观测器估计超局部模型的未知扰动,并通过前馈补偿的方式削弱未知扰动对调速系统带来的不利影响,提高调速系统的抗干扰能力,利用李雅普诺夫函数证明了速度控制器和观测器的固定时间收敛性。由于控制器参数较多且会影响系统性能,为了准确获取参数,提出了改进的麻雀搜索算法对控制器的参数进行优化。实验结果显示,本文提出的控制方案与PI控制相比较,稳定时间加快了22.8%,超调量减少了100%,加载时转速变化减少了75%,表明本文提出控制方案的有效性。
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基于有限元法的海底电缆埋设深度实时预测研究
Abstract:
在洋流冲刷、人类活动和地质运动等外部激励的长期影响下，海缆的埋设深度容易发生持续性变化，从而导致海缆故障率急剧增加、负载能力大幅下降等一系列严重问题。本文以35kV光电复合型三芯海底电缆为主要研究对象，采用有限元法仿真了不同环境温度、不同埋设深度以及不同载流量下的海缆温度场，建立了不同载流量下缆芯温度与埋设深度的关系曲线，不同环境温度下缆芯温度与埋设深度的关系曲线，并拟合了相应的关系式，以此整合出海缆埋设深度实时预测的关系方程式通式。最后运用工程实际监测的多源数据，通过该通式实时预测了海缆的埋设深度以及变化趋势，同时结合海缆扰动能量以及海缆埋设深度实测值，验证了该预测方法不仅具有可行性和正确性，也具有较高的预测精度。
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五相U型永磁凸极直线电机对比分析
Abstract:
针对直线电机垂直提升系统(LMVHS)无绳化直驱运行,对高容错性、大推力密度的新型直线电机的迫切需求,提出一种五相U型永磁凸极直线电机(FU-PMSPLM),初级设置五相绕组以提高电机容错运行能力,次级永磁体采用U型结构以提高永磁利用率。首先,从降低漏磁角度,分析了U型磁极结构演化机理,并给出电机主要结构参数；其次,采用有限元法对比分析了电机次级永磁体采用U型与Halbach结构的电磁特性,并基于磁动势不变原则,以A相缺相故障为例,与三相U型永磁凸极直线电机(TU-PMSPLM)对比分析了容错性能；最后,制作实验样机并进行实验验证,样机实测与仿真结果基本一致。研究表明,等永磁体用量时,次级采用U型结构较Halbach结构,气隙磁通密度幅值增大13.89%,平均推力提高7.54%,推力波动降低25.07%；FU-PMSPLM较TU-PMSPLM具有更好的缺相运行能力。
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接受-拒绝算法的贝叶斯不确定度评定
李红莉, 陈志文, 张祖杨, 赵志浩, 黄强先, 张连生, 程荣俊
Abstract:
针对贝叶斯不确定度评定中获取测量模型后验分布困难的问题，给出一种基于接受-拒绝采样思想实现贝叶斯测量不确定度评定的方法。面向线性/非线性测量模型，先利用贝叶斯假设或蒙特卡洛法获得被测量的先验信息，再基于接受-拒绝采样获得被测量的接受采样点形成后验分布，对被测量进行统计推断得到测量不确定度评定结果。通过规范示例和实际测量评定实例，验证了采用接受-拒绝算法的贝叶斯不确定度评定方法相较于传统GUM和MCM评定方法，能够得到可靠评定结果，且获取贝叶斯后验分布过程简便，在无/有历史信息条件下测量不确定度评定应用中具有可行性和实用性。
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绝缘子不均匀积污成因及其对交流闪络的影响
Abstract:
在单一风向的作用下,线路运行绝缘子会呈现背风侧污秽积聚较多的现象,降低其绝缘性能。通过建立三维电场-流场耦合模型,仿真模拟污秽颗粒运动过程,揭示了绝缘子背风侧回流和涡流是造成污秽积聚的主要原因。采用人工涂污法模拟绝缘子表面迎/背风侧不均匀积污,并开展交流闪络试验,研究平均盐密(SDD)、迎风侧与背风侧盐密比(J)和背风侧面积占比(R)对平均闪络电压(Uf)的影响。结果表明,Uf随SDD的增大而降低,随J和R的增大而升高,且J在SDD较低和R较小时对Uf影响更大,R在SDD较低和J较小时对Uf影响更大。通过观测绝缘子闪络过程发现,均匀染污时放电电弧随机发展,而在不均匀染污时电弧总出现在背风侧,且升压过程中泄漏电流幅值较大。
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基于ISO的随钻磁力计误差补偿
Abstract:
针对随钻磁方位角解算精确度低的问题,提出一种改进技能优化(Improved Skill Optimization - ISO)的磁力计误差参数估计方法?首先根据磁力计输出特性建立多参数误差模型,根据当地地磁矢量与磁力计输出矢量的模值关系,通过最小化原则构造非线性误差目标函数,采用SO算法进行寻优?由于磁误差源多估计难度大,在SO基础上提出ISO算法,采用Tent混沌反向学习初始化策略改善初始种群的随机性,引入技能强度因子,并增加成员间技能交叉规避局部最优,优化全局搜索能力,提高磁力计误差补偿精度?最后通过转台实验和模拟钻进实验验证ISO方法补偿性能,实验结果表明该算法对磁力计误差参数优化效果显著,计算出的地磁模值误差范围减小至 0.2 uT,方位角绝对误差均值降至2.1°,说明了参数优化后磁力计输出误差明显减小,验证了ISO方法的有效性?
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融合PCA与自适应K-Means聚类的水电机组故障检测在线方法
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。
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基于激光信息的移动机器人定位研究
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。
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高斯过程改进的鲁棒容积卡尔曼滤波及其组合导航应用
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%?
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基于YOLOv5算法的交通标志识别技术研究
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。
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一种帧间大变形材料的视觉测量方法
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。
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空间守时系统概念研究
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.
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基于J-A力磁耦合模型的压力磁测系统研究
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。
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625MS/s 12bit双通道时间交织ADC的设计研究
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。
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反背景差分结合Otsu的细胞图像分割方法*
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。
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PSO_SVM算法在太阳能电池板裂缝缺陷检测研究
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。
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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
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。
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ADAM改进BP神经网络与动态称重应用
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。
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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
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。
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基于多域特征的螺栓松动检测方法研究
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。
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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0841%，表明方法的有效性。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
