• 2024第十届国际测试自动化与仪器仪表学术会议 征文通知(ISTAI 2024)
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    2024年第38卷第1期
    • 江正峰,高尚,江剑

      2024,38(1):1-8,

      Abstract:

      针对飞行器机翼的大面积壁板等金属结构的多形态裂纹分布难以同时检测、检测精度低等问题,设计了一种互补开口波导谐振环微带阵列多裂纹检测传感器。该传感器群阵列中不同尺寸的互补开口波导谐振环微带传感器能够检测直裂纹、针孔、星型3种裂纹的特征参数。实验结果表明,传感器对3种裂纹的参数变化的最大检测灵敏度达到了150 MHz/mm,传感器可检测出的最小直裂纹尺寸为10 mm×1 mm×0.1 mm。该传感器结合了互补开口谐振环辐射能力强、易于表面共形和基片集成波导低损耗、品质因数高、尺寸小的特性,能够实现对金属材料上多形态裂纹的同时检测,具有灵敏度高、检测范围大等优点。

    • 张哲璇,陈柏超,田翠华,陈耀军,王羽

      2024,38(1):9-24,

      Abstract:

      传统电流互感器铁心饱和会导致其二次电流波形发生畸变,进而可能影响电能计量的精度或引起继电保护设备错误动作,威胁电网的安全稳定运行。针对此类问题,提出了基于混合铁心的新型电流互感器(CCCT)。CCCT主要由混合铁心、二次绕组、二次电阻、磁场传感器与信号处理电路组成,其中混合铁心包含完整的内铁心与带气隙的外铁心,磁场传感器放置在外铁心的气隙中,其输出信号用于补偿发生畸变的二次电流。为验证该结构的有效性,进行了有限元仿真,制作了CCCT样机并进行了正弦交流电流、正弦半波电流、短路电流和直流电流的测量实验。有限元仿真与实验结果表明,CCCT在额定电流下的复合误差小于0.2%,稳态对称短路电流下的复合误差为2.04%,暂态短路电流下的峰值瞬时误差为4.25%,直流条件下输出与输入的拟合优度为0.999 9,既基本保留了传统电流互感器的测量精度,也具有良好的暂态响应特性与抗直流特性,可同时满足相关标准对测量、保护用电流互感器的精度要求,具备在实际工程中应用的潜力。

    • 杨承志,张晓明,张鸽

      2024,38(1):25-33,

      Abstract:

      针对室内超宽带(UWB)定位过程中受到非视距误差(NLOS)干扰而导致定位精度下降的问题,提出了基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法对测距信息解算得到定位坐标。在通视环境下进行测距,利用测得的数据计算新息向量和协方差,并基于此构建阈值信息,对NLOS环境产生的量测异常值进行判别,在此基础上利用Sage-Husa滤波对系统噪声协方差进行估计。采用加权最小二乘法对测距信息进行处理,得到标签解算坐标的最优估计。通过MATLAB仿真验证算法的可行性和有效性并在室内环境下进行测距、定位试验验证。仿真和实验结果表明,基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法能有效识别NLOS误差,且对定位过程中发生的状态突变能有效进行跟踪,解算得到的标签坐标x方向误差1 cm左右,y方向误差2 cm左右,提高了UWB室内定位的精度。

    • 邱实,孙嫣,陈曦,边泽强,白贏策,任燕

      2024,38(1):34-42,

      Abstract:

      为研究阻塞现象的形成原理及其对风速校准结果的影响,建立高阻塞比和低阻塞比工况对应的气象风速校准流场仿真模型,分析不同阻塞比工况对圆柱形结构和长方体结构风洞试验段流场影响。现有理论模型和比较法使用单一的修正系数修正所有校准点风速示值,导致低风速校准点风速传感器示值修正存在偏差,针对该问题提出一种各校准点独立计算阻塞修正系数的分段修正方法。结合EC9-1型、EL15-1A型和ZQZ-TF型等常用气象风速传感器校准数据,分析分段修正法与既有理论模型和比较法对传感器测量特性的影响。实验结果表明,3种阻塞修正方法都可改善风速传感器示值误差和频率方程等测量特性,使传感器示值、频率方程的斜率和截距更接近标准风洞的校准数据,分段修正法对传感器偏离程度的改善效果最为显著,经分段修正法修正后的传感器偏离程度最接近标准风洞测得值。

    • 邵杰,王业超

      2024,38(1):43-52,

      Abstract:

      开关磁阻电机(SRM)驱动系统的可靠运行,需要位置传感器提供可靠的位置信号。因此针对霍尔位置传感器时常故障影响电机正常工作的问题,研究一种有效的位置信号诊断方法对于提高系统工作可靠性是有重要意义的。本文提出了一种时间阈值与状态预测相结合的故障诊断方法。首先分析了位置传感器故障的类型和发生位置;其次对所提出的基于时间阈值结合状态预测的方法作了理论分析,该方法将3个位置信号组合的实际状态值与预测状态值作实时比对,结合状态值转换时间进行阈值约束从而检测出各种故障并达到快速准确的效果;最后,为了验证所提方法的有效性,以三相12/8结构电机作为研究对象,对该方法进行了实验验证。实验结果证明了该方法在故障检测中的可行性和有效性。另外,该方法无需复杂的计算和额外硬件即可实现,可推广到无刷直流电机(BLDC)等驱动系统使用。

    • 马星河,师雪琳,赵军营

      2024,38(1):53-63,

      Abstract:

      针对MEMS传感器所测得的加速度和角速度输出信号噪声较大问题,提出一种基于鹈鹕优化算法(pelican optimization algorithm,POA)的变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)结合小波阈值(wavelet threshold,WT)的去噪方法。首先利用POA对VMD的参数组合进行优化选择,然后应用POA-VMD将含噪信号自适应、非递归地分解为一系列本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)。再通过计算每个IMF的余弦相似度对IMFs进行分类,根据计算结果将IMFs分为噪声主导分量与信号主导分量,对分类后的噪声主导分量进行改进小波阈值去噪处理,最后对处理后的噪声分量与信号主导分量进行重构,获得降噪后的MEMS传感器信号。静态和动态实验结果表明,该方法去噪处理后信号的信噪比分别提高12和10 dB,均方误差分别降低75.5%和46.6%,去噪效果显著,能够提高MEMS传感器的精度。

    • 彭一誉,何赟泽,虞俊锋,孙高森,李响,王洪金,周勃,王耀南

      2024,38(1):64-71,

      Abstract:

      针对在役风力发电机组叶片内部缺陷类型难以区分的问题,本文提出了基于自然日光激励的动态热成像检测理论与方法,并进行有限元仿真模拟与试件实验研析了自然日光激励下风机叶片不同内部缺陷的动态热成像规律。首先,建立风机叶片切片的有限元传热仿真模型,通过数值计算揭示脱粘、积水两类典型内部缺陷在日光激励热传导物理场下热特征的变化规律;其次,对叶片切片进行同质加工,并利用无人机搭载热成像载荷搭建了日光激励热成像检测平台;最后,在自然日光激励条件下进行全天不同时段下的日光激励热成像实验。仿真和实验结果表明,风机叶片内部脱粘、积水两类典型缺陷在日光激励下将导致表面温度场呈现不同的变化趋势,脱粘缺陷会导致风机叶片表面对应区域出现高温异常到低温异常的动态演化,积水则相反,上述规律将为在役风机叶片的智能运维提供新的方法论。

    • 王萍,潘树国,蔚保国,高旺,胡鹏

      2024,38(1):72-85,

      Abstract:

      针对RRT算法在狭长空间中存在的收敛速度慢及规划路径不平滑的问题,提出了一种RSS_GN RRT算法。为了提升算法的收敛速度,提出了引导节点导向策略与分区域采样策略,极大地减少了算法对无效区域的搜索;其次,算法引入了采样角度约束策略来提高规划路径的质量,并采用父节点拓展选择的方法有效解决了由角度约束引起的迭代次数增加的问题。此外,算法可根据感知信息进行地图地动态重构并规划避障路径,提高了算法在低速动态环境中的适应性。仿真结果显示,在狭长通道环境中,RSS_GN RRT算法在规划路径的耗时上比RRT、Goal_bias RRT、角度约束下的RRT、Informed RRT*及DR-RRT算法分别减少了77.3%,51.9%,84.7%,98.8%和60.3%。在迭代次数上,相比于上述算法,分别减少了95.9%,92%,98.3%,98.3%和89.5%。路径的平均曲率也分别降低了94.1%,93.2%,88.7%,91%和92.9%。仿真结果证明了RSS_GN RRT算法在提升规划速度和改善路径质量方面具有显著优势。同时,本文采用了阿克曼模型的小车实测了算法的局部避障能力。经测试,小车可对行驶途中出现的障碍物进行合理避让。

    • 汪家州,桑海峰

      2024,38(1):86-93,

      Abstract:

      智能汽车自动泊车功能的基本要求之一是能够快速准确地检测出未被占用的停车位。针对这一问题,设计了一种融合停车线方向与全局特征的端到端可训练的停车位检测网络。首先提取出车位关键点的坐标以及关键点对应停车线的方向,并从图像全局特征中使用关键点的坐标提取出局部特征。将关键点信息、局部特征、全局特征使用交叉注意力机制融合,利用入口线鉴别器推断出关键点的停车位构成关系。根据关键点的停车位构成关系以及停车线方向,裁剪出停车位的区域图像并送入定制的车位占用分类网络进行分类,得到车位的占用信息。本文提出的方法在公共基准数据集PS2.0上进行了实验,其中该方法对矩形停车位的检测精度为99.65%,对倾斜停车位的检测精度为99.04%,在单块GPU上能够达到80 fps的检测速率。经验证,所提出的方法可以实时高精度的检测停车位位置、方向以及占用情况。

    • 李中启,甘子玥,任立权,孔彭生,熊鑫博,程宇,周鑫

      2024,38(1):94-105,

      Abstract:

      在电动汽车无线电能传输系统(WPT)中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76 μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03 μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。

    • 杜运亮,王明甲

      2024,38(1):106-113,

      Abstract:

      为了解决可见光图像在微弱光环境下会出现检测性能下降的问题,本文提出了一种半监督域适应的行人检测算法。首先,结合均值教师模型和YOLOv8检测器搭建半监督检测网络;其次,使用图像融合算法和风格迁移算法相结合的方式生成伪图像进行伪交叉训练,减少图像之间的域差异问题;最后,将基于Transform的混合注意力机制引入主干特征提取网络,在提升图像分辨率的同时进一步提升检测精度。实验结果表明:在LLVIP数据集和KAIST数据集上,该算法的检测精度分别达到89.3%和66.8%,相比SSDA-YOLO算法分别高出7.6%和19.8%;相比Efficient Teacher算法分别高出4%和8.7%;相比全监督算法ICAFusion分别高出1.8%和17.9%。与以往的算法相比,该算法具有更高的检测精度。

    • 吴昆鹏,王孝敏,崔广礼,邓能辉,石杰

      2024,38(1):114-123,

      Abstract:

      宽厚板生产过程中,其粗轧工艺需控制交叉的锥形辊实现板坯长宽方向的对调,该过程严重依赖人工操作,节奏无法有效控制,制约生产线智能化改造进程。结合视觉检测和自动控制技术设计的粗轧板坯自动转钢系统可有效解决该问题,在粗轧机出入口分别安装视频监控相机,捕捉转钢辊道区域上板坯的状态,利用改进的包含去雾模块的PIDNet(proportional integral derivative network)模型提取板坯前景轮廓,通过组合式角度度量方法实时跟踪板坯旋转角度。过程中融合安全限位、位置优选、速度调控、过转修正等策略共同优化转钢控制,保证转钢的安全稳定,自主学习人工经验提升转钢效率。应用结果表明,系统可准确测量板坯角度并实现自动转钢功能,能够替代人工操作,节省能耗,实现智能化生产的目的。

    • 黄朝志,张文进,李海雯,孙燕文

      2024,38(1):124-133,

      Abstract:

      针对电机多参数多目标协同优化较为复杂的问题,提出了基于非支配排序遗传算法分层迭代优化的思想。首先,介绍定子分段混合励磁开关磁阻电机的设计流程和工作原理。其次,选择电机的待优化参数和优化目标,并引入Pearson相关系数分析电机参数与优化目标的相关性,根据相关性结果对待优化参数进行分层;建立各层优化参数与优化目标的非线性模型,将非线性目标模型引入多目标优化算法。最终,在Pareto前沿中选取最优个体,完成对电机结构参数和控制参数的分层迭代优化,确定电机的最优结构参数和控制参数,并通过有限元分析软件进行验证。相比较于初始模型,优化后电机的效率略有提高,平均转矩增加12.44%,转矩脉动减小64.96%。根据最优参数制造出实验样机,实验结果验证了优化设计的有效性和优越性。

    • 彭家浩,邱爱兵,缪杰,王寅涛,彭晓京

      2024,38(1):134-144,

      Abstract:

      由于节能以及用户需求等原因,中央空调系统(HVAC)设定温度和风量等工况时常发生改变,这会导致系统模态发生变化,给故障诊断增加难度。为此开展了中央空调变工况下的故障诊断方法研究,首先为了准确模拟HVAC系统变工况及其典型故障,通过专用建筑能源模拟器TRNSYS软件进行建模,并实时采集HVAC系统各传感器数据,随后针对传统PCA算法模型无法适应系统工况变化,容易出现大量误报的问题,发展一种递推主元分析(RPCA)方法,通过利用传感器输出的新数据在线更新原始的PCA模型,即对数据矩阵的均值、方差等进行更新,解决了HVAC系统变工况时参数动态变化所引发的误报的问题,最后基于TRNSYS和MATLAB联合仿真,验证了所提方法的有效性和优越性。

    • 王宇琦,母一宁,温冠宇,王帅,梁栋,汪智,王翊诚

      2024,38(1):145-153,

      Abstract:

      为丰富空天测距成像一体化技术理论体系,本文就测距通信一体化系统在中近距离的技术瓶颈,提出了一种变基准式三角法测距模型。通过详细分析中短程内高精度激光测距的主要约束,论证了传统三角法量程远端灵敏度急剧恶化的技术特征。在此基础上,基于电真空半导体复合探测器件模型体系,提出采用变基准机制可以有效地将三角法的测量量程延展至中近距离区间,进而弥补传统通信成像测距一体化系统在该工作区间的空缺。通过理论分析、数据计算、系统设计以及仿真模拟与实验,可验证该模型的正确性和有效性,其分辨率可优于千分之一量程,完全可以满足后续工程及系统化设计需求。

    • 马超,瞿智,李献斌,周超

      2024,38(1):154-159,

      Abstract:

      卫星导航信号模拟与测试作为全球卫星导航定位系统研制建设及导航接收机厂家测试验证的必要环节,其相关技术的进步集中反映了一个国家卫星导航系统建设和应用的水平。随着北斗新体制BOC信号的应用推广,给导航信号模拟与测试又提出了新的要求和挑战,基于伪距迭代和时延滤波技术,实现了对北斗新体制BOC B1C信号的基带生成,并利用开源软件接收机平台对自生成的基带信号进行了捕获、跟踪、解调、定位解算,定位结果显示,三维定位误差方差优于0.74 m,二维定位误差方差优于0.43 m,该模拟信号能够满足测试要求。

    • 邵军虎,史魏征,刘依朔,刘再平

      2024,38(1):160-167,

      Abstract:

      将无线紫外光通信与传统射频通信进行优势互补结合,针对双链路异构组网时的中继协作混合传输问题,采用建模与数值计算分析的方法,对比分析了不同策略和参数条件下系统的中断概率和误码率性能。基于无线紫外非直视散射信道和射频无线衰落信道的各自特点,建立了描述双链路并行传输中继与协作问题的模型,给出了3种典型情况下的传输策略。通过理论分析和数值计算的方法,给出了不同策略下混合链路中继的中断概率和误码率表达式,并在不同信道参数条件下对系统性能进行了对比分析。研究结果表明,相比于无线紫外光单链路传输,混合链路的中继协作策略在不同距离和不同参量条件下获得更低的系统中断概率。在误码率为1×10-6条件下,双链路中继传输可以在不同湍流强度和不同莱斯因子情况下可获得约0.4~6.1 dB的信噪比增益改善。

    • 李鑫,孙洋,杨桢,王顺江,李昊,韩磊,刘齐

      2024,38(1):168-177,

      Abstract:

      永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator, PMSG)作为海上风力发电的主要设备,是风电技术的重要发展方向。然而,PMSG在运行过程中,受到大扰动干扰会导致其暂态稳定性下降。因此,针对PMSG风机大扰动下的暂态稳定性阈值难以判定的问题,本文基于混合势函数理论,建立了PMSG风机系统简化后的混合势函数模型,并推导出PMSG风机在大扰动后的暂态稳定判据。通过仿真后的网侧电流波形和网侧功率波形验证了暂态稳定判据的准确性,并调整各参数数值以分析PMSG风机暂态稳定性与风机参数、故障深度、故障时间和风速的关联性。

    • 钟翼龙,张晓凤,刘祎斌,王小荣

      2024,38(1):178-186,

      Abstract:

      脱粘缺陷是影响填装材料物理安全性能的重要指标,计算机层析成像(CT)是进行脱粘缺陷检测的有效方法。但填装材料脱粘缺陷紧贴外轮廓、面积小,对比度低,分割时易受其他信息干扰,传统活动轮廓模型难以适用。本研究提出了一种基于SoftMax和正则项的Chan-Vese (SRCV)模型用于填装材料脱粘缺陷分割,系统比较了SRCV模型与多种活动轮廓模型对脱粘缺陷分割效果的差异,利用不同图片分割效果揭示了SRCV模型的抗干扰能力和兼顾全局与局部信息的能力,利用分割曲线的欧氏距离实现脱粘深度测量。研究结果表明,SRCV模型对填装材料脱粘缺陷分割更贴近脱粘边缘,分割曲线更光滑,准确度达99.56%,Dice系数为99.82%,脱粘深度误差不超过6%,特别适用于有大量干扰信息的微小脱粘缺陷的分割,较其他活动轮廓模型具有明显的优势。

    • 单泽彪,徐恩达,张旭,刘小松

      2024,38(1):187-194,

      Abstract:

      工程应用中环境噪声多表现为高斯有色噪声,而针对高斯白噪声进行处理的算法失效问题,提出了一种高斯色噪声环境中用于多分量衰减正弦信号频率和衰减因子估计的四阶累积量ESPRIT算法。首先,推导出四阶累积量与观测样本中的自相关矩阵和互相关矩阵之间的关系,求出其四阶累积量矩阵。其次,通过对四阶累积量进行广义特征值分解,根据广义特征值即可得到信号衰减因子和频率的估计值。最后对所提算法进行了仿真实验验证,在混合信噪比为0 dB时,所提算法针对多分量衰减正弦信号角频率和衰减因子的平均估计误差分别为0.002 0π rad和0.002 0。在高斯白噪声和高斯色噪声背景下与ESPRIT算法和Prony算法相比具有更强的噪声抑制能力和更高的估计精度。

    • 孙小茹,郑文培,张来斌

      2024,38(1):195-202,

      Abstract:

      海上平台作为海上石油开发的重要设施,处在海水浸泡、冲击等恶劣环境中,很容易出现损伤,影响其安全性。管节点作为高应力集中的部位是海上平台结构中更易产生损伤的地方,因此对管节点进行检测十分重要,为适应海上平台管节点这种特殊结构的损伤检测,利用涡流热成像技术,考虑管节点结构、在管节点表面感应出的涡流分布情况等因素,设计出了圆台形线圈、三角形线圈、扁平双线圈三种形式的线圈,并通过COMSOL、SolidWorks完成了相应的仿真模拟,为了符合实验室需求,又构建出了等比例待测工件及线圈的实际模型,通过实验模拟、MATLAB数据处理验证了仿真模拟的准确性及所设计线圈的有效性。结果表明,扁平双线圈对海上平台管节点的加热效果更佳,能够用于对其损伤缺陷的检测。

    • 陈万志,唐浩博,王天元

      2024,38(1):203-210,

      Abstract:

      针对传统基于轮廓的步态识别方法受限于输入特征及模型特征提取的能力,从而导致识别准确率不高的问题,提出一种融合轮廓增强和注意力机制的改进GaitSet步态识别方法。首先通过预处理获取行人的轮廓图,求得其均值,合成步态GEI能量图,将其作为神经网络模型的输入特征,增强了人体外观的表示。其次在提取特征的过程中引入注意力机制,增强模型的特征提取能力,从而提高步态识别的精度。最后在CASIA-B和OU-MVLP数据集上进行实验,所提方法的平均Rank-1准确率分别为87.7%和88.1%。特别是在最复杂的穿大衣行走条件下,相较于GaitSetv2算法,准确率提升了6.7%,表明所提出方法具有更强的准确性。此外,所提方法几乎没有增加额外的参数量、计算复杂度和推理时间,说明其各模块的快速性。

    • 胡冠华,张永雷,申立群

      2024,38(1):211-218,

      Abstract:

      为了提高输电线路的巡检效率,保证输电线的分割精度和速度,本文提出基于改进U-Net的轻量级网络GU-Net。首先,以U-Net网络为基础,在编码器部分引入轻量化主干提取网络Ghost Net;然后采用双线性插值方法完成上采样,并利用深度可分离卷积代替部分普通卷积;最后在训练过程引入多损失函数以解决输电线和背景像素占比不平衡问题,并采用迁移学习策略训练模型。在E-Wire输电线数据集上测试,GU-Net网络的MIoU和F1-score分别为80.04%和87.77%,与现有的轻量化输电线语义分割网络Wire-Detection相比分别提升了4.26%和2.96%,且分割速度几乎没有损失,参数量约是它的20%。实验结果表明,本文提出的算法能够实现快速高效、轻量化地分割出复杂图像中的输电线。

    • 杨阳,杨帅,闫敏,胡晨龙,裴少通

      2024,38(1):219-227,

      Abstract:

      绝缘子是输电线路的重要组成部分,其放电问题是导致输电线路故障的主要原因之一,故需要可以准确对绝缘子放电严重程度进行快速评估且可在边缘端实时监测的算法方法。本文针对以上问题,首先对YOLOv8目标检测算法进行轻量化改进,首先引入Mosaic-9数据增强方法改进输入端,提高了算法的鲁棒性及泛用能力;而后引入了GhostNet网络替换主干网络,实现了对模型的轻量化;再引入GeLU激活函数替换ReLU激活函数,提高算法的收敛速度和检测精度;最后,引入了SIoU损失函数,对网络进行了优化,最终形成了UDD-YOLO边缘端绝缘子放电严重程度评估算法。经实验验证,其在边缘端设备实现了87.6% mAP及58 fps的推理速度,满足了在边缘端对绝缘子放电严重程度进行评估的要求,且通过消融、对比试验证明了本文提出的算法的有效性及优越性。

    • 李楠楠,杨铎,王珍,李新芳

      2024,38(1):228-236,

      Abstract:

      在磨削过程中,颤振是轧辊表面产生振纹的一个最重要的原因,严重影响了工件表面质量。为避免颤振带来的不利影响,提出了一种基于时变滤波经验模态分解(TVFEMD)和瞬时能量比的(IER)的颤振在线监测方法。该方法采用可靠的指标提前监测出颤振的发生,解决了轧辊磨床早期颤振特征微弱,在背景噪声下难以快速识别的问题。首先对实时采集的振动信号进行实时分段处理。其次对每个砂轮转动周期内的信号进行时变滤波经验模态分解,提高信噪比。然后运用瞬时频率和瞬时能量比选取颤振敏感频带, 将颤振敏感频带的瞬时能量比作为颤振特征。最后基于瞬时能量比上升量确定颤振监测阈值, 判断当前加工状态。试验结果表明, 在不同的轧辊磨床加工条件下, 所提方法均能在颤振过渡阶段将其检测出来, 更快地实现颤振早期预警;与EMD等传统时频分析方法相比,在早期颤振监测中具有明显的优势。

    • 杨凯,庄宏航,董毓利,张认成,涂然

      2024,38(1):237-245,

      Abstract:

      电弧故障是引发电动汽车电气火灾的重要原因之一。电动汽车行驶工况复杂,电机及其驱动系统电压高、电流大,且其电弧故障随机性强、隐蔽性高导致真车故障实验难以开展,因此提出一种借助小功率电机与负载系统模拟故障的方法,以便快速开展大量实验,研究电弧故障特性。首先,在电动汽车负载转矩计算和等效缩放的基础上搭建了模拟实验平台,采集三相永磁同步电机线路串联电弧故障电流。其次,运用MATLAB软件构建空间矢量脉宽调制控制的电动汽车驱动电机与负载模拟系统,引入Cassie电弧故障模型并进行改进,对电动汽车三相永磁同步电机线路串联电弧故障展开仿真分析。最后,采用基于平肩宽度占比和小波包分解能量占比的特征提取方法,将仿真数据与实测数据进行比较并定量评价。结果表明,所提出的高斯电弧故障复合模型的相对平均误差最小,仅为7.6%。所构建的仿真系统可有效模拟实际线路的电弧故障,对电动汽车电气火灾的防控具有重要意义。

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    • 机翼一体化天线变形重构标定方法研究

      吴坤, 赵振义, 范恒桢

      Abstract:

      针对传统的误差标定方法存在网络训练速度迟缓、生成规则数量多且泛化能力不足的问题,本文提出了一种基于主成分分析和自构架模糊网络(PCA-SCFN)的标定方法,实现了机翼一体化天线的实时高精度变形重构。首先,基于逆有限元方法(iFEM)建立了位移-节点自由度误差模型,并通过单调快速迭代收缩阈值算法(MFISTA)对逆问题进行求解;其次,引入了PCA降维方法降低应变维度,从而简化训练网络复杂度;再次,对小样本训练集进行非均匀有理B样条(NURBS)拟合实现数据扩充,提高网络泛化能力并降低噪声对训练集的影响;最后,基于三角形隶属函数(MF)和Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型进行自构架模糊网络(SCFN)训练获得模糊规则。机翼加载实验结果表明,基于PCA-SCFN的标定方法具有更快的训练速度和更少的规则数量,同时能够获得更高的重构精度。当机翼负载80N时,结构最大变形为-134.36mm,最大重构误差仅为0.46mm,SCFN训练时间仅为9.715s,规则数量最多仅有121条。因此,基于PCA-SCFN的标定方法是一种能够应用于机翼变形监测的有效方法。

      • 1
    • 基于位姿参数估计的多视角点云配准方法

      龚国强, 田演, 夏鑫宇

      Abstract:

      传统的点云配准算法通过两点云数据之间的特征实现对应点配对,这种方法要求点云具有明确的特征,且存在计算量大、匹配时间长、配准精度低等问题,而ICP算法虽然应用广泛,但对初始值敏感。对此,提出了一种基于位姿参数估计的多视角点云配准方法(PPE-ICP)。首先通过分析误差的分布特性可证明误差极小值存在,使用A*搜索算法寻找误差极小值,降低误差传播的影响,为后续的参数估计提供较好的初值;其次将总体最小二乘估计引入点云配准,在不依赖点云数据的同时,使用少量参考点就能获得点云从目标坐标系到东北天坐标系的转换矩阵,完成点云位姿矫正,结合迭代最近点算法(ICP),实现点云精确配准。通过与FGR-ICP、FPFH-ICP、NDT-ICP、RANSAC-TrICP和KSS-ICP这5种方法在公开数据集和自制实验装置收集到的点云上进行对比实验,点云数据量为20000点时实现配准只需6.55s,极大地降低了大数据量下点云配准的时间成本,在实地点云配准中平移误差最大不超过0.03m,旋转误差控制在0.07°。实验结果表明,PPE-ICP对相似变换、残缺点云和低重复率具有较强的鲁棒性,在多视角点云配准中具有较高的配准效率和配准精度。

      • 1
    • 基于声信号的离心泵故障诊断研究

      陈剑

      Abstract:

      各种原因使得工业现场设备状态监测的首选测量信号是声信号时,提出一种基于声信号的设备状态监测方法显得尤为必要。本文以某型离心泵为依据对象,对现场采集的声信号提取梅尔倒谱系数(MFCC)作为信号的初始特征,然后计算这些MFCC初始特征的散布熵(DE)值,并通过主成分分析法(PCA)对矩阵进行降维,从而构造特征矩阵。利用蝙蝠优化算法(BA)对支持向量机(SVM)的惩罚系数与核函数参数进行优化,对离心泵的多种故障工况开展诊断,并与多种诊断方法进行比较。实验结果表明,经过BA优化后的模型在诊断准确率上提高了21.7%;在该模型的基础上利用DE对MFCC提取的信号进行深度挖掘,使模型诊断的准确率提高2.05%。

      • 1
    • 细化特征引导对抗性解纠缠学习的无监督行人重识别

      陈元妹, 王凤随, 王路遥

      Abstract:

      无监督行人重识别旨在无监督设置下从非重叠的相机中识别出同一行人。针对现有的无监督行人重识别网络不能充分提取行人特征以及相机之间的差异导致行人检索错误的问题,提出了一种细化特征引导对抗性解纠缠学习的无监督行人重识别方法。首先,为了提升网络对更具判别力样本特征的捕获能力,设计了特征细化信息融合模块(FRIFM)嵌入ResNet50网络的不同层,以此增强网络对关键信息的关注力度,实现细化特征的专注学习。其次,为了减少相机差异带来的行人识别错误,同时减少聚类生成的冗余信息,设计了对抗性解纠缠损失函数(ADL)进行无监督联合学习。最终,在两个公共数据集Market-1501和DukeMTMC-reID上对所提方法进行评估,mAP分别提升了4.6%、3.1%。充分验证了本文方法的有效性和可靠性。

      • 1
    • 局部高斯均差变分保边图像平滑算法

      周巍巍, 高银, 吴仪芳, 李俊

      Abstract:

      针对图像平滑过程中无法保留细节的问题,提出了基于局部高斯均差变分的保边图像平滑算法。首先,通过统计学分析建立局部高斯均差变分算子。其可以衡量局部梯度与高斯滤波处理后的梯度差异,区分结构和纹理。其次,构建局部高斯均差变分平滑模型,由稀疏求解得到初始平滑图像。最后,针对复杂纹理图像存在纹理残留的问题,提出孤立噪声去除模型。模型通过自适应窗口设定像素值,在不影响结构的前提下去除初始平滑图像中的纹理残留。通过主观、客观实验,与经典的算法对比,证明该算法有更高质量的平滑结果。评价指标整体提升了0.7%。通过压缩伪影去除、HDR色调映射、图像去雾和拉普拉斯金字塔加速的扩展实验,验证该算法在不同视觉任务上的适用性和效率可提升性。

      • 1
    • 基于FPGA的Φ-OTDR系统数字正交解调方法

      李沛峰, 刘丽, 王宇, 刘昕, 白清, 靳宝全

      Abstract:

      相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)通常利用相干探测的方式实现长距离、分布式、高灵敏度的振动检测。为了准确获取振动信号的位置与相位信息,正交解调算法是当下广泛使用的重要技术,但该算法存在耗时过长的局限。针对此问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的瑞利散射信号快速解调方案,采用流水线结构实现传感数据采集以及数据解调的同步,通过数字正交混频技术获取两路正交信号,利用有限冲激响应低通滤波去除高频分量,利用坐标旋转数字算法(CORDIC)向量模式实现振动相位硬件解调,可以较好地提升相干探测Φ-OTDR系统整体的实时性。实验结果表明,在探测距离40 km的条件下,传感系统可成功实现振动信号的定位与相位还原。而探测距离不变,数据采集条数提升至4000条时,FPGA解调仅耗时1.60 s,与传统的上位机CPU解调方案相比缩短了145.61 s,从而为Φ-OTDR振动传感数据的实时解调提供了参考。

      • 1
    • 智能配电网WMNs数据分类传输的延时性能评估分析

      方如举, 赵晗

      Abstract:

      针对大规模无线先进测量仪表在智能配电网应用时,无法实现对不同类型传输数据的延时性能进行分别评估分析的不足,提出了一种保证实时性需求的射频网状网络(WMNs)数据分类传输的延时性能评估方法。在分析智能配电网WMNs架构基础上,借助马尔科夫链调制手段,建立起前后两个连续时隙起始阶段之间函数关系。为避免在求取稳态解过程中解高阶微分方程的困难,给出了一种基于误差迭代求取稳态工作点的求解方法并给出详细求解流程。在稳态工作点求出的基础之上,进一步建立实时性数据和非实时性数据在上行、下行传输过程中平均延时性能评估分析解析式。为了验证所提出的智能配电网WMNs延时性能评估方法有效性,分别对实时性数据和非实时数据在3种不同的传输率环境下延时性能进行仿真测试。实验仿真和测试结果表明,所提出的方法,能够实现对智能配电网不同类型的通信数据的传输延时进行性能评估分析,而且能够提射频网状网络的传输性能。

      • 1
    • 呼吸机检测仪校准装置气体流量校准系统的设计

      陈鑫宇, 黄震威, 梅 杰, 王俊贤, 邹剑秋, 谢代梁

      Abstract:

      目前,我国尚未公开呼吸机检测仪的国家校准规范,导致呼吸机检测仪各参数的计量溯源难以展开。一些自编的校准方法在气体流量校准上存在流量校准点受柱塞大小影响的问题,进而限制了流量校准范围。为解决这一问题,本文提出了基于标准表法和柱塞法分别对静态流量和潮气量进行校准的方法,并集成了两套管路、设计了校准系统。介绍了呼吸机检测仪流量测量的基本原理,根据该原理提出了校准方法并实际搭建了装置,对装置进行了测试。测试结果表明本系统静态流量测量范围(5~200) SLPM,扩展不确定度U_r (Q_v )=0.602% (k=2);潮气量测量范围(0~2000) mL,扩展不确定度U_r (V)=0.174% (k=2),相对误差满足技术指标。本系统可实现对呼吸机检测仪流量参数的校准。该校准系统的设计为呼吸机检测仪校准装置的研发奠定了基础,并为呼吸机检测仪校准规范的建立提供了一定的借鉴意义。

      • 1
    • 基于直流电位降法的多探针缺陷区域检测

      薛河, 宁硕

      Abstract:

      油气管道在服役过程中由于制造过程、环境复杂等因素容易产生缺陷,造成管道破裂等事故,因此对管道的无损检测具有重要意义。通过直流电位降法研究裂纹缺陷对电位场的影响规律,建立了多探针缺陷检测方法。首先采用有限元法对含有缺陷的平板试样进行电位分析,缺陷区域的电位差明显高于无缺陷区域,通过多探针的检测范围对试样区域进行划分后,提出了多探针缺陷区域检测方法。检测到区域存在缺陷后,对缺陷影响因子k进行计算,无缺陷区域k值基本在0.8~1.2之间,而缺陷周围的k值都超过了2,根据k值的分布可以得到缺陷的大致位置和尺寸。并搭建了多探针检测试验平台进行试验,结果表明:缺陷附近的电势差显著高于其它区域,与有限元结果相符。缺陷区域电势差明显高于其它区域,无缺陷区域k值在0.75~1.2之间,缺陷区域k值基本大于1.5。通过k值分布对缺陷位置和尺寸进行分析,与实际尺寸相差在3~5mm左右。

      • 1
    • 融合多特征选择和自注意力机制的LSTM燃料电池退化预测方法

      刘晓倩, 崔焕勇, 刘海宁, 付宇, 曾文胜, 李发家

      Abstract:

      质子交换膜燃料电池的反应过程涉及多物理场、多部件、多因素的强耦合作用,其运行不可避免地伴随着长期的性能衰退及局部性能波动。然而,从多重耦合的众多监测参数中有效识别出关键特征并捕捉整体性能的衰退趋势变得异常困难。针对以上问题,提出一种基于XGBoost和Self-Atten-LSTM的PEMFC退化预测模型。首先,利用小波阈值去噪的方法剔除PEMFC原始数据中的噪声干扰;然后,采用XGBoost算法从众多参数中选择出对PEMFC性能影响显著的主要特征,实现关键特征的精确提取;最后,在LSTM中引入自注意力机制(Self-Attention)解决了其在处理长序列时的全局建模和多维向量间复杂交互关系不足的问题,通过自适应加权,更充分地利用了PEMFC的退化信息。与传统LSTM、Bi-LSTM、GRU模型相比,所提模型无论在稳态条件还是在动态条件下,都能较准确地预测燃料电池的退化,且模型平均绝对误差减小56.34%~77.04%,预测精度可达99.09%。该方法可广泛应用于制定车辆运行维护策略?提高系统可靠性等方面。

      • 1
    • 霍尔效应式力传感器的温度补偿

      江银玉, 丁勇, 左锋, 卢文科

      Abstract:

      针对霍尔效应式力传感器温度漂移的问题,提出了混沌自适应鲸鱼优化BP神经网络(CIWOA-BP)的温度补偿新模型。该模型通过Cubic映射作为初始鲸鱼种群生成方法,以提高种群的质量和分布均匀性。引入自适应权重调整鲸鱼的收缩包围机制,提高算法的全局搜索能力和收敛性。利用CIWOA算法对反向传播(back propagation, BP)神经网络的初始权值和阈值进行优化,使模型具有更好的测量精度和稳定性。研究结果表明,温度补偿以后霍尔效应式力传感器的灵敏度温度系数αs由5.08×10-3/℃减少至9.8×10-5/℃,减小了2个数量级,温度附加相对误差由补偿前的19.82%减小到了0.38%,减小了52倍以上,从而有效的减弱了温度对测量结果的影响。

      • 1
    • 基于线阵相机/扫描仪的轨交隧道病害检测系统设计实现

      石波, 王慧超, 杨晓磊, 李国玉, 赵凯, 王聪, 杨密, 林康

      Abstract:

      隧道维护可以避免隧道病害引发的安全事故,有效的维护依赖于全面和准确的隧道病害检测?传统的隧道病害检测依靠人工巡检,受隧道照明不足?检测时间短等因素的影响,检测效率低下且准确率低?针对这些隧道病害检测中的难题,根据轨交隧道结构均匀?轨道线路固定的特点设计了轨交隧道病害检测系统?系统将激光扫描技术与摄影测量技术相结合,使用激光扫描仪获取隧道三维点云,使用多线阵相机获取隧道影像,借助激光跟踪仪并设计虚拟靶标场对相机和扫描仪进行标定使其坐标基准统一?系统采用分布式的软件架构研发数据采集软件进行传感器交互和数据存储,并采用外触发的方法使传感器采集频率与车速匹配,最后基于Cesium框架研发数据管理平台对隧道数据进行管理?将系统应用于某隧道进行数据精度验证,实验表明轨交隧道病害检测系统能够在实际隧道中检测宽度为0.2mm的裂缝和错台量0.5mm的错台,具备轨交隧道病害检测能力?最后,通过将实验采集到的数据应用于隧道裂缝检测?错台检测?变形检测等方面,并对检测出的病害进行定位,证明了轨交隧道病害检测系统的实用性,为轨交隧道病害检测提供了可靠的解决方案?

      • 1
    • 基于多卷积和结构搜索的电弧故障检测模型

      刘艳丽, 王浩, 李佳原, 张帆

      Abstract:

      摘 要:串联型电弧故障主要由电路中电气接触点接触不良引起,是引发电动汽车电气火灾的主要原因之一,直接威胁着车内人员的生命安全。为对其进行研究,论文搭建了电动汽车直流串联型电弧故障实验平台,获取了系统处于不同工作状态下的电源端电压信号,分析了电弧故障对电源端电压的影响。在构建检测模型时,论文使用了卷积神经网络,引入轻量型的卷积操作并考虑了其在实际应用中的局限性。将常规卷积和轻量化卷积操作结合,构建了电弧故障检测的初步模型。接着以网络的规模和准确率为评估指标,通过具有精英保留策略的遗传算法对模型的外部结构和内部参数进行搜索。最终建立了适合电动汽车的电弧故障检测(arc fault detection,AFD)的检测模型AFDNet。该模型的检测准确率达到93.73%,在嵌入式设备Jetson Nano(JN)中的运行时间为10.82ms。模型建立后,论文在网络的规模、准确性及实时性方面,将搜索算法的搜索结果与其他的网络结构进行比较,验证了搜索算法所得结果的合理性。并通过与其他检测方法对比,证明了电动汽车电弧故障检测模型AFDNet性能的优越。

      • 1
    • 双输入信号驱动的耦合分段对称三稳随机共振系统研究

      贺利芳, 徐家琦, 黄笑笑

      Abstract:

      为解决传统双输入信号驱动的三稳随机共振系统(DTDTSR)所存在的输出饱和和信号放大差异等问题,独创性地提出了一种全新的系统:双输入信号驱动的耦合分段对称三稳定随机共振系统(coupled piecewise symmetric tri-stable stochastic resonance system driven by dual-input signals, DCPSTSR)。首先深入研究系统输出饱和性的问题,为系统性能的优化提供了关键理论基础。其次,在绝热近似理论的框架下,推导了系统的输出谱放大函数(spectral amplification, SA)。详尽分析了系统参数对其的影响,为更深层次的理解提供了理论支持。进一步,通过数值模拟对DCPSTSR、CPSTSR和DTDTSR系统进行了全面比较,结果明确指出DCPSTSR系统在输出谱放大函数方面显著优越于其他系统。最后,通过遗传算法对系统参数进行了精密优化,并将其成功应用于轴承故障检测。实验结果验证了DCPSTSR系统在性能上的卓越表现,为未来理论研究和工程应用提供了有力的理论支持和可行性验证。这一设计以及其在轴承故障检测方面的成功应用,为共振系统领域的进一步研究和实际应用提供了新的方向和范例,具有重要的科学和工程价值。

      • 1
    • 基于轻量级卷积网络的风力发电机表面缺陷检测研究

      杨宇龙, 张银胜, 陈昕, 段修贤, 吉茹, 单慧琳

      Abstract:

      风电机组的发电效率和使用寿命与其表面的完好度相关。本研究针对传统风力发电机表面缺陷检测方式出现的检测结果不够精准,检测用时较长的问题,设计了一种风力发电机表面缺陷检测模型。首先,在模型中融合了轻量级卷积技术,有效地增强了通道间信息交互的能力,通过更丰富的特征信息提高小尺寸缺陷的检测效果;其次,在主干网络引入了视觉注意力网络模块,丰富了上下文的信息,提升了卷积神经网络的特征提取的能力;然后,在颈部网络中引入协调注意力机制,通过空间方向捕捉缺陷的位置信息;最后,将边框回归的损失函数修改为WIoU,从而制定出合适的梯度增益分配策略。实验结果表明,改进后的检测模型相较于原模型检测精确度提高4.14%,显著提升了细小缺陷的检测能力;同时,改进后的模型的参数量降低了2.29M,参数量则是降低了6.2G,检测速度提升显著,满足模型实时检测的需求。

      • 1
    • 正负样本差异特征双径向融合的自监督缺陷检测方法

      高港, 魏利胜, 朱圣博

      Abstract:

      针对纹理图像表面划痕?裂纹等缺陷不规则?随机分布,导致缺陷检测准确率低的问题,研究一种基于正负样本差异特征双径向融合的自监督缺陷检测方法?首先,采用Otsu阈值分割提取图像前景信息,并以DTD数据集中的纹理图像或数据增强后的正样本叠加Perlin噪声,对正样本图像进行缺陷模拟以合成负样本;然后,利用正负样本经编码器输出的中间特征,计算均方误差进行特征匹配,结合坐标注意力(Coordinate Attention, CA)和双径向路径聚合网络(Path Aggregation Network, PANet)加强匹配特征的信息融合;最后,将融合特征与编码器输出的低层和高层特征一同输入解码器,优化调整Focal?L1和Dice损失函数权重,实现对缺陷掩码更精准的预测?实验显示,所提模型在MVTec AD数据集纹理类别上的平均图像级?像素级AUROC分别达到了0.995?0.968,相较于其他缺陷检测模型,分类和分割准确率均有提升,表明所提方法在纹理缺陷检测方面的有效性?

      • 1
    • 1阶光学游标效应的全光纤温度传感器

      杨玉强, 张钰颖, 高佳乐, 边缘, 牟小光, 王骥, 杨文虎, 王文华

      Abstract:

      本文提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉计(FPI)和迈克尔逊干涉计(MI)并联的全光纤温度传感器,该传感器由单模光纤依次错位熔接一段悬浮芯光纤和一段单模光纤而成,熔接和切割形成的反射面构成了FPI干涉计和MI干涉计,且MI干涉计的光程约为FPI干涉计光程的2倍(略大于2倍),从而,两干涉计产生了1阶谐波游标效应。实验结果表明:该传感器干涉谱中出现了具有明显1阶谐波游标效应特征的双包络,且随着温度的升高,干涉谱双包络逐渐红移,红移量远大于单个MI干涉计;在20 ℃-120 ℃的温度范围内,该传感器的温度灵敏度为208 pm/℃,约为单个MI干涉计的20.8倍,约为单个FPI干涉计的245倍;升降温实验以及同一温度多次测量实验均表明,该传感器具有良好的重复性和稳定性。该传感器在同一根光纤内实现了FPI和MI并联,其传感头总长度仅约为584.4 μm,且为全光纤尖端结构,因此,特别适合于小空间环境高温检测。

      • 1
    • 基于AVMD和排列熵的t分布邻域嵌入流形HHO-SVM模拟电路故障诊断方法

      陈晓梅

      Abstract:

      随着信息大数据时代的到来,对于电子系统的依赖程度越来越高,因此模拟电路的故障诊断的准确度要求与日俱增。模拟电路故障类型多、故障状态不稳定以及故障数据冗余,使得模拟电路故障诊断困难。本文提出基于自适应变分模态分解(AVMD)和排列熵(PE)的t分布邻域嵌入流形哈里斯鹰优化支持向量机(HHO-SVM)模拟电路故障诊断方法。首先,利用AVMD对待测电路的观测信号进行自适应变分模态分解,得到多组IMF信号,不仅可以克服噪声干扰,而且可以来自适应地确定分解模式的数量,进一步提升分解精度;再对IMF计算排列熵,以充分体现IMF不同时段局部特征,二者相结合构建故障特征向量。并在此基础上,采用t分布式随机邻域嵌入(t-SNE)实现特征空间的流形学习和降维,构建具有良好区分度且保留原来的局部结构特征的故障特征向量;最后依靠哈里斯鹰优化支持向量机(HHO-SVM),使其具有良好的分类准确度,从而最终完成电路故障诊断。通过仿真验证,结果显示:本文方法故障诊断正确率可达100%,效果良好。

      • 1
    • 帧间方向梯度直方图特征关联的行人检测方法

      宁爽

      Abstract:

      当前行人检测算法是无人驾驶领域的研究热点,但行人遮挡问题由于样本量相对比较少、遮挡情况多样、可视特征减少等因素,仍未得到很好的解决。针对行人之间相互遮挡或行人被其它物体遮挡导致的漏检问题,给出一种帧间方向梯度直方图特征关联的行人检测方法。首先,在YOLOv7基线网络模型的基础上添加跟踪的方法,以发现漏检行人并估计其位置信息;将含有漏检行人的最新局部图像作为新的信息,利用方向梯度直方图特征,采用支持向量机的方法,在漏检目标估计位置处进行行人检测,以改善由于部分遮挡所导致的漏检问题。实验结果与基线网络相比,该方法的精确度(P)值提高了6.25%,被遮挡行人的平均精度(AP)由26.67%提升到了53.42%。实验表明帧间方向梯度直方图特征关联的行人检测方法可以提高行人检测准确率,计算复杂度低,不明显增加原方法的计算开销,具有一定的应用价值。

      • 1
    • 结合高频感知的大气偏振模式生成方法

      鲍昌皓, 高欣健, 王文莉, 王昕, 高隽

      Abstract:

      大气偏振模式是一种稳定的自然属性,其在导航、探测等领域有广泛的应用,但由于自然环境以及周边建筑物遮挡的影响,在同一时刻获取的大气偏振信息是局部且不连续的,导致其在实际应用中受到影响。现有方法主要对大气偏振模式进行大范围图像的修复,对于高频信号的修复精度十分有限导致边缘模糊,针对该问题,本文采用软分割软合成的方法,避免了高频信号的丢失,基于此提出了结合高频感知的大气偏振模式生成方法,处理数据时保留缺失区域的高频偏振信息从而生成完整的大气偏振信息。实验结果证明,本方法能够很好地重构大气偏振模式中缺失的偏振信息,在云层干扰大于40%的实测重构实验中,本文方法的SSIM和PSNR得分相较于其他方法提高了26%和12%。

      • 1
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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。

    • 罗 亭,王晓东,马 军,杨创艳

      2021,35(12):116-125, DOI:

      Abstract:

      针对滚动轴承振动信号的非线性动态特性及可靠度评估精度不高的问题,提出了基于改进的交叉模糊熵( improved cross fuzzy entropy,ICFE)和威布尔比例故障率模型(Weibull proportional hazards model,WPHM)的滚动轴承健康状态评估方法。 该方法首先对原始振动信号进行改进的微分局部均值分解(Crt-differential local meandecomposition,Crt-DLMD),选取包含故障 信息最多的有效分量进行重构;然后,利用滑动均值取代原有粗粒化过程,计算重构信号的 ICFE;最后,将 ICFE 作为 WPHM 的 协变量进行健康状态评估。 通过美国国家航空航天局(NASA)和西安交通大学-长兴昇阳科技有限公司的滚动轴承全寿命周期 数据实验表明,所提方法可以准确、有效地评估滚动轴承的健康状态。

    • 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。

    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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