通信与信息工程

  • 毫米波雷达的扩展目标点云聚合算法

    沈磊;刘康;

    低成本毫米波雷达的天线数目少、天线孔径小、雷达功率低等自身因素限制了雷达的DOA估计。较低的角度分辨率导致难以区分位置相近的扩展目标,从而导致多目标跟踪的误判。针对上述问题,提出一种扩展目标点云聚合算法,首先对多个毫米波雷达所探测到的点云进行融合和叠帧处理;其次通过最小二乘法曲线拟合,构建EKF的加速度模型,在预测值处自适应生成波门,得到假设目标关联位置,将此位置与预测值作加权修正处理后聚合点云。文中设计了基于低成本毫米波雷达的室内多目标跟踪对比实验,通过完备度和位置误差指标加以验证。实验结果表明,该算法有效弥补了低成本毫米波雷达角度分辨差以及扩展目标点云辨识度低的缺陷,大幅提升了扩展目标点云的辨识度及跟踪的精确度,对提升低成本毫米波雷达跟踪性能具有重要意义。

    2023年03期 v.46;No.626 1-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 1623K]
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  • 北斗ka星间链路高动态应用辅助接收技术

    蔡文炳;张中英;卢樟健;陈玲玲;陈宜稳;同钊;徐连军;

    北斗三号ka频段星间链路具备为高速移动目标提供全球范围内测控数传服务的能力,但由于北斗三号ka频段星间链路是短突发信号,对于高速移动目标应用存在难以在短时间建链的难题。文中提出基于“GNSS+微惯性单元”的辅助信息生成方法,对接收机概略位置、速度/加速度、天线指向的预报值进行估计,开环辅助ka星间链路的接收。还提出了超紧组合导航结构,利用惯性信息辅助矢量跟踪的高动态跟踪环路,降低了接收机的瞬态响应误差和对环境的敏感度。仿真证明提出的高动态应用辅助接收技术(速度为12 km/s,加速度为11 kHz/s的情况)提供的辅助信息精度优于建链路需求,可完成百毫秒内的信号同步,实现北斗三号ka星间链路高动态快速建链的需求。

    2023年03期 v.46;No.626 6-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1760K]
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  • 一种基于电磁耦合馈电结构的双极化微带天线设计

    李希媛;郝晓云;蒋海涛;贺晓萌;杨沛卓;宋立众;

    文中设计了一种层叠结构的双极化微带天线,两个极化端口采用不同的电磁耦合馈电方式,激励起两个正交的辐射场模式,提高了极化端口之间的隔离度。设计的天线由三层介质极板组成,两个极化端口的馈电层分别位于不同的介质层上,端口1采用缝隙耦合馈电,端口2采用振子临近耦合馈电,两个极化端口均从地板底部输出,适合于阵列应用。设计了一种工作于X波段的双极化方形微带贴片,在馈电结构上进行了匹配设计,实现两个极化端口的匹配和隔离。采用全波电磁仿真技术进行了结构设计和优化,仿真结果表明,在工作频率为9.85 GHz和10.15 GHz的频率范围内,该天线的两个极化端口的电压驻波比均小于2,极化端口的隔离度大于26 dB;在中心频点10 GHz处的增益分别约为5.79 dBi和5.17 dBi,带内增益平稳;虽然两个极化端口互异,但是在E面和H面上,两个极化端口表现出相接近的方向图,主瓣宽度均在80°左右,在主辐射方向上的交叉极化电平低于-25 dB。研究结果表明设计的双极化微带天线具有高隔离度和较为对称的辐射方向图性能,适合于在双极化阵列天线中应用。

    2023年03期 v.46;No.626 11-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 2047K]
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  • 一种适用于5G智能终端的新型自解耦天线对

    袁军;肖疆;肖刘;尚新文;易红霞;李飞;金锋;

    MIMO技术是5G通信的核心技术,然而在空间受限的智能设备上布置更多的天线将导致天线间相互耦合,造成MIMO系统性能损失;加之智能设备朝全面屏发展的趋势,天线占用的空间也被进一步压缩。因此在小的净空下实现高隔离度是当前5G智能设备天线设计的关键。针对以上问题,文中设计了一种新型自解耦MIMO天线对。该天线对的两个端口在天线一体化结构设计中考虑解耦设计,无需任何额外的解耦结构。仿真结果表明:该自解耦天线对在3.4~3.6 GHz频段上的隔离度大于19 dB;4×4 MIMO系统各端口间的隔离度在3.4~3.6 GHz频段上优于16.7 dB,ECC<0.022,系统仿真的总效率达到88%~94%;该方案在净空1 mm的前提下实现。相比于已有设计,该设计在现有5G智能手机的高集成度MIMO天线领域具有可导入性。

    2023年03期 v.46;No.626 17-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K]
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  • 经典Link数据链信道传输模型及特性研究

    张洋;毛忠阳;赵志勇;张嵩;刘锡国;

    随着生活节奏不断加快,对通信信息的实时接收要求越来越高,需要各类信息能够快速传递,各个工作节点单元信息的共享、协作、同步已经逐渐成为成功与否的关键因素,而实现这一功能的数据链系统整体性能主要取决于其信道传输的性能。文中主要针对数据链技术中信息传输通道的性能进行研究,给出直接影响整个数据链系统性能的因素,并利用OPNET对Link-16数据链进行传输建模,采用无线信道连接的方式,设计了各种数据链通信环境以检验其性能指标,网络中每个节点的调制方式、带宽、码元传输速率、工作频段设置符合经典Link数据链的标准。仿真结果展示了信道传输的平均延时、错误数据、有效数据和接入节点随时间变化的情况,并给出调制方式对数据量丢包率、平均延时等数据链信道传输性能的影响结果,研究结论对数据链应用的发展具有一定的借鉴意义。

    2023年03期 v.46;No.626 21-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1441K]
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  • 卫星制导弹箭抗干扰性能试验方法研究

    张正成;王栋梁;李凡聪;王军林;

    由于卫星信号容易受到电磁干扰影响,因此在卫星制导体制弹箭研制阶段过程中必须要通过配置不同的卫星干扰环境条件,进行抗干扰性能评估的试验。针对卫星制导弹箭的抗干扰性能需求,文中从试验成本及测试结果的可信度方面出发,分析了卫星抗干扰性能试验的内场、外场试验方法,比对了压制干扰与欺骗干扰的作用机理,提出了基于抗压制干扰方式的内场微波暗室的试验方案。随后以北斗卫星的B3频段参数为主,对干扰类型、干扰标定、干扰源布局方式的干扰源试验参数进行了设计。最后,确定单干扰源、三干扰源的抗干扰试验方法,并对干扰天线角度与转台工作情况进行了详细规定,确保能够通过有限的抗干扰试验真实评估卫星制导组件在电磁环境中运行的性能情况。

    2023年03期 v.46;No.626 25-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1465K]
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信号分析与图像处理

  • 基于Ghost模块的改进YOLOv5目标检测算法

    李宇翔;王帅;陈伟;田子建;侯麟朔;

    现有以YOLOv5为代表的目标检测技术,存在骨干网络对特征提取不充分以及颈部层未高效融合浅层位置信息和深层高级语义信息等问题,这会导致检测精度较低,小目标误检、漏检。针对此问题,从兼顾实时性与检测精度出发,对YOLOv5进行改进,提出一种改进网络YOLOv5-CBGhost。首先在骨干网络中引入Ghost模块对模型进行轻量化处理,引入CA模块来更好地获得全局感受野,提高模型获取目标位置的准确度;然后借鉴双向加权特征金字塔网络,对原PAN结构进行改进,有效减少了特征冗余以及参数量,并通过跨层加权连接融合更多特征,提高了模型的目标检测精度;最后,增加多检测头以获取图片更丰富的高层语义信息,有效增加了检测精度。通过在PASCAL VOC2007+2012数据集上实验,YOLOv5-CBGhost的目标精度达到81.8%,相较于YOLOv5s,提高了3.0%,计算量减少42.5%,模型大小减少3.5%。

    2023年03期 v.46;No.626 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1613K]
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  • 基于ADS仿真的最佳干扰信号分析

    郝晓军;李永成;李廷鹏;

    为了研究不同类型干扰信号对特定通信链路的干扰效果,应用ADS软件,通过调用多种DSP电路功能模块,在成功搭建PM调制通信链路的基础上,通过注入多种类型干扰信号,研究了基于特定通信链路误码率随不同类型干扰信号的信干比变化情况,以及当干扰信号采用不同码速率时,对通信链路误码率的影响,并针对仿真结果进行了理论分析。通过统计计算,结合通信链路各个关键节点处信号频谱的分布变化,得出信号解调过程中的频谱搬移与杂散信号的伴随出现,低通滤波器对带外信号的强抑制作用,以及采用较高码速率的通信干扰信号,其频谱扩展导致干扰效果不佳等结论。该研究可以进一步丰富ADS软件的应用场景,仿真结论可以指导通信干扰策略的制定。

    2023年03期 v.46;No.626 35-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1675K]
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  • 基于YOLOV5s_Attention的表面缺陷检测的应用研究

    庞宁雅;杜安钰;

    基于卷积神经网络的表面缺陷检测算法虽然取得了较高的检测精度,但在检测速度上不能较好满足实际工程应用的实时性需求。为了满足实际工程中对检测精度与检测速度的均衡要求,文中以YOLOV5s为基线提出一种基于通道空间注意力的表面缺陷检测算法YOLOV5s_Attention。首先,将传统的数据增强与马赛克数据增强相结合来提升模型鲁棒性;其次,在Backbone中添加SE模块,将不同通道的特征权重进行重新分配,更有效地进行特征提取;最后,在Neck的跳链中添加CBAM模块,将提取特征依次进行通道与空间维度的融合,较好地保留了图像的通道特征与空间位置信息。在标准数据集上的大量对比实验证实了提出的YOLOV5s_Attention优于一些现有的经典模型。以NEU-DET数据集为例,相较于基线YOLOV5s,YOLOV5s_Attention的检测精度提升了8.3%,其中六类缺陷之一的细裂纹(Cr)的检测精度由32.8%提升到了76.8%,在保证检测精度的同时,单帧检测时间也达到91 f/s,从而能较好地满足缺陷检测工程中对检测精度与检测速度的均衡需求。

    2023年03期 v.46;No.626 39-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1872K]
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  • 基于改进的3D U-Net骨盆CT影像多类分割

    刘志;李兴春;郑斌;谢小山;肖林;李迎新;秦传波;

    骨盆CT影像精确分割是骨盆骨疾病的临床诊断和手术规划中非常重要的环节。针对目前2D骨盆分割方法对三维医学影像进行切片处理时损失空间信息的问题,提出了改进3D U-Net网络实现对骨盆CT影像3D自动分割。实验数据为公开数据集CTPelvic1K共1 184名患者骨盆CT影像,其中包含骶骨、左髋骨、右髋骨和腰椎四个部位标签。以3D U-Net骨干网络为基础,结合自注意力机制提出3D多类分割模型3D Trans U-Net,并使用迁移学习训练3D U-Net、V-Net、Attention U-Net作为对照实验。实验结果表明:3D Trans U-Net在测试集上整个骨盆区域、骶骨、左髋骨、右髋骨、腰椎Dice系数分别达到97.99%,96.70%,97.96%,97.95%,96.89%;Dice系数、豪斯多夫距离等评价指标均优于现有经典网络3D U-Net、V-Net、Attention U-Net。因此,改进的3D Trans U-Net对骨盆不同部位具有较好的分割效果,为精准医治骨盆骨疾病提供了一条有效的技术途径。

    2023年03期 v.46;No.626 47-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1532K]
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  • 锁相放大技术提取微弱信号的极限性能仿真与分析

    杜海伟;朱思源;龙江;刘君威;吕金;

    锁相放大技术是一种基于频谱搬移原理,能够从干扰极大环境中提取出特定载波频率信号振幅的技术。该技术以提取信号的高信噪比、高精确度等优点被广泛应用于混杂于背景噪声中的微弱信号幅值的提取。文中利用Simulink仿真研究了锁相放大技术从较强的背景噪声中提取微弱信号的极限性能的特性,采用均值与偏离度判断信噪比的极限范围,并通过改变仿真模块参数,包括积分时间、信号与噪声的功率比与振幅比、噪声类型等,详细分析了提取微弱信号的信噪比极限范围。研究结果显示,对于含均匀高斯噪声的信号,提取微弱信号的信噪比极限为-52.04 dB;对于含白噪声的信号,提取的信噪比极限为-49.03 dB。该研究对使用锁相放大技术对微弱信号的实际测量有很好的理论参考意义,对分析基于锁相放大技术的测量系统的整体信噪比有一定的帮助。

    2023年03期 v.46;No.626 52-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1544K]
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  • 低数据量下的雷达信号脉内调制识别方法

    富炜皓;苟晓鸣;武者东;

    针对部分脉冲宽度窄、采样点数少的雷达信号监测应用场景,提出一种新的雷达信号脉内调制自动识别算法。采用小波变换与瞬时自相关相结合的方法,提取雷达信号瞬时频率特征,根据不同调制方式雷达信号的特征差别,实现了对常规信号、线性调频信号、非线性调频信号、二相编码信号、四相编码信号、二进制频率编码信号和四进制频率编码信号七种不同调制方式雷达信号识别。在不同数据量条件下,仿真结果表明,识别准确率随着码元个数或单个码元采样点数的减少而降低,此识别算法对信噪比为20 dB、采样点数为100个的雷达信号,可以实现对不同调制方式的准确识别,识别准确率高于80%。与传统识别方法相比,该方案所需数据量较少,识别准确率高,易于工程实现。

    2023年03期 v.46;No.626 57-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1583K]
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网络与信息安全

  • 基于特征融合的中文新闻文本情感分类方法研究

    冯宇航;邵剑飞;张小为;邵建龙;

    针对现有的新闻文本情感分析任务中,单一模型提取文本特征的片面性,且无法充分提取新闻文本语义等特征问题,提出一种基于门控单元特征融合的BERT-CNN情感分析方法。该方法分别采用BERT语言预训练模型与卷积神经网络(CNN)对新闻文本的特征向量进行提取;然后采用门控循环单元对提取到的文本特征进行特征融合;再输入到Softmax层进行新闻文本分类;最后从精准率、召回率和F1-Score三个维度对比BERT、BERT-CNN、BERT-DPCNN和BERT-ERNIE的实验结果。实验结果表明,当分类场景更换为情感识别时,BERT-CNN依旧具有强大的语义捕捉能力,证明了BERT-CNN的泛化能力;另外,从原BERT的提升效果看,基于门控单元特征融合的BERT-CNN方法(提升2.07%)比词向量的方法(提升0.31%)更高。这一结果也证明了基于门控单元特征融合的BERT-CNN方法的有效性。

    2023年03期 v.46;No.626 62-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
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  • 基于网状关联分析的电力监控网络信息安全智能预警方法

    胡周达;隆运鸿;许丰;李小洁;林红冲;

    监控预警电力网络信息,动态感知潜在风险,能够有效保证网络安全运行。目前提出的预警方法故障位置定位能力较差,无法实现精准定位,导致预警实时性较低。为了解决上述问题,基于网状关联分析技术研究了一种新的电力监控网络信息安全智能预警方法,采集处理态势数据,在深入理解电力监控网络信息安全态势后,呈现感知结果,根据态势感知结果进行数据融合。深入挖掘网状关联规则,追踪电力网络安全信号,确定安全预警范围,建立关联矩阵,计算信号权重,分析指数变化,根据指数变化定位故障区域,实现安全预警。实验结果表明,基于网状关联分析的电力监控网络信息安全智能预警方法能够在0.5 s内确定故障区域,对于故障点定位准确率普遍在90%以上,具有很强的实时性,能够很好地保证电网正常运行。

    2023年03期 v.46;No.626 69-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1744K]
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  • 基于主成分分析和深度自编码高斯混合模型的无监督异常数据检测方法研究

    刘翔宇;朱诗兵;杨帆;

    在异常数据检测中,由于数据量过大和数据特征维度过高,往往会导致数据标定困难、数据冗余、算法效率降低等。针对以上问题,将主成分分析(PCA)特征选择算法与深度自编码高斯混合模型(DAGMM)相结合,提出一种新的无监督异常数据检测方法 PCA-DAGMM。该方法首先利用PCA特征选择算法对数据进行预处理,去除对分类效果增益较小的冗余数据,降低运算成本;然后将特征选择后的数据输入到DAGMM模型中进行训练。基于kddcup99数据集和CIC-IDS-2017数据集进行实验,并与多种特征选择算法进行对比,实验结果表明,PCA-DAGMM方法可以有效优化分类器性能,提高分类器训练效率,适用于解决网络流量异常检测问题,F1指数在kddcup99数据集和CIC-IDS-2017数据集上比DAGMM模型分别提高了4.37%和1.06%,训练时间减少了14.43%和8%。

    2023年03期 v.46;No.626 75-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1497K]
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  • 基于时序时空双流卷积的异常行为识别

    张仁路;高丙朋;

    针对地铁站特定场合下,人体异常行为识别无法有效利用帧间运动时间维度信息,导致人体异常行为识别准确率不高的问题,提出一种深层次残差长短期双流网络结构。将RGB帧和连续光流帧作为双流网络的输入,分别利用ResNet34提取低层特征信息,空间流网络提取运动外观特征信息,时间流网络提取光流运动信息,然后将特征信息输入长短期记忆(LSTM)网络,有效学习空间外观和光流运动的帧间关联时间信息,并且通过多种加权融合策略加强模型识别效果。最后在地铁站异常行为数据集上验证提出的网络结构,并与原双流网络进行对比,改进后的网络识别准确率提高了4.7%,融合后的模型准确率提高了12.9%。实验结果表明,所提方法能够充分利用时间维度信息,可有效提高异常行为识别准确率,在昏暗环境下仍有较好的识别效果。

    2023年03期 v.46;No.626 81-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1748K]
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  • 新型共识算法在募捐系统的研究

    谢兆贤;徐娅;张青;邵长彬;

    传统的募捐系统具有中心化的特点,容易发生流程不透明、依赖中心、信息易篡改等问题。通过开发具备区块链技术的募捐系统,可以使捐款更加安全合法。此系统不仅可以知道物资的来源与流向,还可以实现全员监督。然而,传统共识算法存在效能低下,所选节点可能为恶意节点等问题。因此提出一种新型共识算法,该算法首先采用相关程度分析找出影响共识节点得分的因素,再通过数学拟合确定这些因素的权重参数。此外,为了筛选出恶意节点,在新型共识算法里建立一种筛查机制,根据共识节点的得分,消除不合格的节点。实验结果表明,新型共识算法普遍优于传统共识算法,在该算法下,节点评分最高时比传统共识算法提高1倍,有效地弥补了传统共识算法的不足。

    2023年03期 v.46;No.626 88-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1740K]
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测控与自动化技术

  • 飞轮储能单相并网控制策略设计

    宋章华;王海云;蒋中川;杨孝杰;

    针对飞轮储能系统单相并网时存在控制系统复杂、网侧电流三次谐波含量高等问题,提出一种基于陷波器的比例积分(PI)控制并网策略。首先通过并网控制策略对网侧电流三次谐波影响的机理进行分析,在电压环PI调节器之后,电流环参考值之前设计一个合适的陷波器,用来消除特定谐波;然后通过频域稳定的方法整定合适的PI控制器参数,实现闭环稳定,以达到提高系统稳定性及电网电能质量的目的。通过设计具体实例,在Matlab仿真平台中搭建了不同的PI双环控制策略模型,对比结果表明,采用所提方法设计并网控制策略时网侧电流谐波畸变率较低,且系统稳定性较好,验证了设计方法的可行性,为实际工程中飞轮储能单相并网控制策略设计提供了一定的理论依据。

    2023年03期 v.46;No.626 95-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1527K]
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  • 结合多尺度特征和注意力机制的公路裂缝检测

    张瑞燕;

    由于航拍公路裂缝数据缺乏并且裂缝图像存在目标小、分布复杂的特点,导致语义分割模型在航拍公路裂缝检测中效果差,影响模型在实际场景的应用,为此提出基于改进DeeplabV3+的公路裂缝检测方法。构建语义分割模型,选定DeeplabV3+模型并作如下优化:由于低级特征包含更多裂缝细节信息,增加了提取低级特征的路径,从ASPP模块输出的特征为高级特征,高级特征包含更多语义信息,将两者信息进行融合能保证模型不丢失裂缝的细节信息;在网络中嵌入SCSE注意力模块抑制对其他无关信息的响应,改善模型在裂缝数据集检测效果差的问题。实验结果表明,改进DeeplabV3+算法可以有效解决模型对小目标裂缝分割时效果差的问题,模型的检测精度提高了2.59%,具有较强的应用价值,可以为实际公路裂缝检测提供参考。

    2023年03期 v.46;No.626 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1494K]
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  • LEO卫星接收天线对北斗三号MEO覆盖性分析

    陈宜稳;王峻;陈玲玲;赵雯雯;朱向鹏;

    低轨增强系统是将低轨卫星作为卫星导航系统的高精度天基监测站,与中高轨卫星定位系统形成互补,可增强定位的精度和完好性,助力构建GNSS全球天基监测网,同时通过提供高精度导航信号,助力提供全球准实时高精度服务。低轨导航增强系统处在同时同频全双工的工作状态,系统存在同频自干扰信号。针对该情况,首先,分析同频干扰对消技术对天基GNSS接收天线波束宽度的需求;其次,理论推导出GNSS接收天线与BDS-3 MEO卫星覆盖之间的关系,给出LEO卫星GNSS接收天线波束宽度最优值,该值既能最大限度降低同频干扰对消实现复杂度,又能实现LEO卫星作为导航增强的系统需求;最后通过工程实际证明该波束宽度的设置合理性,为后续实际工程起到一定的指导意义。

    2023年03期 v.46;No.626 105-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1369K]
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  • 基于改进ALIF与FA-BP的滚动轴承故障诊断

    吴鑫坤;刘慧明;

    针对滚动轴承的故障信号存在大量噪声信号和滚动轴承故障的准确诊断等问题,提出一种基于改进自适应迭代滤波算法与萤火虫算法优化BP神经网络相结合的故障诊断新方法。首先采用自适应迭代滤波算法对故障信号进行分解得到若干个内禀模态函数,再进行奇异值分解,绘制差分谱曲线并选择重构信号,对其进行二次降噪;然后通过萤火虫算法寻找BP神经网络的最佳参数,建立FA-BP故障诊断模型,提取降噪后的内禀模态函数中心频率形成特征矩阵,输入故障诊断模型;最后应用于美国凯斯西储大学的轴承数据进行检测,准确率达99.4%,诊断时间为3.18 s。该方法与BP神经网络、萤火虫算法网络、遗传算法网络、遗传算法优化BP神经网络的诊断模型相比,大大提高了诊断效率并具有较高准确率。

    2023年03期 v.46;No.626 109-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1733K]
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  • 基于模型预测的调距桨控制器设计与研究

    王宇欣;常广晖;徐冰阳;

    调距桨属于舰船推进装置,其液压系统用于改变桨叶的螺距角度,使舰船在航行时可以灵活地改变航速、航向。为了解决调距桨达到指定信号时,超调量过大、响应时间过长的问题,对调距桨液压系统进行抽象建立数学模型,采取模型预测控制(MPC)的算法,对系统输出结果和跟踪信号进行分析,实时滚动优化控制器参数,最终设计出基于模型预测的调距桨控制器。在Matlab/Simulink环境下根据调距桨的实际运行工况,选择跟踪信号和阶跃信号两种情形下对MPC和PID控制器进行对比仿真实验。结果表明,MPC比PID控制器具有更好的准确性和响应速度,累积误差明显小于PID控制器。该控制器能够使调距桨快速达到预期响应,航行的及时性得到保证,可满足调距桨控制系统应用要求。

    2023年03期 v.46;No.626 114-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1482K]
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  • 基于模糊集合理论的自动雨量站故障树分析方法

    陈立峰;范雯杰;

    为解决自动雨量站故障排查难度大、维修效率低的问题,提出一种基于模糊集合理论和故障树分析相结合的方法,对自动雨量站故障树进行了定性分析和定量分析。首先,将自动雨量站常见故障进行汇总,建立了一个较为完整的故障树,确定了33种最小割集;其次,针对自动雨量站故障树分析时存在底事件失效概率获取不足的问题,利用德尔菲法评估底事件失效概率的模糊性,再通过三角模糊数和梯形模糊数计算出底事件的失效概率;最后,计算得到自动雨量站顶事件的发生概率以及影响其系统稳定性各底事件的概率重要度排序。通过研究,找出了影响自动雨量站可靠性的薄弱环节,并有针对性地提出重点防控措施,为制定相应的故障诊断和维护策略提供了基础数据支撑。

    2023年03期 v.46;No.626 119-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 1436K]
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  • 无缆自定位应急航标系统仿真设计

    王永涛;刘兴龙;张海波;初秀民;王志远;

    传统应急航标布设工序多、耗时长,浮标漂移挤压航道不利于船舶安全航行,亟需采用电子信息技术升级以更好适应助航服务需求。在分析应急航标部署便捷性、视觉特征一致性、可靠性设计需求的基础上,引入无人船自主控制技术,研究设计了无缆自定位应急航标。首先,参照航标设计规范设计了航标主体结构,并搭建了基于嵌入式系统的航标运动执行系统和基于TCP/IP协议的软件控制系统;然后,采用阈值法制定了航标自定位移动控制策略;最后,通过Maxsurf软件建立浮标三维模型并采用切片法计算静水力稳性数据,利用Wyman经验公式法估算低速下航标航行阻力。仿真结果表明,设计的应急航标满足稳性要求,航行阻力和推进功率随移动速度呈二次曲线增加,适用于在水流平缓的航道提供应急助航服务。

    2023年03期 v.46;No.626 125-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1725K]
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能源与环境科学

  • 考虑需求侧响应的综合能源系统可靠性评估

    邱红桦;崔双喜;樊伟杰;

    为了进一步激发综合能源系统的多能互补特性和挖掘需求侧可参与系统优化调度的调节潜力,提升综合能源系统的可靠性水平,提出一种考虑需求响应的综合能源系统可靠性评估方法。首先,根据负荷响应特性引入价格型和替代型两类需求响应,分别建立基于电价弹性矩阵的价格型需求响应模型,及考虑不同能源需求在同一时间点上相互转换的替代型需求响应模型;其次,建立以系统购买能源成本最小与负荷削减惩罚成本最小为目标的优化调度模型,并在Matlab平台上调用CPLEX进行求解;然后,基于时序蒙特卡洛模拟法获得各设备状态并设计出可靠性评估流程;最后,通过北方某工业园区综合能源系统进行算例分析,比较了系统在不同运行方式下的可靠性指标与经济性水平。算例仿真结果表明,引入价格型和替代型需求响应可协调优化各时段用能需求,能够有效提高综合能源系统的可靠性和经济性。

    2023年03期 v.46;No.626 130-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1509K]
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  • 考虑碳交易的CSP电站-电极锅炉-热电联产联合供热系统优化策略

    徐泽鹏;陈洁;张敬轩;

    由于我国北方弃风光现象严重,为了提高新能源的利用效率,响应我国“碳达峰”和“碳中和”的双碳计划,提出了考虑碳交易的光热电站(CSP)-电极锅炉配合含储热热电机组联合供电、供热的优化策略。电极锅炉是一种高效电转热设备,在促进风电消纳方面具有重要意义,同时CSP电站在平抑风电波动、减少弃风等方面也具有重要作用。因此构建了风电-电极锅炉系统、CSP电站系统、储热系统(TES),通过TES将各子系统与热电机组联系起来构成一个整体,引入碳交易成本对系统进行优化调度建模,并利用YALMIP和CPLEX进行求解。以IEEE 30节点为例进行算例分析,通过仿真验证了该方法的有效性。与传统热电联产模型相比,该方法提高了可再生能源的容纳性,减少了碳排放量。

    2023年03期 v.46;No.626 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K]
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电子技术及应用

  • 一种测试油烟机风量的超声波系统

    杨明月;郑桐福;鲍明;郭丰碑;张凯;

    利用时差法的原理,设计了一种基于超声波气体流量计的油烟机风量测试系统,并通过与粒子图像测速法(PIV)在同一实验条件下的测试结果对比同一轴线上的速度,评价超声波测油烟机风量的可行性和效果。该流量计由STM32F103主控芯片、高精度计时芯片TDC-GP22等组成,从硬件系统提高计时精度。针对超声波气体流量计在使用过程中普遍存在的波动幅度大、计量精度不高和稳定性差的问题,软件设计了数据滤波算法。测量时,油烟机吸油烟时存在的震动所引起的大幅度脉冲采用前置限幅滤波处理;根据风量大小,后置卡尔曼滤波算法与算术平均算法解决了风量数据抖动的问题。超声波方式与PIV方法相比,超声波测量风量的效率更高,能够监测到风量在极小点的数据并实时显示,与PIV方式测量的结果相比误差在2%范围内,证明超声波法能够实现风量的计量,并具有较高的精度。

    2023年03期 v.46;No.626 143-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1818K]
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  • 基于EMD-LSTM-ARMA模型短期发电量组合预测

    王仲平;何黎黎;丁更乾;

    根据我国某地区2019年4月—9月某光伏电站的发电量数据,提出一种基于EMD-LSTM-ARMA的短期发电量混合预测模型。为了降低发电量序列的复杂度,首先将原始发电量数据通过经验模态分解后得到5个本征模态分量和1个残差分量,将归一化后的第一本征模态分量和第二本征模态分量数据输入设计好的LSTM网络中进行建模预测;然后通过ARMA模型对第三本征模态分量数据(IMF3)进行建模预测,再将第四本征模态分量、第五本征模态分量和残差分量进行重构得到一个低频分量,将该低频分量输入设计好的LSTM网络中进行建模预测;最终对各个分量得到的预测数据进行求和得到最终的预测值。为了表明所提算法的优良性,实证结果对比了单一LSTM和ARMA模型的预测性能,并选择了RMSE值进行了对比验证。实测结果中EMD-LSTM-ARMA的RMSE值为32.68,单一LSTM的RMSE值为58.74,单一ARMA模型的RMSE值为59.83。实证结果表明了给出的组合预测模型可以产生更高的预测准确度。

    2023年03期 v.46;No.626 151-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 1571K]
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  • 新型数字智能变电站监控及巡视系统应用研究

    韩柳;吴聪颖;肖智宏;

    为服务构建新型电力系统,助力实现“双碳”目标,保障电网安全可靠运行,适应电网运维管理变革,针对传统变电站的辅助设备监控及巡视系统能力不足、集控站和调度端无法采集辅助设备信息等问题,提出新型数字智能变电站的监控及巡视系统方案。将设备监测、安全防卫、火灾消防、动环监测、智能巡视及锁控等功能集成应用,采用数字化远传、智能感知、图像智能分析技术通过将监测及巡视前端设备全方位覆盖整个变电站,再远传信息上送集控端,实现变电站全面监测、感知及巡检要求。该系统整合了传统变电站辅控系统分散杂乱的信息数据和前端设备配置方案,并新增加了二次设备在线监测及智能巡视等功能配置,为新型数字智能变电站监控及巡视系统应用提供了技术积累,也为新型数字智能变电站的建设积累了工程实践经验,并提供了一定的借鉴价值。在工程应用期间,新型数字监控及巡视系统应用效果较好,具备推广应用价值。

    2023年03期 v.46;No.626 156-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1429K]
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  • 基于破圈法与改进布谷鸟算法的两阶段配电网重构

    班波;袁至;

    针对传统智能优化方法在配电网重构过程中初始种群效果较差,并且难以获得全局最优解以及效率较低的问题,提出破圈法与改进布谷鸟算法相结合的两阶段重构方法。首先,以配电网的系统网损、负荷均衡和电压偏差三大综合指标为目标函数,建立多目标数学模型。其次,使用两阶段重构方法寻优,第一阶段使用破圈法快速求解配电网重构的初步解集,并将其作为第二阶段的初始种群;第二阶段对布谷鸟算法进行改进,使用基本环网编码策略,有效地减小了解空间,避免了大量的不可行解,并引入鲸鱼优化算法的气泡网搜索和螺旋搜索来避免早熟现象,有效地提高了算法的全局搜索能力。最后,使用含分布式电源的IEEE 33节点系统和Taipower 84进行仿真,结果表明该两阶段重构方法具有初始种群优、搜索能力强、收敛速度快的优点。

    2023年03期 v.46;No.626 161-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 1555K]
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  • 微带结构的高增益低噪声放大器的设计

    王昌皓;熊祥正;

    低噪声放大器是射频收发系统中常用且重要的核心器件,但是低噪放的匹配问题在高频段内往往得不到很好的解决。为实现低噪放在较高频段内还能有良好的输入输出及级间匹配,文中将此前几乎没有应用到低噪放匹配领域的并联匹配枝节和高低阻抗两种匹配网络结构创新性地应用到低噪放的输入输出匹配中,并通过ADS仿真软件对两种结构进行性能分析和对比,最终确定并联枝节匹配网络性能更佳。后选取NEC公司生产的NE3511S02晶体管,最终设计了一款双级低噪声放大器,其主要工作频率在8.5~11.5 GHz,增益高达25.5 dB,增益平坦度在±1.5 dB以内,低噪声低于0.6 dB,输入输出驻波比均小于1.9。此外,将该低噪放的尺寸参数进行一定程度的调整,最终参数波动不大,证明了该低噪声放大器具有良好的稳定性,符合实用要求。

    2023年03期 v.46;No.626 167-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 1902K]
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  • 基于微控制器的超声波定位设计

    张凯;

    项目设计通过单片机来实现精准控制移动载体。载体设计以四轮小车为模板,选用Arduino作为控制处理器,外围电路连接超声波收发器、直流电机,利用声速、传递时间以及超声波接收器之间的距离,根据三边定位算法将目标位置反馈给单片机,用于控制各电机的转速,实现小车转弯、直行、调速,达到寻找目标并跟随的目的。

    2023年03期 v.46;No.626 173-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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  • 基于物联网技术的智慧教室一体化学生管理终端设计

    康梦洁;

    高校信息化水平是其核心竞争力、综合办学能力、整体形象的重要体现,随着智慧教室在高校的不断构建,为提升学生管理方面的信息化水平,基于物联网技术设计一体化学生管理终端。基于物联网技术设计射频识别模块,实现学生位置信息与教学信息的管理。在处理器模块中设计嵌入式微处理器,实现中断的控制与数据传输;在标签防碰撞模块中,结合动态帧时隙算法与CGCT算法设计射频标签防碰撞算法,解决识别中的标签碰撞问题;在数据库模块中设计学生信息表、学院信息表等多个数据表以存储终端信息。设计多种管理程序,包括考勤管理程序、用户信息管理程序等,实现应用程序模块设计。终端测试结果表明,设计终端多标签读取时间较短,内存使用率始终低于50%,CPU使用率始终低于55%,用户访问的资源与自身权限匹配率较高。

    2023年03期 v.46;No.626 177-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1623K]
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  • 考虑配电网弹性负荷的错峰限电辅助决策方法

    张洪;翟鸿荣;周肖锋;陈勋旺;

    针对错峰限电过程的干扰因素较多,提高用电质量的同时节约电能,设计一种考虑配电网弹性负荷的错峰限电辅助决策方法。通过隶属度函数得到一个相对清晰的决策指标,由专家组共同决定错峰限电权重,建立限电分配指标体系,按照各个指标对配电网弹性负荷影响程度推算出各个干扰因素对错峰限电决策的影响程度,动态预测配电网线路负荷,通过弹性建模以及后续的电网优化,建立错峰控制限电的决策模型,将复杂的多目标问题转化成简单的单一目标模型,实现了错峰限电的辅助决策方法设计。实例分析结果表明,所提出的方法有效减少了限电损失,并降低了用户用电峰谷差,完成高峰期负荷向低峰期的转移,实际应用效果明显,满足错峰限电辅助决策方法的设计需求。

    2023年03期 v.46;No.626 182-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1392K]
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