电子与信息器件

  • 基于归一化模板匹配算法的动作电位检测IC

    庞勋;姚镭;

    针对多通道神经元动作电位(AP)信号采集硬件系统中,前端采集IC因电极阻抗、应用环境、系统功耗以及系统面积等因素而导致原始信号信噪比较低的问题,设计一种基于归一化模板匹配算法的AP信号检测IC。该检测IC基于模板匹配算法,并引入信号归一化以去除冗余信息。为确保芯片的实时性并降低功耗,芯片整体采用三级流水线结构,各个模块间插入门控时钟,同时可通过SPI总线配置更新其工作状态。在SMIC 180 nm数字工艺下,裸片面积为0.98 mm2,配置模板信息时功耗为701μW,完全工作时功耗为8.07 mW,且采用QFN48封装形式。测试结果表明,所设计的AP信号检测IC具有较好的抗噪性能,可用于信噪比较低的环境来降低信号传输带宽,即使在-10 dB信噪比环境下,评价模型综合性能的F1-Score仍可达到94.65%。

    2024年02期 v.47;No.649 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1683K]
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  • 基于归一化模板匹配算法的动作电位检测IC

    庞勋;姚镭;

    针对多通道神经元动作电位(AP)信号采集硬件系统中,前端采集IC因电极阻抗、应用环境、系统功耗以及系统面积等因素而导致原始信号信噪比较低的问题,设计一种基于归一化模板匹配算法的AP信号检测IC。该检测IC基于模板匹配算法,并引入信号归一化以去除冗余信息。为确保芯片的实时性并降低功耗,芯片整体采用三级流水线结构,各个模块间插入门控时钟,同时可通过SPI总线配置更新其工作状态。在SMIC 180 nm数字工艺下,裸片面积为0.98 mm2,配置模板信息时功耗为701μW,完全工作时功耗为8.07 mW,且采用QFN48封装形式。测试结果表明,所设计的AP信号检测IC具有较好的抗噪性能,可用于信噪比较低的环境来降低信号传输带宽,即使在-10 dB信噪比环境下,评价模型综合性能的F1-Score仍可达到94.65%。

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  • 基于FPGA的数字带通滤波器设计与仿真

    闫慧欣;杨录;李少聪;滕生超;左天乐;吕俊文;

    为快速准确地提取超声导波信号中的目标信息,采用流水线加法树阵列结构设计低阶滤波器,采用直接型低阶叠加实现20阶高精度带通滤波器。运用流水线技术与FPGA片上资源相结合实现对该结构数字算法优化,并将其应用在镍铬合金超声导波测温系统中。结果表明:所设计的滤波器对512点的混频超声导波信号滤波耗时约1 047个时钟。该滤波器总体设计简单,可以达到实时滤波的功能。

    2024年02期 v.47;No.649 7-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1479K]
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  • 基于FPGA的数字带通滤波器设计与仿真

    闫慧欣;杨录;李少聪;滕生超;左天乐;吕俊文;

    为快速准确地提取超声导波信号中的目标信息,采用流水线加法树阵列结构设计低阶滤波器,采用直接型低阶叠加实现20阶高精度带通滤波器。运用流水线技术与FPGA片上资源相结合实现对该结构数字算法优化,并将其应用在镍铬合金超声导波测温系统中。结果表明:所设计的滤波器对512点的混频超声导波信号滤波耗时约1 047个时钟。该滤波器总体设计简单,可以达到实时滤波的功能。

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  • 基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统

    冯宇;许超;李威;李曦;刘翀;

    由于多波束通信信道中的重要信号会受到传播距离的影响,存在串行干扰和噪声,致使天线方向图与实际数值不一致。针对该问题,设计一种基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。通过5G新空口多波束基站、多波束基站天线自动对准平台以及多波束采集控制平台三部分,设计感知通信一体化多波束系统硬件结构;并在系统硬件结构基础上设计系统软件部分,采用多波束形成方法设计5G新空口多波束赋形接收和发射子系统,获取天线方向图。在子系统内,通过5G新空口混合时空编码,采用QR分解构建多波束分解信道矩阵,消除编码过程中存在的串行干扰;根据信道分解结果,采用基于通道映射的方法提取多波束通信信道中的重要信号。通过系统硬件和软件设计构建基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。系统测试结果表明,所设计系统多波束成形是向中心点聚拢的,天线方向最大值为0,与理想图完全重合,能够实现多波束稳定传输。

    2024年02期 v.47;No.649 11-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1531K]
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  • 基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统

    冯宇;许超;李威;李曦;刘翀;

    由于多波束通信信道中的重要信号会受到传播距离的影响,存在串行干扰和噪声,致使天线方向图与实际数值不一致。针对该问题,设计一种基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。通过5G新空口多波束基站、多波束基站天线自动对准平台以及多波束采集控制平台三部分,设计感知通信一体化多波束系统硬件结构;并在系统硬件结构基础上设计系统软件部分,采用多波束形成方法设计5G新空口多波束赋形接收和发射子系统,获取天线方向图。在子系统内,通过5G新空口混合时空编码,采用QR分解构建多波束分解信道矩阵,消除编码过程中存在的串行干扰;根据信道分解结果,采用基于通道映射的方法提取多波束通信信道中的重要信号。通过系统硬件和软件设计构建基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。系统测试结果表明,所设计系统多波束成形是向中心点聚拢的,天线方向最大值为0,与理想图完全重合,能够实现多波束稳定传输。

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  • 基于ATE的高速DAC射频参数SFDR测试技术优化

    沈锺杰;张一圣;孔锐;王建超;

    利用集成电路自动测试设备(ATE)测试高速DAC射频参数时,由于ATE测试板PCB走线较长、损耗较大以及机台提供的信号抖动比实装大等原因,导致ATE上高速DAC射频参数测试指标低于实装测试值。为此,文中介绍DAC电路的工作原理和测试方法;其次为解决上述问题,对测试码的生成以及PCB的布局等进行一系列改进,并将改进前后的测试值与典型值进行对比。结果表明,改进措施成效显著,大大优化了高速DAC射频参数的测试指标,使得SFDR等高频DAC动态类参数指标接近或达到实装测试值。

    2024年02期 v.47;No.649 16-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K]
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  • 基于ATE的高速DAC射频参数SFDR测试技术优化

    沈锺杰;张一圣;孔锐;王建超;

    利用集成电路自动测试设备(ATE)测试高速DAC射频参数时,由于ATE测试板PCB走线较长、损耗较大以及机台提供的信号抖动比实装大等原因,导致ATE上高速DAC射频参数测试指标低于实装测试值。为此,文中介绍DAC电路的工作原理和测试方法;其次为解决上述问题,对测试码的生成以及PCB的布局等进行一系列改进,并将改进前后的测试值与典型值进行对比。结果表明,改进措施成效显著,大大优化了高速DAC射频参数的测试指标,使得SFDR等高频DAC动态类参数指标接近或达到实装测试值。

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  • Ge对Sn-58Bi焊料合金微观组织和性能的影响

    王同举;刘亚浩;冷启顺;张文倩;

    Sn-Bi焊料是一种低温无铅焊料,在低温焊接领域应用较为广泛,但其存在脆性大和延展性差的缺点。为此,制备不同Ge含量的Sn-58Bi焊料合金,研究不同Ge添加量对Sn-58Bi焊料合金的显微组织、熔化特性、润湿性和力学性能的影响。结果表明:添加Ge元素可以显著细化Sn-58Bi焊料合金的共晶组织。当添加的Ge元素质量分数为0.005%~0.01%时,焊料合金的湿润性有明显提升;Ge的添加量从0增大到0.01%时,Sn-58Bi合金的拉伸强度和断后伸长率均提升显著,但继续增加Ge的含量,合金拉伸强度和断后伸长率提升缓慢。Ge元素的添加对Sn-58Bi焊料合金的熔点基本没有影响。

    2024年02期 v.47;No.649 21-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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  • Ge对Sn-58Bi焊料合金微观组织和性能的影响

    王同举;刘亚浩;冷启顺;张文倩;

    Sn-Bi焊料是一种低温无铅焊料,在低温焊接领域应用较为广泛,但其存在脆性大和延展性差的缺点。为此,制备不同Ge含量的Sn-58Bi焊料合金,研究不同Ge添加量对Sn-58Bi焊料合金的显微组织、熔化特性、润湿性和力学性能的影响。结果表明:添加Ge元素可以显著细化Sn-58Bi焊料合金的共晶组织。当添加的Ge元素质量分数为0.005%~0.01%时,焊料合金的湿润性有明显提升;Ge的添加量从0增大到0.01%时,Sn-58Bi合金的拉伸强度和断后伸长率均提升显著,但继续增加Ge的含量,合金拉伸强度和断后伸长率提升缓慢。Ge元素的添加对Sn-58Bi焊料合金的熔点基本没有影响。

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  • 基于RTD1296的私有存储设备的设计

    农丽萍;吕嘉嘉;梁梓辰;黄一平;

    为满足私有存储设备传输安全、传输数据高效、节省电能的需求,设计一种以RTD1296为控制核心的千兆私有存储设备。该设备搭载Ubuntu系统和SFTP服务器,确保数据传输安全;采用千兆以太网和千兆无线网卡无缝连接互联网,确保数据高效传输;使用ZeroTier异地组网技术实现内网穿透;使用MQTT技术实现设备远程开关机,达到节省电能和保护磁盘数据安全的效果;使用AIRKISS+ESPTOUCH技术实现智能手机配网;具有蓝牙连接一键唤醒设备,提醒用户备份,易用高效。实验结果表明,所设计的私有存储设备能够保证数据传输安全,相比于RTD1195存储设备,该设备的下载速度快3倍,上传速度快7倍,整机节能高达50%,可实现安全、高效、节能、易用的目标。

    2024年02期 v.47;No.649 26-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1497K]
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  • 基于RTD1296的私有存储设备的设计

    农丽萍;吕嘉嘉;梁梓辰;黄一平;

    为满足私有存储设备传输安全、传输数据高效、节省电能的需求,设计一种以RTD1296为控制核心的千兆私有存储设备。该设备搭载Ubuntu系统和SFTP服务器,确保数据传输安全;采用千兆以太网和千兆无线网卡无缝连接互联网,确保数据高效传输;使用ZeroTier异地组网技术实现内网穿透;使用MQTT技术实现设备远程开关机,达到节省电能和保护磁盘数据安全的效果;使用AIRKISS+ESPTOUCH技术实现智能手机配网;具有蓝牙连接一键唤醒设备,提醒用户备份,易用高效。实验结果表明,所设计的私有存储设备能够保证数据传输安全,相比于RTD1195存储设备,该设备的下载速度快3倍,上传速度快7倍,整机节能高达50%,可实现安全、高效、节能、易用的目标。

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  • 基于改进YOLOv5的铁路接触网绝缘子检测方法

    聂晶鑫;

    对铁路接触网绝缘子进行准确识别是实现绝缘子缺陷检测的关键前提。为解决铁路4C系统采集的夜间绝缘子图像存在的不同方向的纹理特征差异、图像明暗不均等问题,提出一种基于改进YOLOv5的铁路接触网绝缘子检测算法。通过采用循环曝光生成思想解决不均匀明暗问题,设计SREG模块,用于改善图像表面明暗不均的问题;在骨干模型中重新设计C3模块,融入旋转不变卷积,更好地提取绝缘子不同方向的纹理特征。为验证改进后模型的性能,在测试集上进行试验。结果表明,基于改进YOLOv5的铁路接触网绝缘子检测算法能适用于不同方向纹理的绝缘子识别,识别的平均精度达到99.3%,F1值为98.9%,可实现夜间4C系统下铁路接触网绝缘子的有效检测。

    2024年02期 v.47;No.649 31-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1477K]
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  • 基于改进YOLOv5的铁路接触网绝缘子检测方法

    聂晶鑫;

    对铁路接触网绝缘子进行准确识别是实现绝缘子缺陷检测的关键前提。为解决铁路4C系统采集的夜间绝缘子图像存在的不同方向的纹理特征差异、图像明暗不均等问题,提出一种基于改进YOLOv5的铁路接触网绝缘子检测算法。通过采用循环曝光生成思想解决不均匀明暗问题,设计SREG模块,用于改善图像表面明暗不均的问题;在骨干模型中重新设计C3模块,融入旋转不变卷积,更好地提取绝缘子不同方向的纹理特征。为验证改进后模型的性能,在测试集上进行试验。结果表明,基于改进YOLOv5的铁路接触网绝缘子检测算法能适用于不同方向纹理的绝缘子识别,识别的平均精度达到99.3%,F1值为98.9%,可实现夜间4C系统下铁路接触网绝缘子的有效检测。

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  • 基于多模态生物特征识别的高校门禁系统设计与实现

    伍倩;崔炜荣;汪超;王康;

    为解决传统门禁系统对实体校园卡的过度依赖、数据应用能力差、无法形成精细化管理等问题,在已有门禁系统架构基础上,基于一卡通专网,采用分布式架构设计了一种基于多模态生物特征识别的高校智慧门禁系统。该系统集采集管理、生物数据库、算法服务、校门口出入管理、访客出入管理、公寓管理、设备管理和出入权限管理等功能于一体,实现了校园出入口的智慧化管理,提升了校园安全管理效率,为下一步的智慧校园建设奠定了应用基础。

    2024年02期 v.47;No.649 37-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1979K]
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  • 基于多模态生物特征识别的高校门禁系统设计与实现

    伍倩;崔炜荣;汪超;王康;

    为解决传统门禁系统对实体校园卡的过度依赖、数据应用能力差、无法形成精细化管理等问题,在已有门禁系统架构基础上,基于一卡通专网,采用分布式架构设计了一种基于多模态生物特征识别的高校智慧门禁系统。该系统集采集管理、生物数据库、算法服务、校门口出入管理、访客出入管理、公寓管理、设备管理和出入权限管理等功能于一体,实现了校园出入口的智慧化管理,提升了校园安全管理效率,为下一步的智慧校园建设奠定了应用基础。

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  • 考虑特征向量约束的低频声信号声源定位系统

    许敬成;陈长征;

    低频信号在传输过程中,容易受到环境噪声的干扰,导致信号强度降低,从而影响声源定位的精度。为了提升低频声信号声源定位能力,提出一种考虑特征向量约束的低频声信号声源定位系统。通过MEMS声传感器采集低频声信号,对其进行去噪处理,并传输至低频声信号声源定位模块;采用考虑特征向量约束的低频声信号声源定位方法实现对低频声信号声源定位。实验结果表明:所提系统的低频声信号声源定位与实际位置坐标的误差小,说明该系统的定位方法性能优良,定位精度较高,能够提升低频声信号声源定位能力。

    2024年02期 v.47;No.649 44-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1546K]
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  • 考虑特征向量约束的低频声信号声源定位系统

    许敬成;陈长征;

    低频信号在传输过程中,容易受到环境噪声的干扰,导致信号强度降低,从而影响声源定位的精度。为了提升低频声信号声源定位能力,提出一种考虑特征向量约束的低频声信号声源定位系统。通过MEMS声传感器采集低频声信号,对其进行去噪处理,并传输至低频声信号声源定位模块;采用考虑特征向量约束的低频声信号声源定位方法实现对低频声信号声源定位。实验结果表明:所提系统的低频声信号声源定位与实际位置坐标的误差小,说明该系统的定位方法性能优良,定位精度较高,能够提升低频声信号声源定位能力。

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计算机科学与应用

  • 基于统计学习算法的学生就业服务平台数据分类方法

    蒋大锐;徐胜超;

    学生就业是高等教育质量管理工作的核心,学生就业服务平台是解决学生就业困难的新方法。为了更好地为学生提供就业服务,提出一种基于统计学习算法的学生就业服务平台数据分类方法。采用信息熵和信息增益指标选择学生就业服务平台数据样本特征属性,利用主成分分析法融合学生就业服务平台样本数据特征信息。在此基础上,基于统计学习算法中的朴素贝叶斯算法,将融合后的学生就业服务平台样本数据特征信息输入到朴素贝叶斯分类器模型中,结合先验概率和后验概率,实现学生就业服务平台数据分类。实验结果表明,所提方法的ROC曲线面积达到整体有效面积的98%以上,分类准确率高达95.8%,分类时间仅为5.38 ms,具有较好的学生就业服务平台数据分类效果,可以提高分类精度,有效缩短分类时间。

    2024年02期 v.47;No.649 49-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1481K]
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  • 基于统计学习算法的学生就业服务平台数据分类方法

    蒋大锐;徐胜超;

    学生就业是高等教育质量管理工作的核心,学生就业服务平台是解决学生就业困难的新方法。为了更好地为学生提供就业服务,提出一种基于统计学习算法的学生就业服务平台数据分类方法。采用信息熵和信息增益指标选择学生就业服务平台数据样本特征属性,利用主成分分析法融合学生就业服务平台样本数据特征信息。在此基础上,基于统计学习算法中的朴素贝叶斯算法,将融合后的学生就业服务平台样本数据特征信息输入到朴素贝叶斯分类器模型中,结合先验概率和后验概率,实现学生就业服务平台数据分类。实验结果表明,所提方法的ROC曲线面积达到整体有效面积的98%以上,分类准确率高达95.8%,分类时间仅为5.38 ms,具有较好的学生就业服务平台数据分类效果,可以提高分类精度,有效缩短分类时间。

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  • 多传感器融合下后勤物资采供数据远程采集技术

    任宗来;

    后勤物资采供涉及多个环节和数据源,这些数据源的数据格式、结构和标准各不相同,导致数据源的分散和多样性,增加数据采集的难度。为此,研究多传感器融合下后勤物资采供数据远程采集技术。分析多传感器融合下后勤物资采供数据远程采集技术总体架构,利用多传感器采集后勤物资采供原始数据,并将其汇总至A/D转换器,经A/D转换器实现数据形式转换,将转换后的后勤物资采供原始数据传输至数据预处理与融合单元。采用改进自适应加权融合算法预处理多传感器采集的原始数据并融合,实现后勤物资采供数据的远程采集。实验结果表明,所提方法的接收数据量时间较短,可有效实现后勤物资采供数据融合,且融合后数据较为完整,具有较好的后勤物资采供数据远程采集效果。

    2024年02期 v.47;No.649 55-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1471K]
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  • 多传感器融合下后勤物资采供数据远程采集技术

    任宗来;

    后勤物资采供涉及多个环节和数据源,这些数据源的数据格式、结构和标准各不相同,导致数据源的分散和多样性,增加数据采集的难度。为此,研究多传感器融合下后勤物资采供数据远程采集技术。分析多传感器融合下后勤物资采供数据远程采集技术总体架构,利用多传感器采集后勤物资采供原始数据,并将其汇总至A/D转换器,经A/D转换器实现数据形式转换,将转换后的后勤物资采供原始数据传输至数据预处理与融合单元。采用改进自适应加权融合算法预处理多传感器采集的原始数据并融合,实现后勤物资采供数据的远程采集。实验结果表明,所提方法的接收数据量时间较短,可有效实现后勤物资采供数据融合,且融合后数据较为完整,具有较好的后勤物资采供数据远程采集效果。

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  • 基于资源约束多目标优化的物联网边缘计算资源分配

    李智威;莫王昊;李北;张文东;王博;

    随着物联网应用的快速发展,资源分配问题成为边缘计算研究的重点。在综合考虑计算时延和资源调度能耗等因素的条件下,对于如何有效地进行资源配置的问题,提出一种物联网边缘资源配置方法。首先,考虑了物联网边缘资源配置的资源约束条件,并构建了多目标优化模型,以综合考虑计算时延和资源调度能耗作为优化计算目标。考虑时延和能耗的相互作用,为避免次优解的产生,将多目标优化模型转换成效用指标优化模型,并将效用函数和系统开销作为优化目标。其次,为了减少变量间的耦合性,使用模拟退火算法计算出合适的发射功率,并提出一种优化算法RA-NSGAⅢ(Resources Allocation Nondominated Sorting Genetic AlgorithmⅢ),该算法使用模拟退火算法算出的发射功率作为初始条件构造良好的参考点,计算所得解与理想点的距离。最后,通过仿真测试RA-NSGAⅢ算法与D-CoMOLS、C-PSO和CM-PSO三种算法,结果显示所提算法具有良好的效用值,与CM-PSO算法相比,其减少了0.09 s的平均响应时间,能耗降低了14.8%,证明了该方法的有效性和可行性。

    2024年02期 v.47;No.649 59-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1498K]
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  • 基于资源约束多目标优化的物联网边缘计算资源分配

    李智威;莫王昊;李北;张文东;王博;

    随着物联网应用的快速发展,资源分配问题成为边缘计算研究的重点。在综合考虑计算时延和资源调度能耗等因素的条件下,对于如何有效地进行资源配置的问题,提出一种物联网边缘资源配置方法。首先,考虑了物联网边缘资源配置的资源约束条件,并构建了多目标优化模型,以综合考虑计算时延和资源调度能耗作为优化计算目标。考虑时延和能耗的相互作用,为避免次优解的产生,将多目标优化模型转换成效用指标优化模型,并将效用函数和系统开销作为优化目标。其次,为了减少变量间的耦合性,使用模拟退火算法计算出合适的发射功率,并提出一种优化算法RA-NSGAⅢ(Resources Allocation Nondominated Sorting Genetic AlgorithmⅢ),该算法使用模拟退火算法算出的发射功率作为初始条件构造良好的参考点,计算所得解与理想点的距离。最后,通过仿真测试RA-NSGAⅢ算法与D-CoMOLS、C-PSO和CM-PSO三种算法,结果显示所提算法具有良好的效用值,与CM-PSO算法相比,其减少了0.09 s的平均响应时间,能耗降低了14.8%,证明了该方法的有效性和可行性。

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  • 基于实时同步和全文搜索技术的方剂学多维实训平台

    魏培阳;史晓雨;周杰三;邢晓方;梁佳豪;刘洋;

    针对中医方剂学存在的数据量大、类型多样、学习识记困难等问题,提出一种改进的基于实时同步和全文搜索算法的方剂学多维实训平台(MTPF)。分析MTPF系统需求并搭建基础框架,采用Canal同步数据和ElasticSearch提供全文搜索服务,以保证业务应用的效率和性能;结合MTPF业务领域问题,提出针对具体业务的可配置和过滤的同步算法,构建面向搜索的自定义分词词典优化算法。通过系统应用及对比实验,验证了改进算法能够满足MTPF的需求;通过与其他框架的对比实验,证明了改进算法在同步时延、资源消耗、搜索速度等方面均取得了良好的效果,保障了业务数据信息在传输、存储、同步、搜索等环节的性能。

    2024年02期 v.47;No.649 67-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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  • 基于实时同步和全文搜索技术的方剂学多维实训平台

    魏培阳;史晓雨;周杰三;邢晓方;梁佳豪;刘洋;

    针对中医方剂学存在的数据量大、类型多样、学习识记困难等问题,提出一种改进的基于实时同步和全文搜索算法的方剂学多维实训平台(MTPF)。分析MTPF系统需求并搭建基础框架,采用Canal同步数据和ElasticSearch提供全文搜索服务,以保证业务应用的效率和性能;结合MTPF业务领域问题,提出针对具体业务的可配置和过滤的同步算法,构建面向搜索的自定义分词词典优化算法。通过系统应用及对比实验,验证了改进算法能够满足MTPF的需求;通过与其他框架的对比实验,证明了改进算法在同步时延、资源消耗、搜索速度等方面均取得了良好的效果,保障了业务数据信息在传输、存储、同步、搜索等环节的性能。

    2024年02期 v.47;No.649 67-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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  • 移动边缘计算下矿山安全监控视频数据流自适应传输

    郑万波;李磊;

    由于矿山中数据传输存在距离长、受信号干扰等问题,网络延迟较高,使得视频内容出现卡顿或丢帧现象,导致数据传输质量较低。为此,提出一种移动边缘计算下矿山安全监控视频数据流自适应传输方法。构建基于移动边缘计算的传输系统,将不同监控视频数据流卸载任务时延作为约束条件,构建监控视频数据流传输卸载决策生成目标函数,利用遗传算法求解。采用自适应比特率传输算法传输监控视频数据流,通过基于缓冲区的自适应算法与基于速率的自适应算法分别确定数据流传输过程中的客户端视频比特率与可用带宽。实验结果表明,不同网络环境条件下,所提方法视频数据流传输能量显著下降,带宽估计灵敏度更高,用户体验质量提升20%以上。

    2024年02期 v.47;No.649 74-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1447K]
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  • 移动边缘计算下矿山安全监控视频数据流自适应传输

    郑万波;李磊;

    由于矿山中数据传输存在距离长、受信号干扰等问题,网络延迟较高,使得视频内容出现卡顿或丢帧现象,导致数据传输质量较低。为此,提出一种移动边缘计算下矿山安全监控视频数据流自适应传输方法。构建基于移动边缘计算的传输系统,将不同监控视频数据流卸载任务时延作为约束条件,构建监控视频数据流传输卸载决策生成目标函数,利用遗传算法求解。采用自适应比特率传输算法传输监控视频数据流,通过基于缓冲区的自适应算法与基于速率的自适应算法分别确定数据流传输过程中的客户端视频比特率与可用带宽。实验结果表明,不同网络环境条件下,所提方法视频数据流传输能量显著下降,带宽估计灵敏度更高,用户体验质量提升20%以上。

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航空航天航海技术

  • 飞机襟翼阀控伺服作动系统动态性能分析

    廉晚祥;陈旻翔;关莉;高海;刘文斌;齐婵颖;

    由于阀控伺服作动系统存在的非线性因素,传统的建模方法所建立的数学模型无法准确地反映系统实际情况。为提升液压系统的控制精度及动态响应性能,解决在实际系统试验中出现的动态特性超差问题,对可能引起的因素及关键参数进行研究,重点分析引起系统静态误差的主要因素,同时分析系统各关键元件的固有频率和阻尼比对系统动态性能的影响。利用Matlab/Simulink软件对系统进行非线性建模,理论推导计算及仿真结果分析表明,较高的系统各关键元件固有频率和阻尼比有利于提高系统动态性能。

    2024年02期 v.47;No.649 79-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1448K]
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  • 飞机襟翼阀控伺服作动系统动态性能分析

    廉晚祥;陈旻翔;关莉;高海;刘文斌;齐婵颖;

    由于阀控伺服作动系统存在的非线性因素,传统的建模方法所建立的数学模型无法准确地反映系统实际情况。为提升液压系统的控制精度及动态响应性能,解决在实际系统试验中出现的动态特性超差问题,对可能引起的因素及关键参数进行研究,重点分析引起系统静态误差的主要因素,同时分析系统各关键元件的固有频率和阻尼比对系统动态性能的影响。利用Matlab/Simulink软件对系统进行非线性建模,理论推导计算及仿真结果分析表明,较高的系统各关键元件固有频率和阻尼比有利于提高系统动态性能。

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  • 某型舰载电子产品小子样可靠性评估研究

    刘超然;李天辰;李磊;王陶;吴超云;

    可靠性评估是对产品可靠性水平进行评价,对产品可靠性要求进行验证的重要方法与手段。为解决装备研制过程中遇到的小子样可靠性评估问题,引入环境因子和信息融合的概念,提出一种确定环境因子的方法和步骤。首先,给出指数分布产品基于手册预计法的环境因子计算方法和步骤;然后,结合工程实例展示了产品环境因子具体的计算过程;最后,借助环境因子达到了不同环境条件下可靠性数据信息融合的目的,实现了产品的可靠性综合评估,解决了产品小子样可靠性评估的问题。实例结果表明,所提可靠性评估方法能有效融合不同环境下的可靠性数据信息,有效提高可靠性评估的准确度,方法合理可行,便于工程应用。

    2024年02期 v.47;No.649 85-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1286K]
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  • 某型舰载电子产品小子样可靠性评估研究

    刘超然;李天辰;李磊;王陶;吴超云;

    可靠性评估是对产品可靠性水平进行评价,对产品可靠性要求进行验证的重要方法与手段。为解决装备研制过程中遇到的小子样可靠性评估问题,引入环境因子和信息融合的概念,提出一种确定环境因子的方法和步骤。首先,给出指数分布产品基于手册预计法的环境因子计算方法和步骤;然后,结合工程实例展示了产品环境因子具体的计算过程;最后,借助环境因子达到了不同环境条件下可靠性数据信息融合的目的,实现了产品的可靠性综合评估,解决了产品小子样可靠性评估的问题。实例结果表明,所提可靠性评估方法能有效融合不同环境下的可靠性数据信息,有效提高可靠性评估的准确度,方法合理可行,便于工程应用。

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激光与红外技术

  • 用于TDLAS气体检测的DFB激光器驱动电路设计

    徐鹏飞;李炜楠;陈红岩;叶有祥;

    分布反馈(DFB)激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的常用光源之一,在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制,以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。为了解决上述问题,文中设计一种高精度激光器驱动电路。由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号,对两个信号输入至OP27GS构成的信号叠加电路进行叠加后,输出至由OP27GS、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路,将电压信号转变为激光器的驱动电流;同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。实际测试结果表明,压控恒流源输出电流的最大误差为0.1%,DFB激光器的温度稳定度为0.072%,温度控制精度优于0.01℃。使用3 000 ppm的甲烷标准气体进行吸收测试,通过示波器检测光电探测器和锁相放大器的输出波形,可得到稳定的吸收峰和二次谐波,说明所设计电路满足TDLAS检测技术对于DFB激光器驱动的要求。

    2024年02期 v.47;No.649 89-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1713K]
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  • 用于TDLAS气体检测的DFB激光器驱动电路设计

    徐鹏飞;李炜楠;陈红岩;叶有祥;

    分布反馈(DFB)激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的常用光源之一,在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制,以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。为了解决上述问题,文中设计一种高精度激光器驱动电路。由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号,对两个信号输入至OP27GS构成的信号叠加电路进行叠加后,输出至由OP27GS、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路,将电压信号转变为激光器的驱动电流;同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。实际测试结果表明,压控恒流源输出电流的最大误差为0.1%,DFB激光器的温度稳定度为0.072%,温度控制精度优于0.01℃。使用3 000 ppm的甲烷标准气体进行吸收测试,通过示波器检测光电探测器和锁相放大器的输出波形,可得到稳定的吸收峰和二次谐波,说明所设计电路满足TDLAS检测技术对于DFB激光器驱动的要求。

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  • 光模块I~2C通信自动化测试系统设计

    王安忆;王衡;王洪义;王麟;

    光模块是光纤通信系统的核心部件,不同速率、不同封装的光模块均需通过I~2C通信方式与主机进行监控数据交换,并实时执行主机发送的控制指令,因此介绍一种针对光模块I~2C通信的测试系统。首先通过MCU的QSPI和PDMA功能结合,实现高精度指令控制,并且通过指令拼接实现不同速率下的所有I~2C时序指标测试及逻辑测试;然后介绍系统的工作原理、硬软件设计方式;最后对不同产品进行不同速率下的I~2C测试。测试结果证明,该系统的可行性强并大幅度提高了测试效率。

    2024年02期 v.47;No.649 95-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1473K]
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  • 光模块I~2C通信自动化测试系统设计

    王安忆;王衡;王洪义;王麟;

    光模块是光纤通信系统的核心部件,不同速率、不同封装的光模块均需通过I~2C通信方式与主机进行监控数据交换,并实时执行主机发送的控制指令,因此介绍一种针对光模块I~2C通信的测试系统。首先通过MCU的QSPI和PDMA功能结合,实现高精度指令控制,并且通过指令拼接实现不同速率下的所有I~2C时序指标测试及逻辑测试;然后介绍系统的工作原理、硬软件设计方式;最后对不同产品进行不同速率下的I~2C测试。测试结果证明,该系统的可行性强并大幅度提高了测试效率。

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  • 一种基于U~2-Net的红外热成像与可见光图像融合方法

    谢迅;程为彬;

    为解决红外热成像分辨率低且成本高昂的问题,结合可见光图像分辨率高、成本低的特点,提出一种采用U~2-Net结构模型对红外热成像与可见光图像中显著目标检测的方法。针对图像中显著目标,通过图像裁剪、轮廓提取、仿射变换、形心计算、尺寸变换、匹配定位与融合等操作,实现目标物体在红外图像与可见光图像中的融合。实验结果表明,通过所提方法将低分辨率红外热成像中目标物体与高分辨率可见光图像融合,能够有效提升目标物体在整体图像中的可视性。

    2024年02期 v.47;No.649 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1472K]
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  • 一种基于U~2-Net的红外热成像与可见光图像融合方法

    谢迅;程为彬;

    为解决红外热成像分辨率低且成本高昂的问题,结合可见光图像分辨率高、成本低的特点,提出一种采用U~2-Net结构模型对红外热成像与可见光图像中显著目标检测的方法。针对图像中显著目标,通过图像裁剪、轮廓提取、仿射变换、形心计算、尺寸变换、匹配定位与融合等操作,实现目标物体在红外图像与可见光图像中的融合。实验结果表明,通过所提方法将低分辨率红外热成像中目标物体与高分辨率可见光图像融合,能够有效提升目标物体在整体图像中的可视性。

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能源技术

  • 关于取消新疆电网750 kV断路器合闸电阻可行性的仿真研究

    王圣凯;赵洪峰;

    目前,超、特高压输电线路常用合闸电阻吸收能量,并将其作为限制合闸过电压的主要手段,但是带有合闸电阻的断路器不仅造价昂贵,而且还存在运行可靠性差、故障率高等缺点,如果能利用低残压、保护性能优异的金属氧化物避雷器替代合闸电阻来限制操作过电压,不仅可以降低成本,还能简化断路器操纵机构以提高电力系统运行的可靠性。文中以新疆电网最长距离的750 kV线路为研究对象,通过沿线安装多组避雷器的方式,将沿线最大2%合闸过电压限制到规程规定的1.8 p.u.以内,为新疆电网所有750 kV长距离线路取消断路器合闸电阻的可行性提供了理论依据。

    2024年02期 v.47;No.649 105-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1435K]
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  • 关于取消新疆电网750 kV断路器合闸电阻可行性的仿真研究

    王圣凯;赵洪峰;

    目前,超、特高压输电线路常用合闸电阻吸收能量,并将其作为限制合闸过电压的主要手段,但是带有合闸电阻的断路器不仅造价昂贵,而且还存在运行可靠性差、故障率高等缺点,如果能利用低残压、保护性能优异的金属氧化物避雷器替代合闸电阻来限制操作过电压,不仅可以降低成本,还能简化断路器操纵机构以提高电力系统运行的可靠性。文中以新疆电网最长距离的750 kV线路为研究对象,通过沿线安装多组避雷器的方式,将沿线最大2%合闸过电压限制到规程规定的1.8 p.u.以内,为新疆电网所有750 kV长距离线路取消断路器合闸电阻的可行性提供了理论依据。

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  • 基于分层主从协调结构的微电网智能管理系统

    林慧婕;张宇峰;孙季泽;

    文中提出一种新的控制逻辑,通过分层主从架构中的分布式智能转换器,实现微电网中发电机、负荷和混合储能设备的智能管理。所提算法在较高的控制层面上运行,评估混合储能系统与所有资源(包括发电与需求)之间的最佳实现,以满足用户的用电需求,并确保电池储能系统参与电网平衡恢复过程所需的足够电力水平。为了验证所提方法的有效性,将提出的控制逻辑应用于并网住宅微电网进行仿真。在出现频率不稳定后,若不使用所提方法,电池储能系统中的电力在5 min内无法恢复;若使用所提方法,仅对电池储能系统进行操作时,恢复时间为2~5 min;而所提方法应用于电池储能系统-双电层电容时,恢复时间缩短至不到1 min。仿真结果表明,将所提方法嵌入到主转换器和混合储能系统中,对于提高微电网储能系统为电网提供用户服务和辅助服务的性能非常有效。

    2024年02期 v.47;No.649 110-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1430K]
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  • 基于分层主从协调结构的微电网智能管理系统

    林慧婕;张宇峰;孙季泽;

    文中提出一种新的控制逻辑,通过分层主从架构中的分布式智能转换器,实现微电网中发电机、负荷和混合储能设备的智能管理。所提算法在较高的控制层面上运行,评估混合储能系统与所有资源(包括发电与需求)之间的最佳实现,以满足用户的用电需求,并确保电池储能系统参与电网平衡恢复过程所需的足够电力水平。为了验证所提方法的有效性,将提出的控制逻辑应用于并网住宅微电网进行仿真。在出现频率不稳定后,若不使用所提方法,电池储能系统中的电力在5 min内无法恢复;若使用所提方法,仅对电池储能系统进行操作时,恢复时间为2~5 min;而所提方法应用于电池储能系统-双电层电容时,恢复时间缩短至不到1 min。仿真结果表明,将所提方法嵌入到主转换器和混合储能系统中,对于提高微电网储能系统为电网提供用户服务和辅助服务的性能非常有效。

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  • 基于VMD-ESA和IPOA-XGBOOST相结合的异步电机故障诊断

    高猛;曾宪文;

    为了提高异步电机故障诊断的准确度,提出一种结合变分模态分解(VMD)、包络谱分析法(ESA)和改进的鹈鹕优化算法优化的极限梯度提升模型(IPOA-XGBOOST)的智能诊断方法。首先,对实测的异步电机振动信号进行VMD分解,并用ESA计算VMD分解得到的本征模态分量(IMFs)的瞬时能量矩阵;然后用奇异值分解法(SVD)对得到的瞬时能量矩阵进行特征提取;最后,使用提取到的特征向量训练IPOA-XGBOOST模型,得到异步电机的故障诊断准确率。另外,为了解决鹈鹕优化算法容易陷入局部最优解、寻优速度慢等问题,使用Circle映射改进鹈鹕优化算法。将改进的鹈鹕优化算法、遗传算法(GA)和鹈鹕优化算法进行寻优分析,实验结果表明,改进的鹈鹕优化算法的寻优效果最好。

    2024年02期 v.47;No.649 115-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1580K]
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  • 基于VMD-ESA和IPOA-XGBOOST相结合的异步电机故障诊断

    高猛;曾宪文;

    为了提高异步电机故障诊断的准确度,提出一种结合变分模态分解(VMD)、包络谱分析法(ESA)和改进的鹈鹕优化算法优化的极限梯度提升模型(IPOA-XGBOOST)的智能诊断方法。首先,对实测的异步电机振动信号进行VMD分解,并用ESA计算VMD分解得到的本征模态分量(IMFs)的瞬时能量矩阵;然后用奇异值分解法(SVD)对得到的瞬时能量矩阵进行特征提取;最后,使用提取到的特征向量训练IPOA-XGBOOST模型,得到异步电机的故障诊断准确率。另外,为了解决鹈鹕优化算法容易陷入局部最优解、寻优速度慢等问题,使用Circle映射改进鹈鹕优化算法。将改进的鹈鹕优化算法、遗传算法(GA)和鹈鹕优化算法进行寻优分析,实验结果表明,改进的鹈鹕优化算法的寻优效果最好。

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  • 基于线路容流暂态信号能量流向特征的小电流单相接地故障区段定位算法

    谭卫斌;吴浩波;张志华;隆博;张敏;

    针对配电网小电流系统单相接地故障定位难的问题,提出一种基于线路容流暂态信号能量流向特征的小电流单相接地故障定位算法。该算法能够在故障发生时准确识别故障线路并定位故障区间,同时对故障前后波形的离散采样数据进行软件滤波,得到线路的容流暂态信号分量,利用其能量流向特征对单相接地故障进行识别和区段定位。实验结果表明,所提算法能够准确区分出故障与非故障线路区段,具有自举性,可方便应用于就地型馈线自动化开关节点,具有较好的实用性。

    2024年02期 v.47;No.649 121-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K]
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  • 基于线路容流暂态信号能量流向特征的小电流单相接地故障区段定位算法

    谭卫斌;吴浩波;张志华;隆博;张敏;

    针对配电网小电流系统单相接地故障定位难的问题,提出一种基于线路容流暂态信号能量流向特征的小电流单相接地故障定位算法。该算法能够在故障发生时准确识别故障线路并定位故障区间,同时对故障前后波形的离散采样数据进行软件滤波,得到线路的容流暂态信号分量,利用其能量流向特征对单相接地故障进行识别和区段定位。实验结果表明,所提算法能够准确区分出故障与非故障线路区段,具有自举性,可方便应用于就地型馈线自动化开关节点,具有较好的实用性。

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  • 基于时序分解和SARIMA-DSR的台区可开放容量计算方法

    冯隆基;楚成博;方磊;钱勇;张法业;王宁;王金喜;

    合理地分析并准确计算台区可开放容量,能够优化配电系统的运行,提高线路利用率,保证台区配电变压器安全、经济、稳定运行。传统的可开放容量计算方法主要基于线路输电能力经验公式进行计算,未考虑高负荷运行台区的短时性及季节性,存在计算准确率和普适性低的问题。因此,提出一种基于局部加权周期趋势分解算法(STL)和季节性自回归滑动平均模型(SARIMA)与动态同时率(DSR)的台区可开放容量计算方法。该方法首先利用STL将历史台区负荷数据分解为趋势项、季节项和余项;其次,根据调整的历史台区负荷数据建立SARIMA台区负荷预测模型,预测未来台区负荷的变化及负荷峰值;同时,根据台区历史负荷数据建立台区DSR准则;最后,构建SARIMA-DSR模型,合理调整可开放容量计算方法中的配置系数,实现台区的可开放容量的准确计算。

    2024年02期 v.47;No.649 127-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 1683K]
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  • 基于时序分解和SARIMA-DSR的台区可开放容量计算方法

    冯隆基;楚成博;方磊;钱勇;张法业;王宁;王金喜;

    合理地分析并准确计算台区可开放容量,能够优化配电系统的运行,提高线路利用率,保证台区配电变压器安全、经济、稳定运行。传统的可开放容量计算方法主要基于线路输电能力经验公式进行计算,未考虑高负荷运行台区的短时性及季节性,存在计算准确率和普适性低的问题。因此,提出一种基于局部加权周期趋势分解算法(STL)和季节性自回归滑动平均模型(SARIMA)与动态同时率(DSR)的台区可开放容量计算方法。该方法首先利用STL将历史台区负荷数据分解为趋势项、季节项和余项;其次,根据调整的历史台区负荷数据建立SARIMA台区负荷预测模型,预测未来台区负荷的变化及负荷峰值;同时,根据台区历史负荷数据建立台区DSR准则;最后,构建SARIMA-DSR模型,合理调整可开放容量计算方法中的配置系数,实现台区的可开放容量的准确计算。

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  • 基于VMD和优化CNN-GRU的锂电池剩余使用寿命间接预测

    徐达;王海瑞;朱贵富;

    准确预测锂电池的剩余使用寿命(RUL)对降低电池使用风险有着至关重要的作用。为了解决电池容量在实际应用中不易获得以及单一门控循环神经网络(GRU)不能有效提取数据间的深层特征等问题,提出一种基于间接健康因子的混合神经网络模型,即融合变分模态分解(VMD)、一维卷积神经网络(1D-CNN)和麻雀搜索算法(SSA)优化GRU的组合剩余使用寿命预测模型。采用NASA数据集验证所提模型的有效性,实验结果表明,相比于GRU、VMD-GRU、VMD-SSA-GRU,所提模型具有较高的预测精度与更快的运行速度,可以应用于锂电池RUL预测。

    2024年02期 v.47;No.649 133-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 1783K]
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  • 基于VMD和优化CNN-GRU的锂电池剩余使用寿命间接预测

    徐达;王海瑞;朱贵富;

    准确预测锂电池的剩余使用寿命(RUL)对降低电池使用风险有着至关重要的作用。为了解决电池容量在实际应用中不易获得以及单一门控循环神经网络(GRU)不能有效提取数据间的深层特征等问题,提出一种基于间接健康因子的混合神经网络模型,即融合变分模态分解(VMD)、一维卷积神经网络(1D-CNN)和麻雀搜索算法(SSA)优化GRU的组合剩余使用寿命预测模型。采用NASA数据集验证所提模型的有效性,实验结果表明,相比于GRU、VMD-GRU、VMD-SSA-GRU,所提模型具有较高的预测精度与更快的运行速度,可以应用于锂电池RUL预测。

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人工智能

  • 基于贝叶斯统计推断的粗集料级配测试研究

    巨鹏飞;陆艺;范伟军;赵静;

    拌合站现场粗集料来料的检测一般是通过筛网筛分的方式进行,检测效率低下。因此,引入一种基于贝叶斯统计推断的机器视觉检测方法,实现对集料的快速筛分。利用工业相机采集下落过程中的集料颗粒并进行图像预处理,选取每颗集料的图像序列中最大的Feret短径作为图像特征。此特征为集料颗粒的局部特征,无法代表颗粒的全局三维特征。因此引入贝叶斯统计推断的方法,首先利用贝叶斯公式计算出每颗集料在不同实际粒径区间的后验概率,然后通过概率累加获得被测集料在不同集料规格的可能颗粒数量。为推断每颗集料级配占比,利用贝叶斯推断的方法计算后验分布,从而估计集料颗粒的占比情况。实验结果表明,预测粒径与实际粒径的分布占比最大偏差为1.67%,符合现场快速检测要求。

    2024年02期 v.47;No.649 140-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 1641K]
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  • 基于贝叶斯统计推断的粗集料级配测试研究

    巨鹏飞;陆艺;范伟军;赵静;

    拌合站现场粗集料来料的检测一般是通过筛网筛分的方式进行,检测效率低下。因此,引入一种基于贝叶斯统计推断的机器视觉检测方法,实现对集料的快速筛分。利用工业相机采集下落过程中的集料颗粒并进行图像预处理,选取每颗集料的图像序列中最大的Feret短径作为图像特征。此特征为集料颗粒的局部特征,无法代表颗粒的全局三维特征。因此引入贝叶斯统计推断的方法,首先利用贝叶斯公式计算出每颗集料在不同实际粒径区间的后验概率,然后通过概率累加获得被测集料在不同集料规格的可能颗粒数量。为推断每颗集料级配占比,利用贝叶斯推断的方法计算后验分布,从而估计集料颗粒的占比情况。实验结果表明,预测粒径与实际粒径的分布占比最大偏差为1.67%,符合现场快速检测要求。

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  • 海参捕捞机器人运动控制系统的仿真研究

    葛安亮;陈浩;邵绪新;李相坤;

    随着水下机器人技术的发展,海参捕捞机器人将逐渐取代费时费力的人工捕捞作业。但是海参捕捞机器人的运动控制精度一直影响其运动稳定性和捕捞效率,一方面是由于海底的作业环境恶劣多变,机器人的结构功能复杂;另一方面是随着海参的累积,机器人的参数发生改变,原有控制模型的控制精度下降。为提高海参捕捞机器人的运动控制精度,在综合考虑机器人各种载荷的基础上,还考虑了海参对机器人造成的干扰,建立更加全面的机器人动力学模型;并运用模型预测控制理论和非线性干扰观测器对机器人的运动过程进行模拟分析。通过分别模拟机器人的定深下潜、运动姿态保持、路径跟踪和载重上升运动过程,定量分析机器人的运动控制精度,最后构建一个系统全面且精度较高的海参捕捞机器人运动控制系统。

    2024年02期 v.47;No.649 147-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 1758K]
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  • 海参捕捞机器人运动控制系统的仿真研究

    葛安亮;陈浩;邵绪新;李相坤;

    随着水下机器人技术的发展,海参捕捞机器人将逐渐取代费时费力的人工捕捞作业。但是海参捕捞机器人的运动控制精度一直影响其运动稳定性和捕捞效率,一方面是由于海底的作业环境恶劣多变,机器人的结构功能复杂;另一方面是随着海参的累积,机器人的参数发生改变,原有控制模型的控制精度下降。为提高海参捕捞机器人的运动控制精度,在综合考虑机器人各种载荷的基础上,还考虑了海参对机器人造成的干扰,建立更加全面的机器人动力学模型;并运用模型预测控制理论和非线性干扰观测器对机器人的运动过程进行模拟分析。通过分别模拟机器人的定深下潜、运动姿态保持、路径跟踪和载重上升运动过程,定量分析机器人的运动控制精度,最后构建一个系统全面且精度较高的海参捕捞机器人运动控制系统。

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前沿交叉科学

  • 基于环形阵列的油管损伤三维成像检测方法研究

    罗有刚;桂捷;富锐萍;胡相君;黄周启;王策;

    传统的瞬变电磁套管损伤检测技术是通过采集数据来反映套管损伤情况的二次场信息,反演套管二维壁厚曲线,为套管损伤提供解释依据。为了使套管损伤解释得更加高效、直观、精准,满足井口油管三维成像的需求,建立一种基于环形阵列式的井口油管三维成像检测系统,利用探测仪器中环形阵列分布的TMR传感器,对井口油管各个方位的信息进行采集,使得采集到的数据能够描述不同深度、不同角度的损伤情况。结合套管半径、涡流扩散时间以及径向探测角度之间的关系,通过对井口三维数据的处理,实现套管内外壁三维成像,进而实现井口油管的非对称损伤解释。通过与传统的电磁探伤曲线的对比,验证了所提井口油管三维成像检测方法的有效性,为现场套管损伤解释工作提供重要依据。

    2024年02期 v.47;No.649 155-159页 [查看摘要][在线阅读][下载 1524K]
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  • 基于环形阵列的油管损伤三维成像检测方法研究

    罗有刚;桂捷;富锐萍;胡相君;黄周启;王策;

    传统的瞬变电磁套管损伤检测技术是通过采集数据来反映套管损伤情况的二次场信息,反演套管二维壁厚曲线,为套管损伤提供解释依据。为了使套管损伤解释得更加高效、直观、精准,满足井口油管三维成像的需求,建立一种基于环形阵列式的井口油管三维成像检测系统,利用探测仪器中环形阵列分布的TMR传感器,对井口油管各个方位的信息进行采集,使得采集到的数据能够描述不同深度、不同角度的损伤情况。结合套管半径、涡流扩散时间以及径向探测角度之间的关系,通过对井口三维数据的处理,实现套管内外壁三维成像,进而实现井口油管的非对称损伤解释。通过与传统的电磁探伤曲线的对比,验证了所提井口油管三维成像检测方法的有效性,为现场套管损伤解释工作提供重要依据。

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  • 一种基于目标检测的动态环境下视觉定位系统

    钟兴军;吴俊琦;

    传统的基于同时定位与建图模型的视觉定位方法需要满足目标点静止假设,但大多数小型机器人的实际应用场景为动态,这限制了现有视觉定位算法在小型机器人上的使用。为此,文中使用YOLOv5卷积神经网络对环境中的动态目标进行检测,然后剔除分布在图中的移动特征点,进而改进位姿估计准确性的动态消除方法,并将此方法集成于ORBSLAM2视觉定位系统。改进方案在TUM公共动态数据集上的测试结果表明,基于YOLOv5的检测方法能够快速、准确地识别场景中的动态目标,并显著降低动态环境下位姿估计的绝对误差和相对漂移,是一种有效的动态场景视觉定位方案。

    2024年02期 v.47;No.649 160-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 1450K]
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  • 一种基于目标检测的动态环境下视觉定位系统

    钟兴军;吴俊琦;

    传统的基于同时定位与建图模型的视觉定位方法需要满足目标点静止假设,但大多数小型机器人的实际应用场景为动态,这限制了现有视觉定位算法在小型机器人上的使用。为此,文中使用YOLOv5卷积神经网络对环境中的动态目标进行检测,然后剔除分布在图中的移动特征点,进而改进位姿估计准确性的动态消除方法,并将此方法集成于ORBSLAM2视觉定位系统。改进方案在TUM公共动态数据集上的测试结果表明,基于YOLOv5的检测方法能够快速、准确地识别场景中的动态目标,并显著降低动态环境下位姿估计的绝对误差和相对漂移,是一种有效的动态场景视觉定位方案。

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  • 基于一维残差卷积的烟叶分级方法研究

    孙祥洪;罗智勇;

    在烟叶分级过程中,由于人为主观性、分级标准不一致等因素导致分级结果不一致。针对以上问题,提出一种一维残差卷积的烟叶等级分类模型。首先,改进VGG16网络,将方形矩阵卷积核和池化窗口改为适应于一维光谱数据的向量卷积核和池化窗口。然后,利用BasicBlock残差模块替换多层卷积叠加的结构,对光谱数据进行更深层的提取,防止梯度消失问题。最后,在卷积层后面接入BN层模块,通过归一化的方式,防止卷积计算后由于数据分布分散而导致的网络效率降低问题。选取B2V、B1F、C4F、C1L和X2L等5种不同等级的烟叶样本的近红外光谱数据进行实验。结果表明,所提方法对5种等级烟叶训练集和测试集的平均分类准确率分别为98.0%和97.3%,明显高于其他方法。该方法在一定程度上解决了烟叶人工分级带来的误差,减少了人力输出,提高了效率。

    2024年02期 v.47;No.649 165-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 1449K]
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  • 基于一维残差卷积的烟叶分级方法研究

    孙祥洪;罗智勇;

    在烟叶分级过程中,由于人为主观性、分级标准不一致等因素导致分级结果不一致。针对以上问题,提出一种一维残差卷积的烟叶等级分类模型。首先,改进VGG16网络,将方形矩阵卷积核和池化窗口改为适应于一维光谱数据的向量卷积核和池化窗口。然后,利用BasicBlock残差模块替换多层卷积叠加的结构,对光谱数据进行更深层的提取,防止梯度消失问题。最后,在卷积层后面接入BN层模块,通过归一化的方式,防止卷积计算后由于数据分布分散而导致的网络效率降低问题。选取B2V、B1F、C4F、C1L和X2L等5种不同等级的烟叶样本的近红外光谱数据进行实验。结果表明,所提方法对5种等级烟叶训练集和测试集的平均分类准确率分别为98.0%和97.3%,明显高于其他方法。该方法在一定程度上解决了烟叶人工分级带来的误差,减少了人力输出,提高了效率。

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  • 融合随机统计规律与优化思想的成分数据预测方法研究

    喻芳宇;高胜哲;

    频率分布序列预测是成分数据研究中一类重要的问题。融合频率分布所具有的统计规律性与优化思想。文章采用灰色预测理论与最优化方法相结合的预测方法,以期望与均值的预测值之间差异最小化为目标,设置历史经验约束与成分数据约束的组合为约束条件,构建二次规划数学预测模型,并通过某专业学生专业核心能力频率分布结构数据进行实证分析,验证了所提预测模型的有效性。结果表明,所提预测模型的平均绝对误差为0.041 6,均方根误差为0.046 0,方向余弦为0.982 4,与球坐标变换预测结果相比具有更好的预测精度,预测模型是可行的。研究表明,所提预测模型具有较好的预测精度,可以有效解决频率分布序列预测问题,同时对成分数据的分量中含有0或1的预测问题提供了一个新的研究思路。

    2024年02期 v.47;No.649 171-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K]
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  • 融合随机统计规律与优化思想的成分数据预测方法研究

    喻芳宇;高胜哲;

    频率分布序列预测是成分数据研究中一类重要的问题。融合频率分布所具有的统计规律性与优化思想。文章采用灰色预测理论与最优化方法相结合的预测方法,以期望与均值的预测值之间差异最小化为目标,设置历史经验约束与成分数据约束的组合为约束条件,构建二次规划数学预测模型,并通过某专业学生专业核心能力频率分布结构数据进行实证分析,验证了所提预测模型的有效性。结果表明,所提预测模型的平均绝对误差为0.041 6,均方根误差为0.046 0,方向余弦为0.982 4,与球坐标变换预测结果相比具有更好的预测精度,预测模型是可行的。研究表明,所提预测模型具有较好的预测精度,可以有效解决频率分布序列预测问题,同时对成分数据的分量中含有0或1的预测问题提供了一个新的研究思路。

    2024年02期 v.47;No.649 171-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K]
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  • 基于HHO优化的时空水质预测模型

    李顺勇;张睿轩;谭红叶;

    我国水资源现状不容乐观,提高水质预测模型精度对水资源质量监测具有重要意义。为捕捉水质指标时序数据非线性变化趋势,水质指标多基于神经网络模型进行预测。但是现有模型忽略了河流流向,没有考虑上游监测点水质对下游水质的影响;同时现有模型多基于启发式优化算法中的粒子群算法调整神经网络的超参数,但该优化算法仍需设置较多超参数,而参数选取不当容易使模型陷入局部最优。为此,建立了时空水质预测模型(WT-CNN-LSTM-HHO),利用哈里斯鹰优化算法(HHO),基于上游水质数据预测下游的氮、磷和溶解氧水质指标。实验结果显示,本文所提出的模型对水质预测性能有明显提升,可以实现设置较少超参数而达到较高的水质预测精度。

    2024年02期 v.47;No.649 176-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 1572K]
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  • 基于HHO优化的时空水质预测模型

    李顺勇;张睿轩;谭红叶;

    我国水资源现状不容乐观,提高水质预测模型精度对水资源质量监测具有重要意义。为捕捉水质指标时序数据非线性变化趋势,水质指标多基于神经网络模型进行预测。但是现有模型忽略了河流流向,没有考虑上游监测点水质对下游水质的影响;同时现有模型多基于启发式优化算法中的粒子群算法调整神经网络的超参数,但该优化算法仍需设置较多超参数,而参数选取不当容易使模型陷入局部最优。为此,建立了时空水质预测模型(WT-CNN-LSTM-HHO),利用哈里斯鹰优化算法(HHO),基于上游水质数据预测下游的氮、磷和溶解氧水质指标。实验结果显示,本文所提出的模型对水质预测性能有明显提升,可以实现设置较少超参数而达到较高的水质预测精度。

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  • 增强细节信息特征提取的鱼类个体识别算法

    王伟芳;殷健豪;高春奇;刘梁;

    在鱼类个体识别的实际应用场景中,由于水下环境噪声大、鱼体角度倾斜以及类内特征差异不明显,导致卷积神经网络特征提取能力低下,影响识别准确性。针对该问题,提出一种增强细节信息特征提取的鱼类个体识别算法(FishNetv1)。改进YOLOv5网络并建立损失函数,优化鱼类个体目标的检测结果。主干网络在MobileNet-v1的基础上完成优化,改进深度卷积层,更新ReLU激活函数,使用Leaky ReLU保留负值特征信息,实现特征信息的获取。在网络结构末端全连接层前增加特征加权层,去除卷积神经网络中常用的池化层,完成图像细节信息的增强和特征提取。实验结果表明,所设计模型在DLOUFish数据集上的平均准确率为92.46%,最高准确率达到95.69%。

    2024年02期 v.47;No.649 183-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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  • 增强细节信息特征提取的鱼类个体识别算法

    王伟芳;殷健豪;高春奇;刘梁;

    在鱼类个体识别的实际应用场景中,由于水下环境噪声大、鱼体角度倾斜以及类内特征差异不明显,导致卷积神经网络特征提取能力低下,影响识别准确性。针对该问题,提出一种增强细节信息特征提取的鱼类个体识别算法(FishNetv1)。改进YOLOv5网络并建立损失函数,优化鱼类个体目标的检测结果。主干网络在MobileNet-v1的基础上完成优化,改进深度卷积层,更新ReLU激活函数,使用Leaky ReLU保留负值特征信息,实现特征信息的获取。在网络结构末端全连接层前增加特征加权层,去除卷积神经网络中常用的池化层,完成图像细节信息的增强和特征提取。实验结果表明,所设计模型在DLOUFish数据集上的平均准确率为92.46%,最高准确率达到95.69%。

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