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2017,36(7):9-13, DOI:
Abstract:
承印物输送是数码喷墨印花机的主要组成部分，为了提高数码喷墨印花机的稳定运行，对承印物运动控制系统进行MATLAB/Simulink仿真。首先阐述了印花机承印物运动控制系统的基本原理，对伺服电机和步进电机的特点做出了对比分析；然后介绍了永磁同步电机伺服控制原理；最后对数码喷墨印花承印物运动控制系统进行了建模并对永磁同步电机驱动采用SVPWM控制系统运行进行了仿真分析，从而实现了承印物运动系统速度响应快、转速、转矩控制性能好。实验结果表明，该方法在一定程度上提高了数码喷墨印花承印物运动伺服系统印花的精度和稳定性。
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2017,36(7):14-17, DOI:
Abstract:
针对变压器因绕组变形而产生故障问题，分析了现有短路阻抗法和频响法检测绕组变形手段的特点和不足，研究了扫频短路阻抗法的基本原理和测试接线方式，在模型变压器上进行了绕组层间短路、绕组匝间短路等不同情况的试验测试，初步验证了该方法的有效性。以某220 kV变压器为测试对象，采用扫频短路阻抗法进行了变电站现场测试工作。该方法测试结果能够提供更多的测量参量，为绕组变形的研判提供了更多的参考依据，是一种很有价值的变压器绕组变形测试方法。
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2017,36(7):18-22, DOI:
Abstract:
对心电信号进行数字滤波时，因其幅频特性和过渡带的影响很容易造成心电波形失真,为了使原始含噪心电信号与降噪后的心电信号具有同等光滑性和最小方差估计特性，去噪连续性效果更好，分析研究了几种常用的去噪算法，并分别采用MIT BIH数据库中的数据及实测心电数据进行仿真分析，仿真结果表明采用小波阈值去噪算法可以更好的对心电信号进行去噪处理，得到清晰不失真的原始心电信号，信噪比(SNR)达到30以上，均方误差（MSE）在0.1以下，设计方法简单、计算量小，具有很好的应用前景和广泛地使用价值。
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2017,36(7):23-26, DOI:
Abstract:
针对目标导向矢量与波束指向失配导致自适应波束形成输出信干噪比下降问题，研究了一种基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域自适应波束形成算法。该算法首先在信号与噪声子空间内，基于阵列主瓣宽度自适应迭代估计待检测目标导向矢量的失配误差，进而基于目标估计导向矢量计算波束域ADBF权值。仿真实验表明，算法在较低信干噪比条件下即能准确估计目标真实导向矢量，进而避免ADBF由于导向矢量失配引起的输出信干噪比损失。鲁棒波束域ADBF算法收敛速度快，易于工程实施。
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2017,36(7):27-30, DOI:
Abstract:
随着船载双通道雷达天线频率的不断提高，天线角度标校所需要的远场距离条件越来越无法满足。通过对双通道雷达天线自跟踪系统的深入分析，给出了交叉耦合产生的机理，并以此为基础阐述了近场效应对校相和角度标校的影响。给出了当前解决近场效应的4类常用的应对方法，经实际工程验证和对比分析，在近场距离条件下，近场阵列天线法是解决雷达天线角度标校最适宜的方法。最后，以X频段天线为例进行了实际测试，结果证明该方法操作简便、数据稳定可用,并已在多次卫星测控任务中得到了验证。
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2017,36(7):31-33, DOI:
Abstract:
针对雷达制导射频半实物仿真试验系统目标回波模拟逼真度问题，分析了传统做法中未考虑雷达天线方向图的目标回波模拟方法的弊端。采取利用雷达天线方向图调制目标回波功率的方法，对仿真试验系统的回波功率控制算法进行改进，实现了更为真实的目标回波功率变化模拟。仿真结果证明，该方法有效解决了末制导雷达半实物仿真试验过程中，特别是在多目标的环境下频繁出现的副瓣跟踪问题，大大提高了射频半实物仿真系统仿真结果的可信度。
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2017,36(7):34-37, DOI:
Abstract:
根据圆柱螺纹量规在工业生产中测量的需求，实验验证了三坐标测量机测量圆柱螺纹量规中径测量系统的可行性。首先对圆柱螺纹量规的中径进行了实际测量，其测量结果与螺纹测量仪和卧式测长机两种方法的测量结果进行比对实验，比对结果证明三坐标测量机测量螺纹量规中径的测量结果达到预定的技术要求，得出结论三坐标测量机的测量系统适用于圆柱螺纹量规的中径测量。
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2017,36(7):38-42, DOI:
Abstract:
为了克服传统串级调速功率因数低及能量损耗大等固有缺点，提出了一种基于逆系统解耦附加变结构控制的电流型PWM串级调速系统。为增强系统的鲁棒性，PWM逆变器选用逆系统解耦附加变结构控制策略，并对该控制策略进行详细推导，加之斩波电路选用转速电流双闭环PI控制，最终获得了系统的控制图。最后利用MATLAB对该控制策略的有效性进行了仿真验证。仿真结果证实系统不仅具有良好动态特性，而且提高了功率因数，减少了谐波，节约了能源。
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2017,36(7):43-47, DOI:
Abstract:
方位多通道SAR系统能够克服最小天线面积的限制，从而满足了高分辨率和宽测绘带的性能要求，是星载SAR研究的热点。对于方位多通道SAR系统，通道间的幅相误差对系统成像性能有很大影响，必须对其进行标定。针对幅相误差具有空变性和估计精度易受噪声影响的特点，利用子空间投影算法，提出了一种基于地面发射机的定标方法，通过合理的地面发射机布设策略，解决幅相误差空变特性估计的问题，通过地面发射机容易实现高信噪比的特点，抑制噪声对估计精度的影响。最后通过仿真实验，对提出方法的有效性和精度进行了仿真验证，实验表明，该方法可以通过布设少量地面接收机即可解决幅相误差估计中空变特性和噪声影响的问题，同时还降低了算法的运算量，在仿真中达到了良好的估计精度，实现了成像的校正。
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2017,36(7):48-51, DOI:
Abstract:
地震动信号检测识别在边防预警、军事战争、石油管道监护、安全监控等领域有广泛应用，对此，设计了地震动信号检测识别系统。系统主要有以下4部分：地震检波器检测震动信号；STM32处理器进行A/D转换、识别算法的实现；GPS北斗定位模块实现目标的定位；无线传输模块进行数据无线传输。通过大量实验验证，该系统使用方便、性能可靠，能够准确识别人员和车辆目标。
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2017,36(7):52-54, DOI:
Abstract:
汽车动态称重系统的算法研究是动态称重系统研究中的难点。为了提高动态称重系统的测量精度，对传感器在车辆非停车状态下所得短历程信号进行分析，利用巴特沃斯低通滤波器滤除噪声信号中的高频分量后；采用Levenberg Marquardt优化算法进行最小二乘法拟合，有效的抑制了低频周期随机干扰，实现了载荷的分离；通过载荷分离计算出车辆重量。实验表明，该算法能够提高动态称重系统的测量精度。
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2017,36(7):55-57, DOI:
Abstract:
为实时无线监测人体心率，提出了一套基于低功耗蓝牙技术的无线心率计设计方案。该心率计主要由主控芯片CC2541芯片通过IIC接口连接传感器Max30100，控制采集并读取人体腕部脉搏波数据；CC2541作为一款支持低功耗蓝牙协议的单片机芯片，能将脉搏波数据传送至蓝牙主机设备。提出了一种改进的R波检测方法,该方法通过加入对心率基频及其谐频的分析，有效减少R波误判。多次实测表明，该心率计可稳定实现心率测量与无线传输，具有功耗低、精度高、快速测量、实时监测等特点。
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2017,36(7):58-61, DOI:
Abstract:
针对井下复杂的特殊环境以及对外网络的封闭性，基于Zigbee技术及Ethernet技术设计了矿井控制监控系统。通过GIS方式利用AutoCad对虚拟地图的转换，实现了对井下虚拟地图信息实时显示与连接操作。最后该系统通过网页虚拟地图方式能在PC上加以显示而且能够实现地图的连接操作，从而实现远程的监控功能。
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2017,36(7):62-67, DOI:
Abstract:
核相关滤波算法在目标旋转、部分遮挡等情况下具有很强的鲁棒性，但是其在实际工程上无法满足实时性跟踪的要求。借助DSP嵌入式平台，提出一种实时目标跟踪系统实现方案。首先，基于TMS32C6678处理器的硬件平台，对二维快速傅里叶变换(FFT2D)进行算法优化；其次，对KCF算法进行C语言级代码优化，包括循环展开、使用内联函数、使用关键字const等。实测结果表明，对640×480像素的图像，跟踪目标为32×64像素时，波门大小为64×128。在满足跟踪效果的同时，其跟踪速度最高达到25 ms/帧，符合实时性要求。
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2017,36(7):68-70, DOI:
Abstract:
在暗室中，搭建雷达导引头抗干扰性能测试所需的复杂电磁环境具有一定难度，其中目标雷达发射信号的产生尤其困难；对此提出了一种具有天线扫描特性的雷达发射信号产生算法。首先，分析了雷达天线方向图类型和天线扫描方式，并建立了对应数学模型；其次，将建立的数学模型与雷达方程结合，提出了雷达发射信号功率计算法；最后，以该算法为基础开发雷达信号模拟软件，并借助于矢量信号发生器生成具有天线扫描特性的雷达发射信号。测试结果表明，该算法产生的雷达信号具有天线扫描的特性，为暗室环境下导引头抗干扰性能的测试提供了信号保障。
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2017,36(7):71-76, DOI:
Abstract:
随着无人机技术的迅速发展，利用无人机代替人工进行电力线巡线是行业内发展的新趋势。尽管无人机电力巡线相对于人工巡检效率更高，更加安全，但无人机巡检仍然面临一些问题，无人机的避障技术亟待完善，在巡检过程中无人机会出现与周边障碍物相撞的情况，尤其是细小的电线对无人机安全造成巨大的威胁。这些线状物往往目标不明显，雷达，超声波等技术得到的回波较少，造成避障困难。基于双目视觉系统的无人机避障技术在无人机避障领域得到了广泛的研究和关注。针对双目视觉实时无人机电力巡检避障应用，提出了基于TCensus（形态学Tophat变换和MiniCensus）变换的匹配代价测量方法来对原始图像中的弱目标进行增强，同时采用基于十字结构的支持区域来提高匹配的准确度。实验证明，本文设计的双目视觉系统可以有效检测无人机到电力线之间的距离，检测误差达到5%，提出的TCensus立体匹配算法与其它方法相比除了能够获得同样准确的背景深度图之外，还能对电线区域具有更精细的成像效果。
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2017,36(7):77-81, DOI:
Abstract:
基于数字信号采集处理以及数字示波器存储显示原理，提出了一种简易逻辑分析仪制作方案。该系统主要由C8051F020与FPGA最小系统模块、ADC采集模块、信号衰减模块及TFT触摸显示模块组成。该设计采用单级、三级触发方式判断，可同时对8路信号进行采集、触发、存储及显示。经实验验证，该系统具有较高的测试速率、能实现多通道输入、可进行多级触发等优点。
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2017,36(7):82-85, DOI:
Abstract:
主要对FSAE赛车发动机进气系统的结构进行分析，从而在满足大赛规则的前提下设计出符合FSAE赛车高速、稳定性能要求的发动机进气系统，即在赛车发动机进气系统中安装稳压腔。首先对本校车队大赛用车选定的发动机进气系统的结构参数进行设计，再利用CATIA软件实现参数化建模，建立两种进气系统的3D模型（安装稳压腔和不安装稳压腔结构），并将其分别导入到ANSYS 软件中进行流体分析。通过比较分析证明带稳压腔的进气系统在进气速度的均匀性与进气压力稳定性上较传统未安装稳压腔的结构均具有一定的优势。
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2017,36(7):86-89, DOI:
Abstract:
详细介绍了具有较强拓展性的振动测试数据采集分析的软件平台设计。该软件平台主要通过基于多任务操作的软件架构、活动窗口设计、预留API接口以及硬件通用性设计等方面的设计，保证了软件平台强大的拓展性，从而实现软件平台的通用。基于该平台设计的高层次振动数据分析软件，如模态参数识别和动载荷识别软件，利用该平台已有的功能和软件架构，可以方便地进行二次开发，拓展软件功能，实现更复杂振动数据分析处理，减少重复劳动，加快软件开发进程。设计完成后，通过试验对比和软件开发案例，验证了软件的可行性和可用性。
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2017,36(7):90-94, DOI:
Abstract:
CH395是一款集成TCP/IP协议栈的国产以太网控制器芯片,为给普通单片机扩展基于CH395的以太网通信功能,提供实测数据传输速率参考。以单片机C8051F340外扩CH395为例，给出了一种简单易行的CH395网络通信速率测试方案。该方案在硬件上选用C8051F340片上外设中占用硬件资源较少且速率较快的SPI接口与CH395互连实现网络数据交互。在软件上单片机C8051F340直接通过命令调用CH395自带的库函数并采用CH395内置的TCP/IP协议栈把单片机配置成服务器，用LabVIEW上位机做的客户端与其进行数据通信。通过一种测试方案两种测试方法并经过多次数据通信实验，在SPI单收和单发模式下不丢失数据的情况下网络通信平均速率可以稳定达到200 KB/s。
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2017,36(7):95-97, DOI:
Abstract:
论述了纤维卷尺的历史溯源和量值溯源。依据JJG5 2001《纤维卷尺、测绳检定规程》，详细论述了纤维卷尺的不确定度评定的步骤与方法，按照校准方法，数学模型，方差和传播系数，标准不确定度，合成不确定度以及扩展不确定度计算的顺序编写。并将其扩展不确定度与规程规定的最大允许误差作比较，得出此测量方法可行的结论。并提出了高精度玻璃纤维卷尺的发展方向。
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2017,36(7):98-102, DOI:
Abstract:
采用STC15F2K60S2单片机控制具有I2C总线结构的PCF8591数模转换器，产生正弦波、方波和三角波3种信号波形，通过按键K1切换波形，K2实现频率的增大，K3调节频率的减小，最终输出幅值为5 V可调频率的所需波形，并在液晶显示不同波形的波形名称和频率。同时，用Proteus软件对波形发生器进行仿真模拟，实验结果表明，仿真与实际制作电路的结果基本一致。该波形发生器操作方便，运行稳定可靠，输出波形可以满足教学和电子测量的要求。
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2017,36(7):103-106, DOI:
Abstract:
设计一种以STC89C51单片机为控制核心，具备避障、循迹和遥控功能的智能小车。使用光电开关检测障碍，通过控制电机转向来进行壁障；使用红外传感器寻找线路，控制智能小车自行循迹；使用红外遥控器实现前进、后退、向右、向左、停止和发动功能。小车由底盘、传感器和车载电路组成，车载电路包括电源、单片机最小系统和驱动。系统采用了模块化设计方法，结构简单，可靠性高。
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2017,36(7):107-109, DOI:
Abstract:
随着生产技术的飞速发展和市场竞争的日益激烈，为了保证产品的低成本和高质量，在线实时检定技术在生产生活中得到了广泛的应用。简要介绍了离线检定的局限性和在线检定的必要性。介绍了几种用于支持在线检定的技术手段：传感器技术、高速摄像技术、激光多普勒技术以及电荷耦合器（CCD）技术，并用接触式在线检定计米器和非接触式在线检定计米器的应用举例。最后提出了作为检定机构要与时俱进，用在线检定支持新型生产模式的努力方向。
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2017,36(7):110-113, DOI:
Abstract:
如何实现非同轴微波器件S参数的精确测量一直是业界的技术难题，制作、使用微波夹具是实现其网络参数直接测量的主要途径之一。文章介绍了传统夹具测试方法，重点论述了运用TRL校准技术进行夹具测量的解决方案，并给出夹具TRL校准件设计方法和注意事项。通过具体夹具校准件的设计和测量试验完成了设计验证，该技术方案能够很好地去除夹具误差、显著提高测试精度， 并具有较强的可操作性。
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2017,36(7):114-114, DOI:
Abstract:
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2017,36(7):114-115, DOI:
Abstract:
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2017,36(7):115-115, DOI:
Abstract:
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2017,36(7):115-115, DOI:
Abstract:
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2017,36(7):116-116, DOI:
Abstract:
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2017,36(7):116-116, DOI:
Abstract:
2017年第36卷第7期
理论与方法
研究与开发
应用天地
业界动态
2017年第36卷第7期
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改进VAN的水下目标检测算法
Abstract:
针对传统水下图像检测方式易受水中光线、复杂环境的影响,造成水下目标识别精度不高,泛化性较差的问题,提出了一种改进YOLOv5s的水下目标检测算法。首先引入了Double MSRCR算法,解决了水下物体清晰度低,特征模糊的问题。在网络结构方面,主干网络引入C_VAN模块,提升了神经网络特征提取能力。其次在颈部网络中,引入RFB_S感受野,增强神经网络的多尺度适应能力。最后引入NAMAttention空间与通道注意力机制,增强网络上下文特征的表达能力,实验结果表明:所提方法相较于YOLOv5s检测精确度提高2.7%,证明了方法适用于实时水下检测任务。
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基于非局部空间约束的可靠性核FCM算法的图像分割
Abstract:
针对图像易受到噪声破坏的现象,导致传统的模糊C均值(FCM)算法分割效果差的问题,提出基于非局部空间约束的可靠性核FCM算法,旨在有效的去除噪声干扰和保留图像细节。首先在FCM的目标函数中引入了一个非局部空间约束项,并在此基础上利用一个正则化参数来增强图像细节保留的能力；其次引入一个不确定性的聚类模型,以降低噪声点和边缘点的影响；最后使用高斯核距离代替欧氏距离,进一步提高算法对噪声的鲁棒性。利用含噪声的合成图像、自然图像和遥感图像进行实验,结果表明所提算法抗噪性较好,同时也能保留更多的图像细节。
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使用复合注意力的文本图像超分辨率算法研究
Abstract:
现实场景下，低分辨率的文本图像会导致识别准确率降低。为了解决这个问题，本文提出一种使用复合注意力的文本图像超分辨率方法。在复合注意力模块中，将空间注意力模块改进为优化残差模块，并在优化残差模块中融入增强型空间注意力模块，从而重建出清晰的超分辨率文本图像。同时，引入多层训练损失函数即均方误差损失和小波损失，增加文本边缘的锐度，使生成图像中的文本具有清晰的边缘和正确的结构。实验结果证明，本文提出方法相较于对比方法，视觉感受方面，文字结构和边缘细节更清晰，对比度更高；客观指标方面，图像质量评价指标与文本识别准确率均得到了有效提升。
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基于位置信息校正和条带化融合的西林瓶标签文本检测方法
Abstract:
西林瓶标签信息检测对实现药品自动化管理以及建设智能化药房有着重要意义。针对目前文本检测网络对西林瓶标签文字检测存在精确率低、极端长宽比和大型文字检测效果较差的问题，提出了一种基于位置信息校正和条带化融合的西林瓶标签文本检测方法。首先，通过增加感受野模块扩大网络的感受野，提高文本检测的精度；其次，提出了位置信息校正模块，避免特征融合时下采样导致位置信息偏移；最后，采用条带化尺度融合模块的竖直和水平条带状池化层收集上下文空间特征信息，从而引导特征的自适应融合，实现对极端长宽比文字的有效检测。实验结果表明，本文提出的检测网络相比于原始模型，在西林瓶标签数据集上F1-score、精度和召回率分别提高了2.47%、3.12%和1.57%，优于目前大多文本检测网络。
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基于改进PointNet++的室内点云语义分割模型
李云飞, 张巧芬, 王桂棠, 胡海泽, 吴铭扬, 蔡志勇, 陈楚浜, 张顺
Abstract:
针对点云语义分割过程中存在的大量点云数据的相邻关系丢失以及无法捕获部分点云特征的关键信息等问题，本文提出了一种基于改进PointNet++的室内点云语义分割模型。首先利用中垂线通道采样获取到更具代表性的采样点，从而提高采样结果的信息丰富度；在此基础上使用采样点邻域特征自适应分组，使组内采样点的分布特征和邻域内的点云特征更加接近，然后引入注意力机制，以实现对点云数据的多层次、多维度的建模和表达；最后通过实验进行性能对比分析，实验结果表明，使用本模型对室内点云进行语义分割相较于PointNet ++模型的整体准确率提高了5.6%，因此本文提出的语义分割网络改进模块能够帮助神经网络提取到更优的点云特征信息，从而提高语义分割网络模型的性能。
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基于LSTM与KPCA的退役动力电池分选方法
Abstract:
针对退役动力电池的快速分选问题,提出了一种能够满足电网储能要求的基于长短期记忆网络(LSTM)、核主成分分析(KPCA)和优化K-means聚类的退役动力电池快速分选方法。采用二阶RC模型和混合脉冲功率测试(HPPC)数据,利用带遗忘因子的最小二乘法(FFRLS)获取电池参数；然后结合LSTM网络,估计电池健康状态(SOH)和最大可用容量；根据电池参数和梯次利用范围进行初分选,剔除不适用于电网储能的电池；最后依据KCPA处理的特征变量,采用改进的K-means聚类算法进行再分选。仿真结果表明,该方法准确度超过97%,具有较高应用价值。
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MRC-PBM：一种中文电子病历嵌套命名实体识别方法
Abstract:
中文电子病历实体包含大量的医学领域词汇并具有明显的嵌套特征。嵌套实体识别时往往存在目标实体定位不完整、不准确的问题。针对这一问题，提出了一种基于机器阅读理解的中文电子病历嵌套命名实体识别模型MRC-PBM (Machine Reading Comprehension - Position Information Biaffine and MLP) 。该模型将NER (Named Entity Recognition) 转化为机器阅读理解任务，将中文电子病历文本和预定义的查询语句串联作为输入，使用基于医学的预训练模型MC_BERT获取词向量，然后通过双向长短期记忆网络模型 (BiLSTM) 和多粒度扩张卷积模型分别获取双向的特征信息以及单词之间的信息，得到相应的特征向量，最后使用Hybrid-PBM 预测器进行实体预测。在嵌套和平面NER数据集上进行实验。实验表明，该模型在糖尿病语料和公开医学数据集上优于其他主流神经网络模型，F1值比基线模型提高了1.21%～5.80%。
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考虑P2HH和二维激励需求响应的综合能源系统优化调度
Abstract:
为了提升综合能源系统中电转氢的能源利用效率与改善系统的需求响应潜力,文章提出一种电转氢热(power-to-hydrogen-and-heat,P2HH)与二维激励需求响应(demand response,DR)机制相结合的优化调度方法。首先,引入P2HH模型,通过回收电解过程中产生的余热,提升能源利用效率,减少燃气锅炉的输出；其次,利用阶梯式激励模式的二维需求响应机制更加有效地引导综合能源系统实行需求侧响应；最后,以系统总运行成本最低为目标建立综合能源系统优化调度模型。仿真结果表明,引入二维激励需求响应机制与P2HH可以充分发挥其在综合能源系统调度中的作用,能有效调节机组出力和降低负荷峰谷差,同时兼顾系统的经济性与能效性。
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基于ROS与融合算法的室内无人机路径规划研究
Abstract:
针对四旋翼无人机在室内环境下路径规划效率低、缺乏实用性等问题,提出一种基于融合改进算法的路径规划方法。首先引入室内混合约束,使用动态加权对传统A*算法的评价函数进行重构；其次根据不同地图区域方位角自适应调整邻域搜索方式；然后考虑无人机实际尺寸影响,设定安全半径,并用Floyd算法对路径做拐点冗余处理；最后融合改进A*算法与改进DWA算法,实现了四旋翼无人机的室内自主路径规划和避障。MATLAB不同仿真环境下的结果表明,改进后算法搜索节点数和转弯角度分别平均减少63.1%和58.9%,保证全局路径最优的同时,提升了搜索效率与路径安全性。经ROS操作系统的实验结果验证,融合算法在避障效果与运动平稳性等方面具备明显优势,可应用于室内复杂场景下无人机的路径规划。
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基于改进YOLO V5的钢轨内部伤损Ｂ显图像识别与分类
Abstract:
钢轨正常工作是铁路安全运营的重要保障,开展钢轨损伤检测研究具有重要的意义。钢轨的损坏、裂纹和疲劳可能引发脱轨和事故,威胁乘客和货物的安全。传统的人工钢轨探伤存在判伤时间长、漏报率高等问题。本文基于改进的YOLO V5目标检测算法,对铁路行业的钢轨超声波B显图像进行伤损识别与分类研究。在YOLO V5网络结构中引入卷积注意力机制模块,基于一种改进的损失评价函数,以提高模型训练的速度和鲁棒性。同时,在样本集构建方面,改进Mosaic数据增强方法,随机粘贴一个或多个样本小目标于另外样本对应出波区形成新样本,扩充B显图像数据集；基于数据迁移技术,将基于第三方钢轨超声波B显样本数据训练得到的模型参数作为模型训练的初始化参数以提升模型泛化性能。对实际标准样轨进行实验,可成功识别全部4类典型钢轨伤损,mAP50-95达到了76.9%,验证了研究成果良好的快速性、准确性、鲁棒性和泛化性。
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基于多目标优化的ISMA-CNN-BiLSTM短期负荷预测
Abstract:
为提高短期负荷的稳定预测能力,本文提出一种基于多目标优化黏菌算法(Improved Slime Mould Algorithm, ISMA)的CNN-BiLSTM短期负荷预测模型。针对现有黏菌算法(Slime Mould Algorithm, SMA)易陷入局部最优且全局搜索能力存在一定局限的问题,首先,采用Sin混沌映射生成初始黏菌种群；其次,引入Tent混沌映射和高斯变异来提高种群的多样性,增强寻找局部最优解的概率；同时,还引入了新的自适应惯性权重和融合随机扰动、贪心策略等改进方法,以优化算法的全局搜索能力。此外,为了验证ISMA的优势,基于不同类型的测试函数进行实验,结果表明:相较于其他算法,ISMA具有更高的寻优精度和更快的收敛速度。最后,对某区域的真实负荷数据进行分析,结果显示:在预测一周负荷时,所提出的模型相较于CNN-BiLSTM和SMA-CNN-BiLSTM模型,其平均绝对百分比误差分别降低了1.79%和1.04%,进一步验证了ISMA-CNN-BiLSTM模型在短期负荷预测方面具有较高的准确性。
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基于改进YOLOv5s的车辆行人检测
Abstract:
针对车辆行人检测中容易出现小目标错检、漏检的问题,提出了一种基于改进YOLOv5s的车辆行人检测算法,首先在不改变原有PANet的条件下,从头部网络引出第四个检测头,提高对小目标的检测能力,其次在主干网络中设计CF模块来代替原有的下采样模块,增强特征提取能力,然后将Neck网络中通道数减半的C3模块重新设计为S-C3,减少Neck部分的信息丢失问题,最后重新构建SPPF模块为D-SPP模块,为Neck部分保留更加细致的特征,提高对目标的检测精度。实验采用KITTI数据集,对数据集进行类别合并、删除等处理。实验表明,改进的算法与原算法在KITTI上相比对小目标错检、漏检的问题有明显改善。并且依旧满足实时性的要求。
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基于机器视觉的条烟在线分类方法
Abstract:
针对条烟在线分类过程中条烟外表面类间差异性小、图像低照度现象所造成的分类精度低、耗时长的问题，提出一种基于机器视觉的条烟在线分类方法。该方法通过线扫描式视觉传感器，搭配同轴线光源采集条烟视觉图像，预处理采用改进的CLAHE算法，基于HIS色彩空间中的亮度分量I，使用亮度分量直方图峰值和均方差量化裁剪参数，自适应增强低照度图像亮度。分类使用ConvNeXt为主干网络，提出特征融合模块，将浅层纹理特征与深层特征进行二次融合，增加局部细节信息，提高条烟分类的准确性；随后提出block加速模块，在block中加入SimAM无参注意力机制并使用结构重参数化，以优化模型并增快推理速度。实验表明，本文算法的鲁棒性强，分类精确度达到99.99%，能够满足条烟在线分类的要求。
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基于改进结构与位置对齐网络的表结构识别法
Abstract:
针对现有表格结构检测方法运算量大,表格结构识别准确率低的问题,提出了一种改进的表格结构识别方法。该方法优化了结构与位置对齐网络,提出在一个轻量级的CPU卷积神经网络PPLCNet较深层增加残差连接,加强网络的学习能力；在特征提取和特征融合之间引入CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制,同时从通道和空间维度加强模型对目标对象的定位能力；在Head部分采用卷积层替代全连接层,实现权重共享,用来降低模型的计算量；此外,还采用smooth L1损失函数,通过回归表格四顶点坐标,避免图像畸变对于模型性能的影响；为了验证算法的性能,采用PubTabNet数据集进行测试,结果表明所提方法的准确率达到71.58%,基于树编辑距离的相似度(TEDS)达到94.47%；相比较于改进前模型精度提升了2.76%,TEDS提升了0.79%,模型综合性能更优。
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基于采样序列重构和频谱校正的通用电网闪变测量方法
Abstract:
当前闪变参数测量方法都假设在已知闪变调制波类型的前提下进行测量,然而实际闪变调制波类型无法提前预知,使得这些检测算法在实际使用时严重受限。为此,本文提出一种基于采样序列重构和频谱校正的通用电网闪变测量方法。该方法首先通过改进Teager能量算子提取闪变包络,再利用加Rife-Vincent窗插值FFT算法校正闪变包络的频谱以获得闪变临时参数。将所得临时参数重构出两类闪变调制波序列,通过两类重构序列与预设阈值对比以实现闪变调制波类型辨识,最后依据调制波类型辨识结果得到电网闪变实际参数。仿真实验与实际硬件平台的测试结果验证了本文算法的准确性和可靠性。
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基于电压前馈PSO-QPCI的电力弹簧控制策略研究
Abstract:
针对比例谐振控制器应用于电力弹簧(ES)传统控制策略中使系统动态性能较差的问题，文中设计了一种基于电网电压前馈的准比例复数积分(QPCI)双闭环控制策略。通过对ES数学模型的构建、控制策略的设计以及稳定性分析，使关键负载电压能够快速稳定到参考值。此外，引入粒子群算法(PSO)对QPCI控制器参数进行实时调整和寻优，以提高系统动态调节能力。最后，通过Matlab/Simulink仿真和基于dSPACE的实验样机进行验证，实验结果表明：文中设计的基于电压前馈PSO-QPCI+P控制策略能够满足关键负载电压的控制需求，且自适应能力强、稳定性好。
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基于WOA算法优化的串级模糊PID吊车控制
Abstract:
为了同时解决吊车在复杂工况下运行时负载的摇摆问题和小车定位问题，设计了一种基于WOA算法优化的吊车串级模糊PID控制系统。本研究根据吊车动力学结构特征，将吊车系统分为内外两个子系统进行串级控制，保证了内部独立性的同时，又加强了系统的抗干扰能力。考虑到WOA算法调节参数少，寻优能力强的特点。本研究设计出了一种对吊车控制系统的内部参数（量化因子，比例因子）进行在线自整定的控制策略，解决了该类参数以往严重依赖于人工试凑法调整的缺陷，使得控制系统的性能达到了最优。通过设计传统PID吊车控制系统、串级模糊PID系统、以及设计传统PSO算法优化的吊车系统作为对比，实验结果证明本研究设计的基于WOA算法控制的串级模糊PID吊车控制策略更好，具体表现在其对负载的消摆作用更好，同时吊车的小车定位时间更短，超调量等各项性能指标更出色。本研究还设置了不同吊装高度的变绳长实验，表明了本研究提出的控制系统对参数变化不敏感，可直接移植于不同的吊车系统，具有广泛的适用性。
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基于改进YOLOv5与边缘计算的智能猪只盘点
Abstract:
针对生猪检测盘点算法在复杂场景中泛化能力弱,猪只遮挡误差较大,且推理速度慢,不易在边缘设备部署的问题,提出一种改进的YOLOv5算法,并将其部署在NVIDIA Jetson Xavier NX边缘设备上进行猪只盘点。采用半监督伪标签方式的数据增强策略,提高泛化能力；在YOLOv5主干网络中加入ECA注意力机制实现跨通道的信息交互,提高模型的精度及推理速度；采用SPPCSPC模块替换SPP模块,在原有基础上引入残差,更好地引导梯度流的传递,提高模型的精度；采用SIoU损失函数,减少回归框的“震荡”,降低盘点误差,提高模型推理速度。在实际场景猪只数据集上的实验结果表明,与改进前相比,平均绝对误差和均方根误差分别降低0.69、0.65,平均精度均值和召回率分别提高2.02%、2.75%,帧率提高6.53。该算法可以有效减小猪只遮挡产生的误差并提高算法推理速度,实现了基于边缘设备的实时猪只盘点。
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基于改进YOLOv5的飞机蒙皮表面缺陷检测方法
Abstract:
飞机蒙皮表面缺陷会影响飞机的气动特性,严重的甚至会影响飞行安全。针对飞机蒙皮表面缺陷检测精度不高的问题,提出一种基于改进YOLOv5的缺陷检测方法,对裂纹、腐蚀、划痕和撞击等四类缺陷进行检测。该方法首先对采集的飞机蒙皮表面缺陷数据集利用MSSIM方法剔除相似性图像；接着,在YOLOv5的Backbone部分融入卷积注意力模块CBAM；最后,在Neck部分使用移动窗口转换模块STB替换CSP_2模块。实验结果表明：改进后的方法检测性能较好,准确率、召回率和平均精度分别达到88.29%、87.13%和92.88%,比YOLOv5s高出3.28%、3.04%和2.77%,为飞机蒙皮表面缺陷检测提供技术参考。
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多策略混合改进的蛇形优化算法及其工程应用
Abstract:
针对标准蛇形优化算法存在种群初始化随机和收敛速度、精度不足的缺陷,提出一种混合多策略改进的蛇形优化算法。首先,使用精英反向学习机制改进原算法种群初始化过程,提高初始解的质量；同时,将黄金正弦作为局部优化算子嵌入到莱维飞行策略中,加快算法的收敛速度和精度,平衡算法的全局探索和局部开发。实验部分使用了10个基准测试函数和CEC2019测试函数,同时还使用了Wilcoxon秩和检验以及高维测试函数来验证提出的算法的有效性,实验结果表明,提出的改进策略有效且各策略间相辅相成,使得改进后算法的求解精度和鲁棒性更具竞争力。最后，将提出的改进算法应用于车辆侧面碰撞设计问题，计算得到的最小重量为22.48726，在各对比算法中仍然具有明显优势，验证了提出算法在工程问题应用中的有效性。
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2017,36(7):9-13, DOI:
Abstract:
承印物输送是数码喷墨印花机的主要组成部分，为了提高数码喷墨印花机的稳定运行，对承印物运动控制系统进行MATLAB/Simulink仿真。首先阐述了印花机承印物运动控制系统的基本原理，对伺服电机和步进电机的特点做出了对比分析；然后介绍了永磁同步电机伺服控制原理；最后对数码喷墨印花承印物运动控制系统进行了建模并对永磁同步电机驱动采用SVPWM控制系统运行进行了仿真分析，从而实现了承印物运动系统速度响应快、转速、转矩控制性能好。实验结果表明，该方法在一定程度上提高了数码喷墨印花承印物运动伺服系统印花的精度和稳定性。
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2017,36(7):14-17, DOI:
Abstract:
针对变压器因绕组变形而产生故障问题，分析了现有短路阻抗法和频响法检测绕组变形手段的特点和不足，研究了扫频短路阻抗法的基本原理和测试接线方式，在模型变压器上进行了绕组层间短路、绕组匝间短路等不同情况的试验测试，初步验证了该方法的有效性。以某220 kV变压器为测试对象，采用扫频短路阻抗法进行了变电站现场测试工作。该方法测试结果能够提供更多的测量参量，为绕组变形的研判提供了更多的参考依据，是一种很有价值的变压器绕组变形测试方法。
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2017,36(7):18-22, DOI:
Abstract:
对心电信号进行数字滤波时，因其幅频特性和过渡带的影响很容易造成心电波形失真,为了使原始含噪心电信号与降噪后的心电信号具有同等光滑性和最小方差估计特性，去噪连续性效果更好，分析研究了几种常用的去噪算法，并分别采用MIT BIH数据库中的数据及实测心电数据进行仿真分析，仿真结果表明采用小波阈值去噪算法可以更好的对心电信号进行去噪处理，得到清晰不失真的原始心电信号，信噪比(SNR)达到30以上，均方误差（MSE）在0.1以下，设计方法简单、计算量小，具有很好的应用前景和广泛地使用价值。
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2017,36(7):48-51, DOI:
Abstract:
地震动信号检测识别在边防预警、军事战争、石油管道监护、安全监控等领域有广泛应用，对此，设计了地震动信号检测识别系统。系统主要有以下4部分：地震检波器检测震动信号；STM32处理器进行A/D转换、识别算法的实现；GPS北斗定位模块实现目标的定位；无线传输模块进行数据无线传输。通过大量实验验证，该系统使用方便、性能可靠，能够准确识别人员和车辆目标。
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2017,36(7):52-54, DOI:
Abstract:
汽车动态称重系统的算法研究是动态称重系统研究中的难点。为了提高动态称重系统的测量精度，对传感器在车辆非停车状态下所得短历程信号进行分析，利用巴特沃斯低通滤波器滤除噪声信号中的高频分量后；采用Levenberg Marquardt优化算法进行最小二乘法拟合，有效的抑制了低频周期随机干扰，实现了载荷的分离；通过载荷分离计算出车辆重量。实验表明，该算法能够提高动态称重系统的测量精度。
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2017,36(7):23-26, DOI:
Abstract:
针对目标导向矢量与波束指向失配导致自适应波束形成输出信干噪比下降问题，研究了一种基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域自适应波束形成算法。该算法首先在信号与噪声子空间内，基于阵列主瓣宽度自适应迭代估计待检测目标导向矢量的失配误差，进而基于目标估计导向矢量计算波束域ADBF权值。仿真实验表明，算法在较低信干噪比条件下即能准确估计目标真实导向矢量，进而避免ADBF由于导向矢量失配引起的输出信干噪比损失。鲁棒波束域ADBF算法收敛速度快，易于工程实施。
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2017,36(7):31-33, DOI:
Abstract:
针对雷达制导射频半实物仿真试验系统目标回波模拟逼真度问题，分析了传统做法中未考虑雷达天线方向图的目标回波模拟方法的弊端。采取利用雷达天线方向图调制目标回波功率的方法，对仿真试验系统的回波功率控制算法进行改进，实现了更为真实的目标回波功率变化模拟。仿真结果证明，该方法有效解决了末制导雷达半实物仿真试验过程中，特别是在多目标的环境下频繁出现的副瓣跟踪问题，大大提高了射频半实物仿真系统仿真结果的可信度。
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2017,36(7):27-30, DOI:
Abstract:
随着船载双通道雷达天线频率的不断提高，天线角度标校所需要的远场距离条件越来越无法满足。通过对双通道雷达天线自跟踪系统的深入分析，给出了交叉耦合产生的机理，并以此为基础阐述了近场效应对校相和角度标校的影响。给出了当前解决近场效应的4类常用的应对方法，经实际工程验证和对比分析，在近场距离条件下，近场阵列天线法是解决雷达天线角度标校最适宜的方法。最后，以X频段天线为例进行了实际测试，结果证明该方法操作简便、数据稳定可用,并已在多次卫星测控任务中得到了验证。
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2017,36(7):34-37, DOI:
Abstract:
根据圆柱螺纹量规在工业生产中测量的需求，实验验证了三坐标测量机测量圆柱螺纹量规中径测量系统的可行性。首先对圆柱螺纹量规的中径进行了实际测量，其测量结果与螺纹测量仪和卧式测长机两种方法的测量结果进行比对实验，比对结果证明三坐标测量机测量螺纹量规中径的测量结果达到预定的技术要求，得出结论三坐标测量机的测量系统适用于圆柱螺纹量规的中径测量。
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2017,36(7):38-42, DOI:
Abstract:
为了克服传统串级调速功率因数低及能量损耗大等固有缺点，提出了一种基于逆系统解耦附加变结构控制的电流型PWM串级调速系统。为增强系统的鲁棒性，PWM逆变器选用逆系统解耦附加变结构控制策略，并对该控制策略进行详细推导，加之斩波电路选用转速电流双闭环PI控制，最终获得了系统的控制图。最后利用MATLAB对该控制策略的有效性进行了仿真验证。仿真结果证实系统不仅具有良好动态特性，而且提高了功率因数，减少了谐波，节约了能源。
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2017,36(7):43-47, DOI:
Abstract:
方位多通道SAR系统能够克服最小天线面积的限制，从而满足了高分辨率和宽测绘带的性能要求，是星载SAR研究的热点。对于方位多通道SAR系统，通道间的幅相误差对系统成像性能有很大影响，必须对其进行标定。针对幅相误差具有空变性和估计精度易受噪声影响的特点，利用子空间投影算法，提出了一种基于地面发射机的定标方法，通过合理的地面发射机布设策略，解决幅相误差空变特性估计的问题，通过地面发射机容易实现高信噪比的特点，抑制噪声对估计精度的影响。最后通过仿真实验，对提出方法的有效性和精度进行了仿真验证，实验表明，该方法可以通过布设少量地面接收机即可解决幅相误差估计中空变特性和噪声影响的问题，同时还降低了算法的运算量，在仿真中达到了良好的估计精度，实现了成像的校正。
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2017,36(7):55-57, DOI:
Abstract:
为实时无线监测人体心率，提出了一套基于低功耗蓝牙技术的无线心率计设计方案。该心率计主要由主控芯片CC2541芯片通过IIC接口连接传感器Max30100，控制采集并读取人体腕部脉搏波数据；CC2541作为一款支持低功耗蓝牙协议的单片机芯片，能将脉搏波数据传送至蓝牙主机设备。提出了一种改进的R波检测方法,该方法通过加入对心率基频及其谐频的分析，有效减少R波误判。多次实测表明，该心率计可稳定实现心率测量与无线传输，具有功耗低、精度高、快速测量、实时监测等特点。
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2017,36(7):62-67, DOI:
Abstract:
核相关滤波算法在目标旋转、部分遮挡等情况下具有很强的鲁棒性，但是其在实际工程上无法满足实时性跟踪的要求。借助DSP嵌入式平台，提出一种实时目标跟踪系统实现方案。首先，基于TMS32C6678处理器的硬件平台，对二维快速傅里叶变换(FFT2D)进行算法优化；其次，对KCF算法进行C语言级代码优化，包括循环展开、使用内联函数、使用关键字const等。实测结果表明，对640×480像素的图像，跟踪目标为32×64像素时，波门大小为64×128。在满足跟踪效果的同时，其跟踪速度最高达到25 ms/帧，符合实时性要求。
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2017,36(7):58-61, DOI:
Abstract:
针对井下复杂的特殊环境以及对外网络的封闭性，基于Zigbee技术及Ethernet技术设计了矿井控制监控系统。通过GIS方式利用AutoCad对虚拟地图的转换，实现了对井下虚拟地图信息实时显示与连接操作。最后该系统通过网页虚拟地图方式能在PC上加以显示而且能够实现地图的连接操作，从而实现远程的监控功能。
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2017,36(7):68-70, DOI:
Abstract:
在暗室中，搭建雷达导引头抗干扰性能测试所需的复杂电磁环境具有一定难度，其中目标雷达发射信号的产生尤其困难；对此提出了一种具有天线扫描特性的雷达发射信号产生算法。首先，分析了雷达天线方向图类型和天线扫描方式，并建立了对应数学模型；其次，将建立的数学模型与雷达方程结合，提出了雷达发射信号功率计算法；最后，以该算法为基础开发雷达信号模拟软件，并借助于矢量信号发生器生成具有天线扫描特性的雷达发射信号。测试结果表明，该算法产生的雷达信号具有天线扫描的特性，为暗室环境下导引头抗干扰性能的测试提供了信号保障。
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2017,36(7):103-106, DOI:
Abstract:
设计一种以STC89C51单片机为控制核心，具备避障、循迹和遥控功能的智能小车。使用光电开关检测障碍，通过控制电机转向来进行壁障；使用红外传感器寻找线路，控制智能小车自行循迹；使用红外遥控器实现前进、后退、向右、向左、停止和发动功能。小车由底盘、传感器和车载电路组成，车载电路包括电源、单片机最小系统和驱动。系统采用了模块化设计方法，结构简单，可靠性高。
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2015,34(9):67-71, DOI:
Abstract:
在深水隔水管监测系统上，为了接收水下节点发射的信号，研究设计了一款低噪声低功耗水下接收机。在海洋环境下，由于发射机发射功率，传播损失以及传播过程中噪声干扰等影响，造成接收信号畸变、衰减、动态范围增大等问题，不利于后端数字处理。本系统选择低噪声芯片，优化电路结构、降低系统噪声，通过六阶椭圆滤波器，选择所需频带信号通过，采用AGC实现大动态范围的压缩。海试结果显示，该系统具有高灵敏度、低噪声、低功耗、接收动态范围大等优点。
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2017,36(9):1-5, DOI:
Abstract:
高功率宽带放大器的设计是一件非常有挑战性的工作，工程师需要在多个相互对立的设计参数之间进行折中。对于一个用户来说，如何选择一款合适的放大器并便捷高效的进行测试是非常重要的考虑因素。本文将深入探讨不同应用需求对功放指标的要求，介绍最新的可调节宽带放大器的特性，以及给各种应用测试带来的便利性和高效性。
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2017,36(7):107-109, DOI:
Abstract:
随着生产技术的飞速发展和市场竞争的日益激烈，为了保证产品的低成本和高质量，在线实时检定技术在生产生活中得到了广泛的应用。简要介绍了离线检定的局限性和在线检定的必要性。介绍了几种用于支持在线检定的技术手段：传感器技术、高速摄像技术、激光多普勒技术以及电荷耦合器（CCD）技术，并用接触式在线检定计米器和非接触式在线检定计米器的应用举例。最后提出了作为检定机构要与时俱进，用在线检定支持新型生产模式的努力方向。
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2017,36(7):71-76, DOI:
Abstract:
随着无人机技术的迅速发展，利用无人机代替人工进行电力线巡线是行业内发展的新趋势。尽管无人机电力巡线相对于人工巡检效率更高，更加安全，但无人机巡检仍然面临一些问题，无人机的避障技术亟待完善，在巡检过程中无人机会出现与周边障碍物相撞的情况，尤其是细小的电线对无人机安全造成巨大的威胁。这些线状物往往目标不明显，雷达，超声波等技术得到的回波较少，造成避障困难。基于双目视觉系统的无人机避障技术在无人机避障领域得到了广泛的研究和关注。针对双目视觉实时无人机电力巡检避障应用，提出了基于TCensus（形态学Tophat变换和MiniCensus）变换的匹配代价测量方法来对原始图像中的弱目标进行增强，同时采用基于十字结构的支持区域来提高匹配的准确度。实验证明，本文设计的双目视觉系统可以有效检测无人机到电力线之间的距离，检测误差达到5%，提出的TCensus立体匹配算法与其它方法相比除了能够获得同样准确的背景深度图之外，还能对电线区域具有更精细的成像效果。
