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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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基于三维点云的植株联合任务分割框架
Abstract:
植物表型分析对农业科学发展具有重要意义，是农业作物科学和植物育种保护的核心问题之一。了解植物个体的生长发育情况有助于揭示整个地块的生长潜力。准确的植株器官分割是实现后续自动化获取植株表型参数和生长预测的重要前提。然而，传统的分割方法依赖经验选择阈值参数，而当前的深度学习浅层框架可能会导致植株重要的几何特征丢失，并难以有效整合植株的局部和全局特征。因此，该研究提出了一个基于三维点云的植株器官分割网络（local global feature fusion segmentation network, LGF-SegNet）模型，通过引入双权重注意力机制模块和位置编码，更适合在植株点云数据中表达几何特征。在提出的框架的解码层引入特征聚合模块，融合植株点云的局部和全局特征，使得该框架能够关注植株的整体特征轮廓同时保留细节植物纹理（如茎和叶）。实验结果表明，本研究提出的架构在语义分割的交并比、精确率和F1分数的平均值分别达到85.76%、93.18%、91.08%，在实例分割的平均精确率、平均实例覆盖率以及平均实例加权覆盖率达到85.27%、78.46%、79.63%，优于当前流行的植株点云分割任务中使用的深度学习网络架构，并适用于植株语义分割和实例分割的双重任务。这为后续的植株生长预测等研究奠定基础。
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改进YOLOv5s算法的电动车头盔检测研究
Abstract:
针对电动车头盔佩戴检测存在遮挡、车辆密集以及一车多人的复杂场景下出现的漏检、误检问题，本文在YOLOv5s的基础上，提出了一种应用于电动车头盔佩戴检测的改进算法。设计了一种由递归门控卷积改进的GBC3模块，替换网络主干和特征融合层（Feature Pyramid Networks, FPN）中的C3模块，加强邻间特征的空间信息交互，提高网络的特征提取和特征融合能力；其次在主干和特征融合网络添加无参注意力机制（A Simple, Parameter-Free Attention Module for Convolutional Neural Networks, SimAM），以调整特征图中不同区域的注意力权重，对重要目标施加更多关注；最后引入调整超参后的WIOU损失函数，优化预测框回归，提高模型的目标定位能力。在自制电动车头盔数据集上的实验结果表明，改进模型在仅增加较少参数的前提下，其mAP达到97.3%，较YOLOv5s提高了3.2个百分点，并且检测速度为87.1FPS，改善了误检和漏检的问题，同时仍具有较高的实时性，更适用于电动车驾乘者的头盔佩戴检测。
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一种高精度流水线ADC系统设计与建模方法
Abstract:
针对传统模数转换器（Analog to Digital Convertor，ADC）设计复杂度高、仿真迭代时间长的问题，提出了一种高精度ADC系统设计与建模方法。该方法以10bit 50MHz流水线ADC为例，首先选取分离采样架构，进行电路的s域变换理论分析；其次对电路中各种非理想噪声的表达式进行精确推导，根据系统中的运放功耗指标进行参数优化；最后分别在MATLAB和Cadence软件中建立模型，进行100点蒙特卡洛(MC)仿真，仿真结果均显示:在TSMC180nm工艺失配下，该流水线ADC有效位数达到9.70bit，无杂散动态范围(SFDR)维持在76dB附近，微分非线性(DNL)在0.3LSB以内，积分非线性(INL)在0.5LSB以内，核心功耗在8mW，该分析方法在保证流水线ADC优异性能的同时，大幅提高了设计效率。
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基于改进Deeplabv3+的电力线分割方法研究*
Abstract:
针对已有的分割算法存在的复杂场景干扰大、分割不准确的问题，提出一种用于电力线分割任务的改进Deeplabv3+模型。将原始主干网络替换为轻量级Mobilenetv2网络，增加低水平特征，获得五路输入特征，充分提取特征信息；添加空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling，ASPP)的卷积分支数量，调整空洞率，提升图像的特征抓取能力，进一步在每个空洞卷积后加入1×1卷积操作，加快计算速度；提出一种基于坐标注意力机制的语义嵌入分支模块（coordinate attention semantic embedding branch，CASEB），融合第二、三路特征，增强目标特征的表示；引入卷积注意力机制模块（convolution block attention module，CBAM）抑制无用信息的传递，提高模型识别效率。实验结果表明，相对于原Deeplabv3+模型，改进模型在平均像素精度(mean pixel attention，MPA)和平均交并比(mean intersection over union，MIoU)上分别提升2.37%和3.42%，该方法可提供更加精确的电力线分割结果。
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基于孪生网络的自监督太阳能电池板裂纹检测方法
Abstract:
太阳能电池板的裂纹缺陷检测能够避免电能转换效率低，以及短路造成起火的损失。针对现存对比学习方法中存在细微裂纹漏检导致检测精度低，并且严重依赖构建负样本等问题，本文提出了一种基于孪生网络的两阶段自监督裂纹检测方法。第一阶段提出了一种基于卷积神经网络 (convolutional neural network，CNN)和Transformer的预训练编码器模型，通过孪生网络架构学习样本的精细特征表示，提高对电池板细微裂纹的特征表示能力；第二阶段基于预训练模型在少量标注样本下学习分类器以区分缺陷样本。为进一步区分不影响电池板功能的纵向裂纹，另增加了一个分类头进行判别。在ELPV数据集上的实验结果表明，本文方法在测试准确度方面优于其他相关检测方法，在只对数据进行少量标注的情况下准确度达到83.26％，单张检测时间为6.1ms，同时在裂纹图像中检出纵向裂纹的召回率也有76.7％。
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基于振动测量的热防护结构脱粘损伤检测方法
Abstract:
针对典型飞行器热防护结构脱粘损伤现场快速无损检测的需求，提出了一种基于敲击测量频响函数的脱粘损伤识别方法。首先，利用有限元方法建立了含脱粘损伤的热防护结构有限元模型并进行了振动特性分析，分析了脱粘损伤引起的结构局部刚度下降规律以及频响函数对脱粘损伤的敏感性；其次，确定了脱粘损伤识别的特征频率范围，给出了一个脱粘损伤指标；最后，采用力锤与激光多普勒测振仪对含脱粘的热防护结构进行了测量。实验结果表明，当脱粘面积达到60%时，脱粘损伤指标比健康件增加了一倍以上，当脱粘面积达到80%时，脱粘损伤指标为健康件的五倍以上，验证了本文所提出的方法能够有效识别出热防护结构的脱粘损伤。
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基于注意力机制的信息预处理多智能体强化学习算法(MA-HAN)
Abstract:
多智能体强化学习在群体控制领域具有广泛应用，然而传统的强化学习方法（如Q-Learning或策略梯度）在多智能体环境中表现不佳。在训练过程中，每个智能体的策略不断变化。当一个智能体基于环境信息做出决策时，其他智能体的决策可能已经影响了环境信息，导致智能体感知的转移概率分布和奖赏函数发生变化，使得环境变得非平稳，训练无法有效进行。为了缓解这一问题，研究了一种基于多头自注意力的多智能体强化学习算法。该方法考虑了其他智能体的行动策略，利用多头自注意力算法使智能体能够学习对决策影响最大的因素，成功地学习了复杂的多智能体协调策略。在实验结果中平均回报达值到了0.82，远高于传统算法的表现。这些实验结果表明，所提出的基于多头自注意力的多智能体强化学习算法能够有效解决环境不平稳导致的多智能体学习困难问题，提高了多智能体强化学习算法的收敛速度和平稳性。
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防止纹理扭曲的倾斜摄影模型轻量化算法
Abstract:
针对倾斜摄影模型网格简化后出现纹理扭曲的问题，基于二次误差度量算法(Quadric Error Metrics, QEM)，提出一种防止纹理扭曲的倾斜摄影模型轻量化算法。该算法依据模型中各顶点的拓扑连接关系对顶点进行分类，对不同类型的顶点制定相应的折叠策略，并引入顶点起伏度因子、纹理形变因子和顶点一环领域内三角形平均面积对QEM算法中的边折叠代价进行改进。实验结果表明，改进算法可以在高简化率下避免出现纹理扭曲现象，有效保持了模型的几何特征和纹理特征，并且相较于传统QEM算法，改进算法处理的模型最大误差、平均误差和均方差均分别至少降低了43.55%、52.50%和21.61%；在90%简化率的情况下，相较于带纹理模型的简化算法，改进算法处理的模型最大误差、平均误差和均方差分别降低了34.90%、10.61%和12.31%。
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基于集对分析和证据理论的电能表运行状态评估
Abstract:
为及时准确地评估电能表的运行状态，提出一种基于集对分析和证据理论的电能表运行状态评估方法。首先根据电能表自身基础、在线监测及现场检测信息，建立电能表运行状态评估指标体系。然后运用模糊层次分析法和熵权法分别确定各指标的主客观权重，运用博弈论和变权理论确定各指标的组合权重与变权重。之后运用集对分析法确定各指标与各状态等级间的联系度，采用证据理论对各指标的联系度进行合成。最后利用最大隶属度原则与信度准则共同判定电能表的运行状态等级。实例分析结果表明，该方法与电能表的实际运行情况相符，且评估结果准确直观，与模糊综合评价法和集对分析法相比，该方法在状态等级区分度上达到了0.5256，明显高于模糊综合评价法的0.3024及集对分析法的0.1483，具有较好的区分度，为电能表的状态评估提供了一种新的思路。
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基于广义基尼指数和脉冲神经网络的航空交流串联电弧故障检测
Abstract:
航空电缆在振动作用下很容易产生电连接器松动、线束断裂等情况,从而引起交流电弧故障。针对交流串联电弧故障时频域特征不明显而引起的故障检测问题,提出了一种基于广义基尼指数和脉冲神经网络的电弧故障检测方法。首先,提出用广义基尼指数对试验数据电流波形进行分析,其次判断正常周期和故障周期下的数值差距,然后与时域特征指标裕度、峭度、脉冲因子相比,所提指数对电流波形周期故障判断更准确。最后,将广义基尼指数转变成特征值,代入到LIF模型进行训练,进一步提高方法的普适性。试验结果表明该方法能够快速有效地检测航空交流串联电弧故障。
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基于改进YOLOv5的太阳能电池板缺陷检测算法
Abstract:
为提高太阳能电池板缺陷的检测精确，提出了一种改进的YOLOv5网络，对太阳能电池板常见的划痕、叉隐、黑斑、黑边以及无电等五类主要缺陷进行检测和分类。首先，使用改进后的ODConv模块对主干提取网络中的普通卷积模块进行替换，减少网络模型的参数量；其次，将C3模块中的Bottleneck结构替换成包含ParNet模块的Res2Net以增加感受野，从而提升了探测物体缺陷的能力和检测精确；最后，在预测网络前引入自适应特征融合结构，以融合不同特征图的位置与类别信息，增强特征表达并提高模型的鲁棒性。对自建的数据集进行训练、验证以及测试，其实验结果表明，改进后的模型能够成功识别和定位5类常见缺陷。与原YOLOv5算法相比，在保持原网络高效性的同时，平均检测精确提升了6.2%。
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基于光线重排的印制电路板高速扫描成像迭代去模糊方法研究
Abstract:
自动光学检测(Automated Optical Inspection, AOI)相机运动速度过高，拍摄印制电路板(Printed Circuit Board, PCB)图像会产生严重模糊。如能正确恢复因此而产生的退化，可提高相机的运动速度，进而提高AOI的检测效率。本文受代数迭代重建算法(Algebraic Reconstruction Technique, ART)启发，提出一种基于光线重排的图像非盲去模糊算法。该方法在模糊核已知的情况下，基于快速迭代收缩阈值算法(Fast Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm, FISTA)迭代重建算法，运用Nestrov加速和光线重排提高了迭代收敛速度，运用数据正则抑制图像的各类加性噪声和伪影，较好地重建出原本的清晰图像。结果显示，该方法对噪声具有较好的抑制能力，对AOI相机运动曝光引起的严重模糊，较常用的传统逆滤波方法具有更好的图像恢复效果。
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基于用户意愿度D2D协助的工业物联网资源分配
Abstract:
针对终端用户产生计算任务大小动态变化以及在工业物联网场景下业务的低时延、低能耗需求,提出了一种基于用户意愿度的D2D协助的工业物联网资源分配模型。首先在用户层,每隔时隙t,由概率分布函数更新用户成为资源给予端的意愿度,在边缘服务器(MEC)层,使MEC具有决策功能,能对终端上传任务做出判断,寻找出合适的MEC处理;其次基于K-means聚类算法,将终端产生的任务匹配到对应的层进行处理；最后在资源分配阶段,为解决Q-learning里Q表难以实时更新的问题,提出N-DQN算法,使用双层神经网络相互拟合。仿真表明所提策略有效降低了系统能耗和任务处理时延。
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基于图像识别的绝缘材料憎水表面凝露形貌表征及其对放电发展影响研究
Abstract:
凝露是造成电气设备绝缘劣化或损坏，影响电力系统安全稳定运行的主要危害之一。在相同凝露条件下不同表面产生的凝露在形貌上存在差异，对其放电发展的影响不同。本文提出了一种基于图像识别的湿区占比和凝露平均接触面积等特征形貌参数对沿面放电影响的表征方法，采用3种涂覆有不同憎水涂层的试验样品进行憎水性测试，在分析测定了不同样品表面憎水性的基础上，通过相关试验研究了不同憎水表面下凝露液滴的发展过程及分布规律，并分析了凝露形貌参数对闪络电压的影响。结果表明，CSS涂层、P-EL88涂层和无涂层样品表面静态接触角分别为103.17°、91.60°、80.77°，在0.01的显著水平下湿区占比和液滴平均接触面积对凝露闪络电压的Pearson相关系数分别为-0.989和-0.696，凝露闪络电压是由湿区占比和液滴平均接触面积联合影响。
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基于多目标多智能体强化学习的低轨卫星切换策略
Abstract:
针对低轨卫星通信系统（LSM）中地面用户流量需求分布不均衡和用户并发切换过多等挑战，该文提出了一种基于多目标多智能体协同深度强化学习的低轨卫星切换策略，以地面小区用户流量需求满意度、切换时延、用户冲突为优化目标，采用多智能体协同深度学习算法对目标进行优化，其中每个智能体仅负责一个小区用户的卫星切换策略，智能体之间通过共享奖励实现协作，从而达到多目标优化的效果。仿真结果表明，该文所提的切换策略的平均用户流量满意度为73.1%，平均切换时延为343ms，对比启发式算法能够更好满足地面小区用户的流量需求、平衡卫星网络的负载。
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基于DIR-QPSO的弹丸落点定位声阵列优化布设方法
Abstract:
为了满足有限测点下声阵列定位精度提升的需求，本文提出了基于双种群量子粒子群(Dual-group Interaction Quantum Particle Swarm Qptimization，DIR-QPSO)联合到达时差定位技术(Time Difference Of Arrival，TDOA)的单基站声阵列拓扑结构优化布设方法。首先，将声阵列中的声传感器作为粒子，利用Logistic混沌模型全局遍历性的优势初始化种群；其次，利用双种群之间信息共享优势，消除迭代过程中陷入局部最优点；再次，以TDOA模型构建适应度评价函数，得到声传感器最优布设位置；最后，通过仿真验证，得到优化后的声阵列拓扑结构。仿真结果表明，与传统六元正四棱锥阵列及QPSO优化后的阵列相比，本方法将几何精度因子减小至1.3518m，克拉美罗下界减小至0.4817m，均方根误差减小至0.5564m。最后进行实验对比验证，实验结果表明本文提出的单基站阵列具有更高的定位精度，极大提升了弹丸落点定位精度。
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基于改进跟踪微分器的电磁悬浮控制系统研究
Abstract:
在电磁悬浮（EMS）控制系统中，如何实现间隙及间隙微分信号的有效提取是提升系统控制性能的关键问题。针对当前跟踪微分器（TD）存在的综合控制函数形式复杂、参数整定繁琐、输出存在抖振等问题，本文设计了一种改进的非线性跟踪微分器，旨在提升传感器信号的提取质量。首先通过引入反平方根函数与终端吸引子函数，设计了新型的跟踪微分器。之后应用稳定性理论对改进跟踪微分器的收敛性进行验证，并通过扫频测试进行频域特性分析，明确了该跟踪微分器的参数整定原则。最后进行了闭环控制系统仿真与实物验证，结果表明： ISRU-TD相对于其他三种TD方法在稳态误差方面表现出显著优势。输出位置信号的稳态误差减小了92.58%，相对于ATD减小了18.18%，相对于Fhan-TD减小了42.55%，而与HSTD相比则增加了3.7%。此外，ISRU-TD使输出位置信号的调节时间显著减小，相对于ATD减小了38.68%，相对于Fhan-TD减小了61.99%，相对于HSTD减小了58.06%。表明其具有出色的信号跟踪和噪声抑制能力。
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基于无源控制的车用双管升压变换器研究
Abstract:
新能源汽车能处于正确的电压级别下安全可靠地运行，DC/DC变换器发挥着重要作用，针对其现有控制方法多为线性控制，难以应对负载与输入电压参数多变的情况的问题；在非线性控制既无源控制的基础上引入了PI阻抗反馈补偿环路的概念，提出了一种PI阻抗补偿无源控制策略。为证明其优越性，与现有方法进行了比较。并针对负载与输入电压参数变化情况进行了模拟仿真，结果表明，该策略在输入电压跌落8V后，仅产生了2V的波动；负载突变为初值的一半时，仅用了不到0.01s便重新抬升至给定电压值。由仿真结果可得，该策略不仅响应速度快、不会产生超调现象，而且在负载和输入电压发生较大变化的情况下，仍能很好的抵御外部干扰并保持输出电压的稳定性和优秀的电压纹波抑制效果，具有良好的鲁棒性。
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基于AELSTM模型迁移学习的滚动轴承剩余寿命预测
Abstract:
滚动轴承是机械设备中的重要零件，其工作状态直接关系着设备的运行，一旦发生故障会引起整个设备的正常运行，甚至引发重大的安全事故，因此，对其剩余寿命预测对设备的健康管理具有重要意义。本文提出了一种基于自编码-长短时记忆网络（Autoencoder-long short term memory, AELSTM）迁移学习（Transfer Learning, TL）的滚动轴承剩余寿命预测方法，首先采用自动编码器自动提取源域中原始振动信号中的特征，再构建双层LSTM模型对剩余寿命进行预测，通过源域中训练获得AELSTM模型，再用目标域中的数据对AELSTM模型训练，完成对模型参数的微调，最后用调整好的模型对目标域中的数据进行预测。通过参数共享和微调两种方法，大大简化了模型在目标域上的训练过程。试验结果表明，在同轴承不同工况下，所提出模型相比于其他四种迁移学习方法的均方根误差分别降低了45.9%、58.9%、42.8%以及83.8%；在不同轴承不同工况下，所提出模型的均方根误差分别降低了16.9%、18.9%、11.7%以及8.9%。
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基于级联网络的散乱堆叠物体分割算法
Abstract:
本文提出了一种针对处理散乱堆叠物体的改进方法。在Yolov5模型中采用了BiFPN特征金字塔替代PANet，结合Gfocal损失函数，使得漏检和误检问题得到有效改善，mAP@0.5达到了90.1%。利用Mask R-CNN进行目标物体分割，使用轻量化的Mobilenetv3替代ResNet101主干网络以减少参数量，同时借用CFNet思想加强特征融合机制，使得分割精度提高至92.1%。通过级联改进后的Yolov5和改进后的Mask R-CNN，算法在实时性和精确性上得到了平衡，在有效感兴趣区域（region of interest，ROI）区域提取准确的物体形状信息。与单独使用实例分割算法相比，检测速度提升了1s。实验证明本文提出的算法不仅提高了推理速度，还提高了分割精度，解决了复杂堆叠场景下物体特征提取效果差且检测速度慢的问题。
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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(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。
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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。
