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2024,43(10):1-8, DOI:
Abstract:
针对复杂传感器网络环境中存在非高斯噪声和传感器测量信息缺失的现象，基于融合权值设计了分布式卡尔曼滤波 器。利用最大相关熵准则来设计卡尔曼滤波器，解决非高斯噪声带来的影响。针对传感器测量信息缺失的现象，通过把一组 二元随机变量建模为伯努利分布来描述。为了实现传感器节点之间的共识，采用协方差相交方法来进行分布式融合。此外， 考虑到传统的权值设计方法难以提升信息融合的精度，因此通过引入虚拟估计误差和置信水平函数，权值以传感器置信水平 的比例形式进行完全分布和自适应设计。仿真实验表明，所提算法在非高斯噪声和丢包环境下表现出了良好的性能，与传统 的分布式卡尔曼滤波相比，估计精度提升了27.68%。
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2024,43(10):9-16, DOI:
Abstract:
锂离子电池荷电状态(SoC) 是电池管理系统的关键参数之一，针对单一长短期记忆(LSTM) 网络估计精度不高的问 题，提出量子粒子群(QPSO) 优化的长短期神经网络，引入量子粒子群算法对LSTM 神经网络模型关键参数进行优化，进而提 高网络对SoC的估计性能。此外，采用INR-18650 电池数据集对所提出的模型进行测试，包含3种不同温度(0℃、25℃、 45℃)和4种工况包括动态压力测试DST、联邦城市驾驶时间表 FUDS,US06 高速公路驾驶时间表和北京动态压力测试 BJDST。最后，在各工况下分别验证模型性能，并与其他优化算法进行比较，验证结果表明，所提方法在各温度下均能提高模 型的SoC估计结果，且不同温度4种工况下的均值绝对误差(MAE) 均小于1%和均方根误差(RMSE) 均小于1.1%,最大误 差均在5%以内。
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2024,43(10):17-25, DOI:
Abstract:
针对传统距离矢量跳(DV-Hop) 算法在各向异性网络中定位误差大的问题，提出一种基于测距修正和秃鹫优化的 DV-Hop改进算法(AVOADV-Hop) 。该算法在双通信半径的基础上依据锚节点间的跳数信息引入测距修正阈值，根据锚节 点的坐标信息计算基于跳数改进的平均跳距，实现节点间距离估算的分段处理；融合动态调整和加权思想改进非洲秃鹫优化 算法取代最小二乘法求解节点坐标。仿真结果表明，在3种不规则网络下，AVOADV-Hop算法相较于传统 DV-Hop 算法及 相关改进算法，定位误差分别下降了43.6%、21.1%和10.5%,定位精度有效提高。
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2024,43(10):26-35, DOI:
Abstract:
针对现有通过车辆响应识别桥梁损伤方法的不足，提出结合车桥耦合振动和深度学习理论的桥梁结构损伤识别方 法。以郑州桃花峪自锚式悬索桥为例，建立桥梁和车辆的有限元分析模型，开展大跨度自锚式悬索桥的车桥耦合振动分析， 获取车辆的加速度响应。以车辆加速度响应作为网络输入参数，分别构建一维卷积神经网络(one dimensional convolutional neural network,ID-CNN)和二维卷积神经网络(two dimensional convolutional neural network,2D-CNN)两种深度学习模型， 对二者的识别效果进行对比分析。探讨信号噪音、低损工况等因素对桥梁结构损伤识别效果的影响规律。结果表明，2D- CNN对桥梁结构的损伤识别准确率和训练效率要优于1D-CNN;1D-CNN实现了端对端智能损伤识别，2D-CNN在识别准确 率和对外界干扰因素的鲁棒性上表现更好。研究结果为进一步优化桥梁结构损伤识别方法提供参考。
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2024,43(10):36-48, DOI:
Abstract:
针对当前土壤含水率标定研究中缺乏统一方法和标准的问题，研发了一套完备的土壤含水率传感器标定方法和装 置，以提高土壤含水率测量准确性。选取了6种不同类型的土壤含水率传感器，并在实验室中制造了标准土柱系列。通过与 烘干法获得的标准值进行比较，采用多种拟合线型来建立传感器数据与标准值之间的关系，并对传感器测量值进行订正。实 验结果表明，制定的土壤含水率传感器标定方法和装置能够有效地标定不同类型的传感器。研究发现，三次项曲线是土壤含 水率传感器标定最适合的标定公式。所有传感器在经过标定后测量准确性都有显著提升，其中SoilVUE10(0.5 和 1m) 在整 个体积含水率范围内测量精度最高，R²>0.99 。 基于传感器的适用性分析，推荐在野外应用中监测表层土壤时使用标定后的 针式传感器，监测土壤剖面时采用标定后的螺纹杆传感器。研究不仅规范了标准土柱的制作方法，提高了实验室环境下土壤 含水率传感器的测量准确性，同时也为田间条件下选择合适的土壤含水率传感器提供参考。
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2024,43(10):49-54, DOI:
Abstract:
现代光电望远镜技术快速发展，装备探测能力不断提高。星图中存在的拖尾现象，给天文定位处理的精度和时效性 都带来了巨大的压力。星图对比度低，背景强弱分布不均，如何在去除拖尾直线噪声的同时，又保留星图的目标信息和目标 定位精度，是一个具有挑战性的问题。提出一种基于统计特征的星图拖尾快速去除方法，通过星图目标信息统计规律实现对 单帧图像拖尾目标直线的快速检测，利用插值技术快速完成星图拖尾直线去除，从而消除拖尾对空间目标检测的干扰，降低 由拖尾产生的虚警概率，提升空间目标天文定位的精度。仿真试验表明，方法可以去除星图中绝大部分拖尾直线，同时能够 保留目标信息，图像质量明显改善，比Hough 变换方法具有显著优势。在单线程下，针对1024×1024大小图像，使用该方法 进行单帧拖尾目标去除的时间为0.71s 。可以看出，在不增加计算资源的前提下，能够大幅降低计算复杂度，提高计算效率。
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2024,43(10):55-63, DOI:
Abstract:
针对医疗领域中生命体征预测的准确性低、计算量大、性能不佳等问题，提出了一种用于生命体征预测的可变形注意 力机制的图神经网络模型。该网络保留了传感器的所有时间采样值，利用全连接层进行编码；使用可变形注意力机制作为消 息传递和更新机制，提高了生命体征预测的速度；在解码器方面，采用多头注意力机制，从多尺度、多维度观察和提取信息；将 输入的特征复制多份并设置为单独的图节点，提高了可变形注意力的适应性和模型的特征提取能力；采用残差网络作为解码 器，替代全连接层。输出层使用GeLU 激活函数替代了传统的ReLU 激活函数，解决了激活函数在负半轴信息缺失的问题， 有效地提高了预测的精准度。测试结果表明，模型在P¹9 、P12和PAM 3类数据集上的性能均优于其他模型，各项指标均高于最佳基线性能2.325%,能够有效预测人体的生命体征。
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2024,43(10):64-71, DOI:
Abstract:
鉴于X 射线辐射对于患者存在的潜在风险，降低患者所受辐射剂量的问题已经引起了科研工作者的广泛关注。针对 稀疏角度扫描型CT 图像的重建方案提出了一种新的基于非线性压缩感知的图像重建算法。该算法将目标函数的正则化项 引入了非线性滤波操作，并且使用联合双边滤波器，将其加入重建过程以获得图像质量的进一步提升。同时利用凸优化领域 的临近点算法对目标函数进行最小化处理，构建出行加速型迭代算法。实验选用均方根误差(root mean square eror,RMSE) 和峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)作为评价指标，将新算法同之前提出的3种算法进行对比，其峰值信噪比提升 了5.75~6.33 dB,均方根误差降低了0.002~0.023。数字图像模型以及实际临床腹部影像的重建结果表明，新算法有效地 去除了图像中的伪影噪声，同时最大限度保留了图像细节。
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2024,43(10):72-80, DOI:
Abstract:
为了满足不同反应机理、不同装药物态含能材料爆炸能量释放过程中，冲击波、热及地震波等毁伤元综合毁伤威力的 定量评价需求。采用实测冲击波、热、地震波试验数据，在冲击波超压、比冲量、热剂量及地震波振动速度峰值随爆心距、比例 距离的变化规律基础上，采用归一化加权方法，构建了能够综合不同爆心距、不同威力参量作用“强弱”的综合评价模型。采 用标准TNT 试验数据对建立的综合评价模型进行了有效性验证，综合模型计算所得比当量的相对误差小于2%;同时，该综 合评价模型也实现了相同试验工况下某型含能材料冲击波、热及地震波释能特性的综合等效当量的计算。多威力参量综合 评价方法能够根据不同的测试环境、试验场景及毁伤目标任意选取权重，获取特定工况下被试含能材料目标毁伤能力的等效 当量，能够为含能材料的设计研发、能量释放特性的分析及目标毁伤能力的综合评价提供有效的定量分析手段。
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2024,43(10):81-90, DOI:
Abstract:
针对当前研究中泥石流诱发因子敏感度各异导致的预测准确度不高、数据集样本有限造成的模型训练和预测效果不 佳、非线性过程严重引起的参数难以确定等问题，利用改进的核主成分分析算法(kernel principal component analysis,KPCA) 筛选出相关性一般的因子，结合宽度学习(broad learning,BL)建立泥石流概率预测模型，再通过引入正弦因子的粒子群算法 (TFPSO) 对模型进行优化，最终建立基于KPCA-TFPSO-BL 的泥石流预测模型。通过实验对比了经典 BL 模型、KPCA- PSO-BL模型以及KPCA-TFPSO-BL 模型的性能，结果表明，KPCA-TFPSO-BL 的均方根误差为4.92,平均绝对误差为 4.60,训练时间为7.22s,该模型在预测误差和训练时间方面综合表现最佳。本研究为泥石流预测领域提供了一种新的思路 和借鉴。
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2024,43(10):91-101, DOI:
Abstract:
食品安全是人民健康的基石，为实现对苹果新鲜度的快速、无损检测，提出一种应用电子鼻系统检测红富士苹果新鲜 度的识别方法，该电子鼻系统是由数据采集系统和模式识别系统两部分构成，分别实现对苹果气味的浓度数据采集及数据分 析。利用主成分分析、K-means 聚类、反向传播神经网络和鲸鱼算法优化的反向传播神经网络多种学习算法对采集数据进行 分析。实验结果表明，基于主成分分析法降维特征的K-means 聚类算法识别准确率为70.67%,其值优于基于原始特征的K- means 聚类算法识别率。利用鲸鱼算法优化的反向传播神经网络识别精度可达到95%,可以准确识别不同新鲜度的样本，该 识别方法高效、快速、便捷，可行性较强。
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2024,43(10):102-109, DOI:
Abstract:
随着航空航天领域对高精度定位技术的需求不断增加，针对大型飞行试验中数据存储器无法快速回收的问题， 设计了一种基于卫星定位和北斗短报文技术的定位系统。该系统在飞行器分离前启动，通过北斗BDS 模块实时获取 位置信息，分离后则利用北斗短报文向地面终端发送信号。天线的设计对信号的收发能力有很大的影响，通过对天线 采用微带叠层结构和双重矩形斜角切割的贴片设计，实现双频圆极化辐射，具备良好的顶点增益、低仰角增益和优异的 频段隔离性能，确保北斗信号的传输可靠性，通过试验验证，定位误差小于5m, 短报文通信的最大丢包率为4.41%,均 符合设计要求。
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2024,43(10):110-119, DOI:
Abstract:
为了提高无线电能传输系统单体容量和整体传输能力，提出采用基于三相逆变器的多负载无线电能传输系统，发射 端采用电压型双极性正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制桥式逆变器，接收端为3个采用并联谐振电路的独立单元。通过耦合电 路理论推导了系统传输效率公式，分析了传输效率与负载、互感系数的关系。在此基础上，提出了传输系统恒流输出自适应 PID控制方案和负载切入切出控制方法。最后通过MATLAB 仿真和实物实验平台验证了所提及拓扑和控制方案的有效性 和可行性。三相传输系统每相的输出功率达到60 W 左右，传输效率分别达到90%以上，与单相无线系统输出功率和传输效 率相当，有效提高了传输系统的单体容量和传输能力。
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2024,43(10):120-126, DOI:
Abstract:
针对航空器中电动静液作动器(EHA) 的高控制性能需求，传统控制策略难以解决参数自适应整定与滑模控制中常见 的抖振问题，为平衡抖振抑制与控制性能，进一步提升控制稳定性与精度，设计了一种新型的神经网络模糊滑模控制器(NN- FSMC)。首先针对航空 EHA 位置环构建积分滑模控制器；其次通过模糊控制的策略整定滑模趋近律中的关键参数，然后利 用 BP 神经网络的自适应优化能力进一步抑制滑模控制中的抖振现象；最后，在MATLAB/Simulink 平台上进行仿真实验，对 比分析不同控制算法下的位置跟踪性能。仿真结果表明，NN-FSMC能有效提升航空 EHA 系统的响应速度与位置跟踪精 度，并在频率变化情况下提供更为平滑的响应。
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2024,43(10):127-134, DOI:
Abstract:
针对高速宽带无线通信系统的需求，现有的离散傅里叶变换离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)扩展正 交频分复用实现方法在资源利用和计算速度方面存在局限性。为了解决这些问题，提出了一种基于Cooley-Tukey 算法和 Winograd-Fourier 变换(WFTA) 算法相结合的优化方案。通过算数优化减少了乘法器的使用，实现了1024点快速傅里叶变 换(fast Fourier transform,FFT)的基-2时间抽取(decimation-in-time,DIT) 蝶形算法结构优化。同时引入了WFTA 算法，利 用移位化简操作，完成了3点DFT 的资源分配。设计并优化了现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)资 源，成功实现了3072点FFT 在FPGA 上的运行。FPGA 仿真和平台测试的结果表明，相较于Xilinx LTE FFT IP核处理算 法，该优化算法在乘法器资源消耗方面减少了24.96%,处理速度提升了14.07%。此外，该算法大幅度降低了FFT 的计算复 杂度，显著提升了离散傅里叶变换扩频正交频分复用(DFT-S-OFDM) 系统中DFT 的整体性能。综上所述，所提出优化算法 为DFT-S-OFDM技术在实际通信系统中的高效实现提供了新的解决方案。
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2024,43(10):135-144, DOI:
Abstract:
井下上返式微球测量仪需在钻井液环境中实现无线数据传输功能，其直径一般不超过10 mm, 该参数限制了无线收 发结构的尺寸，同时，传统天线大多采用低损耗板材，不利于大批量应用。针对上述问题，提出了辐射贴片弯折与地平面开槽 的方法对传统PIFA 天线进行改进，天线平面尺寸仅为17mm×8.4mm×0.049mm, 较类似天线的设计缩小了68.3%;天线 通过柔性印刷电路技术制造，弯曲175°后安装在微球测量仪表面。天线在相对介电常数为81、电导率为1.258 S/m 的钻井液 中测得的谐振点频率为310 MHz, 对应回波损耗为-32.4 dB,-20dB 带宽为35 MHz 。天线在相对介电常数和电导率不同 的钻井液中，均具有较为理想的全向辐射特性。相比其他天线，所提出的天线在尺寸、谐振点频率和回波损耗等性能指标上 均具有一定的先进性。综上，所提出的天线可用于微球测量仪在钻井液环境中的无线通信，使原有微球测量仪的数据传输方 式由有线通信变为了无线通信，降低了井下测量短节的设计难度，提升了数据传输的时效性。
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2024,43(10):145-152, DOI:
Abstract:
针对目前对于充电站内车辆起火现象的检测精度较低、检测速度慢等问题，从实用化角度出发，提出了一种基于 YOLOv5s改进的车辆起火检测方法YOLOv5s-Fast。首先在Backbone网络中采用了全局上下文注意力机制与C3 模块进行 融合，成为一种新的特征提取的模块C3GC, 增强模型提取特征的能力，减少了计算量；其次在Neck 网络中采用了轻量级上采 样算子，能够根据输入图像进行自适应的上采样，提升了检测精度；最后引入解耦头，提高了目标检测的准确率与效率。实验 结果表明，所提出的方法 YOLOv5s-Fast与 原YOLOv5s 相比，平均精度提升了4.9%、检测帧率由原先的46 fps 提高到 59 fps,方法更加实用化。
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2024,43(10):153-159, DOI:
Abstract:
现有的内燃机车柴油机启动方式存在设备空间占用率高、传递效率不高、故障率高等特点，在内燃机车升级换代的技 术背景下，提出利用同步发电机与柴油机同轴且可以运行在电动机工况这一特点来启动柴油机，并对其电动机工况下的转速 特性进行研究。通过对变频启动柴油机的工作原理及启动工况的边界条件进行分析，推导出发电机启动工况的状态方程组。 为了缩短求解时间，提高求解精度，引入龙格库塔法求解上述方程组。通过编写仿真分析软件对发电机启动工况进行仿真分 析，分析结果表明，同步电机启动时的机械转矩大于柴油机最大阻力转矩12000 N·m, 可在12s 的时间内达到210r/min, 满 足启动工况的需求；该分析过程也可以用来校核柴油发电机组的控制策略和启动能力。
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2024,43(10):160-168, DOI:
Abstract:
LLC 谐振变换器在设计新的控制策略时，传统的设计流程需要手动拟合调试出控制参数，闭环稳定性分析涉及高阶 函数计算。为了简化传统设计流程，引入广义状态空间平均(GSSA)理论对全桥LLC 谐振变换器进行建模，将传统的阻抗物 理模型转化为数学模型，推导出GSSA闭环大信号和小信号模型。通过GSSA 模型推导系统传递函数矩阵并分析全桥LLC 谐振变换器的动态特性，设计闭环PI 控制参数，最后使用特征值分析法判断闭环系统稳定性。GSSA 理论和模型结合MAT- LAB 仿真，直接解决高阶函数的计算，快速推导控制参数，简化了设计新控制策略需要的调参环节和稳定性分析环节。为验 证建模的正确性，依据建模推导元件参数搭建了400W 全桥LLC 谐振变换器样机。在空载和满载两种工况下进行了实验， 实验结果表明，系统响应速度快，与设定的输出参数相符合，输出电压纹波小于1%、最大误差0.4V。仿真结果和样机实验结 果验证了基于GSSA的LLC 谐振变换器模型的有效性。
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2024,43(10):169-178, DOI:
Abstract:
在配电网扩展规划中考虑需求侧管理对提升分布式电源(distributed generation,DG)接纳、确保系统安全经济运行具 有重要意义。针对现有配电网扩展规划方法尚未充分考虑碳排放影响的问题，提出一种考虑低碳排放与需求侧管理的配电 网扩展规划。首先，基于碳排放流理论的动态碳排放强度建立配电网碳交易成本计量模型，继而提出考虑低碳的需求侧管理 策略。而后，建立考虑碳交易与需求侧管理的配电网规划一运行双层优化模型：规划层以年综合成本最小为目标，决策线路、 DG、储能(energy storage system,ESS)的配置方案；运行层以系统运行成本最小为目标，制定配电网在典型日场景下的最优运 行策略。最后，基于改进型 EEE 33节点配电网的仿真测算表明，考虑低碳需求侧管理后的配电网扩展规划方案的经济成本 下降2.0%,碳排放减少8.8%,验证了方法的有效性与优越性。
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2024,43(10):179-189, DOI:
Abstract:
构网型控制能够为系统提供惯量支撑，提高系统稳定性，然而构网型控制依托于数字控制技术，存在控制时滞问题， 会对系统稳定性造成一定影响。首先建立考虑控制时滞的构网型逆变器系统的状态空间模型，然后构造L-K(Lyapunov-Kra- sovskii)泛函，基于二阶Bessel-Legendre不等式处理L-K 泛函求导过程中所产生的积分项，利用Lyapunov稳定性定理得到保 守性更低的时滞稳定判据，进而通过线性矩阵不等式求解系统的时滞稳定裕度。仿真结果验证了方法求解时滞稳定裕度的 正确性和有效性，且相较于其他方法具备更低的保守性，并进一步分析了控制参数对于无时滞系统和时滞系统稳定性的影 响，给出了提高构网型逆变器系统时滞稳定性的措施。
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2024,43(10):190-196, DOI:
Abstract:
针对活动断裂带、采空区跨工况埋地管道不同的服役环境，在不同工况下的不同故障模式下的应变有着差异性且埋 地管道采空区数据库建立较为困难的现状，直接影响了埋地管道在线监测的预警精度难题。为建立埋地管道健康状态与监 测应变特征的对应关系，提出一种基于双分支网络和领域对抗的跨工况埋地管道状态识别方法。该方法首先使用双分支网 络训练出埋地管道在活动断裂带工况下的识别模型；模型准确率为94.95%,提高活动断裂带预警精度，进一步根据活动断裂 带、采空区数据特征联系，接着使用领域对抗的方法训练出采空区埋地管道健康状态与应变对应关系网络模型；可以实现小 样本下采空区精准预测。最后通过实验表明该方法在线监测的预警精度为96.61%,证实该方法有效性。
2024年第43卷第10期
理论与方法
研究与开发
应用天地
2024年第43卷第10期
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直导线微型EMAT辐射声场特性及优化设计研究
Abstract:
针对传统跑道型线圈以及蝶形线圈EMAT在扫查成像探伤时存在的中心区能量陷阱、换能面积大、空间分辨率低的?? 突出问题,本文提出了一种采用直导线微型线圈的电磁超声横波直入射换能器(SWTS-EMAT)。建立了SWTS-EMAT换能器时域频域有限元模型,研究了线圈宽度以及激励电流频率对其声场特性的影响,搭建了SWTS-EMAT辐射声场测量系统,测量了新型换能器声场测量实验。验证了仿真模型规律的有效性。结果表明,SWTS-EMAT辐射声场分布关于线圈中心对称分布,研究结果表明:SWTS-EMAT辐射声场分布关于线圈中心对称分布,随着线圈宽度的增加,声场幅值升高至5.5倍,声场宽度减小了60%。随着激励频率的升高,声场幅值减小了32%,声场半扩散角减小了42%。
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基于FPGA的脉冲时差提取算法的设计与实现
Abstract:
本文在简要介绍微波着陆系统信号格式和测角原理后,基于ZYNQ开发板实现机载微波着陆接收机相关功能。在正确接收数据通信信号和各项角度制导信号的基础上,于PL端基于FPGA设计了高效的扫描脉冲时差提取算法,可实时获取角度制导信号中的扫描脉冲时差信息,从而获得更高精度的角度测量结果。经验证通过该算法接收的方位角和仰角测量误差小于0.005°,满足民航附件10相关指标要求,验证了该算法的实用性。该算法可为ZYNQ实现机载微波着陆接收机的实际应用提供参考,具有良好的应用价值。
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热带地区百叶箱与防辐射罩气温对比分析
Abstract:
本文利用2022年8月—2023年7的平行观测数据,对自动气象站自然通风防辐射罩和百叶箱气温观测的数据差异进行了分析,探讨了海南热带地区不同时间条件下太阳辐射强度和降水对温度偏差的影响。结果表明,自然通风百叶箱和防辐射罩气温观测系统在热带地区均能提供可靠的气温数据,但在不同环境条件下存在一定差异。防辐射罩的气温分钟值和日最值的平均值比百叶箱偏低约0.1℃左右；太阳辐射对防辐射罩与百叶箱温度测量有一定影响,但不明显；在气温发生较大变化时(午后降水)温度偏差较大,防辐射罩的温度下降速度大于百叶箱的温度下降速度,百叶箱温度变化滞后。
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基于奇异值熵提取与北方苍鹰算法优化SVM方法轴承故障诊断研究
Abstract:
现有轴承故障诊断的研究成果在运用于实际生产生活中时，存在故障数据样本复杂以及传统智能优化算法调整参数众多等情况。针对直接采用轴承故障数据建立诊断模型时准确率较低且调整参数复杂的问题，提出一种基于奇异值熵与北方苍鹰算法结合卷积神经网络优化支持向量机的滚动轴承故障诊断方法。首先选取轴承故障的振动信号与声发射信号作为数据集，进行不同方式的模态分解；然后通过峭度值、欧氏距离、均方差，选择有效本征模态函数分量重组信号，提取奇异值熵为特征值；最后使用北方苍鹰算法结合卷积神经网络优化支持向量机的算法模型进行故障诊断。实验结果表明，所提方法不仅有效提取故障特征，并且在轴承故障的振动信号数据集分类中准确率达到 97%以上，在声发射信号数据集中分类准确率达到了 99%。
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基于深度学习增强的散射介质成像重建
Abstract:
在复杂散射条件下，通过采集的散斑来获取目标的清晰图像是非常困难的。为此，提出了一种基于pix2pix生成对抗网络的深度学习框架来实现散斑图像的复原。实验设置了五组对焦条件以采集具有不同相关性的散斑图像，前四组参与网络训练并选取20%的数据作为验证集，第五组不参与训练用于验证框架的泛化能力。结果表明，即使对互信息值小于1的弱相关散斑图像以及未见过的散射条件下的散斑图像，网络仍然能够实现较好的复原，SSIM和PSNR分别可以达到0.81与18.5。该方法展现了网络在复杂散射条件下的强泛化能力，为实际成像应用提供了新思路。
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基于图像特征识别和激光点云的施工机械安全距离预警方法研究
Abstract:
大型施工机械临近带电作业存在安全风险的问题,本文提出一种基于图像特征识别和激光点云的联合预警方法。首先,结合深度可分离卷积和三重注意力机制的方法,提取可视化的特征,推导出安全距离的计算公式。接着,在时钟同步和数据预处理的基础上,实现三维空间复现,并开展就地实时测距。最后开展不同距离和不同方法的对比分析研究,验证了图像特征识别和激光点云联合预警方法的可行性。本文方法为施工机械安全距离预警提供了新颖可行的方案。
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连续打击下钢筋混凝土靶标应变响应研究
Abstract:
为研究连续打击下钢筋混凝土靶标的应变响应特性,本文进行了两次侵爆战斗部的有限元仿真,开展了侵爆战斗部连续打击钢筋混凝土靶标模拟试验,将整体试验过程分为侵彻-内爆-侵彻-内爆,通过对仿真数据与试验数据的结合对比,验证了仿真模型的有效性,总结了应变响应的规律。结果表明在第一次打击过程中,仿真与试验的应变峰值相对误差分别为4.2%、8.5%、13.8%。第二次仿真由于靶标的累积效应使得仿真误差较大,但仍能反映应变的性质。在连续打击后靶标背面产生裂缝并逐渐扩大,试验数据中应变响应持续时间增加。
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基于改进YOLOv5n-LPRNet的低照度车牌识别方法
Abstract:
在电动汽车充电场所,为防止非电动汽车占用充电车位可以在充电桩上设置摄像头并结合目标识别技术实现对汽车类型与车牌号的识别,然而该目标识别任务在更复杂的条件如低照度环境下保证识别精度将具有一定的挑战性。为了解决上述问题,本文提出一种轻量化的、易部署于边缘计算设备的、基于改进YOLOv5n-LPRNet的低照度车牌识别方法。该方法的主要思想为增强-分割-识别,通过将CLAHE及GAMMA变换、YOLOv5n分割网络和LPRNet字符识别网络结合起来,实现端到端的车牌识别。具体改进为:运用“低FLOPs陷阱”思想,将YOLOv5n骨干网络中的CBS模块替换为DynamicConv,并将骨干网络中的C3模块与DynamicConv结合；将YOLOv5n颈部网络中的C3模块替换为YOLOv9提出的RepNCSPELAN模块；在LPRNet网络的两个Dropout层后加入EMA注意力机制。实验结果表明,改进后的模型与原模型相比,分割模型的mask类平均精度提升了约2%,同时在保持实时性的前提下损失少量帧数；识别模型的准确率提高了约9%。
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基于Hausdorff距离的微电网两阶段分布鲁棒经济优化调度
Abstract:
分布式光伏不确定性给微电网稳定运行带来巨大挑战，为了提高微电网应对不确定性的能力和总体运行经济性，提出了一种基于豪斯多夫(Hausdorff)距离的微电网两阶段分布鲁棒经济优化调度模型。首先，基于分布鲁棒优化的方法，建立了含分布式光伏、储能、微型燃气轮机、常规负荷和需求响应负荷的微电网优化调度模型。然后，使用Hausdorff距离对模型中不确定场景及其概率分布集进行构建。最后，通过列与约束生成算法(column-and-constraint generation,CC&G)对模型求解，得到最优调度策略。算例对某居民微电网进行仿真，结果表明基于Hausdorff距离建立的概率分布集能有效提高模型经济性，且可以通过调整置信度控制模型鲁棒程度。在蒙特卡洛仿真实验中，验证了所提模型具有良好的鲁棒性。
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一种高集成P波段数字阵列模块设计
Abstract:
为了适应多功能一体化电子战装备的应用需求,本文围绕大功率射频收发、高速数据采集、任意波形产生等技术,研制出一种高集成P波段数字阵列模块。首先介绍了数字阵列模块的功能和组成,并对模块的发射链路和接收链路进行了详细介绍。数字阵列模块主要由T/R组件、放大滤波模块、数字接收模块、波形产生模块等部分组成,论文对这些模块的设计原理进行了论述。为了实现大功率信号的稳定输出,组件使用液冷散热方式,给出了散热的具体实现途径并针对组件的环控做了仿真设计,最后搭建了自动化测试系统,通过测试,组件典型频率的输出功率大于200W,接收动态大于45dB。实测结果验证了高集成有源数字阵列模块的工程可实现性,并成功应用到某相控阵电子战装备中。
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考虑需求响应及碳捕集的联合系统灵活性调度
Abstract:
随着新能源在电力系统中占比的不断增加，系统对灵活性资源的需求逐渐提升。抽水蓄能和需求响应等灵活性资源已被广泛应用于电力系统调度。为进一步提升系统的低碳性与灵活性，提出了一种结合需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统调度方案。首先分析了抽水蓄能、碳捕集和需求响应的联合调度机制，利用削峰填谷的方式在净负荷高峰和低谷时段充分发挥不同资源的互补性，实现负荷曲线的平滑化。其次，基于线路传输能力的灵活性约束，构建了两阶段调度模型:第一阶段通过最小化净负荷差来优化负荷曲线波动；第二阶段以最小化系统运行成本为目标，兼顾系统的经济性、灵活性和低碳性来制定调度方案。最后在改进的IEEE-30节点系统上进行的仿真验证表明，该方案有效提升了风光消纳能力，降低了系统运行成本和碳排放，为未来低碳化电力系统的调度提供了新的思路和技术支持，为能源结构转型与绿色低碳发展提供了重要参考。
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残差全连接神经网络在输电塔基边坡风险评价中的应用
Abstract:
目前的边坡风险评价方法在计算复杂性和全面性方面存在不足,尤其是在输电塔基边坡应用中尤为突出。为解决这一问题,本研究从危险性和健康性两个角度构建起输电塔基边坡风险评价指标体系,并提出一种基于残差全连接神经网络和贝叶斯优化的输电塔基边坡风险评价方法。研究结果表明,该方法在实际应用中能够达到98.4%的准确率,显著优于传统的BP神经网络和全连接神经网络,且具有较强的泛化能力。此外,通过近期降雨滑坡事件对模型进行验证,进一步证实该方法的实用性和可靠性。这一结果证明,贝叶斯优化残差全连接神经网络在处理复杂的边坡风险评价问题上具有明显优势,可有效应用于输电塔基边坡的风险评价,具有较高的应用价值和推广前景。
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风电波动与碳税下火储系统的容量与调度优化
Abstract:
为解决碳达峰、碳中和目标下风电装机容量增长对火电机组调峰能力的新挑战，本文提出一种火电机组储能系统鲁棒优化容量配置与经济调度模型。该模型考虑风电出力波动性与碳税，通过建立风电年时间尺度中不确定性的离散场景集合，优化火电机组适配的储能系统容量及充放电策略。采用列约束生成（Column-and-constraint generation，C&CG）算法，将模型转化为优化储能容量的主问题和优化调度策略的子问题，并通过交替迭代求解。基于不同风电占比和鲁棒程度的优化结果，使用全年风电历史数据进行仿真，对比分析成本与效益。建议火电厂应配备相当于其火电机组容量19%的储能系统，以实现高达85.5%的常规调峰能力，并促进火电机组的低碳经济运行，同时确保储能投资的经济合理性。
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基于改进YOLOv5的陶瓷基片缺陷识别
Abstract:
陶瓷基片的缺陷严重影响电子器件的性能,为提高缺陷检测的准确性,本文基于超声显微镜扫描的陶瓷基片检测方法,提出了一种改进YOLOv5的神经网络算法。根据超声检测具有穿透性的优点,增加一条新的主干网络综合陶瓷基片表面与内部的回波信息,同时使用极化注意力机制进行特征融合提高检测的精确度,并融合了轻量化网络减少参数量。本文进行了超声显微镜扫描陶瓷基片实验分析缺陷特征并制作数据集,在此数据集上本文提出的FusionPol-YOLOv5模型对9种缺陷检测的平均精确度达到88.3%,mAP@0.5达到91.7%,可以极大减少陶瓷基片检测的人力物力损耗和成本。
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基于LSTM神经网络的高机动目标航迹预测
Abstract:
博弈对抗场景下，对空飞机类目标一般采用S机动、桶滚机动规避导弹的打击，攻击机动目标弹道弯曲导弹能量损失大，弹目交会态势不佳容易造成引战配合效能下降，实现高机动目标航迹预测对实现预测制导，进而改善弹道性能具有重要意义。为解决对空目标机动样式复杂、模型建模困难等问题，提出了基于目标机动航迹的自适应预测方法，采用试验数据+模拟器+数字仿真混合建模生成数据集、测试集的设计方案,解决了智能训练模型构建难题，并设计了一种CNN-LSTM神经网络，提高了网络模型的自适应以及泛化能力，使识别准确率及识别精度大幅度提高。实验结果证明，目标航迹预测方法能够适应目标机动样式、参数不确定等作战使用场景。
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基于语音和文本的跨模态情感识别方法研究
Abstract:
跨模态情感识别(Cross-modal emotion recognition,ERC)旨在通过不同模态数据来感知人类情感。目前,大多数研究仍然专注于单一模态,忽略了其他模态的重要性。本文提出了一种基于知识蒸馏的跨模态情感识别方法,通过融合语音和文本模态的信息,显著提高了情感识别的准确性。具体来说,本文利用了预训练的文本模型Roberta作为教师模型,通过特征蒸馏法将其高质量的文本情感表示传递给一个轻量级的语音学生模型。此外,教师模型和学生模型通过双向目标蒸馏法相互传授知识。实验结果表明,本文提出的方法在IEMOCAP和MELD数据集上表现优异。
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基于多源数据融合的GCB故障诊断方法
王兴, 张昆, 毛雕, 刘举, 鲍超斌, 徐礼荣, 陈雅彤, 曾晗
Abstract:
本文提出一种基于自适应卷积权重 学习模块和多源数据融合技术的GCB故障诊断模型。选择GCB设备运行时产生的声纹数据、GCB两侧基波电压频谱图、特高频局放检测图谱作为GCB设备故障诊断的输入数据；对声纹数据进行小波变换,生成声纹时频特征图谱；利用卷积神经网络对各类图像进行特征提取；将提取后得到的特征作为输入信息,输入自适应卷积权重学习的特征融合模块进行特征融合；将融合后的特征输入深度神经网络来进行故障诊断的分类。实验结果表明:本文提出的方法故障诊断查准率、查全率和准确率均很高、对复杂的故障环境有着较强的适应能力。
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基于改进长短期记忆网络的飞控系统飞参数据异常检测方法
Abstract:
飞行控制系统作为战斗机的核心安全保障，负责控制飞行姿态、航向和高度等关键动作。对飞控系统的监测飞行参数进行分析，有助于及时发现异常，提升故障识别速度，从而确保飞行安全。针对传统单向神经网络结构难以有效捕捉复杂飞控系统飞参数据的时间依赖性，以及MSE损失函数在处理异常与噪声时的鲁棒性不足的问题，本文提出双向LSTM模型，同时结合Huber Loss以增强对噪声的抗干扰能力，针对飞行参数，首先进行特征数据对齐和降采样处理，采用滑窗自回归预测方法学习飞机的正常飞行模式，并通过Huber Loss设定异常检测阈值，从而判断测试集中的异常点。实验在卡内基梅隆大学提供的ALFA数据集上进行，结果表明，所提出的改进Bi-LSTM模型在多项指标上优于当前先的异常检测模型，特别是在F1分数和AUC等关键指标上表现优异，可有效提升模型的异常检测能力。
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基于ZYNQ 7020的双通道紫外放电检测系统设计
Abstract:
高压电气设备和传输线在电网输电工程中扮演着重要角色,由于各种自然环境和自身工艺、材质缺陷的影响,导致运行过程中绝缘性能不断下降,当自身绝缘介质无法耐受施加的电压时,进而引发局部放电现象。为了对设备的局部放电进行检测,用于评估设备的运行状态。因此,本文研制了一款基于ZYNQ 7020处理器的紫外与可见双通道的高压设备局部放电检测系统。根据所需的功能和标准设计了系统的硬件电路,用于采集双通道图像。并利用图像处理相关算法对紫外图像和可见图像进行预处理,然后实现图像的配准、融合,使成像系统的最终输出结果不仅可以反映设备的放电光斑信息,还可以获悉放电部位的背景信息。同时,考虑到高压设备的放电检测可能涉及到高危环境,也为了进一步提升系统的智能化水平,特设计了4G无线传输功能,并开发了对应的软件系统,使用TCP协议将硬件系统处理后的图像传输到远程的电脑软件中,通过算法提取放电强度特征量的参数信息,软件通过对这些参数的分析,自主衡量放电状态并反馈,实现了局部放电的全流程闭环自主检测。
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时频域处理提升电磁超声横波双折射应力检测精度的研究
Abstract:
本文针对钢构件内部切向应力检测需求,研制了双通道电磁超声传感器并搭建了基于横波双折射的高精度应力检测系统。分析了时域下不同声时提取方法及频域下不同滤波算法对应力测量结果的影响。其中,巴特沃斯滤波器滤波效果最好,信噪比与原始信号相比提升1.3倍,重复性测试下标准差为0.7；使用自相关法提取声时最稳定,其重复测试标准差仅为0.2。对Q345与L360两种钢材进行了应力测量,实验结果表明,两种材料标定曲线R2值均在在0.98以上,应力测量绝对误差小于10MPa。本文搭建的基于横波双折射的电磁超声应力检测系统具有较高的精度和稳定性。
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2024,43(7):14-23, DOI:
Abstract:
针对目前无人机航拍图像目标尺寸较小 , 图像背景复杂 ,导致现有的无人机目标检测算法检测精度较低的问题 ,提出 一种改进 YOLOv8s的无人机目标检测算法 。首先使用可变形卷积替换标准卷积 , 以增强网络对不规则形状目标的特征提取 能力 ;然后使用可分离大核注意力机制(LSKA) 改进快速空间金字塔池化(SPPF) 模块 ,改善因 目标尺度差异较大导致检测精 度较低的问题 。在网络颈部结合双向特征金字塔网络(Bi-FPN) 实现多尺度特征融合 ,改善网络对小目标的漏检和错检问题 。 在网络头部 ,使用自注意力机制动态检测头(DyHead) 替换原检测头 ,增强对遮挡物体和小 目标的检测能力 。最后 ,针对 数 据 集中存在大量低质量样本对训练过程产生负面影响的问题 ,使用 Wise-IOU 损失函数 , 提 升 模 型 收 敛 速 度 和 检 测 精 度 。实 验 结果表明 ,改进后的方法在 VisDrone2019数据集上获得了 41.7%的平均精度均值(mAP) ,与原 YOLOv8s算法相比 ,mAP@ 0.5 提升了 3.0% ,mAP@0.5 ∶ 0.95提升了 1.9% ,参数量下降了 17.5% ,计算量下降了 12.63% 。实现了模型轻量化和检测 精度双重提升 。
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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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2024,43(7):57-64, DOI:
Abstract:
针对于汽车自适应巡航系统面对复杂工 况 时 自 适 应 性 不 强 的 问 题 , 提 出 了 一 种 基 于 T-S模 糊 变 权 重 模 型 预 测 控 制 (Takagi-Sugeno fuzzy modelpredictivecontrol,T-SMPC) 的 自适应巡航分层控制策略 。首先上层控制器基于安全距离模型将 自适应巡航系统划分为定速巡航模式 、多目标优化控制 的 跟 随 模 式 和 紧 急 制 动 模 式 ; 下 层 控 制 器 基 于 车 辆 逆 动 力 学 模 型 ,将 上层控制器输出的期望加速度转变为节气门开度或制动压力 ;其次考虑到权重系数对控制精度的影响 ,建立基于 T-S模糊控 制的变权重模型预测控制器 ;最后搭建 Carsim Simulink联合仿真平台 ,验证控制策略的准确性 、适应性和跟踪响应速度 。结 果表明 ,在定速巡航工况时 ,T-S MPC控制方法跟踪响应时间为 1.54 s,较 PID 和传统 MPC控制跟踪响应快 ;在跟随和混合 工况时 ,T-S MPC控制方法均方根误差为分别为 0.307 3、2.775,均低于 PID、PID+LQR和传统 MPC控制的均方根误差 、并 且自适应性好 ,有效提高了跟车性能与安全性 。
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2024,43(7):1-13, DOI:
Abstract:
针对瞪羚优化算法收敛精度低和易 陷 入 局 部 最 优 的 问 题 , 提 出 一 种 精 英 反 向 学 习 及 柯 西 扰 动 引 导 的 瞪 羚 优 化 算 法 (improved gazelle optimization algorithm , IGOA) 。首先 ,对瞪羚个体利用精英反向学习策略进行初始化 ,提升初始解的质量并 增加种群多样性 ;其次 ,在算法迭代初期 ,利用二阶段非线性惯性权重引导种群的位置更新方式 ,提高算法的精度并均衡算法的 全局搜索和局部搜索 ;最后 ,将存活率引导的柯西扰动策略引入勘探阶段种群的位置更新公式中 ,提升算法跳出局部最优的能 力 。利用 12个基准测试函数和 Wilcoxon秩和检验在 8个对比算法上进行实验检测 ,结果表明改进算法寻优精度更高 、收敛速度 更快且具有跳出局部最优的能力 。在齿轮系和三杆桁架设计两个实际工程问题上验证了 IGOA的实用性和有效性 。
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2024,43(7):105-111, DOI:
Abstract:
微带交指滤波器作为一种常见的二维滤波器 ,在工程上有着广泛应用 ,但由于其尺寸较大 ,从而限制了应用场景的扩 展 。基于阶跃阻抗谐振器(stepped impedance resona-tor,SIR) 理论 ,设计了一款新型微带交指滤波器 ,完成了对传统微带交指 滤波器的尺寸优化 。该滤波器使用三段式 SIR结构 ,与 传 统 结 构 滤 波 器 的 谐 振 器 相 比 ,长 度 缩 减 了 23.2% 。利 用 CST仿 真 了相同设计指标下 SIR滤波器和传统滤波器的性能 ,结果表明二者都能够满足设计指标要求 ,且 SIR 滤波器在通带内性能更 佳 ,说明使用该方法实 现 小 型 化 具 有 较 强 实 用 意 义 。 为 验 证 滤 波 器 的 可 用 性 , 进 行 了 实 物 加 工 和 测 试 , 谐 振 结 构 尺 寸 为 10.9 mm×13.6 mm ,为便于测试 , 电路板尺寸为 24 mm×18 mm×0.508 mm , 实测结果与仿真结果在通带内最大差异小于 1.5 dB。该 滤 波 器 的 最 终 指 标 为 中 心 频 率 2.5 GHz, 带 宽 150 MHz, 带 内 损 耗 ≤ 4 dB, 阻 带 抑 制 ≥ 23 dB( 频 率 ≤ 2.2 GHz或 ≥2.72 GHz) 。
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2024,43(7):90-96, DOI:
Abstract:
针对传统的视觉同步定位与地图构建(SLAM) 在动态场景下容易受到运动物体干扰 ,导致位姿估计精准 度 和 鲁 棒 性 下降的问题 ,提出了一种基于目标检测网络的视觉 SLAM 算法 。该算法通过在 ORB-SLAM2 的跟踪线程中新增动态特征点 检测剔除模块 ,从而利用静态特征点进行位姿估计 。首先 ,选择 YOLOv7作为目标检测的主干网络 ,结合 GhostNet轻量化卷 积网络和具有 SE注意力机制的卷积(Conv_SE) , 以有效地检测周围环境 ;其次 ,对检测到的物体进行分类处理 ,剔除动态物体 特征点 ,通过几何约束的方法进一步检测和剔除潜在运动物体 ;最后 ,仅利用静态特征点进行特征匹配和位姿估计 。在 TUM 数据集上的验证结果表明 ,与 ORB-SLAM2相比 ,提出的算法在动态 Walk序列下 ,绝对轨道误差(ATE) 的均方根误差平均减 少 96.5% ,在其他动态序列下也有改进效果 。实验证明 ,该算法在动态场景下能够显著提升系统的定位精度和鲁棒性 。
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2024,43(7):97-104, DOI:
Abstract:
针对 YOLOv8算法在应用于带钢表面缺陷检测时存在漏检和错检等问题 ,提出了一种改进 YOLOv8 算 法 。针 对 数 据集中的小目标的标签 ,在 原 损 失 CIOU 的 基 础 上 面 加 入 标 准 化 高 斯 瓦 瑟 斯 坦 距 离(normalized Gaussian Wasserstein dis- tance,NWD) ,提升模型对小目标缺 陷 的 检 测 能 力 ; 采 用 聚 焦 调 制 (focal modulation) 替 换 YOLOv8模 型 的 空 间 池 化 金 字 塔 (spatialpyramid pooling-fast,SPPF) ,在轻量化的同时 ,提高多尺度特征的表达能力 ;采用移动翻转瓶颈卷积(mobile inverted bottleneck conv,MBConv) 替换 C2f中的 Conv构建新模块 C2f-MB, 同时使用 C2f-MB替换原有的 C2f模块 ,增强特征表达能 力和多尺度特征融合能力 ;在主干部 分 加 入 卷 积 块 注 意 力 机 制 (convolutional block attention module, CBAM) 来 抑 制 背 景 干 扰 ,能更好捕获全局信息 ,提升了主干部分的特 征 提 取 能 力 。 实 验 结 果 表 明 , 改 进 后 的 YOLOv8 算 法 在 计 算 量 下 降 的 同 时 , mAP@0.5 提高了 3% ,对漏检和错检等问题有明显改善 。
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2024,43(7):75-82, DOI:
Abstract:
通过对人体细胞内液和细胞外液这两个参数 的 特 征 分 析 可 以 预 测 或 诊 断 人 体 的 某 些 疾 病 。应 用 传 统 的 生 物 电 阻 抗 谱分析法计算这两个值时 ,需要用到几百 甚 至 几 千 个 频 率 点 的 人 体 生 物 电 阻 抗 数 据 , 数 据 的 采 集 和 处 理 都 极 为 复 杂 。基 于 Cole-Cole理论提出了三频谱点法与 Moissl方程相结合的人体细胞内 、外液研究方法 。该方法只需要采集和应用 3 个频率点 的生物电阻抗值 ,就可以提取出生物电阻抗参数 ,进 一 步 计 算 出 细 胞 内 液 和 细 胞 外 液 。实 验 结 果 表 明 ,方 法 与 常 用 的 生 物 电 阻抗谱分析法得到的结果相吻合 ,且采集数据和处理数据耗时仅为传统方法的 12.73% 。
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2024,43(7):158-169, DOI:
Abstract:
针对带钢表面缺陷种类多样 、特征不明显 ,导致漏检和错检等问题 ,提出一种改进 YOLOv8n的带钢表面缺 陷 检 测 方 法 。首先 ,为适应较小尺寸目标 ,增加 P2检测层来识别各类缺陷 ,减少漏检率 , 以及设计一种高效的 PConv检测头 ,维持推理 速度 ;其次 ,采取将 YOLOv8n颈部中的 C2f模块和可变形卷积 DCNv2融合的方式 ,增强模型特征提 取 能 力 ;此 外 ,在 骨 干 网 络输出层引入大动态选择性 模 块 LSKNet,来 扩 大 模 型 的 感 受 野 并 提 高 目 标 检 测 的 准 确 性 ; 最 后 , 选 择 SIoU 损 失 函 数 替 换 CIoU损失函数 ,增强网络收敛效果 ,从而提高识别精度 。改进后 YOLOv8n方法在 CSU_STEEL数据集上测试 ,实验结果表 明 ,平均精度均值(mAP) mAP@0.5 比原模型提高 8.6% ,达到 82.3% ,体积只增加 0.5 MB。改进后的方法对带钢表面缺陷 有更好检测结果 ,可为带钢缺陷检测方法的研究提供参考意义 。
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2024,43(7):33-45, DOI:
Abstract:
为了提高现有最大类间方差法(OTSU) 的阈值化精度和适应性 ,提出了一种对称约束的 类 间 方 差 阈 值 方 法 。该 方 法 首先对输入图像使用 Prewitt算子构建梯度幅值图像 ,并根据对称性原则提取对称采样区 ;然后 ,基于构建的对称约束类间方 差目标函数最大化准则选取阈值 ,并判断在此阈值下对 称 采 样 区 是 否 满 足 对 称 条 件 ; 当 无 法 满 足 对 称 条 件 时 ,基 于 对 称 采 样 区对输入图像进行对称修正处理 ,并应用对称约束的类 间 方 差 目 标 函 数 对 修 正 后 的 对 称 采 样 区 选 取 阈 值 ; 最 后 ,使 用 最 终 选 取的阈值对输入图像阈值化 。在 28幅合成图像和 70幅真实世界图像集上比较了提出的方法与 OTSU法及 4种 OTSU 的改 进方法的阈值化性能 。实验结果表明 ,提出方法的误分类率在合成图像和真实世界图像上分别为 0.0106 和 0.016,相较于阈 值化精度第 2 的方法在误分类方面分别降低了 91.4%和 86.1% 。提出的方法虽然在计算效率方面不占有优势 ,但它对不同 模态的测试图像具有更稳健的阈值化适应性和更高的阈值化精度 。
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2024,43(7):122-128, DOI:
Abstract:
针对静爆场中所拍摄图片存在破片 目 标 小 、背 景 复 杂 的 问 题 , 提 出 一 种 基 于 改 进 袋 獾 算 法 的 破 片 图 像 多 阈 值 分 割 。 基于 Tent混沌映射初始化种群 ,加入自适应权重策略以 提 高 算 法 全 局 搜 索 能 力 ,结 合 精 英 反 向 学 习 策 略 来 避 免 算 法 过 早 陷 入局部最优 。基于优化袋獾算法求解 Tsallis相对熵的最小值 ,作为 目标函数值计算最佳阈值 对 破 片 图 像 进 行 目 标 分 割 。仿 真结果表明 ,ITDO 在 12类基准函数上相较于其他算 法 表 现 出 更 强 的 收 敛 性 和 稳 定 性 。ITDO-Tsallis算 法 与 其 他 两 种 先 进 算法相比 ,收敛时间更快 、求解目标更精准 ,说明该算法能有效解决静爆场破片图像目标分割问题 。
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2024,43(7):112-121, DOI:
Abstract:
当前 ,许多学校体质测试项 目 中的仰卧起坐测试仍需通过手动计数 ,这不仅耗费人力 ,而且效率较低 。 为了促进体质 健身的智能化发展 ,提出了一种基于人体姿态估计模型 Fast-OpenPose和支持向量机(supportvector machine, SVM) 融合实 现的仰卧起坐行为计数方法 。通过 OpenPose检测出仰卧起坐连续视频流中人体关键点的位置信息 ,再 用 SVM 对 获 取 到 的 每一帧人体关键点的坐标数据进行动作特 征 分 类 。鉴 于 原 OpenPose网 络 复 杂 度 高 、模 型 参 数 量 大 、检 测 耗 时 长 的 缺 陷 , 用 FasterNet对其主干特征提取部分进行轻量化改进 ,并在预测分支中优化更为高效的单分支网络结构和卷积类型 ,最后引入空 间注意力(spatialgroup-wise enhance, SGE) 来弥补精度损失 。在 CoCo2017数据集的基础上 ,额外扩充 1 000张 仰 卧 起 坐 场 景的图片数据进行模型训练 ,实验结果表明 ,改进后的 Fast-OpenPose在损失部分精度但不影响仰卧起坐姿态估计的情况下 , 模型参数量缩减近 80% ,关键点检测速度提 升 110% 。 与 同 系 列 其 他 改 进 模 型 相 比 , 在 保 持 相 近 平 均 精 度 均 值(mAP) 的 同 时 ,更具有轻量化与速度优势 。
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2024,43(7):148-157, DOI:
Abstract:
中性点有效接地供配电系统中电弧接地故障频 发 , 而 已 有 的 故 障 检 测 方 法 在 电 弧 耗 散 功 率 较 小 ,零 休 时 长 较 短 时 存 在不足 ,导致检测准确性偏低 。针对此问题 ,采用故 障 旁 路 零 序 电 流 特 征 进 行 故 障 辨 识 。 首 先 ,探 究 了 电 弧 接 地 故 障 下 故 障 旁路零序电流的形成机理 ,揭示了电弧故障特征向故 障 旁 路 信 号 的 传 递 作 用 。然 后 ,采 用 梯 度 积 及 相 关 系 数 指 标 , 描 述 故 障 旁路零序电流信号特征 ,建立辨识判据 ,实现故障 类 型 判 别 。最 后 ,仿 真 结 果 及 实 验 结 果 验 证 了 所 提 方 法 的 有 效 性 。对 比 分 析表明 ,其相比于已有方法 ,该方法具有较高的识别精度 。特别是在电弧耗散功率小于 2× 103 W、零休特征不明 显 的 故 障 场 景中 ,该方法更具识别优势 。所提方法拓展了电弧故障辨识手段 ,可用于预防电弧故障引发的电气火灾 。
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2024,43(7):24-32, DOI:
Abstract:
针对地基合成孔径雷达(SAR) 形变测量中 ,常规 永 久 散 射 体(PS) 选 取 方 法 在 时 间 欠 相 干 复 杂 场 景 下 , PS选 取 数 量 、 质量难以满足形变测量需求的问题 。提出了一种基于双向长短期记忆 -卷积神经网络(BiLSTM-CNN) 的 PS选取方法 ,该方 法采用幅度离差与幅度联合选取正 、负样本构建训练数据集 ,并把干涉相位 、幅度差分与相关系数作为数据集的时序特征 ,然 后利用 BiLSTM 和多尺度 CNN分别学习 PS全局时序特征及局部时序特征 ,再通过多头 自注意力机制(MHSA) 对全局和局 部时序特征进行加权融合学习 ,最后进行特征概率映射以构建 PS分类模型 。利用重庆市万州区九道拐雷达监测数据对所提 方法性能进行实验分析 ,结果表明该方法改善了网络准确度 、F1 分数 、召回率 、精确度等指标 ,提高了雷 达 图 像 PS选 取 数 量 及质量 。
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2024,43(7):191-200, DOI:
Abstract:
针对现有的基于生成对抗网络的壁画修复方法,其生成样本缺乏多样性,容易造成大规模特征丢失等问题。提出一 种基于双生成器生成对抗网络(BGGAN)的壁画图像虚拟修复方法。首先,从两个随机方向进行样本生成,保证了生成样本 的多样性。其次,对 DilateU-NetKares生成器模型,改进下采样阶段的膨胀卷积扩张率,取消池化操作。最后,设计损失函 数,将均方误差(MSE)损失与对抗损失相结合,通过λG 约束生成样本的特征梯度。在所收集壁画数据集上进行修复测试,测 试结果与多种图像修复方法对比。结果表明,所提算法获得的图像修复结果细节更清晰。修复后图像的峰值信噪比(PSNR) 相较对比模型平均提高了约1.12dB,结构相似度(SSIM)平均提高了约0.047。
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2024,43(7):129-139, DOI:
Abstract:
针对麻雀搜索算法(sparrow search algorithm ,SSA) 存在依赖初始种群分布 ,易于陷入局部最优解 , 以及迭代后期种群 多样性减少等问题 ,提出一种多策略融合的改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm ,ISSA) 。首先 ,采用 Sobol 序列初始化种群 ,保证初始种群的多样性 ;其次 ,分别引入 随 机 反 向 学 习 策 略 和 螺 旋 觅 食 策 略 改 进 发 现 者 位 置 更 新 公 式 和 加 入者位置更新公式 , 以增强算法的全局搜索能力和跳出 局 部 最 优 解 的 能 力 ; 最 后 , 引 入 柯 西 变 异 对 可 能 陷 入 局 部 最 优 解 的 麻 雀进行扰动 。实验选取 9个标准 测 试 函 数 进 行 性 能 测 试 , 实 验 结 果 表 明 , 改 进 后 的 算 法 性 能 有 较 大 提 升 。将 ISSA 应 用 于 AGV(automated guided vehicle) 路径规划 ,在 3 种地图环境下分别可以达到最优值 13.135 6、28.834 5 和 44.364 9,寻优能力 和稳定性较原算法有较大提升 。
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2024,43(7):170-175, DOI:
Abstract:
为探究振荡电路中电容对石英晶 体 微 天 平 质 量 灵 敏 度 的 影 响 , 提 出 了 振 荡 电 路 的 等 效 电 路 模 型 阻 抗 分 析 方 法 。 首 先 ,建立等效电路模型 ,分析阻抗与频率关系 ,揭示了电容容值与其质量灵敏度对应关系 ;其次 ,进行多物理场耦合仿真实验 , 探究了电容容值对其质量灵敏度的影响规律 ;最后 ,搭建实验系统平台 ,开展了质量灵敏度实验 。结果表明 ,并联电容对其质 量灵敏度影响较小 ; 串联 1.01 pF电容其质量灵敏度提升 8.01× 10- 2 Hz/ng,串 联 15.84 pF电 容 其 质 量 灵 敏 度 提 升 1.49× 10- 2 Hz/ng。该结论有助于更好地理解电容对石英晶体微天平质量灵敏度影响 , 为该类传感器便携化 、微型化设计提供有力 支持 。
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2024,43(7):176-181, DOI:
Abstract:
为了 扩 大 对 高 衰 减 固 体 火 箭 发 动 机 药 柱 的 厚 度 测 量 范 围 , 利 用 超 声 纵 波 在 固 体 传 播 中 产 生 静 态 分 量 ( static components,SC) 的理论 。通过一发双收的反射式超声换能器组合 , 即发射端超声换能器工作频率为 500 kHz,接收端超声换 能器工作频率分别为 50和 500 kHz,完成多种厚度药柱的静态测量 。测量结果表明 ,对于厚度较大的药柱 ,50 kHz超声换能 器可以放大并接收由 500kHz超声纵波所激发的 SC低频信号 ;对于厚度较小的药柱 ,500kHz可以同时接收 500kHz基波信 号和 SC低频信号 。相较于传统同频收发的换能器组合 ,该一发双收的换 能 器 组 合 在 不 加 大 测 厚 盲 区 的 同 时 , 提 高 了 可 测 量 厚度范围 ,可以完成 20~ 200 mm 厚度范围内的测量 ,有一定的创新性和较好实用价值 。
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2024,43(7):65-74, DOI:
Abstract:
为了解决遥感图像中小目标的误检 、漏检难 题 , 提 出 了 一 种 改 进 的 YOLOv7-tiny算 法 。首 先 , 引 入 高 效 多 尺 度 注 意 力模块(efficientmulti-scale attention, EMA) ,基于此设计了多尺度特征提取模块 ELAN-EMA,这大大增强了骨干网 络 对 于 多尺度特征的提取能力 ;其次 ,在 特 征 金 字 塔 网 络(feature pyramid network, FPN) 中 引 入 内 容 感 知 特 征 重 组(content-aware reassembly offeatures, CARAFE) 优化最近邻上采样方法 ,设计了 FPN-CARAFE结构 ,扩大了感受野 ,从而能够获取小 目标 更多的细节信息和丰富的语义信息 ;最后 ,采用归一化距离损失函数(normalized wasserstein distance, NWD) 优化 CIoU 损失 函数 ,设计了 NWD-CIoU损失函数 , 降低了 CIoU对小目标位置偏 移 的 敏 感 性 , 能 够 更 好 地 提 升 小 目 标 的 检 测 效 果 。在 公 开 的遥感数据集 RSOD和 NWPU VHR-10上进行的实验表明 ,与基准模型相比 ,在计算量和参数量略增长的情况下 ,改进的模 型在平均精度均值(mAP) mAP@0.5 上分别提升了 3.6%和 1.8% ,有 效 地 提 高 了 遥 感 图 像 中 小 目 标 的 检 测 精 度 ,综 合 性 能 优于其他算法 ,满足部署在遥感检测系统上的要求 。
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2024,43(7):182-190, DOI:
Abstract:
电压暂降是电力系统中最令用户困扰的电能质量问题 ,对其特征参数进行准确测量是电压暂降评估和治理的首要前 提 。然而 , 当前电压暂降检测算法存在参数检测准确 度 低 、实 时 性 差 以 及 缺 乏 相 位 跳 变 信 息 等 不 足 。 为 此 , 提 出 一 种 基 于 有 效值滑窗差分算子和采样序列重构的电压暂降测量方法 , 以实现其特征参数的快速 、准确检测 。该方法首先利用有效值滑窗 差分算子准确获取电压暂降的起止时刻 。接下来 ,依据暂降起止时刻对原始信号分区 ,并对不同分区的信号进行加窗插值快 速傅里叶变换(FFT) 运算 。而后 ,对采样序列重构并进行相位校正 。最后 ,得到电压暂降的持续时间 、暂降深度和相位跳变等 特征参数信息 。在暂降幅值和相位同时变化 、不同谐波 分 量 、不 同 信 噪 比 噪 声 等 情 况 下 的 仿 真 实 验 结 果 表 明 ,所 提 方 法 具 有 准确度高 、实时性好和鲁棒 性 强 等 优 点 。 实 际 构 建 硬 件 测 试 平 台的 测 试 结 果 满 足 GB/T 30137- 2013 中 电 压 幅 值 误 差 ≤ 0.2% 、相位跳变误差 ≤1°以及暂降持续时间误差不超过一个周期的要求 ,验证了算法的有效性和可行性 。
