当期目录

2022年 第35卷 第3期 刊出日期：2022-03-15

  

基于反馈调节的闪烁脉冲稀疏量化电平方法

邓贞宙,胡钦,赖文升,韩春雷,陶凌

2022, 35(3):  1-7.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.001

摘要 ( 173 )   HTML ( 32 )   PDF (2520KB) ( 62 )  

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PET探测器采用SQL采样电路对闪烁脉冲进行处理,可固定量化电平。零点噪声引起的电平翻转导致电压比较器长时间非正常发热,无法设置较低的量化电平,限制了探测器符合时间分辨率的提高。文中提出一种基于反馈调节的闪烁脉冲处理方法,该方法通过使用三极管饱和状态下的开关特性,对SQL量化样本进行反馈调节。利用延迟元件对量化样本进行延迟同步,产生可以随样本逻辑电平变化的量化电平,避免了零点噪声对SQL采样电路的影响。实验结果表明,在相等时间内,优化的SQL采样电路的采样量比原SQL采样电路的采样量减少了29%,符合时间分辨率提升了179.3 ps,有效减少了PET探测器无用功耗,提高了PET系统的符合时间分辨率。

基于卷积循环网络与非局部模块的语音增强方法

李辉,景浩,严康华,徐良浩

2022, 35(3):  8-15.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.002

摘要 ( 214 )   HTML ( 1 )   PDF (2463KB) ( 30 )  

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现有的深度神经网络语音增强方法忽视了相位谱学习的重要性,从而造成增强语音质量不理想。针对这一问题,文中提出了一种基于卷积循环网络与非局部模块的语音增强方法。通过设计一种编解码网络,将语音信号的时域表示作为编码端的输入进行深层特征提取,从而充分利用语音信号的幅值信息以及相位信息。在编码端和解码端的卷积层中加入非局部模块,在提取语音序列关键特征的同时,抑制无用特征,并引入门控循环单元网络捕捉语音序列间的时序相关性信息。在ST-CMDS中文语音数据集上实验结果表明,与未处理的含噪语音相比,使用文中方法生成的增强语音质量和可懂度平均提升了61%和7.93%。

基于系统空间结构约束的多线结构光条纹中心线提取方法

毛雪忆,李文国

2022, 35(3):  16-24.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.003

摘要 ( 266 )   HTML ( 3 )   PDF (3040KB) ( 59 )  

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线结构光测量系统容易受到环境光干扰从而影响条纹中心线的提取。通过对系统空间结构约束的分析,文中提出一种多线结构光条纹中心线的提取方法。该方法分为标定和测量两个阶段,在标定阶段求出中心线的偏移量和偏移系数;在测量阶段中,分别在有环境光和无环境光时求得条纹中心线的三维世界坐标。通过平面和曲面拟合实验测量精度,并与Steger算法进行对比。实验结果表明,当存在环境光时,斜平面拟合得到的误差值小于0.007 mm,曲面拟合得到的百分比相对误差小于1.2%;无环境光时,圆柱体高度拟合相对误差小于0.7%,说明本文算法精度优于Steger算法。

基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术

姜煜,张敏,白兴宇,华生辉

2022, 35(3):  25-31.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.004

摘要 ( 202 )   HTML ( 3 )   PDF (1432KB) ( 41 )  

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目前的海洋内波检测技术在实际应用中误差大,受海洋环境影响显著,且无法自主识别。针对这一问题,文中提出了一种基于矢量场处理的海洋内波预警的监测方法。该方法基于声压和质点振速联合信息处理,利用超低频矢量水听器拾取的声场三维信息,可在复杂的海洋背景噪声场中根据方位估计算法对非协作目标进行时-空-频三维跟踪与锁定。内波的到来引起了三维声速剖面的变化,而声场的起伏则导致跟踪的目标信号源声能流强度改变。该方法根据目标信号在内波空间里的信道畸变引起垂直维掠射角异常跳变来实现海洋内波的监测和预报。仿真结果表明,在正常环境中垂直维掠射角略有浮动,变化范围较小;当内波来袭,掠射角发生强烈突变,且最大偏转可突变至负向角度,证明了所提方法的有效性。

基于反步法的四旋翼无人机自适应控制研究

沈昕格,金海,郭亮

2022, 35(3):  32-37.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.005

摘要 ( 675 )   HTML ( 28 )   PDF (730KB) ( 108 )  

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文中设计了基于反步法的自适应控制器,来解决无人机在外界干扰情况下的姿态和位置控制稳定性问题。针对“X”型无人机进行动力学建模,将其转换为具有外界干扰的严反馈形式。将系统分为位置子系统和姿态子系统,结合反步控制,运用Lyapunov函数递推出使系统稳定的自适应律和各通道的控制律,再通过推出的通道控制律反解出期望的姿态角,使系统形成闭环。MATLAB-Simulink仿真模型的仿真结果表明,文中所设计的控制器在存在外界干扰的情况下,能对无人机的姿态和位置进行良好地跟踪。

基于3D全卷积网络的腹部动脉CTA分割算法

纪玲玉,高永彬,赵呈陆,汤先华,徐凯成,徐嘉诚

2022, 35(3):  38-44.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.006

摘要 ( 263 )   HTML ( 2 )   PDF (1972KB) ( 41 )  

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目前卷积神经网络已成为腹部动脉血管分割领域的研究热点,但经典的卷积网络存在分割精度低和分割血管不连续的问题。为此,文中提出了基于改进3D全卷积网络的腹部动脉血管分割算法。该方法在网络的编码路径上构造不同尺度的侧输入,并将侧输入卷积后的图像与下采样卷积后的图像进行融合,提取更多的特征信息。同时,网络中嵌入了新的多尺度特征提取模块,该模块将通道注意力与密集扩张卷积进行了融合,有效地捕获了更高层次的特征信息。对腹部动脉血管进行分割的结果表明,与其他分割方法相比,所提方法在直观性和定量性上均有提高,证明了该方法能够提升血管分割精度。

基于GAN-CNN的心律失常识别

陈鹏,刘子龙

2022, 35(3):  45-50.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.007

摘要 ( 421 )   HTML ( 11 )   PDF (1573KB) ( 82 )  

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心电图分析是医生诊断心律失常的重要依据。对心律失常的准确判断有助于患者及时了解身体状况并发现潜在疾病。然而,心电图分析不仅费时费力,而且还依赖于临床经验,因此心电图分析的效率一直受到医生数量和工作效率的限制。深度学习技术的发展为计算机辅助诊断系统的开发提供了基础。文中将一维心电信号转换为二维灰度图像,并采用一种GAN-CNN网络解决心电数据不平衡的问题,可同时实现7类心律失常类型和正常心搏的识别。实验使用MIT-BIH心律失常数据库进行验证,平均准确率达到了99.32%,敏感性和特异性分别为99.69%和98.91%。

基于外界影响及时序因素的PM_2.5预测研究

杨艳梅,程宗毛

2022, 35(3):  51-57.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.008

摘要 ( 181 )   HTML ( 3 )   PDF (2079KB) ( 35 )  

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随着雾霾问题逐渐加重,对其主成分之一PM_2.5的预测已成为广泛关注的问题。PM_2.5日浓度变化受多种因素影响,且具有非线性、时变性的特征,难以被准确预测。针对此问题,文中提出一种基于外界影响及时序因素的PM_2.5日浓度预测方法。该方法分离出PM_2.5日浓度的外界主要影响因素与时间因素,建立了基于外界主要影响因素的BP神经网络初步预测模型以及基于时间因素的EEMD-LSTM组合残差修正模型。使用杭州市2014年~2019年间的PM_2.5日浓度和其他相关因素数据进行仿真实验。结果表明,相比其他模型,文中所提出预测模型的均方根误差为2.74,预测准确率更高。

稀疏平面阵列幅相误差估计算法

谢婉莹,金红军,赵怀松

2022, 35(3):  58-64.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.009

摘要 ( 200 )   HTML ( 3 )   PDF (2084KB) ( 31 )  

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稀疏阵列存在模糊特性,导致当阵元幅相误差或位置误差存在时,无法直接应用传统的ISM方法。针对这一缺陷,文中借用线阵中基于介质解模糊的DOA估计算法原理,将该算法推广至二维稀疏平面阵列,通过引入抑制度的概念深入研究了介质参数对抑制效果的影响,并进一步将该算法与经典ISM法相结合,提出了一种新的稀疏平面阵列幅相误差估计算法。仿真结果表明,该方法不仅可以在合理选择介质参数的条件下使模糊角抑制度最大达到17 dB,还可以在获得准确角度的前提下进行幅相误差估计,提高了鲁棒性。

一种基于WinForm的GPU配置管理系统设计与实现

聂曌,何嘉文,马城城,刘晖

2022, 35(3):  65-70.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.010

摘要 ( 167 )   HTML ( 5 )   PDF (2140KB) ( 58 )  

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GPU功能配置模块众多,设置过程步骤繁琐,且配置项之间关系紧密,增加了GPU应用开发难度。针对该问题,文中设计一种基于WinForm的GPU配置管理系统。该系统分为软件数据生成和硬件环境配置两部分,具有完成开机/告警画面生成、驱动配置、汇编工具、光标生成、接口配置和字库工具等功能。运行时可根据用户提供的配置信息,算法自动配置模块初始化内容及其步骤顺序。用户无需使用函数调用的硬编码形式,仅通过鼠标和键盘即可完成复杂的GPU配置工作。文中基于FPGA验证平台对系统的功能、设计和实现进行验证。结果表明,该系统在满足功能正确性、设计完备性和实现健壮性的前提下,简化了配置过程,缩短了配置时间。

单相无刷直流电机的设计分析与建模仿真

上官璇峰,杨婷玉,卫劲松,刘永健

2022, 35(3):  71-78.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.011

摘要 ( 810 )   HTML ( 27 )   PDF (1749KB) ( 156 )  

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文中针对单相无刷直流电机结构设计及驱动方式展开研究,推导出电机理想工况下的基本方程,根据工程实际需求并结合无刷直流电机的设计原则确定该电机的设计方案。利用设计方案设计一台额定功率38 W,额定转速750 rpm的单相无刷直流电机,并分析了渐变气隙对电机起动性能和齿槽转矩的影响,确定了最优气隙长度。通过对比单极性绕组和双极性绕组形式的优缺点确定绕组形式,结合传统电机设计公式确定绕组匝数。文中利用有限元法初步验证了设计方案的合理性。根据电机动态数学模型在Simulink环境中搭建了电机系统的模型,仿真得到电机的转速、转矩变化曲线,结果与理论分析吻合良好,验证了电机设计方案的合理性和电机模型的有效性。

基于MATLAB App Designer的牵引电机滚动轴承可靠性评估系统设计

齐美义,廖爱华

2022, 35(3):  79-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.03.012

摘要 ( 159 )   HTML ( 2 )   PDF (2681KB) ( 73 )  

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牵引电机滚动轴承在运行过程中由于存在载荷不均匀和运行环境恶劣的问题,需要评估地铁车辆牵引电机滚动轴承的可靠性。文中基于MATLAB App Designer对牵引电机滚动轴承可靠性评估系统进行了设计开发。通过提取振动信号的时域、频域特征指标,利用主成分分析法进行特征融合。将融合后的特征指标作为威布尔比例故障率模型的响应协变量,采用飞蛾扑火优化算法寻优威布尔比例故障率模型参数,代入到可靠度函数计算出任意时刻可靠度。使用MATLAB App Designer创建数据录入、数据分析和可靠性评估等模块界面。实验结果表明,所设计的牵引电机滚动轴承可靠性评估系统界面友好、易于操作、可靠性评估效果良好,可广泛应用于不同领域。