当期目录

2022年 第35卷 第10期 刊出日期：2022-10-15

  

基于5G通信的空间站舱内电磁环境分析

左文成,赵子文,徐至江,谭康伯

2022, 35(10):  1-7.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.001

摘要 ( 294 )   HTML ( 5 )   PDF (3850KB) ( 61 )  

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针对5G通信在空间站舱内复杂的多径效应问题,文中基于等效空间站模型提出了分析舱内电磁环境和天线耦合度的方法。通过提取空间站的主体特征获得舱内模型,以典型的5G通信设备作为收发系统探测舱内的电磁分布情况,分区域研究了摆放舱内通信设备的可选方案,并研究了多天线工作时收发天线在工作频段上的耦合度问题。结果表明,将通信发射设备放置于3个舱室的连接区域,可在空间站内获得最佳电磁覆盖,两天线垂直放置时的耦合度最小。

异构低能耗的跟随机器人系统设计

汪庆海,杨芳艳

2022, 35(10):  8-14.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.002

摘要 ( 178 )   HTML ( 8 )   PDF (3004KB) ( 43 )  

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服务机器人在单任务模式下适用领域较小,智能化程度较低。而在多任务情况下,服务机器人的算力成本较高,导致能耗大幅提升,缩短了续航时间。针对上述问题,文中设计了一种基于ROS平台的低功耗、多任务跟随机器人系统,并使该系统能够在定点巡航和视觉跟随两种任务下实现智能切换。在硬件方面,通过构建低能耗的异构计算平台来保证在输出同等算力的同时降低能耗。在软件方面,根据异构计算平台的性质,设计了跟随机器人系统的算法框架。机器人系统中各模块状态切换采用基于马尔可夫链的状态转移控制方法来实现。实验结果表明,文中提出的机器人系统能够降低能耗75%,在功能上能够实现定点巡航与视觉跟随的实时切换。

多输出反激式开关电源同步整流技术

陈卓,王京梅,刘宇

2022, 35(10):  15-20.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.003

摘要 ( 892 )   HTML ( 21 )   PDF (1989KB) ( 124 )  

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在反激式开关电源中,传统二极管整流方式整流损耗大、效率低,多路输出交叉调节特性差。针对该问题,文中采用同步整流技术对多输出反激式开关电源进行了研究。对反激变换器同步整流技术及其驱动方式进行分析,选用基于漏源电压的同步整流控制芯片UCC24610设计了一款三输出反激式开关电源样机。为使样机每路输出都得到调节,文中引入了加权电压反馈控制的方法。将文中样机与二极管整流样机进行对比测试后发现,前者比后者的满载效率提高了7.6%。研究结果表明,同步整流技术有效提高了样机输出电压精度,改善了多输出交叉调节特性。

基于区域限制的WiFi/PDR融合实时定位算法

胡文强,胡建鹏

2022, 35(10):  21-26.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.004

摘要 ( 276 )   HTML ( 7 )   PDF (1245KB) ( 46 )  

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针对室内定位系统在实际应用场景中算法复杂度高、运算量较大的问题,文中设计并实现了一种基于EKF的WiFi/PDR融合定位系统。在WiFi指纹定位部分提出了基于自适应滑动窗口的指纹匹配方法,通过邻近状态的RSSI欧式距离解算得到搜索窗口,以动态调整指纹库的匹配范围,从而实现了定位结果的快速收敛。在融合定位阶段,结合EKF与PDR的系统特性来解决时间配准问题。以WiFi数据更新为基准,利用EKF算法进行数据融合,在融合数据不同步时由PDR直接输出定位结果。实验结果表明,该定位系统具有良好的运行效果与稳定性,所提方法在实际定位场景中的平均定位误差为2.27 m,并在80%的情况下能够达到3 m的定位精度。

标准表法气体流量标准装置标定软件设计

喻子涵,简献忠

2022, 35(10):  27-32.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.005

摘要 ( 290 )   HTML ( 7 )   PDF (1542KB) ( 34 )  

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文中介绍了一种应用于标准表法气体流量标准装置的标定软件系统。针对MFC、C#等编程软件设计复杂的问题,使用编程更为简单的组态软件作为开发环境,设计了一套标定软件,对标准表法气体流量标定过程中的数据采集、过程可视化显示、标定数据存储、标定报表生成以及标定历史数据查询等功能进行了实现。实际环境测试表明,该软件可以胜任监控流量标定工作,被校表示值误差在±0.2%之间,重复性在0.02%以下,与前次标定证书数据一致,符合0.2级准确度涡轮流量计国家标准;经过不确定度评定,系统的不确定度在0.4%以下,满足标准装置要求。

基于图像识别的失物招领微信小程序设计

张杨帆,郝钰鑫,李隐峰,田鑫雨,郑春红,李泽昊

2022, 35(10):  33-38.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.006

摘要 ( 828 )   HTML ( 33 )   PDF (2111KB) ( 109 )  

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校园内失物招领信息发布分散,失主查询困难,物品找回成功率低。针对该问题,文中利用图像文字识别技术开发了一套基于微信的失物招领小程序。该程序能识别证件类失物图片中的卡号、姓名等文字信息,并自动填写表单。当上传的失物信息与学校数据库人员信息相匹配时,系统会通过短信和微信通知失主认领物品。本系统已经在校园上线投入运行,提高了失物招领信息的发布效率,提升了失物找回的成功率。

针对肝包膜特征图的自动化提取方法

牛广利,刘翔,宋家琳,汤显

2022, 35(10):  39-44.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.007

摘要 ( 111 )   HTML ( 2 )   PDF (2260KB) ( 18 )  

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为了自动化提取肝包膜及其上下组织特征图,实现全自动特征学习,文中提出采用频域处理与图像形态学处理的方法对图像进行预处理,并借鉴移动平均法提出二路交叉感受野策略,由感受野映射区域进行特征筛选与分析。通过对数能量函数识别并定位目标区块,从而实现对肝实质病变特征、肝包膜、肌肉脂肪层纹理特征数据提取与分析,并根据数据分析获取肝包膜及其上下组织特征图。根据特征区域的相对位置,提出区块纠错机制对误检区块进行校正,使其更具鲁棒性。实验结果表明,在对肝硬化超声图像中的肝包膜及其上下组织特征图的提取过程中,该提取机制在正常、轻度、中度阶段特征提取均达到100%的准确率,对于重度病情阶段的特征提取准确率达到84.6%。

基于YOLO神经网络的垃圾检测与分类

张伟,刘娜,江洋,李清都

2022, 35(10):  45-50.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.008

摘要 ( 1004 )   HTML ( 35 )   PDF (1231KB) ( 139 )  

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针对人工分拣垃圾效率低、任务重和环境恶劣等问题,文中提出了基于YOLO的目标检测方法来实现垃圾检测与分类。通过制作特定数据集,使用K-means聚类算法以及Mish激活函数对模型进行调整。根据卷积神经网络的特性,通过在YOLO模型的每个检测头前嵌入CBAM注意力模块,结合PANet增强特征集成能力来提升小目标检测的精度。实验结果表明,文中提出的垃圾检测与分类方法能够准确快速地识别垃圾。相较于YOLOv4,文中所提模型在垃圾数据集上的map值提升了2.81%,其中Cans的识别精度可达94.56%,PlasticBottle的精度提升了6.36%。

几何约束下噪声一致性的图像拼接篡改检测

路东生,张玉金,朱海,姜月武

2022, 35(10):  51-58.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.009

摘要 ( 154 )   HTML ( 3 )   PDF (2619KB) ( 25 )  

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将以图像块为单位的噪声水平估计方法应用在图像篡改定位时,会导致分割边缘呈锯齿状并降低边缘定位准确率。针对该问题,文中提出了一种基于几何约束和噪声一致性分析的图像拼接取证算法。采用基于统计的噪声水平估计与K-means算法对每个图像块实现初步检测定位,提取初步拼接区域边缘的点集合,并以其每个点为中心,依次在边缘图上进行方形范围搜索,拼接区域边缘。随后,利用几何约束筛选算法选择疑似篡改边缘点来定位篡改区域。相较于现有算法,在Columbia上正确检测率相同的情况下,采用文中方法可将错误检测率降低12.7%,并降低算法复杂度。

基于非局部自相关的复制粘贴检测算法

吴旭,刘翔

2022, 35(10):  59-64.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.010

摘要 ( 115 )   HTML ( 1 )   PDF (3103KB) ( 17 )  

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针对数字图像复制-粘贴篡改无法区分目标与来源的问题,文中通过改进相似度匹配算法和利用非局部自注意力机制,在定位出篡改区域的前提下,解决了篡改源区域和目标区域的分类问题。总体框架为双分支检测网络,主分支采用经典U-net分割篡改区域像素,副分支通过孪生网络进行特征提取并计算自相关性,从而分割出篡改目标与源区域像素。将双分支融合后进行端到端训练,最终网络预测出三分类结果。实验结果表明,文中算法检测定位目标区域时的像素级分类精确率达到了80.47%,且F1值及准确度均优于对比算法。可视化结果和鲁棒性实验也表明文中算法具有良好的泛化性能。

基于特征参数的井眼轨迹模式识别与分段方法

刘卫星,杨金显

2022, 35(10):  65-71.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.011

摘要 ( 209 )   HTML ( 4 )   PDF (858KB) ( 30 )  

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针对井眼轨迹形态多变而测斜模式单一所导致的井眼轨迹拟合偏离真实钻进轨迹问题,文中提出了基于特征参数的井眼轨迹分段和模式识别方法。该方法基于充分的理论分析建立井斜角、方位角随井深的3次b样条函数,得到能够决定井眼轨迹某点邻近形状的曲线特征参数。根据该特征参数,结合各种模型的特征参数,构建井眼模式识别评价指标和分段指标,并选出最符合实钻的井眼轨迹模型。为了验证所提方法的有效性,设计了样机模拟实钻实验。研究结果表明,基于特征参数的井眼轨迹模式识别与分段方法能够有效提高井眼轨迹拟合的精度。

基于改进粒子群算法在多能互补微网中的应用

赵鉴,袁渤巽,倪凌凡,林顺富,王维

2022, 35(10):  72-78.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.10.012

摘要 ( 181 )   HTML ( 6 )   PDF (1860KB) ( 30 )  

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多能互补微网系统存在多维变量和多重约束,从而导致系统综合年化成本计算复杂且成本较高。在计算过程中,由于系统需要功率平衡,易诱发多种设备出力超出规定限值的问题。针对该问题,文中提出了一种改进的粒子群算法。该算法综合考虑系统内电-热-冷多种负荷功率平衡,在粒子群算法的基础上引入二次限制,将系统内超出限值的设备出力重新拉回约束边界内,动态优化系统内设备出力的缩减系数,避免因系统内部功率平衡导致的设备超限问题。通过算例分析,将遗传算法、改进前的算法和改进后的算法应用到多能互补微网系统,并对比分析了不同场景下的设备出力和综合年化成本。实验结果证明了所提算法的有效性与普遍适用性。