当期目录

2023年 第36卷 第2期 刊出日期：2023-02-15

  

基于FPGA的多通道雷达数据回放系统设计

赵英潇,苏阳

2023, 36(2):  1-7.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.001

摘要 ( 419 )   HTML ( 1088 )   PDF (1913KB) ( 154 )  

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为解决雷达实时信号处理功能及性能有效验证问题,文中设计并实现了一种宽窄带一体化、多通道雷达数据回放系统。该系统按雷达工作的时序和数据率将雷达回波数据发送至实时信号处理系统,从而对目标跟踪场景进行复现,实现雷达实时信号处理功能及性能的有效验证。系统硬件平台由磁盘阵列服务器与两块PCIe光纤板组成。基于Xilinx系列产品,结合系统特点对PCIe DMA控制流程及响应机制做进一步调整,实现了服务器到光纤板的雷达回波数据高速批量传输。根据雷达工作机制及回波数据结构,设计FPGA回放控制状态机及相关功能模块,严格按照雷达工作的时序和数据率使雷达回波数据由光纤板传输至实时处理系统。分别设计软件同步控制方法和硬件同步控制方法,保证多板卡数据回放的同步性。测试结果表明,该系统实现了宽、窄带雷达回波数据的板间同步回放,各数据类型分别支持6路并行数据通道,数据回放峰值速率可达1 920 MB·s^-1。文中系统可依托雷达原有硬件平台实现,无需增设板卡和线缆,具有良好的集成性与通用性,目前已被应用于某多功能相控阵雷达中。

基于分时电价和用户侧储能的配电网调度优化策略

王玉梅,王露露

2023, 36(2):  7-12.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.002

摘要 ( 486 )   HTML ( 525 )   PDF (906KB) ( 111 )  

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针对分布式电源接入及负荷波动引起配电网线路损耗增加的问题,文中提出将分时电价机制协同用户侧储能参与配电网的优化运行模型。基于分时电价建立用户负荷响应模型,构建以用户日用电成本、配电网网损最小为目标函数的配电网运行优化模型。采用评价函数法将多目标转化成单目标,并在传统遗传算法中引入模拟退火Metropolis准则对用户侧储能充放电策略寻优。仿真结果证明了文中所提策略能有效降低配电网网损及用户用电成本,所提算法寻优速度较快,收敛性能较好。

基于电压电流双环控制的蓄电池并网研究

孙思男,郝正航

2023, 36(2):  13-21.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.003

摘要 ( 411 )   HTML ( 448 )   PDF (1087KB) ( 105 )  

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针对常规蓄电池放电采用可变电阻器进行性能测试所引起的准确度低、可靠性差、操作困难等问题,文中提出了一种并网充放电的电池性能检测方式。通过对铅酸蓄电池中电荷量、温度、电流微分表达式的分析,建立由主反应支路和寄生支路组成的三阶等效数学模型。电池的充放电采用阶跃信号触发Buck-Boost双向变换电路开关通断的恒流模式。逆变电路采用电压电流双闭环控制,并经电感滤波后并入模拟电网。在MATLAB/Simulink软件上搭建的仿真模型验证结果表明蓄电池各项性能指标和并网电流动态响应良好,证明了文中所提方法的有效性和环保性。

基于注意力机制和Inf-Net的新冠肺炎图像分割方法

左斌,李菲菲

2023, 36(2):  22-28.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.004

摘要 ( 352 )   HTML ( 511 )   PDF (2320KB) ( 91 )  

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新型冠状病毒肺炎肆虐全球,严重影响了人类社会的生活和健康。CT影像技术是检测新冠肺炎的重要诊断方式,从CT图像中自动准确分割出新冠肺炎病灶区域,对于诊断、治疗和预后都有重要意义。针对新冠肺炎病灶的自动分割,文中提出基于Inf-Net算法改进的自动分割方法,通过引入通道注意力机制加强特征表示,并运用注意力门模块来更好地融合边缘信息。在COVID-19 CT分割数据集上的实验结果表明,文中所提出新冠肺炎图像分割方法的Dice系数、灵敏度、特异率分别为75.1%、75.4%和95.4%,算法性能也优于部分主流方法。

最早截止期优先算法在CAN FD网络中的改进

管银凤,张凤登,张海涛,张宇辉

2023, 36(2):  29-36.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.005

摘要 ( 129 )   HTML ( 594 )   PDF (1861KB) ( 26 )  

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针对应用于CAN FD网络中的调度算法,平均分区编码方式的最早截止期算法对报文进行非抢占调度时,其对大范围的截止期编码能力有限,报文易出现较大概率优先级反转以及总线负载较高等问题。通过分析造成报文传递延迟的各种原因并结合之前相关分区调度算法的不足,文中提出了基于指数-幂函数分区的最早截止期优先算法对报文进行调度的改进方式,即在对报文的截止期进行指数分区的基础上,进一步采用幂函数分区细分。文中对该算法的可调度性进行了分析,并使用CANoe进行了仿真验证。实验表明,与现有的平均分区调度算法相比,改进后的算法扩大了截止期的表示范围,降低了总线负载,优化了优先级反转问题,达到了更好的调度效果。

以磁通等效实现磁悬浮轴承磁极容错控制

朱芳甫,陈亮亮,蒋科坚

2023, 36(2):  37-45.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.006

摘要 ( 170 )   HTML ( 579 )   PDF (3764KB) ( 30 )  

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针对8磁极电磁轴承容错控制问题,文中提出了一种基于磁通等效的电磁轴承容错控制方法。该方法首先通过仿真得到磁通的电流-磁通影响系数,利用线性代数理论计算得到电流分配矩阵。当某一个磁极回路发生故障时,利用电流分配矩阵计算重构电流,使8个磁极端面的磁通在故障前后保持不变,即磁通等效,从而实现容错运行。在ANSYS有限元仿真平台进行仿真,用磁通等效方法可以较好地还原故障前的端面磁通和磁力线分布,并计算得到了磁通误差(最大不超过3.2%,绝大部分小于0.5%)和力误差(最大不超过7%,绝大部分小于1.5%),证明了所提出磁通等效容错控制方法的有效性。

智能助行器防跌倒柔顺控制研究

张钰文,王亚刚,丁大民,林衍照

2023, 36(2):  46-52.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.007

摘要 ( 251 )   HTML ( 516 )   PDF (1432KB) ( 43 )  

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当用户使用助行器过程中有跌倒趋势时,需要使人体能快速恢复正常的站立体态并缓冲助行器紧急制动的惯性力。但是大部分柔顺控制运用机械臂模型较多,运用于助行器模型的防跌倒控制策略较为欠缺。针对此问题,文中提出了一种基于自适应滑模阻抗控制的新型防跌倒柔顺控制策略,并将其用于助行器模型,通过阵列式薄膜压力传感器与超声波传感器融合来达到提升助行器性能的目的。该策略能提高助行器的轨迹跟踪效果,实现对用户的安全防护。两种不同运行情况下的仿真和两种不同地形的模拟实验结果表明,人体可在4 s左右恢复正立,证明该策略能实现助行器运动的柔顺性。

全变差稀疏约束深度非负矩阵分解高光谱遥感影像解混方法

赵文君,翟晗,张洪艳

2023, 36(2):  53-60.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.008

摘要 ( 194 )   HTML ( 589 )   PDF (1930KB) ( 72 )  

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传统非负矩阵分解方法仅基于单层线性模型,现有的深度非负矩阵分解模型忽略了地物光谱的实际混合物理过程,仅从数学理论考虑深度分解。对此,文中从光谱混合的物理过程出发,综合非负矩阵分解和深度学习,将光谱混合过程进行反向建模,并充分考虑丰度的稀疏性和空间平滑性,构建了用于高光谱遥感影像解混的面向端元矩阵的全变差稀疏约束深度非负矩阵分解模型。通过模拟实验和真实实验,将文中所提方法与5种解混方法进行对比。结果表明,相较于面向丰度的深度非负矩阵分解算法,文中所提方法的平均光谱角距离和均方根误差均有所降低,取得了最佳解混结果。

含氢储能的多源联合发电系统调度研究

郭成威,田书,刘明杭

2023, 36(2):  61-66.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.009

摘要 ( 174 )   HTML ( 601 )   PDF (1806KB) ( 45 )  

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风电和光伏发电具有间歇性和随机性,为了降低在多源联合发电系统中的弃风弃光率,采用含氢储能系统和火电机组配合来平滑风电和光电机组出力。文中以系统运行成本最小和弃电惩罚成本最小为目标,以系统功率平衡、火电机组出力和爬坡、热备用、风电和光电出力及储能系统储氢罐容量、电解槽和燃料电池功率等为约束条件构建了多源联合发电系统日前调度模型。通过YALMIP工具箱对模型进行编程,并调用CPLEX对编写的程序进行求解。对含有风电、光电、火电机组以及储能系统的多源联合发电系统进行算例分析,通过对比有无储能系统的弃风弃光量和系统总运行成本,证明了含氢储能系统可以有效降低系统的弃风弃光率,并提高系统的经济性。

基于LSTM网络的矿山压力时空混合预测

余琼芳,牛冬阳

2023, 36(2):  67-72.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.010

摘要 ( 275 )   HTML ( 587 )   PDF (1023KB) ( 56 )  

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矿山压力失衡引起的顶板事故是矿山重大事故之一,超前感知综采工作面矿山压力的变化对保证煤层安全高效具有重要意义。为了提高矿压预测准确性,文中提出了一种基于LSTM网络的时空混合预测模型。该模型采用两个独立的LSTM网络分别提取采空区侧和支架移架侧的压力特征,然后将得到的数据通过全连接层融合,从而实现对矿压的共同预测。文中以MSE和MAE来评估基于LSTM的时空混合模型的预测效果,实验结果表明MSE和MAE分别下降了24.49%和35.24%,说明基于LSTM的时空混合预测模型优于传统LSTM预测模型,且时空混合模型预测方法较传统模型具有更高的可靠性和准确性,能够实现工作面推进过程中对矿压变化的有效预测。

改进YOLO的口罩佩戴实时检测方法

程长文,陈玮,陈劲宏,尹钟

2023, 36(2):  73-80.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.011

摘要 ( 410 )   HTML ( 593 )   PDF (2859KB) ( 126 )  

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现有的YOLO目标检测模型基于One-stage思想进行多目标检测,其对于双分类检测有所不足,并且检测时性能消耗较大。为了能够在新冠疫情爆发的特殊时期,提高双分类口罩佩戴的检测精度和检测效率,文中提出了一种基于YOLO的双目标口罩佩戴实时检测方法。改进模型的前馈输入层,优化了数据增强部分,添加了自适应图片缩放,以便提升双分类和小目标的检测精度和检测效率。添加了自适应锚定框,替换了激活函数,降低了方法的计算量从而提高方法的检测效率。Neck部分优化和添加的Focus结构提高了特征融合能力并且减少了参数量,达到了提速的效果。实验结果表明,与YOLOv4相比,所提方法在文中数据集中的F₁提高了0.33%,mAp提高了0.71%,并且相同实验环境下的检测效率也提升明显。

一种基于GAN的轻量级水墨画风格迁移模型

赵晋,李菲菲

2023, 36(2):  81-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.02.012

摘要 ( 471 )   HTML ( 440 )   PDF (2030KB) ( 81 )  

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当前现有的风格迁移方法大多以照片或西方绘画为主。由于中西方画作之间的内在差异,直接应用现有的算法无法生成令人满意的中国水墨画风格迁移的结果。文中基于GAN提出了一种新颖的适用于水墨画的风格迁移方法。该方法结合了AdaIN方法、风格注意力模块和感知损失,可以更准确地学习到水墨画的风格特征,一定程度上解决了水墨图像生成质量不佳的问题。定性分析和定量评估结果表明文中方法性能更好,生成的结果具有更佳的视觉效果。相比于基准方法,文中所提方法减少了约55%的参数量,降低了约60%的训练时间。