仪器仪表学报杂志

仪器仪表学报杂志2021年第9期

• 语义分割网络的 FPGA 加速计算方法综述

  彭 宇，姬森展，于希明，刘胜剑

  随着深度学习技术的发展和图像场景理解需求的提升,基于现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray,FPGA)部署语义分割网络,为用户提供低延迟、高能效的边缘端智能服务成为研究热点。针对语义分割网络结构中计算和存储密集型特点,构建基于FPGA的定制计算结构是研究的重点问题。鉴于此,本文在归纳总结语义分割网络基本原理和计算结构特点的基础上,分别从面向硬件资源约束的模型压缩方法和定制硬件架构设计两个角度阐述基于FPGA的语义分割网络加速计算方法,并重点对硬件架构设计中的计算结构设计和内存访问优化的典型方法进行总结。最后,展望了语义分割网络FPGA加速计算方法的发展趋势,以期为语义分割、边缘计算、定制高能效计算以及其他相关领域的研究者提供设计参考。

• 3D 激光雷达 SLAM 算法综述

  周治国，曹江微，邸顺帆

  无人平台在大范围环境中实现自主定位与导航的能力需求日益严苛,其中基于激光雷达的同步定位和绘图技术(SLAM)是主流的研究方案。在这项工作中,本文系统概述了3D激光雷达SLAM算法框架和关键模块,分析阐述了近年来的研究热点问题和未来发展趋势,梳理了3D激光雷达SLAM算法性能的评估标准,并据此选取目前较为成熟的具有代表性的6种开源3D激光雷达SLAM算法在机器人操作系统(ROS)中进行了测试评估,基于KITTI基准数据集,从KITTI官方精度标准、SLAM算法精度指标、算法耗时和处理帧率3方面进行了横向比较,结果表明,所选6种算法中LIO-SAM算法性能综合表现突出,其在00序列数据集的测试中,绝对轨迹误差(ATE)和相对位姿误差(RPE)的RMSE数据分别为1.303和0.028,算法处理的帧率(fps)为28.6,最后依据CiteSpace分析讨论了3D激光雷达SLAM技术的应用趋势。

• 基于视觉的采摘机器人目标识别与定位方法研究综述

  郑太雄，江明哲，冯明驰

  目标识别和定位的精度直接关系到采摘机器人采摘效率、质量和速度。本文对近年来采摘机器人的目标识别和三维定位的研究工作进行了系统性的总结和分析,综述了果蔬识别和定位的几种主要方法:目标识别:数字图像处理技术、基于机器学习的图像分割与分类器和基于深度学习的算法;三维定位:基于单目彩色相机、基于立体视觉匹配、基于深度相机、基于激光测距仪和基于光基3D相机飞行时间的三维定位。分析了影响果蔬识别和定位精度的主要因素:光照变化、复杂的自然环境、遮挡以及动态环境干扰下成像不精确。最后对采摘机器人目标识别与定位的未来发展作了几点展望。

• 面向无人艇环境感知的改进型 SSD 目标检测方法

  孙 备，左 震，吴 鹏，童小钟，郭润泽

  为了提升无人艇对典型水面小目标感知能力,本文提出了基于多尺度卷积融合结构和空间注意力加强的改进型SSD目标检测算法。首先,对SSD浅层网络进行多尺度卷积融合,提升浅层网络的语义信息;其次,设计空间注意力结构对卷积特征层逐个增强,提升对弱纹理小目标特征保持性;最后,在VOC公开数据集和自构水面目标数据集上进行了测试,并基于无人艇开展了真实海域目标检测识别验证。实验结果表明,该算法在无人艇Nvidia平台的运行效率可达15fps,能准确检测识别浮标、桥墩、渔船、快艇和货船等目标,在典型海面场景虚警率为5%时的小目标检测率相对原生SSD算法提升近20.2%,平均有效检测率达到79.3%。

• 基于图像分割模型的执行末端视觉跟踪策略研究

  樊启高，朱高文，黄文涛，贾 捷，张鹏松

  微操纵执行器末端位置的精确反馈在显微自动化操作中具有重要意义,而现有研究无法克服在复杂干扰环境下执行器末端精确跟踪的问题。针对上述提到的问题,提出一种基于语义分割模型的执行器末端位置检测跟踪方法。首先构建端到端的执行器图像语义分割模型,其次利用轮廓拐点检测算法在分割出的掩模图像中跟踪执行器末端位置,为了进一步提高算法在复杂环境中的跟踪精度及鲁棒性,利用二维卡尔曼滤波算法对遮挡情况进行处理,实现了执行器末端被遮挡时的位置跟踪。实验结果表明语义分割模型对执行器分割精度达到了62.4%,并且在复杂环境中对执行器末端位置跟踪的最大平均误差为1.51pixels,为提升微末端执行器的操纵精度提供基础。

• 基于仿射变换和均值像素法的环状编码点鲁棒识别

  孙丽君，李 石，陈天飞

  在近景工业摄影测量中,针对环状编码点精确定位和准确识别的要求,提出了一种鲁棒性识别算法。该算法在对目标图像预处理后,首先根据边缘滤波准则初步定位编码点,并将含编码带的特征区域分割出来。然后,利用最小二乘法对特征区域进行仿射变换,将经透视投影退化的椭圆映射成规则圆形。最后,采用均值像素法获取环状编码点的解码值,进一步提高编码点的抗噪性。大量实验结果表明:该方法在对编码点的中心定位达到亚像素级别的同时,改善了算法对识别角度的鲁棒性,在识别角度为70°时,正确识别率仍可达97.9%,在实际复杂场景中具有较好的实用价值。

• 基于斜率约束和回溯搜索的水下多目标跟踪方法

  张 雨，陈熙源，朱 敏，于凌宇

  针对复杂水域环境下的多目标跟踪问题,本文提出了一种基于斜率约束和回溯搜索的多目标跟踪方法。首先,基于方位测量数据和水下目标运动学分析,利用门限阈值的方法检测目标。然后,基于传统多假设跟踪算法框架设计一种新的斜率约束和共用量测的假设生成规则。在航迹中断时,通过回溯搜索的方法确定中断起始航迹点,利用容积卡尔曼滤波对中断航迹预测和补偿,同时对假设生成结果减枝,以达到降低算法空间复杂度的目的。试验结果表明:该方案能够实现多目标自动关联跟踪、中断航迹自动预测、自动航迹终止等任务,目标跟踪平均均方根误差0.5944°,算法平均运行时间0.8265s。

• 基于改进 EfficientNet 的锻件磁粉探伤智能检测方法研究

  王 宸，唐 禹，张秀峰，刘 超，李丁龙

  针对锻件生产企业零件缺陷检测效率低下,检测精度不高的问题,提出一种基于改进EfficientNet模型(EfficientNet-F),对两种锻件的荧光磁粉探伤图像进行检测。构建以EfficientNet为主干特征提取网络的深度学习模型,并引入特征金字塔为特征融合层,进而提高模型的多尺度特征融合能力;引入完备交并比和注意力机制以提高模型鲁棒性和检测效率。同时,搭建荧光磁粉探伤图像采集平台,构建缺陷样本数据集。试验表明,EfficientNet-F的最优模型在测试集上的均值平均精度达到了95.03%。F1得分值为0.96,浮点运算数为1.86B。相较于其他深度学习模型,该方法提高了检测的精度和效率,可以满足相关生产企业的需求。

• 基于分时方法的高精度反射绝对式 纳米时栅位移传感器设计

  刘小康，梅现富，蒲红吉，彭 凯，于治成

  本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A与传感器B相位作差实现绝对位移测量。采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器A和传感器B施加激励信号,并把不工作的电极接地。实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在400mm范围内,补偿后实现了±300nm的测量精度。

• 基于双轴 TMR 电磁传感器的裂纹检测方法研究

  闫 梁，万本例，胡 斌，范孟豹

  针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。基于理论模型和试验系统研究了试件上裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取到磁场分量幅值的影响规律,研究了裂纹检测与方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量Bx、By畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15mm×0.2mm、深度大于3mm的微小裂纹,并实现裂纹方向判定。引入宽度补偿参数后减小了横向、纵向裂纹判定误差,判定误差最大为3.9°。

• Prewitt 霍尔磁梯度张量系统结构设计

  张云洲，吴峻

  为实现高速磁浮轨道长定子行波主漏磁场小空间、mT量级磁梯度张量的准确测量,将图像边缘检测领域的Prewitt梯度算子进行实例化,设计了一种由8只霍尔磁敏传感器构成的小体积、低成本的磁梯度张量测量结构。通过空间冗余的手段,克服了霍尔磁敏传感器零点偏移大,灵敏度一致性差的特点,也为传统磁梯度张量测量系统传感器的空间布局提供了一种新的思路。实验结果表明,相对传统十字形、正方形结构,Prewitt结构可将多传感器上述两种参数不一致导致的测量误差分别减小至原来的-10.4%和58.1%,有效降低了测量系统对传感器参数一致性的要求,避免了复杂高成本的三轴传感器标定与误差校正环节。

• 用于假手指尖的光纤光栅触觉力传感器研究

  王雅纯，张小栋，陆竹风，刘洪成，张 腾

  针对现有假手触觉测量常用的薄膜压力传感器精度不佳、线性度差、迟滞性高等问题,研究了一种可安装于假手指尖的光纤布拉格光栅触觉力传感器。首先,通过传感单元的微小化结构设计,可以将施加的外力转化为光纤承受的轴向力;进而,通过有限元对传感器结构参数进行优化,提高了光纤光栅对于压力的灵敏度;然后,围绕假手指尖应用的需求,制作了这种光纤布拉格光栅触觉力传感器;最后,对该传感器进行了性能标定、对比分析和应用抓取3个实验分析,实验结果表明:该传感器压力灵敏度为0.1038nm/N,线性度R2为0.998,重复性误差为1.32%和迟滞性误差为2.19%;与现有的薄膜压力传感器对比,该传感器的线性度和重复度都更高,迟滞性更低。

• 利用 Wi-Fi 信道的超低功耗无线传感系统

  冯笑晨，邵 壮，文玉梅，李 平，王 遥

  现有的无线传感系统的传感节点需要主动发射射频电磁波进行数据传输,功耗高;利用反向散射调制的无源无线传感系统需要高成本专用阅读器,应用受限。针对上述问题,本文提出利用Wi-Fi信道的无线传感系统,用反向散射调制将传感数据调制于Wi-Fi设备发射的信号中,影响Wi-Fi信道参数。使用Wi-Fi接收设备获取信道状态信息,通过支持向量机训练识别传感数据的检测器,实现无需专用阅读器的超低功耗无线传感系统。用路由器、无线网卡、传感节点搭建无线温度传感系统,传感节点最高功耗不超过350μW,安装无线网卡的Wi-Fi接收设备可读取传感节点距路由器5m内,以200bit/s速率传输的传感数据。该系统为智能家居、可穿戴设备等应用的超低功耗无线传感需求提供了有效解决方案。

• 基于多加速度传感器的动态检重秤抗振方法研究

  陈荣生，滕召胜，孙 彪，唐思豪，林海军

  针对检重秤测量过程中受振动干扰影响严重的问题,提出一种基于外部输入非线性自回归模型(NARX)的动态神经网络系统辨识的抗振新方法。通过加速度传感器的冗余分布,对检重秤系统的振动特性进行估计,结合空载传送情况下称重传感器由振动干扰产生的误差,利用动态神经网络对振动干扰信号进行自动辨识,建立振动信号分析模型,用以匹配消除动态检重信号中的振动扰动。在共振状态下,与滑窗滤波、自适应陷波等传统抗振方法进行的仿真与测试实验对比,证明基于多加速度传感器的动态称重抗振性能更优,最终实现运行速度达2m/s,最大秤量200.0g,满足国家标准《GB/T27739-2011自动分检衡器》XIII级要求的检重秤搭建。

• 基于倒置声学黑洞的弹性波汇聚检测研究

  曾周末，李广智，黄新敬，李 健，杜立普

  传统的嵌入式声学黑洞(ABH)以材料的幂律裁剪方式达到阻抗的变化,实现弹性波的汇聚或控制,但同时也破坏了材料本身结构、减小了材料的刚度,限制了其在检测领域作为增敏结构的应用。本文提出一种倒置粘贴式的ABH结构,在一定范围内其厚度变化符合幂律衰减规律,尺寸小巧,易于粘附于被测物体表面而不破坏被测物。有限元仿真结果显示,倒置ABH在中高频激励下在圆心附近有着7倍左右的弹性波汇聚效果。激光多普勒测振仪扫描测试表明,倒置ABH结构具备良好的弹性波汇聚效果,可将弹性波放大2~4倍。将光纤布拉格光栅(FBG)粘贴在该倒置ABH表面,采用强度解调,构成具有汇聚放大作用的弹性波传感器,在无损检测等方面具备重要的应用价值。

• 游梁式抽油机悬点载荷软测量方法的研究

  赵怀军，贺可可，胡定兴，陆 梅

  游梁式抽油机悬点载荷的在线准确测量是井泵示功图绘制和工况分析的关键技术。针对常规杆液柱振动和电机参数等间接测量法精度较低工程应用性不强、载荷传感器直接测量法易受材质老化疲劳影响稳定性差的问题,提出了一种利用输入电参数实现悬点载荷软测量的新方法。该法首先用游梁倾角直接替代惯用的曲柄转角建立抽油机扭矩因数新数学模型,其次建立电动机输入电参数、抽油机四连杆机构参数以及抽油机悬点载荷之间的关联关系,最后将采集的电动机输入电参数代入计算,并用肖维勒准则剔除奇异突变值、用均值滤波法进一步处理修正后,获得悬点载荷在线测量值。工程实验与应用结果表明,该法平均相对误差3.87%、准确性较高,稳定性好,工程实用性强。

• 基于电化学阻抗谱的退役动力电池荷电状态 和健康状态快速预测

  骆 凡，黄海宏，王海欣

  针对现阶段检测退役动力电池健康状态存在的耗时长、精度低和能耗大等问题,提出了一种基于电化学阻抗谱(EIS)的电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的快速预测方法。通过对退役磷酸铁锂动力电池在不同SOH、不同SOC和不同温度下的EIS测试和分析,建立了EIS等效电路模型。然后,利用常相位元件参数与退役动力电池SOC和SOH之间的关系,建立数学模型,实现对退役动力电池SOC和SOH的快速估计。验证实验表明,利用这种方法,可以大大减少测试时间至20min以内、节约能源以及实现对未知荷电状态和健康状态的电池的快速估计,预测误差在4%以内。

• 考虑移相参数匹配的任意腔长下多表面干涉测量

  常 林，何婷婷，闫恪涛，王 陈，于瀛洁

  传统的多表面波长调谐移相干涉法只能实现透明被测件处于固定位置下的测量,当移相值或者腔长改变时算法的有效性和求解精度没有被深入讨论和分析。为了在任意腔长下实现透明被测件各表面的同时测量,本文提出了一种可实现自适应移相匹配的加权多步采样算法。首先,基于特征多项式,介绍了一种具有移相误差和耦合误差抑制能力的加权多步相位解调技术,可以同时对被测件的3个表面进行测量;进而,基于Zernike多项式,对移相参考系数和腔长系数的任意组合下的算法求解误差进行了迭代计算和分析,为最优参数的匹配提供参考。仿真结果表明所提出的算法求解残余误差小于3×10-4λ0。此外,引入ISO-25178系列三维高度参数对算法性能进行了验证。在实验中,利用Fizeau干涉仪分别对厚度为10和5mm的透明平板在不同腔长下进行了测量。仿真和实验的结果表明,所提出的算法可以实现任意腔长和厚度下的多表面测量,其可靠性和实用性得到了验证。

• 基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统研究

  姜 策，柯 丽，杜 强，祖婉妮

  磁性粒子成像是一种新型示踪剂成像技术,该技术利用磁性粒子在零磁场中的非线性磁化特性对被测物进行成像,其中零磁场的精细度决定其空间分辨率,而零磁场的精细度由空间磁场梯度决定。为了提高空间分辨率,设计了能产生大磁场梯度的静磁场结构,将其与驱动结构组合成线型零磁场系统。首先设计了基于圆环磁体阵列的静磁场结构,利用大梯度的静磁场构造精细线型零磁场;其次设计了基于亥姆霍兹线圈的驱动结构及其驱动方式,确定线型零磁场扫描范围与驱动电流之间的关系;最后计算线型零磁场系统的空间分辨率,研究磁场梯度、粒子粒径与空间分辨率之间的规律性。实验结果表明:基于圆环磁体阵列的静磁场结构产生的磁场梯度为4.804T/m,当使用30nm磁性粒子作为示踪剂时,系统的空间分辨率为0.540mm,此时线型零磁场能在30mm的范围内对被测物进行平移扫描。证明了基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统用于提高磁性粒子成像分辨率的可行性。

• IMU 姿态误差均衡校正模型与验证

  程为彬，陈烛姣，张夷非，胡少兵，陈永军

  惯性姿态测量单元(IMU)中存在各种系统误差,需要进行校正以提高姿态解算精度,而校正矩阵是由本身包含各种系统误差的特殊位置测量值及其理论值决定的。对校正矩阵产生的校正误差进行理论推导,研究其对解算姿态参数误差的影响特征,并用测试数据进行验证。根据均衡校正点的设计,详细研究均衡校正及其结构拓扑对姿态精度的影响模型和特征,并对测试数据进行均衡校正验证,典型姿态解算结果及对比表明,均衡校正普遍降低了姿态的绝对误差,均衡平均校正最少可降低解算姿态绝对误差的平均值和峰峰值至30.8%,且在小倾斜角区域也达到大中倾斜角区域常规校正的姿态解算精度。

• 精密行星滚柱丝杠副行程误差影响因素试验研究

  郑 伟，祖 莉，王 凯

  行程误差是评价行星滚柱丝杠副精度的重要参数,但关于行程误差影响因素及建模的研究较少。因此,首先对行星滚柱丝杠副行程误差影响因素进行分析,包括加工误差、安装误差及变形误差;然后,基于各项误差转换建立行程误差模型并对各项误差进行测量;最后,使用行程误差试验台测量了4根行星滚柱丝杠副的丝杠行程误差和6种不同负载工况下的丝杠副行程误差。试验结果表明,加工工艺水平和安装精度对行程误差指标的影响较大,丝杠副行程误差随负载的增加而增加,表明负载增加产生的变形误差对行程误差的影响较大,丝杠行程误差试验值与模型计算值的相对误差为1.62%~4.37%,丝杠副的相对误差为1.81%~6.53%,验证了模型的有效性,可为进给系统传动精度的分析提供参考。

• 基于平面驻波磁场的二维位移传感器 测量原理与结构优化

  武 亮，王鑫达，童 鹏，徐 是

  在芯片制造、智能制造、航空航天等领域,精密平面定位迫切需要平面两维度位移的同步独立精密测量。本文提出一种基于电磁感应原理的平面位移传感器,由动阵面和定阵面组成。定阵面由m×n个平面螺旋线圈阵列串联而成,通入交变励磁电信号时在测量平面产生平面驻波磁场。动阵面由四个螺旋线圈以2×2矩阵形式排列,感应出振幅随x轴和y轴位移变化的四路调制信号,并利用Cordic算法求解两维度位移量。本文首先介绍了传感器的工作原理,对电磁模型进行有限元分析,并对位移解算算法进行数值模拟。根据仿真结果对测量误差进行分析溯源,优化传感器结构。制作传感器样机开展了实验验证,验证了传感器结构和位移解耦方法的可行性。实验表明,传感器在节距内最大误差为48.7μm,分辨率为0.317μm,在147mm×147mm量程范围内,传感器线性度达到0.15%,为高精度电磁感应式平面二维位移传感器的进一步发展提供了理论支撑和实验指导。

• 基于浓厚分散系 HANAI 理论的血液温度生物 电阻抗特性量化表征研究

  李建平，何立栋，万 嫩，温建明，杨宇祥

  温度是人体的重要机能,血液温度变化监测对人体健康评估尤为重要。本文提出拓展的浓厚分散系HANAI理论,结合生物电阻抗谱,量化表征温度对血液生物电阻抗特性的影响规律,为监测血液温度及相关血液疾病的演变过程提供基础。试验结果表明,随着温度T不断上升,血液的生物电阻抗参数Z?持续下降;奈奎斯特峰值电阻参数Rc和峰值电抗参数Xc与温度T有良好的线性关系,可描述为Rc=-0.3T+24.14和Xc=0.08T-5.78。将传统HANAI方程进行拓展,并进行多物理场数值模拟,其数值分析、模拟结果与试验结果较好吻合,揭示了血浆电导率σp和细胞质电导率σc是温度对血液生物电阻抗特性的主要影响因素。本文展示了一种潜在的血液温度监测方法,在临床医学领域或有一定的科研与应用价值。

• 面向触觉力反馈的可穿戴柔性执行器研究现状

  吴一川，孟欢欢，黄启洋，彭 倍

  随着最新一代电子产业在可穿戴性、轻便性、舒适性等方面的需求,近年来基于柔性电子材料的执行器设计制造技术已成为商业消费电子和科研领域关注的热点。柔性执行器由柔性材料加工制作,与刚性执行器相比具有更优的轻薄性、柔韧性和适形性,在可穿戴设备的触觉力反馈中可对皮肤产生多种深浅、节拍和加速度可控的多点作用力,协同产生捏、按、拉等触觉行为,并且整体装置轻巧便捷。分类综述针对触觉力反馈的柔性执行器技术,从主体材料和驱动原理两方面对柔性执行器的工作机制和优缺点进行总结,分析了柔性执行器在虚拟现实、教育培训、医疗辅助等领域的应用情况和潜在价值。对用于实现触觉力反馈的柔性执行器的问题和研究难点进行了总结,并得出设计出安全、舒适、美观、安静等性能优良的柔性执行器是促进未来人机交互的研究突破点。

• 基于特定任务肌肉协同的用户无关肌电手势识别研究

  郑 楠，李玉榕，张文萱，李吉祥

  表面肌电信号可以反映用户的动作意图,因而成为人机交互的主要控制信号。然而,个体差异性使得用户模型不通用,不利于发展普适性的肌电设备。本文从神经协同控制角度出发,通过非负矩阵分解算法提取肌肉协同,并利用少量新用户预实验数据和最小二乘法,得到与预实验协同相近的新协同作为特征量。为了在低频可穿戴场景的应用考虑,分别在支持向量机、误差反向传播网络、K近邻算法这3个简单易移植的分类器上训练与测试。在Ninapro数据库的DB1(100Hz)和DB5(200Hz)中分别开展了4组手势识别实验,平均识别正确率分别为81.12%、78.19%、74.07%、60.11%(DB1)和85.75%、83.25%、79.07%、66.10%(DB5),比现有的低频可在线识别算法高了10%以上。本文算法简单方便,利用现有用户数据和少量新用户预实验数据即可训练分类器,并且从神经协调角度去判断意图,更有利于发展符合人体自然运动的控制方式,为可穿戴肌电设备的普及提供了可行的方案。

• 阵列雷达鸟类回波信号精细建模与特征分析

  何炜琨，张鑫蕴，王晓亮，柳振明

  全国机场接连出现无人机“黑飞”扰航事件,而飞鸟成为无人机目标探测和识别的主要干扰,对其回波特性进行有效分析具有重要意义。提出了一种考虑鸟类实际电磁散射特性的回波信号精细建模方法。利用多层快速多极子算法计算3种典型扑翼姿态下的鸟类雷达散射截面积(RCS),根据鸟类目标运动特性设置扑翼姿态变化,与阵列天线鸟类回波信号模型相结合,实现任意观测点各通道鸟类回波信号的精细建模。实验结果表明,鸟类目标RCS因观测角度不同会有较大差异,侧方RCS值较前方和后方更大。考虑鸟类目标电磁散射特性的回波信号精细建模能够实现鸟类目标的精细化描述,所提方法为研究鸟类目标回波特性提供了参考。

• 基于 Kramers-Kronig 变换的油纸绝缘低频 介电谱分析与建模研究

  邹 阳，何 津，金 涛

  油纸绝缘低频响应对绝缘状态受潮及老化的诊断至关重要。针对目前关于低频响应数据的分析方法较为缺乏、对应的等效电路模型还不完善的问题,利用Kramers-Kronig变换对油纸绝缘频域介电谱中的电导、无穷频率电容和弛豫过程进行分离;引入基于多体理论的Dissado-Hill模型对低频弛豫过程进行拟合,并构建一种新的油纸绝缘低频响应等效电路模型。最后,对不同含水率油纸绝缘样品的低频响应数据进行建模和参数分析。实验结果表明,利用Kramers-Kronig变换能有效的对油纸绝缘的弛豫过程、电导过程以及无穷频率电容进行解耦;不同含水率样品低频响应模型重构谱线相对于测量谱线的拟合优度在0.98以上,验证了模型的准确性;低频弥散极化率幅值χLFD(0)与微水含量之间存在指数函数关系,其拟合优度高达0.99,可作为油纸绝缘微水含量定量评估的新特征量,为油纸绝缘受潮状态诊断提供新思路。

• 基于 V-ResNet 的电阻抗层析成像方法

  付 荣，张新宇，王子辰，王 迪，陈晓艳

  电阻抗层析成像技术(EIT)因其非侵入和可视化等特性为人体肺部空间特性的监测提供了一种有效的方法。但是EIT的逆问题具有严重的非线性、病态性和欠定性,使得图像重建结果含有严重的伪影。针对上述问题,提出了一种由预映射、特征提取、深度重建以及残差去噪四个模块构成的V-ResNet的深度网络成像算法,实现对场域空间位置和电导率参数分布的重建。该算法有效地增加了前馈信息的多重传递并解决了深度网络的梯度消失问题,同时残差去噪模块有效地平滑了图像边界。采用相对误差(RE)和结构相似度(SSIM)来衡量成像质量,实验得出RE的平均值为0.14,SSIM平均值为0.96。仿真与实验结果表明,基于V-ResNet的成像算法与传统的成像算法相比,图像重建结果边界清晰,空间分辨率高。

• 基于置信度传播的变分自适应协同导航方法

  陈红梅，王慧娟，张会娟，吴才章，张提升

  协同导航过程中先验信息的准确性是保证协同导航系统精度和可靠性的重要关键因素。针对协同导航系统在复杂环境下会因外界干扰产生未知且时变噪声问题,提出一种基于置信度传播的变分自适应协同导航方法(SWSP)。首先以置信度传播(SPBP)协同导航贝叶斯框架为基础,完成基于置信传播机制的前向滤波;随后通过IW处理过程噪声和量测噪声作为贝叶斯估计的先验信息;进而利用前向滤波值构造滑动窗口对噪声进行平滑估计,从而解决因噪声时变而造成的协同导航系统滤波精度下降问题。仿真结果表明:当噪声时变时,进行平滑操作的SWSP算法与未进行平滑操作的SPBP算法相比,位置误差降低了90%,精度更接近于最优optSPBP算法。