仪器仪表学报杂志

仪器仪表学报杂志2022年第7期

• 柴油发动机超细颗粒物数量检测方法研究进展

  关 泽，范晨阳，王站成，王 旭，付 政

  柴油机的颗粒物排放是城市大气超细颗粒物的主要来源,对环境质量和人体健康有严重的负面影响。近年来,排放法规对颗粒物排放的控制愈加严格,并对颗粒数量测量仪器的性能提出了更高的要求。总结了5种颗粒数量测量仪器的测量原理和特点,在特定测量需求和场合下对这些设备的性能进行了对比并针对下一阶段排放法规的测量需求,分析了以上测量设备的适用性。结果表明,冷凝颗粒计数器对粒径>10nm颗粒具有更快的响应速度,能够满足未来法规中对城市RDE测试循环的需求。然而,冷凝颗粒计数器无法测量粒径分布,不适用于针对10~23nm颗粒控制技术的研发。但发动机排气粒度仪可给出粒径低至5.6nm颗粒的粒径分布,可为冷凝颗粒计数器的检测结果提供补充信息。

• 基于分体悬挂式球形线圈的质子矢量磁场测量仪

  居海华，夏 忠，宫 杰，应允翔，张 岑

  为解决座钟式矢量磁力仪长期稳定性差,以及一体化悬挂式球形分量线圈相互干扰、分量噪声大等实际问题,提出了基于分体悬挂式球形线圈的质子矢量磁场测量仪,详细介绍其测量原理及仪器结构。此外设计了低成本简易观测仓,两套样机在蒙城地震台开展了一年的对比观测实验。结果表明,仪器Ⅰ总强度、水平分量和磁偏角噪声为0.23nT、0.24nT、2.97″,仪器Ⅱ为0.28nT、0.26nT、3.29″,均优于台网平均噪声水平,其中仪器Ⅰ总强度和水平分量噪声优于台网最低噪声。两套仪器水平分量基线偏离最大为6.5nT、4.7nT,磁偏角基线偏离最大为0.67′、0.54′,明显小于座钟式磁力仪平均水平,具有良好稳定性。

• 六自由度机械臂参数校准不确定度评定方法

  江文松，李 旋，罗 哉，杨 力，郭 斌

  六自由度机械臂的结构参数校准对其定位精度影响较大,为了评价其参数化校准效果,采用蒙特卡洛法建立了六自由度机械臂参数校准不确定度评定模型。首先,根据空间坐标系的几何转换关系建立六自由度机械臂结构参数校准模型,分析主要误差来源对校准参数的影响,建立各校准参数的不确定度分量的函数关系;其次,采用现场校准数据集的抽样统计,分析各不确定度分量的概率密度函数,获得真实分布规律;最后,采用蒙特卡洛法建立各校准参数的不确定度分量与机械臂模型之间的数学关系,通过大规模随机数值模拟,实现机械臂校准不确定度的评定。为了验证本文方法的有效性,利用激光跟踪仪对六自由度机械臂进行了校准实验。结果表明,当采用正则化方法进行机械臂校准时,各坐标轴的相对扩展不确定度分别优于0.5422%,1.3259%,0.0154%。

• 热固性树脂固化过程热膨胀与收缩系数测量装置

  梁 群，冯喜平，张 坤，李 建，侯 晓

  由于热固性树脂固化过程中固化度、热膨胀和固化收缩之间强耦合,常规仪器无法测量热膨胀系数和固化收缩率。为解决这一问题,基于PVT-α法开发了热膨胀系数与固化收缩率测量装置。通过热流传感器和热电偶确定反应热和固化温度,积分反应热确定固化度;通过位移传感器确定体积变化。将体积变化与固化度变化相结合,解耦热膨胀和固化收缩体积,实现热膨胀系数与固化收缩率的测量。为验证装置可行性,测量了硅橡胶材料的热膨胀系数,误差为4.93%。对热固性树脂(环氧树脂E-51)进行了固化过程热膨胀系数和固化收缩率测量,热膨胀系数随固化度α呈线性变化:CTEcross(α)=8.2651×10-4(1-α)+7.5664×10-4α(1/℃),固化收缩率为1.87%。本文开发的装置可以为热固性树脂固化过程热膨胀系数和固化收缩率测量提供手段。

• 齿轮三维测量中线结构光测头位姿的优化方法

  石照耀，王 涛

  采用线结构光传感器测量齿轮三维误差,具有快速、全信息和高重复性等特点,但测头与被测齿轮的位姿关系是影响齿轮测量准确度的关键问题。以优化测头与被测齿轮的位姿关系为目标,提出了测头位姿量化评价指标。为验证指标的有效性,进行了同一产品齿轮在不同位姿参数下的测量实验,并与克林贝格P26齿轮测量中心进行对比分析。结果表明,与“陡峭”的常规测量方法相比,本文方法点云密度比Λp指标高33.6%,倾斜比υp指标高30.2%,所测量的齿廓单元更加完整、更符合国际标准ISO1328对数据的要求,齿轮单项误差评定结果也更准确。该方法预估的线结构光传感器的位置和姿态参数,用于齿轮测量前测头位姿的确定,进而提高齿轮测量精度,也为解决陡峭齿面非接触式测量问题的提供了途径。

• 小卫星空间跟踪遥感相机二维摆镜组件优化设计

  张成成，何 斌，吕 阳，聂 婷，贺玉坤

  根据某空间跟踪遥感相机光学系统特性和工作指标要求,为了达到节约空间、保证相机成像质量的目的,设计了一种适用于小卫星平台的二维摆镜,并对口径为300mm的空间相机用摆镜进行了轻量化设计。以镜体厚度、切角大小、边缘厚度、镜面厚度及轻量化筋的厚度为设计变量,以面形峰值PV不大于63nm和均值方根RMS不大于12nm为边界条件进行了优化,针对单点支撑孔径的参数设计提出了一种将质量、面形峰值PV和均值方根RMS在一定平衡下尽可能小的多目标优化方法。最终优化的反射镜质量仅为0.84kg,轻量化率达到76%。单点柔性支撑结构采用3个相隔120°布置的回形梁作为柔性铰链,与镜座采用一体化设计,结构简单,减少了摆镜组件的转动惯量,提高跟踪相机的响应度。对优化后的摆镜组件进行空间环境校核,摆镜在空间XY微重力工况下的面形RMS值小于6nm,Z向重力、-50℃载荷及3.5rad/s旋转惯性载荷条件下的面形RMS均小于12nm,组件基频为326Hz,最后对面形精度和摆镜定位精度进行了实验验证,证明了该方案的可行性。

• 基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

  伍楚奇，熊 芝，许 航，翟中生，周维虎

  针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代(WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了一种WAOI算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于WAOI的姿态角测量进行精度评定。结果表明,在-20°~20°角度范围内,3~15m测量范围内,方位角精度可达0.11°,俯仰角精度可达0.26°。相较比例正交投影迭代变化(POSIT),方位角和俯仰角测角精度均提升75%以上。本文提出的WAOI算法有效提升了激光跟踪姿态测量系统的精度。

• 直线轴热定位误差解耦与分步建模研究

  徐 凯，李国龙，李喆裕，王志远，苗恩铭

  针对直线轴热定位误差同时与位置、温度相关,传统建模方法工作量大、效率低且变工况下预测精度较差等问题,本文提出一种直线轴热定位误差解耦与分步建模方法。首先,基于最小二乘线性拟合对多工况下测量的热定位误差解耦,获得仅与温度相关的斜率参数与截距参数;其次,分别使用绝对温度和相对温度作为输入变量对斜率参数和截距参数回归建模,得到二者与温度的映射关系,结合斜率与截距,建立热定位误差模型;最后,基于建立的模型对全新工况下的热定位误差进行了预测,可实现最大残差1.6μm,相比直接建模方法预测精度显著提升,表明了模型的有效性。

• 多光束干涉光纤 FP 探针脉动微压传感研究

  张 雯，熊 洁，李昊业，韩 静，祝连庆

  本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。建立探针多光束干涉波长漂移与微压传感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。利用医用注射器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围14.41~85.22kPa、液相环境压强范围4.50~26.02kPa的测试条件下,对3支光纤探针微压传感特性进行分析。实验结果表明,气、液相环境中,探针波长均随压强增大发生红移现象,反之,发生蓝移现象;气相环境探针平均微压灵敏度可达8.210pm·kPa-1,液相环境探针平均微压灵敏度可达66.720pm·kPa-1,高于气相环境,与理论模型相符。选取气、液相环境中微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。实验结果表明,5个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误差较小。本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现1Hz频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压传感提供了重要的参考价值。

• 耦合式 MEMS 微波功率传感器的研究

  靳雷生，辛泽辉，王德波

  为了从根本上解决在线式微波功率传感器灵敏度、动态范围和微波性能之间的矛盾,本文创新性地设计出一种耦合在线式MEMS微波功率传感器,将微波功率的提取和检测两个过程相互独立。根据理论解析模型,得到了灵敏度特性与耦合度的关系,分析对比了耦合度分别为10%和20%时的微波特性及灵敏度特性差异。实验结果表明:两种耦合式MEMS微波功率传感器的反射损耗均小于-20dB,说明具有良好的反射性能;两种耦合式MEMS微波功率传感器的插入损耗均大于-1.5dB,说明具有良好的传输性能。耦合度10%的系统灵敏度为1.2mV/W@9GHz、1.4mV/W@10GHz和0.8mV/W@11GHz,耦合度20%的系统灵敏度为2.4mV/W@9GHz、2.4mV/W@10GHz和1.3mV/W@11GHz,并具有良好的线性度。本文对于MEMS微波功率传感器研究具有一定的参考价值。

• 适用任意平面阵列的二维宽带 DOA 快速估计算法

  刘学承，朱 敏，武岩波

  二维宽带波达方向(DOA)估计对实现水声通信定位一体化具有重要作用。双边相关变换(TCT)算法是高分辨宽带DOA估计的经典算法之一,但只适用均匀线列阵下的一维DOA估计,且计算量大。本文在对TCT简化算法(STCT)进行扩展改进的基础上,提出了一种适用于任意面阵列且具有低计算复杂度的二维宽带DOA快速估计算法。所提算法利用水声通信同步信号的已知波形对阵列输出数据进行匹配预处理,有效压缩了聚焦变换所需频点数量,从而降低了聚焦变换过程的计算量;利用余弦域加速粒子群最优化(APSO)搜索二维空间谱谱峰,在保持高搜索精度的同时显著降低了搜索计算量。相较于单纯的STCT扩展算法,所提算法保持高DOA估计精度,在信噪比为20dB时精度约为0.02°,但计算量远低于前者。仿真和实验结果验证了所提算法的优势。

• 基于多频点相位距离 / 角度联合估计的 RFID 室内定位算法

  谢良波，李宇洋，杨小龙，朱子越，周 牧

  为了解决现有射频识别(RFID)定位方法定位精度差,定位耗时长的问题,提出了一种基于多频点相位距离/角度联合估计的RFID室内多目标定位算法。利用跳频技术获取RFID标签多频点相位信息,通过多频点相位解决整周模糊度问题,获取目标粗估计距离。进而使用粒子群优化算法完成多目标位置并行检索,同时融合多重信号分类算法思想抑制噪声和多径干扰,进一步优化定位结果。通过实测验证,所提算法可实现多目标并行定位,且定位的中位数误差达8.56cm,定位耗时比传统双曲线定位算法减少了58.8%。

• 聚合物基压力敏感涂料近真空稳态特性研究及优化

  吴 靖，陈远哲，郭禹泽，孔 迪，黄 峰

  压力敏感涂料(PSP)作为一种分子级的氧传感器,已广泛应用于飞行器气动力的高分辨率全场测量。为了将PSP应用于近真空环境飞行器气动特性的分析和研究,需要研究和制备在低压下压力灵敏度足够高的PSP,以实现近真空环境下的微小压力测量。采用具有高氧透过性的高分子聚合物PTMSP为基层、以PdTFPP和PtTFPP为不同发光分子的两种PSP,即PdTFPP/PTMSP和PtTFPP/PTMSP,在近真空环境下开展稳态校准特性研究。实验结果表明,PdTFPP/PTMSP的压力灵敏度显著高于PtTFPP/PTMSP,而温度敏感度和光稳定性与PtTFPP/PTMSP相当,更适合用于近真空环境下测量微小压力的变化。进一步对PdTFPP/PTMSP开展特性优化研究,发现PdTFPP/PTMSP的压力灵敏度随发光分子和聚合物浓度的增加而先上升后下降,并且在发光分子和聚合物浓度分别为1.2和8mg/mL时达到最高值68.65%/kPa。使用甲苯作为溶剂的PdTFPP/PTMSP配方压力灵敏度明显高于二氯甲烷和丙酮为溶剂时的配方,且温度敏感性和光稳定性最佳。

• 电磁波相位传感器弹状流混合介电常数分析

  赵 宁，宋亚净，叶兴跃，祝 彦，张栓柱

  根据电磁波传播理论,设计了测量截面含气率的相位传感器。通过在传感器前端加装混相器,使之转化为均相流动,实现弹状流截面含气率的测量,并对不同流动条件下混合介电常数进行了分析。对对数、雷列伊、串并联、H-B和Bruggenman混合介电常数预测模型进行对比评价,平均绝对百分比误差分别为41.51%、6.07%、80.45%、62.51%和56.7%。针对弹状流,提出一种新的加权混合介电常数预测模型,平均绝对百分比误差为4.37%,71.43%的数据在5%的平均相对误差范围内。根据同一流动条件下基于均相流的截面含气率实验模型作为弹状流模型实验中的参比真值,对提出的混合介电常数预测模型求解的截面含气率的结果进行验证及评价,结果表明,截面含气率预测模型的平均绝对百分比误差为0.34%。

• 激光雷达 / MEMS IMU/ 里程计紧组合导航算法

  张福斌，王 凯，廖伟飞，孙成浩

  为提高机器人在未知复杂环境中导航系统的鲁棒性与稳定性,提出了一种激光雷达/MEMSIMU/里程计紧组合导航算法。首先通过MEMSIMU/里程计的预积分,对激光雷达运动产生的畸变点云进行矫正,提高两帧点云之间的特征匹配效率;然后根据时间戳对预积分的机器人位姿进行线性插值,得到两帧点云之间粗略的位姿变化量,以此粗略的位姿变化量作为优化算法迭代初值,减少优化算法的迭代次数;其次在后端优化中加入MEMSIMU/里程计的运动约束,利用多传感器联合优化来提高机器人的定位精度;最后利用数据集进行仿真实验、利用四轮小车开展了室内与室外开闭环实验,实验表明,本算法室外开环定位误差均值比传统算法ALOAM、LEGO-LOAM分别减小51.01%和24.75%,并且其在拐弯等运动剧烈时能够保持较高精度。

• 用于爆炸辐射电磁脉冲时域测量的 集成光波导电场传感器研制

  张家洪，王 欣，陈福深

  针对爆炸辐射电磁脉冲(EMP)上升沿快、脉宽窄、峰值场强高等特点,设计并研制出一种集成光波导宽带电场传感器。使用标准雷电电磁脉冲(LEMP)对研制的传感器进行时域标定得出,传感器能够不失真地测量出LEMP的时域波形,且最小和最大可测电场分别约为1.4和10.8kV/m;使用连续波电场对传感器进行频域标定得出,传感器最小可测电场为52.5mV/m,且在9kHz~1GHz响应波动在±4dB以内。最后在国内某试验基地搭建了基于研制的光波导电场传感器的爆炸辐射EMP现场测试系统,分别对距爆炸点不同距离处的辐射EMP进行时域测量。结果表明,爆炸辐射EMP的产生滞后爆炸发生约几毫秒;辐射EMP为一系列双极性脉冲组成的脉冲串,单个脉冲宽度在100μs以内,脉冲串宽度在2ms以内,频率在17.5~35kHz;在距离爆炸物5m以内的爆炸辐射EMP峰值场强在5~10kV/m。本文研制的光波导电场传感器具有全无源、宽带宽、对被测电场干扰小、体积小、强抗电磁干扰等特点,为爆炸辐射EMP的时域测量提供了一种新的技术手段。

• 基于黎曼几何的自然动作运动参数脑电解码研究

  王 勇，薛沐辉，徐宝国，宋爱国

  本文基于黎曼几何分类算法,探索了使用运动相关皮层电位(MRCPs)解码3种自然抓握动作的运动学信息的可能性。本研究采集了9名受试者在执行指捏、掌握和旋拧动作(包括两种不同水平的速度和力)的脑电图信号。在进行信号的预处理之后,将信号转化到协方差空间输入到黎曼均值最小距离(MDRM)分类器,实现基于MRCPs的手部自然动作的运动参数模式的识别。对于3种动作的运动参数,实验结果表明,二分类的总平均结果可以达到89.24%,四分类结果可以达到75.28%。本文采用的黎曼框架新颖高效,为脑-机接口的MRCP分类提供了新思路,同时本研究对于精细而自然地控制神经假体或者其他康复设备具有重要意义,这将大大提高运动障碍用户的认可度。

• 一种面向运动解码的 EEG-fNIRS 时频特征融合 与协同分类方法

  刘晋瑞，宋 婷，舒智林，韩建达，于宁波

  脑功能成像技术可以反映人体运动时的大脑生理变化,进而解码运动状态,但单模态信号反映的大脑生理信息存在局限性。为此,本文提出了一种基于EEG和fNIRS信号的时频特征融合与协同分类方法,利用脑神经电活动和血氧信息的互补特性提高运动状态解码精度。首先,提取EEG的小波包能量熵特征,使用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)提取fNIRS的时域特征,将两类特征组合得到包含时频域信息的融合特征,实现EEG和fNIRS不同层次特征的信息互补。然后,利用1DCNN提取融合特征深层次信息。最后,采用全连接神经网络进行任务分类。将所提方法应用于公开数据集,本文所提的EEG-fNIRS信号协同分类方法准确率为95.31%,较单模态分类高7.81%~9.60%。结果表明,该方法充分融合了两互补信号的时频域信息,提高了对左右手握力运动的分类准确率。

• 基于电磁力控制的非接触式二维力触觉再现系统

  陆 熊，孙 东，鄢昱星，陈晓丽，黄晓梅

  力触觉再现提供了操作者与虚拟物体间的双向信息和能量交互,有效提高了虚拟现实等应用系统的真实感、沉浸感和操作效率,成为人机交互的新兴技术和研究热点。本文实现了一种新型的基于电磁力控制的二维力触觉再现系统,该系统由二维背景电磁场产生和控制模块、指尖穿戴式永磁铁、人手位置检测模块和中央控制模块组成。基于ANSYS有限元分析,确定了系统中背景电磁铁线圈和指尖永磁铁的最优参数,获得指尖永磁铁所受电磁力与二维可控背景电磁铁驱动电流、指尖电磁铁位置的映射关系,形成离线仿真数据。提出了基于离线仿真数据实时插值的二维力触觉再现中电磁力控制方法。在实现系统原型的基础上,开展了作用力阈值感知基础实验和三维虚拟物体识别实验。实验结果表明,两种三维虚拟物体的识别实验成功率分别为85.7%和71.4%,有效验证了本文所设计力触觉再现方法的有效性。

• 基于 HFD 和 LZC 特征联合的单通道 静息态脑电抑郁症识别研究

  康显赟，刘 爽，苏方玥，李 洁，明 东

  目前抑郁症的临床诊断多以医生经验和患者主观感受为主,主观性强、准确率低、耗时长。随着神经电生理学和计算机技术的发展,抑郁症的客观分类与识别成为可能。但是,已有的基于静息态脑电信号的抑郁症分类识别方法较为单一,脑电特征选取的精准性、综合性和有效性有待进一步探究。本文在设计包含两种模态实验范式的基础上,提出一种基于HFD和LZC特征联合的单通道静息态脑电抑郁症分类识别方法,以期用较少的特征获得较高的分类准确率。首先采集8名抑郁患者和8名健康对照的静息态脑电信号;然后提取其非线性动力学特征参数HFD和LZC;最后将特征数据输入到非线性支持向量机模型中进行分类识别。结果表明,联合特征得到的灵敏度、特异性和分类正确率最高分别为98.12%、96.67%和95.10%,较单独HFD/LZC特征平均分别提高了23.05%、17.02%和19.29%。同时,模型主体部分仅耗时约12s。研究结果对临床实践中抑郁症的识别和辅助诊断具有重要意义。

• 基于脑肌耦合导联选择和最小生成树网络的 脑电特征提取

  商晓锋，罗志增，史红斐

  针对主动康复训练中的运动想象脑电识别问题,提出一种基于脑肌耦合导联选择的双层脑功能网络特征提取方法。根据脑肌耦合强度选择受试各动作下的核心导联,运用核心导联并结合神经生理学中关于运动感觉脑区的先验知识,构建运动感觉核心导联区域网络并提取特征。利用最小生成树全网络特点,将最小生成树脑网络的直径和平均离心率,以及核心导联区域网络的平均节点度、平均聚类系数和平均路径长度,构筑最小生成树脑网络和核心导联区域网络相结合的全局和区域脑功能网络综合特征。选择支持向量机为分类方法,两类运动想象识别的平均正确率为86.96%,证实了本文所提双层脑功能网络分析方法有优良的特征表达能力,能有效提取神经-肌肉内在关联特征,为运动想象识别提供了一种新的思路。

• 基于伽马混合模型 B 超图像聚类配准的 颈动脉管壁搏动位移干扰抑制

  魏 倩，何冰冰，张榆锋，李支尧，王致诚

  提出了基于伽马混合模型B超图像聚类(UICG)的配准方法以抑制血管壁搏动位移估计的干扰。使用伽马混合模型对颈动脉B超图像聚类,以远距组织的归一化互信息为相似性测度提取干扰曲线,基于干扰曲线对聚类图像序列进行空间逆变换以消除外界干扰,最后采用散斑追踪法在配准后的聚类图像序列中估计管壁搏动位移。仿真实验表明,相比主轴质心与互信息相结合(PCMI)的传统配准算法,X、Y和旋转方向上的UICG干扰归一化均方根误差(NRMSE)分别减小了36%、38%和32%,管壁搏动位移估计的NRMSE均值减小了37%。对健康受试者颈动脉的实测试验进一步证明了UICG法的有效性。综上,UICG法能有效抑制干扰,提高管壁搏动位移的估计精度。

• 基于 AVMD 与改进能量算子的非稳态谐波分析

  计志勇，唐 求，李雅鑫，滕召胜，邱 伟

  针对非稳态谐波分析中时频参数检测精度较低的问题,提出一种基于自适应变分模态分解(AVMD)与改进能量算子的非稳态电力谐波分析方法。首先,采用AVMD对非稳态谐波信号进行分解,其中采用波形特征匹配法对非稳态谐波信号进行延拓以减轻边界效应影响,并提出能量差和相关系数作为AVMD中模态分解个数的判据;结合模态分量,提出改进间隔采样能量算子快速提取谐波的瞬时幅值和频率,根据差分和信号完成其起止时刻的定位,实现非稳态谐波时频参数的快速准确测量。仿真与实测结果表明,本文方法能够在电网工频波动、间谐波以及噪声干扰等情况下有效完成非稳态谐波的准确检测,实现暂态谐波的精确定位,且对非稳态谐波频率、幅值的最大检测误差分别为0.0949%和0.9314%。

• 基于空域变换的叶尖定时信号预处理方法

  刘 昊，段发阶，李 杰，李发富，钟国舜

  叶片振动参数的实时监测是保障航空发动机健康运行的关键。传统的叶尖定时传感信号预处理方法会因转子转速变化范围较宽(20~20000r/min),产生较大的定时误差,影响叶片振动参数的辨识精度。通过分析采样率转换模型,提出了一种基于空域变换的叶尖定时信号预处理方法,将叶尖信号的等时间采样转换为等角度空间采样,实现高精度叶尖定时信号的获取;使用基于三阶拉格朗日插值的Farrow结构并通过流水线优化技巧,在现场可编程逻辑门阵列上实现了逻辑资源占用与数据处理速率的均衡设计。实验验证表明,该方法可以有效完成等空间角度采样,降低了转速变化的影响,在实时转速为1000~8000rpm,基准转速为3000rpm时,无论采用前沿时刻鉴别还是采用双边沿时刻鉴别,本文采用的方法振动位移测量误差均在20.19μm内,远低于传统位移测量方法的测量误差,提高了叶片到达时刻及叶片振动位移的测量精度。

• 基于行驶场景的汽车燃油经济性评估方法

  谢凌霄，黎福海，漆一宏

  燃油经济性一直是汽车的关键性能指标,也是环境保护中迫切需要解决的问题,目前已有很多油耗测量的方法,但大多只实现了对汽车油耗的监控,无法快速且准确地评估不同车型的燃油经济性。本文基于实时的汽车CAN总线数据,提出了行驶场景的方法,将普通驾驶过程划分为短时间单元,对不同行驶状态下的汽车数据进行分类和分析,建立各场景下的评估模型,并根据各模型特点设计评分方法,综合评估汽车的燃油经济性。研究表明,评估结果不受驾驶环境或驾驶行为的影响,在规定的驾驶时间及路段测试后,油耗计算误差只有0.4,同车最大评估误差仅为4%。本方法可以为汽车购买者提供更为精准的车型燃油经济性评估报告,避免实地试驾的不便,有效提升理想车辆的选购率,能够推动新兴的在线汽车市场。

• 基于 EM 估计的多模型车载组合导航算法

  朱东琴，王红茹，岳敬轩

  针对行车过程中车载全球卫星导航系统受遮挡产生多径效应、可见星数量少等影响,造成的定位精度差的问题,提出了一种基于期望最大化(EM)的交互式多模型车载组合导航算法。本文采用了混合高斯分布模型描述GNSS多径效应误差分布,提出了基于EM的SINS/GNSS子系统组合导航信息融合方法,实现多径效应偏置误差的估计。建立了基于零速约束的SINS/OD组合导航模型,同时利用交互式多模型算法实现了在GNSS信号丢失情况下的导航模型交互融合,提高了车载组合导航系统精度。车载实验结果表明在GNSS多径效应及信息丢失条件下,本文所提出算法能有效提高导航精度,多径效应的混合高斯模型偏置为10m条件下,偏置估计误差小于0.5m,水平最大定位误差为2m,比传统交互式多模型算法定位误差降低84.62%。

• 基于改进 ICA-OMP 优化原子分解的谐波和 间谐波检测方法

  李雅鑫，滕召胜，计志勇，张雷鹏，黄丹阳

  针对原子分解中匹配追踪类算法存在的问题,提出一种结合帝国竞争算法(ICA)和正交匹配追踪算法(OMP)优化原子分解的电网谐波和间谐波信号检测方法。首先根据谐波和间谐波信号的特征,将Gabor原子库简化为正弦原子库。然后采用OMP算法对谐波和间谐波信号进行原子分解,通过设置合理的相关性阈值确定终止迭代次数。最后,根据搜寻出的最佳匹配原子的索引参数实现谐波和间谐波信号参数估计。在OMP算法迭代过程中引入ICA,可实现在连续参数空间中搜索最佳匹配原子,避免索引参数步长对检测精度的限制。算例仿真与实测表明本文提出的算法能够在噪声干扰情况下准确检测出各次谐波和间谐波分量,频率、幅值和相位的最大检测误差分别为0.0154%、0.7224%和1.5126°,可有效分辨出频率相近的间谐波分量,实现时变谐波和间谐波分量的精确定位。与正交匹配追踪算法相比,计算复杂度缩减率在99%以上。

• 复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

  赵志鹏，戴 宁，周 鑫，程筱胜，代洪庆

  针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三维成像方法。使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图像数据。利用均匀三次B样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生成超声点云集。最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。实验结果表明,本文方法的缺陷成像结果与CT检测结果的平均误差为1.14mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材料曲面样件内部缺陷的精确表征。

• 基于非特定图像的红外成像系统调制 传递函数自动测量方法

  唐荻音，崔润昊，邸军伟，于劲松

  机载红外成像系统的性能评估对于战机任务执行效能具有重要意义。调制传递函数(MTF)是衡量红外成像系统性能的典型指标。现阶段MTF的测量依赖于特定的图像特征与人工操作,难以实现实时与批量评估。为此,提出了一种基于非特定图像的MTF自动测量方法,以倾斜刃边法为基础,通过图像刃边检测、目标区域提取以及改进的刃边计算方法,从不含有特定景物特征的实拍图像中自动获得MTF点值,并构造红外成像系统等效物理模型以实现MTF曲线的拟合,进一步滤除随机误差。最后,以某型号无人机红外成像系统作为验证对象,将实验室测得的MTF与基于非特定实拍图像计算的MTF进行对比,两者的绝对误差在0.06以内,证明了方法的可行性与有效性。该自动测量方法能够较为准确且实时地得到系统的MTF,为不便进行地面实验的红外成像系统提供了一种新的性能测试思路。

• 基于皮尔逊相关系数的动态签名验证方法

  刘若男，辛义忠，李 岩

  针对动态签名验证中存在的动态特征长度不等、动态签名验证方法较复杂以及识别率较低等问题,提出了一种基于皮尔逊相关系数的动态签名验证方法。首先通过划分原始特征区域,筛选并计算对应区域内的特征权重和,然后利用皮尔逊相关分析法计算各签名特征间的相关系数;再将皮尔逊相关系数作为新特征,分析真伪签名的皮尔逊相关系数分布情况;最后结合高斯密度函数模型,并通过设置个体判别阈值来进行签名验证。实验结果表明,真签名内的皮尔逊相关系数普遍高于真伪签名间的皮尔逊相关系数,且本方法在SVC和xLongSignDB数据集上均展现了较优的签名验证性能,其中xLongSignDB数据集上的误拒率和误识率分别为2.1%和1.7%。