当期目录

2022年 第35卷 第4期 刊出日期：2022-04-15

  

车载通信系统电磁干扰余量评估

万健鹏,路宏敏,刘国华,李敏

2022, 35(4):  1-7.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.001

摘要 ( 307 )   HTML ( 127 )   PDF (1570KB) ( 151 )  

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随着科学技术的发展,车载通信系统面临的电磁干扰问题愈加突出。针对车载通信系统的干扰余量评估问题,基于四级筛选法,文中提出了一种新颖的车载通信系统电磁干扰余量评估方法。依次对车载接收机的工作条件、工作频率、信号功率和通信性能进行评估,以定量表述车载接收机的干扰余量及受扰情况。针对干扰源对接收机灵敏度的影响,该方法选取了通信距离、信噪比、误码率等3个指标对车载通信系统的性能进行评估。结果表明,与传统四级筛选法相比,文中所提方法能够较为全面地体现通信系统受扰后通信性能的变化情况。

基于RRAM双交叉阵列结构的三值存内逻辑电路设计

刘维祎,孙亚男,何卫锋

2022, 35(4):  8-13.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.002

摘要 ( 418 )   HTML ( 20 )   PDF (989KB) ( 72 )  

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在RRAM交叉阵列结构中实现逻辑运算可以较好地解决传统冯诺依曼架构中的存储墙问题。三值逻辑相比于传统的二值逻辑,具有更少的逻辑操作数目和更快的运算速度。文中提出了一种基于RRAM双交叉阵列结构的三值存内逻辑电路设计,其中三值逻辑电路的输入与输出均通过多值RRAM的阻值表示。该结构支持两种三值逻辑门和一种二值逻辑门以提升计算速度。实验结果显示,相比于传统的二值存内逻辑电路设计,三值存内逻辑电路加法器可以减少68.84%的操作步数。相比于传统的IMPLY逻辑电路设计,三值存内逻辑电路加法器可以降低33.05%的能耗。

面向室内动态场景的VSLAM

伞红军,王汪林,陈久朋,谢飞亚,徐洋洋,陈佳

2022, 35(4):  14-19.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.003

摘要 ( 270 )   HTML ( 15 )   PDF (1530KB) ( 60 )  

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传统VSLAM算法基于静态场景实现,其在室内动态场景下定位精度退化,三维稀疏点云地图也会出现动态特征点误匹配等问题。文中在ORB-SLAM2框架上进行改进,结合Mask R-CNN进行图像的语义分割,剔除位于动态物体上的动态特征点,优化了相机位姿,得到了静态的三维稀疏点云地图。在公开的TUM数据集上的实验结果表明,结合Mask R-CNN的ORB-SLAM2有效提高了智能移动机器人的位姿估计精度,绝对轨迹的均方根误差可提高96.3%,相对平移轨迹的均方根误差可提高41.2%,相对旋转轨迹的误差也有明显改善。相较于ORB-SLAM2,文中所提方法能更准确地建立无动态物体特征点干扰的三维稀疏点云地图。

基于深度卷积特征的场景全局与局部表示方法

林潮威,李菲菲,陈虬

2022, 35(4):  20-27.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.004

摘要 ( 241 )   HTML ( 8 )   PDF (1896KB) ( 64 )  

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场景识别是计算机视觉研究中的一项基本任务。与图像分类不同,场景识别需要综合考虑场景的背景信息、局部场景特征以及物体特征等因素,导致经典卷积神经网络在场景识别上性能欠佳。为解决此问题,文中提出了一种基于深度卷积特征的场景全局与局部表示方法。此方法对场景图片的卷积特征进行变换从而为每张图片生成一个综合的特征表示。使用CAM获取局部关键区域,利用LSTM对局部区域的卷积特征进行编码形成场景图片的局部表示;通过注意力机制融合场景特征与物体特征形成场景图片的全局表示。最后,在MIT indoor 67场景识别数据集上进行实验,结果显示采用文中所提方法取得了87.59%的识别准确度。

基于图像和IMU传感器的生物行为分析系统设计

杨孙运,阚秀

2022, 35(4):  28-34.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.005

摘要 ( 215 )   HTML ( 13 )   PDF (1211KB) ( 43 )  

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在小鼠行为学实验中,仅使用数字图像处理技术无法对小鼠行为进行全面检测和分析。针对这一问题,文中提出基于图像和IMU传感器结合的生物行为检测方法。该方法在Python编程环境下,利用数字图像处理技术对小鼠运动视频进行检测跟踪,获得小鼠的运动行为学参数。同时,使用本实验室设计的无线蓝牙微型IMU传感器测量小鼠的三轴加速度、三轴角速度、三轴磁力,对测量数据使用扩展卡尔曼滤波算法进行解算以获得小鼠的姿态等体态变化信息。实验结果表明,该系统能较好地自动分析出小鼠的运动行为信息和姿态信息,并能在生物行为分析系统界面上实时显示出行为信息。

基于三维卷积和哈希方法的视频检索算法

陈汗青,李菲菲,陈虬

2022, 35(4):  35-39.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.006

摘要 ( 225 )   HTML ( 5 )   PDF (1707KB) ( 31 )  

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视频信息检索与其他多媒体检索的最大不同在于视频信息量较大,因此进行视频间相似度计算时的计算量较大。此外,对视频特征的提取中常常忽略视频帧之间的时间相关性,从而导致特征提取不充分,影响视频检索的精度。为此,文中提出基于三维卷积和哈希方法的视频检索方法。该方法构建了一个端到端的框架,使用三维卷积神经网络来提取视频中代表帧的特征,并将视频特征映射到低维的汉明空间中去,在汉明空间计算相似度。在两个视频数据集下的实验结果表明,相较于当前最新的视频检索算法,文中所提方法在精度上有较大的提升。

基于VMD和BP神经网络的轨道病害诊断方法

华莉,杨俭,袁天辰,宋瑞刚

2022, 35(4):  40-46.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.007

摘要 ( 194 )   HTML ( 8 )   PDF (972KB) ( 46 )  

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针对从非线性、非稳态的轨枕振动信号中提取病害特征困难的问题,文中提出一种基于变分模态分解和多尺度排列熵的轨道病害特征提取方法,并采用BP神经网络病害诊断模型进行病害识别。利用变分模态分解方法将采集到的振动加速度信号进行分解,得到若干个本征模态分量。计算这些本征模态分量的多尺度排列熵值,将其作为轨道病害的高维特征向量,以实现对轨枕振动信号的降噪和病害特征的提取。通过建立BP神经网络病害诊断模型,将高维特征向量输入到BP网络中进行训练、拟合、验证,并与经验模态分解和BP神经网络结合的方法对比。分析结果表明,文中所提方法识别准确率更高,能够有效地进行病害诊断。

反射式ADB模组的光学设计

于存胜,姚红兵,黄立敏,杨夏军,吕万育

2022, 35(4):  47-52.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.008

摘要 ( 232 )   HTML ( 11 )   PDF (1760KB) ( 34 )  

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为解决复杂道路条件下的汽车夜间行车安全问题,避免会车时使对向车辆驾驶人员产生炫目效果,文中以非成像理论为基础并结合折反射定律,建立LED出射光线与接收面上远光分布点的对应投射关系。通过数值迭代的方法求解自由曲面离散点,并导入到3D软件中进行拟合建模,设计出一种通过控制对应LED亮灭,用以组合形成不同远光光型的反射式ADB光学系统。最终样件的实际测试结果表明,当该光学系统处于最大工作条件时,其出光效率达到34.3%,最大光照度值为134 lx,配光结果满足远光法规各测试点要求。

基于点云边界质心的粗配准方法

陆尚鸿,李文国

2022, 35(4):  53-59.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.009

摘要 ( 258 )   HTML ( 6 )   PDF (1627KB) ( 43 )  

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点云配准的质量直接影响着三维重建的质量。针对传统K-4PCS耗时长且易出现错误匹配等问题,文中提出一种基于边界质心的点云粗配准方法。通过对点云进行边界提取,既保留点云外表特征,又减少了点云数据的大小,提高了粗配准速度。为了加快边界点的提取速度,使用K-D tree算法完成对k近邻点的搜索。通过配准边界点的质心,减少点云初始距离并增加重叠度,保证了粗配准的精度。实验结果证明,文中方法在粗配准速度和精度方面都优于传统K-4PCS算法,其速度约为传统K-4PCS算法的2倍,平移和旋转精度也比传统K-4PCS高了40%以上。文中所提方法对提高点云粗配准的速度和精度具有一定的参考价值。

基于突触可塑性的SNN随钻陀螺仪漂移处理

杨金显,韩玉鑫,刘鹏威

2022, 35(4):  60-66.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.010

摘要 ( 174 )   HTML ( 3 )   PDF (3803KB) ( 107 )  

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针对随钻振动引起MEMS陀螺仪的数据漂移问题,文中提出了一种脉冲神经网络算法。首先根据陀螺仪漂移误差的时间特性,利用脉冲网络的脉冲时间编码陀螺仪的信息强度。然后利用Izhikevich神经元模型的突触可塑性,调节激发性突触电导并抑制性突触电导,增强网络的鲁棒性,从而提高陀螺仪信号对噪声的抗干扰能力。在不同振动频率下,分析高斯白噪声输出神经元的点火率和膜电位间的相关性。实验结果表明,在不同频率的强振动下,噪声对输出神经元点火率及输出层神经元点火率相对变化的影响较小,对输出层神经元膜电位的影响较小,但是对膜电位间相关性的影响较大。该结果证明了文中所提方法提高了陀螺仪在振动噪声下的抗干扰能力,为陀螺仪漂移处理提供了新的思路。

基于SPH法微切削单晶锗动态过程模拟研究

杨晓京,杨红秀

2022, 35(4):  67-71.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.011

摘要 ( 230 )   HTML ( 5 )   PDF (2989KB) ( 27 )  

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单晶锗飞切加工时,观察切屑形成较为困难。针对该问题,文中采用了一种无网格仿真方法(SPH法),通过建立单晶锗(111)晶面微切削仿真模型,研究塑性去除时,切削深度、切削速度对切削力及切屑形成的影响。结果表明,在切削速度为4 μm·μs^-1,切削深度分别为0.5 μm、1 μm、2 μm、5 μm时,切向力及法向力都出现逐渐增大然后减小至趋于平缓的波动的趋势。该结果表明切削深度越大,切削力稳定波动值越大,且在该切削条件下产生切屑的临界切削深度为0.5 ~1 μm。在单晶锗切削深度为1 μm,切削速度为2 μm·μs^-1 、4 μm·μs^-1、6 μm·μs^-1、8 μm·μs^-1时,切向力及法向力值受切削速度的影响不大,且在该切削条件下产生切屑的临界切削速度为2 ~4 μm·μs^-1。

APFC低压系统的研究与实现

巫付专,李昊阳,彭圣,陈蒙娜

2022, 35(4):  72-77.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.012

摘要 ( 283 )   HTML ( 7 )   PDF (1377KB) ( 72 )  

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针对低压微电网、机床照明、教学实验和建筑工地临时居住等低电压应用场景中非线性整流设备造成的谐波污染,文中采用单周期控制对低压APFC系统进行研究。文中详细分析了单周期控制器UCC28180的控制原理,并对主电路和控制电路的参数进行了设计。通过对平均电流环路和电压环路分析,结合低压系统非线性电流环路增益因子M₁、电压环路PWM斜坡补偿斜率M₂和非线性增益M₃对环路中零极点进行环路补偿,给出了相应的伯德图。通过搭建样机系统,对系统整体效率、功率因数、输入电流总谐波畸变率进行了分析,实验结果表明,该系统符合低压系统的设计要求。

非理想三相电网的特征信号提取

袁庆庆,蒋敏,杨玉美

2022, 35(4):  78-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2022.04.013

摘要 ( 270 )   HTML ( 11 )   PDF (6337KB) ( 62 )  

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当三相电网电压发生畸变或不平衡时,并网系统存在诸多非理想特征信号,例如谐波和负序分量等。针对此类问题,文中提出了一种基于ISDFT的谐波与负序分量提取算法。该算法通过对SDFT传递函数进行重新设计,在保留良好的信号过滤特性同时提高了系统的响应速率,且具有较强的灵活性。实验结果表明,ISDFT能够快速、准确地提取特征谐波及负序分量,且在负载发生突变时具有良好的动态性能。此外,以提取三相电网电压的5次、7次谐波为例,DFT、SDFT、ISDFT提取谐波的效果一致,但ISDFT的响应速率比SDFT快44.56%,比DFT快65.32%。