• 2017年第40卷第10期文章目次
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    • >研究与设计
    • 光纤光栅传感信号解调技术研究

      2017, 40(10):1-7.

      摘要 (1536) HTML (0) PDF 5.32 M (2901) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有解调系统不能保证驱动电压的周期完整性的不足,提出了一种基于实时参考光路和可调谐FP腔滤波器的光纤光栅波长解调系统设计方案。其中,硬件信号调理电路由二级放大电路和二阶低通滤波电路组成,具有高信噪比、低成本等特点;软件分析处理模块含有实时数据采集、处理及保存功能的高精度上位机程序,并提出了采样点补偿算法使驱动电压能够在任何情况下都以完整的周期驱动。实验结果表明:所提出的光纤光栅波长解调系统最大测量误差为34 pm,测量范围为40 nm,最大调谐速度为100 Hz,能够对光纤光栅波长信息进行实时数据采集与处理,满足工程实际需要。

    • 串联超级电容器组的均压控制分析与研究

      2017, 40(10):8-11.

      摘要 (918) HTML (0) PDF 1.29 M (2857) 评论 (0) 收藏

      摘要:超级电容器作为一种高功率型储能装置,在生活中得到越来越广泛的应用,但是由于电容器单体电压较低,实际储能系统使用中必须通过串并联的方法构成超级电容器组。针对在应用过程中超级电容器串联存在的电压不均衡问题,文章提出了一种改进后的电容器均压控制电路。该电路由电容器、开关管以及变压器构成,通过反馈控制,简化参数计算,提高电压的一致性。最后在MATLAB/Simulink平台仿真验证了该控制电路下电压均衡速度快、误差小、且易于扩展,在电容器储能系统的使用中具有较高的应用价值。

    • 基于反步法的开关磁阻电机电流斩波控制

      2017, 40(10):12-16.

      摘要 (1560) HTML (0) PDF 2.68 M (4011) 评论 (0) 收藏

      摘要:开关磁阻电机(switched reluctance motor, SRM),因为它的特殊构造,以及磁路的饱和性,使得SRM成为了多变量、非线性,以及强耦合的系统,它的磁链、电流、转矩和转子角度之间都存在着复杂的非线性关系。反步法作为一种处理非线性系统控制的高效控制策略,具有高效和鲁棒性的特点,在本文中,选用的是三相6/4开关磁阻电机进行研究,根据SRM准线性公式设计了反步控制模块,接着再利用李雅普诺夫稳定性理论证明了它的稳定性,提出基于反步法的SRM电流斩波控制的方法,通过MATLAB/simulink进行仿真,仿真的结果可以看出在电机启动的时候,电流在80 A上下波动,形成了平顶波,证明了该方案的合理性,为实际SRM电流斩波控制系统的设计提供了另一种思路。

    • 线圈匝数对磁耦合谐振式WPT输出功率的影响

      2017, 40(10):17-20.

      摘要 (1608) HTML (0) PDF 2.49 M (1802) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对磁耦合谐振式无线电能传输的4线圈模型中线圈匝数对系统传输功率的影响,本文通过建立系统模型,利用电路理论计算得出系统的输出功率公式,并使用MATLAB软件仿真分析了系统的输出功率曲线。分析结果表明在4线圈的结构和材质相同的情况下,接收线圈的匝数增加比发射线圈匝数的增加使系统的输出功率要提高很多。同时,接收线圈匝数的增加使系统功率达到最大值的频率有明显的下降,而发射线圈增加相同匝数时,频率变化不明显。该结果还表明,接收线圈匝数增加时系统输出功率达到最大值对应的负载电阻在变大。因此,在4个线圈结构相同时,增加接受线圈匝数可以提高输出功率。

    • 基于FPGA的高性能触发控制器设计

      2017, 40(10):21-25.

      摘要 (1687) HTML (0) PDF 2.07 M (1910) 评论 (0) 收藏

      摘要:爆炸场参数测试现场环境比较恶劣,为提高触发控制器的可靠性与稳定性,设计了基于FPGA的高性能同步触发器。分别基于独立元器件与FPGA设计了触发控制器,并根据爆炸参数测试要求设计相关参数,同时分析了采用FPGA芯片设计带来的稳定性与可靠性等优点。通过多次实际实验表明,基于FPGA的触发控制器在极端温度条件下各通道同步时间小于50 ns,误触发率为0,具有更高的稳定性与可靠性。

    • 基于DSS的直播系统研究与实现

      2017, 40(10):26-30.

      摘要 (951) HTML (0) PDF 2.56 M (1648) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文设计并实现了一个基于达尔文流媒体服务器(darwin streaming server,DSS)的直播系统,首先对DSS服务器的软件核心架构进行了研究分析,针对直播系统中UDP传输导致的网络拥塞现象和丢包问题,采用了基于RTCP反馈的拥塞控制方案,经过系统测试表明直播时的平均延时约为100 ms,画面质量总体清晰流畅,有效减轻了网络拥塞、降低了丢包;且通过CPU占用率测试表明随着用户的增多CPU占用率并未呈现明显增加,单用户情况下CPU占用率稳定在1%~3%,20个用户情况下CPU占用率稳定在6%~9%,说明系统并发处理性能较好。系统总体具有较好的性能,能够满足实际应用需求。

    • 基于DTMB多屏互动传输系统的设计和实现

      2017, 40(10):31-36.

      摘要 (1542) HTML (0) PDF 2.20 M (2073) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着数字电视传输技术的不断发展和智能终端的快速普及,数字电视的形式也趋于多样化。在考虑传统IP网络电视、有线电视和广播电视所具有的优势和不足的基础上,克服传统电视系统的缺点,利用IP网络传输的模式,设计并实现了一种基于地面数字广播电视(DTMB)多屏互动系统。通过地面广播电视网与宽带IP网相结合,把地面数字电视信号通过IP网组播方式传送给智能终端设备,能够有效降低对网络资源的消耗,同时保证多台智能设备同时观看电视节目。首先介绍了系统的硬件框图和系统所涉及到的主要芯片,然后详细描述了解调软件设计、IP over TS的实现和客户端软件的设计流程,最后总结了系统可应用的场景。

    • 改进型ip-iq电网谐波电流检测算法

      2017, 40(10):37-41.

      摘要 (1630) HTML (0) PDF 1.43 M (1638) 评论 (0) 收藏

      摘要:为快速准确地得到电网的谐波电流,本文在传统ipiq谐波电流检测算法基础上提出了一种新的谐波电流检测算法。取负载侧三相电压经过Clark变换和Park变换产生同步旋转信号,完成普通锁相环结构中鉴相器的功能,从而得到相位差信号Δθ,再经过PI控制和积分调节得到A相基波电角度,然后通过正、余弦信号发生器产生标准的正、余弦信号,以此减小电压畸变带来的误差;用高通滤波器代替传统算法中的低通滤波器直接得到三相谐波电流,简化系统结构,减少延时,提高系统的实时性。Simulink仿真结果表明,该方法能够准确快速地检测出谐波电流。

    • 基于SIW的宽角度波束扫描CPW-CTS天线阵设计

      2017, 40(10):42-46.

      摘要 (1860) HTML (0) PDF 2.70 M (2014) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于基片集成波导 (substrate integrated waveguide, SIW) 提出了一种具有宽扫描角度的连续横向枝节(continuous transverse stub, CTS)频扫天线阵。沿纵向周期排列在共面波导馈线(coplanar waveguide, CPW)上的SIW结构CTS阵列向空间辐射电磁波。提出一种新型宽带CPW慢波结构作为天线阵的馈线,用以增大相邻天线单元之间的相位差,在8.6~13.7 GHz频带内,相位变化范围在89.3°~-83.3°,从而使天线阵主波束随频率实现大范围扫描。为了减少天线阵的后向辐射,在其背面1/4波长处加反射板。设计了一个4元SIW结构CPWCTS天线阵,利用全波仿真软件HFSS进行了分析。结果表明,在8.6~14 GHz频带内天线阵反射系数小于-10 dB,随频率增大实现E面-40°~56°的扫描,在各方向上的最大增益在9.8~12.3 dBi。

    • 悬吊物防摆控制装置的设计

      2017, 40(10):47-51.

      摘要 (1506) HTML (0) PDF 2.60 M (2476) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对悬吊运输装置的摆动问题,以桥式起重机作为研究对象,设计一款悬吊物防摆控制装置。采用拉格朗日方程建立桥式起重机吊重摆动的数学模型,通过姿态传感器采集吊物实时摆动的信息,建立电机控制方案。根据系统功能要求,以MC9S12XS128芯片为核心,完成了系统硬件电路的设计,然后结合Kalman滤波、互补滤波等算法进行计算机软件编程。最终采用角度反馈的闭环控制方式,通过变频器驱动小车运行实现悬吊物的防摆控制。通过实验表明,设计的悬吊防摆控制装置具有良好的控制性能,使得小车电机停止运行后,可以快速消除摆动,适应性较强,实现了悬吊物运输装置安全、高效运行。

    • 基于STM32的便携式智能体质测量仪设计

      2017, 40(10):52-55.

      摘要 (1383) HTML (0) PDF 1.75 M (1939) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对自动判别大学生体质指数是否合格,提出了智能体质测量仪的设计方案。首先,采用STM32F103单片机作为主控制器,经射频模块刷卡后在TFT液晶屏显示校园卡号。其次,利用称重传感器、超声波传感器、肺活量传感器分别测量体重、身高、肺活量。再次,GSM模块将测的体质数据以短信形式发送至指定手机,另外利用蓝牙模块实现数据无线传输功能,并通过TFT液晶屏和蓝牙手机客户端实现人机交互。最后,实验证明此系统运行平稳,功能多元,并进一步加强了大学生对自身体质健康的重视。

    • PI分析中电流密度与PCB板升温关系研究

      2017, 40(10):56-60.

      摘要 (1983) HTML (0) PDF 3.60 M (2063) 评论 (0) 收藏

      摘要:印刷电路板(PCB)由于电流密度过高导致电路设计出现问题是电源完整性(PI)工程师关注的重要问题。随着集成化程度的不断提高,PCB中的电流密度也随之增加,而作为大电流比较集中的电源模块,更容易发生高电流密度导致的电路板过热,并由此对电路性能产生不良影响的问题。准确描述复杂电路PCB板温度上升与电流密度之间的关系是PI工程师必须妥善解决的重要问题。本文首先探讨如何根据PCB板上的电流密度准确测量及评估由电流导致的温升,以此来指导PCB设计并发现可能存在的电流密度过大产生热的问题。

    • 双电机五桥臂逆变器模型预测同步控制

      2017, 40(10):61-65.

      摘要 (961) HTML (0) PDF 1.44 M (2165) 评论 (0) 收藏

      摘要:以五桥臂逆变器为控制对象,提出了一种基于模型预测控制策略的双永磁同步电机同步控制策略,与传统算法相比,新算法在价值函数中加入了转矩同步策略,保证了两电机输出功率的均衡,同时将交叉耦合控制思想引入到两电机五桥臂逆变器控制系统的速度外环控制器中,提高了两台电机在参数不匹配情况下的转速同步性能。仿真分析表明,相比传统控制策略,新算法能够在保持模型预测控制算法较高的转矩响应速度的前提下,有效的提高两电机系统转速、转矩的同步性能,具有一定的应用价值。

    • 基于混合模式的气表质检系统的设计与实现

      2017, 40(10):66-69.

      摘要 (990) HTML (0) PDF 4.06 M (1577) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着我国能源结构的升级,天然气越来越受到人们的欢迎。围绕燃气而来的技术与设备也经历着新一轮的革新。智能燃气无线表正是技术革新下的产物。当该类智能仪表在大规模采用的过程中,必然要保证所使用仪表的质量。为了使此类智能仪表检测工作可以高效而准确地进行,在融合B/S和C/S两种模式优点的基础上,又结合业务特点提出开发一套既灵活高效又稳定准确的全新的仪表检测系统。将以先整体结构、后局部板块的顺序进行系统设计与实现的探讨,并通过系统测试这一环节对结论进行最终的验证。

    • 一种无陀螺捷联惯导的九加速度计测姿方法

      2017, 40(10):70-74.

      摘要 (1317) HTML (0) PDF 2.55 M (2095) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对无陀螺捷联惯导系统的姿态测量原理进行分析,为了从工程安装角度提出一种简易的实现无陀螺捷联惯导的九加速度计安装方式,首先对该九加速度计配置方案的简易性和合理性进行了理论分析。基于捷联惯导原理对这种九加速度计安装方式的计算原理进行了数学推导,详细论述并计算了该无陀螺捷联惯导的实现算法,从而最终得出了该九加速度计配置方式可行的结论。与此同时对该九加速度计无陀螺惯导系统建立了角加速度和线加速度的数学模型,在假设没有随机白噪声和常值误差等测量误差的前提下对其进行了MATLAB仿真,给出了该系统的角速度和角速度误差值从而再次佐证了这种九加速度计的配置方式简易可行。

    • LFMCW雷达差频信号滤波电路设计

      2017, 40(10):75-79.

      摘要 (1276) HTML (0) PDF 3.06 M (2267) 评论 (0) 收藏

      摘要:理想情况下LFMCW雷达差频信号在规则区内是标准正弦信号,但大量实测信号表明,差频信号中含有成分复杂的噪声信号,严重影响了雷达的测距精度。采用模拟滤波器,是滤除这些噪声信号最直接的办法。针对LFMCW雷达差频信号信号频带与噪声频带相近的特点,介绍了一种计算简单的模拟椭圆滤波器设计方法,分别设计了椭圆函数低通、高通滤波器,然后通过级联的方式构成带通滤波器。实测实验表明,该方法设计的带通滤波器可以有效地降低噪声干扰,提高LFMCW雷达差频信号质量。

    • 两种类型盘式永磁同步发电机设计与比较分析

      2017, 40(10):80-85.

      摘要 (1362) HTML (0) PDF 3.53 M (3700) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足风力发电系统对发电机提出的低转速要求,研究设计了两台不同类型的轴向磁通永磁同步发电机。分析了这两种发电机拓扑结构的不同特点,确定了永磁极的形状和极弧系数,讨论了发电机的极槽配合问题,并着重对发电机的永磁体和绕组参数进行了详细计算。采用一种准三维有限元方法对两台发电机进行了仿真计算,计算结果验证了设计方法的可靠性,最后利用有限元计算结果对这两种类型发电机的电磁特性进行了比较分析。

    • 采用四臂螺旋结构的紧凑圆极化RFID读卡天线

      2017, 40(10):86-91.

      摘要 (1519) HTML (0) PDF 2.83 M (2044) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种紧凑新型平面四臂螺旋天线,用于满足超高频(UHF)频段射频识别(RFID)阅读器小型圆极化的设计要求。天线由印制在FR4介质板的4个倒F阵元组成,通过对阵元的折叠及连续相位旋转法布阵,可以有效的减小天线的尺寸;采用改进的微带功分馈电网络及新的耦合匹配方法,提高了圆极化天线的轴比带宽和增益。天线尺寸为56 mm×56 mm×8 mm,在保持相当性能的同时,设计天线与相关参考文献设计天线相比,面积降低12.9%到86.1%。测试结果显示S11<-10 dB覆盖870~950 MHz频段,仿真结果显示带内轴比<2 dB,峰值增益为2.8 dB,波束宽度>120°,交叉极化<-15 dB。

    • 一种飞行模拟器虚拟座舱系统的设计与实现方法

      2017, 40(10):92-98.

      摘要 (1604) HTML (0) PDF 3.83 M (2151) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于虚拟座舱飞行模拟器的诸多优势,进行虚拟座舱系统的设计与实现方法研究。结合实体座舱的结构与布局,确定整个虚拟座舱系统在功能和性能方面的要求,阐述图形仪表和控制面板的基本设计原理,在GL Studio里进行图形开发并在VC++进行编译,两者配合的方法对其进行仿真开发。针对座舱系统结构复杂、模块繁多的特点,采用模块化思想,从顶层把需要仿真的模块进行分类,避免了以往繁杂冗余的结构,减少了模块间的耦合性,使得系统变得更容易维护、使用和升级。该设计方法的实现,减少了系统的开发成本,同时使得开发周期大大缩减,对于提升飞行员的基本飞行技能及战术水平有非常积极的作用。

    • >理论与算法
    • 基于LBFGS-EKF算法的三维空间目标跟踪研究

      2017, 40(10):99-103.

      摘要 (1694) HTML (0) PDF 2.60 M (1526) 评论 (0) 收藏

      摘要:人机交互中,人手与机器的交互是最通用的方式,因此手势交互研究是当今人机交互研究的重点之一。本文以Leap Motion为依据,对三维空间目标检测和跟踪进行研究,提出了一种限定内存扩展卡尔曼滤波算法(LBFGSEKF)。该算法在基于降低噪声所提出的EKF方法上,通过LBFGS算法求最优解的方式来代替EKF算法在每次迭代中求逆Hessian矩阵而造成内存消耗,计算速率下降,导致实时性差的问题,从而形成一种新的目标跟踪算法。仿真结果表明,新算法用于手势识别时,可以降低误差、提高目标跟踪的精度。

    • 射频干扰对消技术在大型舰船平台的应用

      2017, 40(10):104-108.

      摘要 (1094) HTML (0) PDF 1.95 M (2516) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对大型舰船平台中电磁环境复杂,不同设备之间互相干扰的问题,研究了射频干扰对消技术。分析了射频干扰对消的数学原理、系统模型,并对对消性能与幅度误差、相位误差的关系进行分析。通过分析自适应滤波器的原理,结合大型舰船平台X波段雷达的特点,提出了一种射频干扰对消技术。该方案采用最小均方误差(LMS)算法,通过仿真验证了该对消方案算法实现的可行性。仿真结果表明,该射频对消系统的对消比可达40 db左右,能够实现高对消比。

    • MUSIC算法的性能分析与改进

      2017, 40(10):109-112.

      摘要 (1316) HTML (0) PDF 2.67 M (1483) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用均匀线性天线阵列雷达,在MUSIC小波预处理方法的基础上对其进行改进,将小波预处理MUSIC算法改进成小波包预处理MUSIC算法,并将其与旋转不变子空间算法(ESPRIT)算法、最大似然估计法(MLE)算法和小波预处理MUSIC算法进行仿真比较,通过计算机仿真结果证明,改进后的小波包预处理MUSIC法比小波预处理MUSIC方法具有更高的精确度和更好的稳定性。

    • 基于模糊控制的三自由度直升机系统仿真研究

      2017, 40(10):113-117.

      摘要 (1024) HTML (0) PDF 2.91 M (1714) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对三自由度直升机系统的多变量、强耦合等特点,首先从俯仰、横侧、旋转通道分别建立3个通道的数学模型。而后对俯仰通道设计常规的PD控制器,对耦合的横侧和旋转通道设计以横侧轴为内回路的PID控制器。考虑到系统被控对象参数不确定等因素,以及PID控制器不能很好适应参数时变的因素,在常规PID控制参数下,设计模糊控制器。经仿真实验得出该方法克服了常规PID的不足,控制效果较为理想。

    • 基于非线性伪微分的稳定平台自抗扰控制

      2017, 40(10):118-121.

      摘要 (1453) HTML (0) PDF 1.30 M (1935) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步提高稳定平台的抗干扰能力,首次采用非线性误差反馈NLEF、伪微分负反馈PDFF和ADRC相结合,形成算法形式较为简单的NLE_PDFF_ADRC控制器。建立了稳定平台的等效扰动数学模型,设计了NLE_PDFF_ADRC控制器;对首次提出的NLE_PDFF控制器在飞行器模拟转台上对3~5 Hz、188~314(°)/s载体正弦速度扰动作用,测试其抗扰动的性能。实验结果表明,对比传统的平方PI控制器,采用NLE_PDFF_ADRC控制器控制器,系统的扰动隔离度在3~5 Hz提高30%。该控制器成功应用于某型稳定平台中,经充分考核,验证了其有效性。

    • 基于遗传优化的多级SVM语音情感识别

      2017, 40(10):122-126.

      摘要 (1536) HTML (0) PDF 1.18 M (1702) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对语音情感识别中特征维数高、识别率较低的问题,提出利用遗传算法进行特征降维,并构建二叉树结构的多级支持向量机(SVM)分类器进行语音多类情感识别的方案。首先对语音信号预处理后提取常用的情感特征,由于涉及特征较多,存在数据的冗余,采用遗传算法对提取的特征进行优化筛选;然后使用选出的最具情感区分能力的特征训练二叉树结构的多级SVM分类模型。在包含7种情感的柏林情感语料库上进行实验,结果证明提出的语音情感识别方案的有效性。

    • 基于手功能评估系统的“腕背伸”动作定量评估

      2017, 40(10):127-133.

      摘要 (1252) HTML (0) PDF 2.22 M (1853) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前临床上采用基于传统量表评估和手工测量作为针对脑卒中偏瘫患者手功能康复的主要评估方法,这种方法存在误差大、依赖人力效率低下、评估结果不连续等缺陷,难以满足病人康复治疗需求。提出了一种基于多维视觉手功能康复评估系统的手功能代表性康复动作“腕背伸”的定量评估方法,采用最新的光学动作捕捉设备与计算机视觉技术对“腕背伸”动作参数进行捕捉,通过多维度精准视觉采集与智能分析,得到患者患病手与健康手运动数据并进行处理分析,给出康复评估结果。详细介绍了该系统的软硬件结构、数据采集过程、评估结果分析等,并将评估结果与传统量表结果、手工测量结果进行对比分析,实验结果满足临床所需精度要求且可以更加精准、灵活的反映病人康复情况,对传统评估方式进行补充,弥补了评估不连续性、非精准性的缺点。

    • >信息技术及图像处理
    • 基于模板迭代更新的图像配准算法

      2017, 40(10):134-138.

      摘要 (1304) HTML (0) PDF 3.56 M (1763) 评论 (0) 收藏

      摘要:在计算机视觉中,用变换矩阵对图像对进行配准一直是具有挑战性的,尤其是在变换矩阵难以获取且噪声很大的情况下。针对图像对之间重叠区域很小,以至于变换矩阵的获取精度不甚理想,首先用SIFT算子提取出图像的特征点,然后在对图像进行匹配时,提出一种基于模板迭代更新的图像匹配方法,推导出最小二乘约束下的变换矩阵求解方法。实验对比了一些实际场景图像序列的匹配结果,验证了本算法的可靠性和稳定性。

    • 基于双目鱼眼相机的柱状投影全景行车记录仪

      2017, 40(10):139-142.

      摘要 (927) HTML (0) PDF 3.13 M (2352) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对全景行车记录场景,利用2个相背对放置的鱼眼相机所拍摄的视频拼接得到全景视频。首先基于OcamCalib对鱼眼相机进行标定,通过鱼眼图像的柱面映射,实现畸变校正而得到柱面图像,对两帧柱面图像进行SIFT特征点提取,用RANSAC算法去除误匹配并求解两张图像间的单应性矩阵,最后用线性加权法融合两帧柱面图,得到全景图。本实验使用柱面投影,符合人眼的视觉特效,并且相对于平面投影,保留了更多的视场信息,能够帮助驾驶员观察到更多的重要信息。

    • 基于暗通道的单幅图像快速去雾算法

      2017, 40(10):143-147.

      摘要 (1383) HTML (0) PDF 2.75 M (1792) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高雾天环境下退化图像的视觉效果,以大气退化模型和暗通道先验估计为基础,提出了一种快速单幅图像去雾算法。利用暗通道先验对大气透射率进行粗估计,用采样边缘保持滤波细化透射率,再设法估计出原图中的天空区域,对其进行透射率补偿,根据估计的大气光和透射率,利用大气退化模型即可恢复出无雾图像。针对去雾后的图像色度较暗的问题,使用一种自适应直方图均衡方法。实验结果表明,相对于已有算法,该算法有效提高了图像去雾的效果,而且加快了处理速度。

    • 基于改进的各向异性模型对IVUS图像降噪算法

      2017, 40(10):148-152.

      摘要 (746) HTML (0) PDF 2.44 M (1446) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对血管内超声图像中的强背景噪声和边缘模糊等问题,提出了一种改进的各项异性扩散滤波算法。引入中值滤波,将滤波后的梯度模代替传统各向异性滤波中原始图像的梯度模,以控制扩散的过程,并能较好地保持边缘的特性;将各向异性扩散方程的常规扩散方向由4个方向扩展为8个方向,可保留更多的图像细节;并提出了一种自适应选取扩散门限的方法,解决了滤波和边缘保持的矛盾。实验结果表明,改进的算法在滤除噪声和保留边缘方面有着比较满意的效果,为以后血管内超声图像中外膜的提取提供了基础。

    • 复杂环境信息无线图像侦检系统设计

      2017, 40(10):153-156.

      摘要 (720) HTML (0) PDF 2.61 M (1351) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对矿井灾害或突发恶性事故现场环境的恶劣性,设计了一种基于AVR单片机的无线图像侦检系统,通过微型CMOS摄像头获取实时视频,利用无线传输模块将图像数据传入AVR单片机。本系统可无线传输视频信号;发射与接收模块均有4个频道可供选择;接收系统与显示系统为手持式/车载式,携带方便;发射机由电池供电,可选择附带照明灯和温度、湿度、烟雾传感器,适合用于烟雾及黑暗环境中的侦检。

    • >通信技术
    • 4G网络的移动视频体验评估研究

      2017, 40(10):157-160.

      摘要 (1595) HTML (0) PDF 1.83 M (1491) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着4G技术的普及和互联网快速发展,OTT视频、直播等视频业务迅速爆发,移动视频业务逐渐成为最主要的流量入口,因此需要一系列的指标来衡量4G移动网络下的视频质量,进而反映用户在观看视频的体验。当前衡量视频体验评估的研究中,主要方法是基于服务质量(quality of service,QoS)和基于用户体验质量(quality of experience,QoE),QoS没有考虑用户的主观评价,不能有效地衡量视频质量和用户体验。基于QoE的方法从用户观看视频的主观要素和客观要素出发,能够有效地反映观看视频带给用户的体验。本文研究了无线参数、视频参数、播放参数和终端参数对移动视频体验的影响,基于层次模型(analytic hierarchy process,AHP)建立了移动视频体验评估模型,并开发了基于ijkplayer视频播放器框架的视频体验评估软件VideoMos,评估准确率达到71.57%,具有一定的参考价值。

    • 基于多种群遗传算法的D2D通信终端数量的优化

      2017, 40(10):161-165.

      摘要 (1616) HTML (0) PDF 1.74 M (1256) 评论 (0) 收藏

      摘要:端到端的直连通信(devicetodevice,D2D)能有效提高网络容量。针对D2D通信所能容纳的终端数量问题,提出一种基于多种群遗传算法的容量优化方法。由于传统蜂窝网移动终端对D2D用户的干扰,以及复用同一频率的D2D终端之间的同频干扰,严重影响了可接入D2D终端的数量。本文提出的基于多种群遗传算法能快速调整资源分配方案,有效减少同频干扰,显著提高网络所能容纳的终端数量。仿真结果表明,相比于标准遗传算法和随机分配算法,基于多种群遗传算法的资源分配方案能通过快速分配合理信道资源降低系统中总的干扰,有效提高终端的接入数量,显著提升了系统的总吞吐量。

    • 基于SI4463的无人机窄带数据链设计

      2017, 40(10):166-170.

      摘要 (1228) HTML (0) PDF 1.68 M (1567) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前,小型商用无人机数据链正处在飞速发展的阶段,世界上多个国家都在开展这个领域的工作,并且很多西方大国已经取得了技术性的成果。然而国内的相关研究水平还比较落后,没有建立起配套完善的通用商用数据链体系,因此开展小型商用无人机数据链的研究意义重大。本论文采用STM32单片机和SI4463芯片,设计了一款无线实时数据收发系统。它是一款基于UHF波段的、工作距离在10km范围内的、数据链传输速率在10 Kbps的无人机窄带数据链系统,该系统具有传输速率高、数据收发稳定可靠的优点。

    • 基于再生伪码测距的复合码分析

      2017, 40(10):171-175.

      摘要 (848) HTML (0) PDF 1.52 M (1805) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着深空探测距离的延伸,对于航天器的测量显得尤为重要。其中,航天器相对于测量站之间距离的测量是深空探测中的重要一环。基于再生伪码测距的特点进行分析,介绍了伪码测距的发展历程,分析了再生伪码测距的优势,对再生伪码测距中采用的测距码的发展历程、码型选择进行了论述,对Tausworthe两种码在测距精度以及捕获时间上进行了分析,之后对码速率获取以及码捕获等方面进行了相关讨论,最后,对再生伪码测距中存在的问题进行了表述,点明了接下来的研究工作。

    • 基于新型CSRR结构的SIW双频滤波器

      2017, 40(10):176-180.

      摘要 (1836) HTML (0) PDF 2.74 M (1325) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种新型六边形的CSRR(互补金属开口谐振环)结构,并利用该结构设计出了一款SIW(基片集成波导)双频滤波器。通过调整四组CSRR嵌套环的尺寸,可以分别控制两个谐振频点。滤波器的第一通带和第二通带分别由上下两层大小不一的六边形CSRR嵌套环形成,并且可以相对独立地控制频点位置。本设计采用四节点拓扑结构,通过交叉耦合形成了两个传输零点,形成了高阻带抑制的特点。该滤波器的两个频点设计分别为2.4 GHz和5.2 GHz,相对带宽为7%和5%。可广泛应用于无线通信领域的射频接受前端系统中,拥有小型化,低损耗,易加工等特点。

    • 能效最优的解码转发OFDM中继链路功率分配

      2017, 40(10):181-187.

      摘要 (817) HTML (0) PDF 2.09 M (1337) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对解码转发OFDM(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)两跳中继链路,研究了以系统能效最优为目标的链路功率分配优化算法。首先考虑系统的电路功耗,将其建模为速率的线性增函数;然后在满足链路速率和误码率的限制条件下,建立了链路能效优化目标函数;最后,基于凸优化理论,求得使链路能效最优的调制方式和功率分配。仿真结果表明,所提功率分配算法,能够使解码转发OFDM两跳中继链路的能效达到最优。

    • >数据采集及信号处理
    • 一种基于超宽带雷达的多观测点人体呼吸信号检测方法

      2017, 40(10):188-195.

      摘要 (1274) HTML (0) PDF 8.25 M (3646) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于超宽带生命探测雷达的障碍物穿透检测技术在灾难救援和反恐作战等非入侵式探测领域有着广泛的应用前景。目前国内外进行的研究大多采用单观测点放置雷达对目标进行检测,在低信噪比的条件下难以检测出生命体的位置。针对以上方法的局限性,采用多观测点放置雷达,将回波信号进行关联检测,得到生命体的空间位置,并进一步与已有的算法进行对比。仿真结果证明了该方法在低信噪比条件下的优越性,实验结果证明了该文提出的方法具有可行性,能够较为准确地检测出生命体位置。

    • 微风速流场数据采集与融合方法研究

      2017, 40(10):196-199.

      摘要 (771) HTML (0) PDF 1.59 M (1537) 评论 (0) 收藏

      摘要:在微风速(0~1 m/s)空间流场测量中,对传感器精度要求高,实时在线仪表数据精度不够,数据采集滞后性大;考虑采用多个传感器测量提高精度,但也存在数据融合的问题。针对微风速流场测量,提出基于K均值RBF神经网络的数据采集预处理软测量模型,首先选取中间变量(电流值),运用K均值聚类,用RBF网络训练得到单个传感器数据;提出基于相关性kalman滤波的传感器数据融合算法,剔除无效数据点,并融合得到精确风速预测值。测量实验和数据结果表明该方法处理的数据结果滞后性小,处理速度快,数据精度高。

    • 基于Measurement Studio的心音信号采集与分析系统

      2017, 40(10):200-204.

      摘要 (1184) HTML (0) PDF 3.20 M (1400) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计一款便携式心音采集分析设备,并能定位出第一心音(S1)与第二心音(S2)。 以Measurement Studio 作为开发平台,实现对先天性心脏病人心音信号的采集、存储和分析工作。采用双阈值分段定位法来定位S1与S2。系统较好的完成对病人心音信号的采集、存储、回显和播放功能。对心音杂音滤波效果明显,滤波后的包络能够较好定位S1与S2。 通过该系统完成先心病的普查工作,比起专家亲自去边远山区现场听诊,更方便快捷,为未来心音听诊设备的开发奠定基础。

    • 听觉刺激对稳态视觉诱发电位影响研究

      2017, 40(10):205-210.

      摘要 (700) HTML (0) PDF 2.97 M (1458) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于稳态视觉诱发电位(steadystate visual evoked potential, SSVEP)和听觉脑机接口技术目前已成为研究重点。未来的挑战是研究基于视觉和听觉联合统一系统框架的脑机接口技术。多感觉在不同脑区间存在的跨膜整合以及视听双刺激的交互作用,给该技术研究带来较大困难,故研究听觉刺激对枕区SSVEP影响很有意义。在闪光刺激频率为12 Hz,占空比分别为5%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、95%条件下,分别加入500、1 000、1 500 Hz的正弦纯音、响度为50 dB的听觉刺激,研究听觉对SSVEP的变化规律。结果表明,对同一受试者,视听双刺激条件下 SSVEP随占空比变化依然呈现“窗口”效应,听觉刺激对SSVEP影响起增强或抑制作用。此外听觉刺激对SSVEP影响出现的占空比“窗口”的位置、数量以及对SSVEP增强或抑制作用的程度也因人而已。结果为更好研究视听相互作用机理及其在脑机接口技术应用提供有意义的实验依据。

    • 基于混沌滤波器的压缩感知雷达互质压缩采样

      2017, 40(10):211-215.

      摘要 (1305) HTML (0) PDF 1.67 M (1393) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种基于混沌数字滤波器的压缩感知雷达回波信号互质压缩采样方法。首先,设计基于混沌数字滤波器的压缩采样矩阵,避免了传统高斯随机观测矩阵的硬件设计困难,在保证压缩感知雷达感知矩阵非相关特性的同时,提高了压缩采样矩阵的可实现性与可控性。其次,在混沌数字滤波器压缩观测矩阵的基础上,提出进一步压缩数据量的互质压缩采样方法,显著降低了压缩感知雷达的数据处理量。仿真实验结果表明,基于混沌滤波器的互质压缩采样方法可以实现压缩感知雷达的在压缩处理数据量的同时获得目标参数的高精度估计,为压缩感知雷达硬件系统设计提供了新方法。

    • 基于声级采集仪的人影作业信息自动采集系统

      2017, 40(10):216-220.

      摘要 (1118) HTML (0) PDF 1.87 M (1464) 评论 (0) 收藏

      摘要:长期以来人工影响天气作业信息采集采用的是人工纪录上报的方式,这对基层工作人员来说是一种较为繁重的工作。近年来河南省人影作业期增长、用弹量逐渐增大,对作业信息采集的准确性和时效性的要求越来越高,信息采集与管理的难度也进一步增加。随着声学技术在气象行业的深入应用,自动采集作业信息的声级采集仪研发成功,使得自动记录并传输作业信息成为可能,从而地面高炮、火箭发射数据的传输和使用成为新的人影业务研究方向。河南省人工影响天气中心通过在许昌市人影标准化地面作业点加装固定式声级采集仪,开展了地面高炮、火箭作业信息自动采集传输试验和相关数据应用研究工作,通过对声级采集仪与不同地面人影作业装备的配合,综合利用声级采集仪数据和原有系统信息,取得了较好的效果,为实现人影作业信息实时自动采集提供了一条简单有效的方案。

    • 基于FPGA的Turbo码数据传输系统的实现

      2017, 40(10):221-225.

      摘要 (1274) HTML (0) PDF 1.80 M (1502) 评论 (0) 收藏

      摘要:Turbo码是在低信噪比条件下具有良好纠错性能的信道编码,以与香农限仅差0.7 dB的特征而受到了科学研究者的广泛关注。目前,采用Turbo码实现大量数据的传输已经成为了无线通信传输协议的标配。介绍了Turbo码及其FPGA的实现,深入分析了Turbo码的解码理论与算法。首先,分析了Turbo码的编码流程及特性。其次,介绍了Turbo码的解码流程,并且讨论了在其解码过程中运用的MaxLogMAP算法。最后,采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件平台实现Turbo码的实时数据传输系统,并取得了良好的结果。

    • >可编程器件应用
    • 基于MATLAB的高效自动化功耗测量系统

      2017, 40(10):226-230.

      摘要 (1370) HTML (0) PDF 2.17 M (1458) 评论 (0) 收藏

      摘要:在电子、通信等工科领域的实验测试中,经常需要测量设备和器件的功耗。针对此需求,提出了一种基于MATLAB的自动化功耗测量系统设计,搭建了完整的软硬件平台。该系统以计算机和可编程电源为主要硬件设备,并采用串口通信, 以MATLAB开发的上位机控制软件按照Modbus通信协议对可编程电源发送程序指令,实现对电源的程序控制和输出监测,利用监测到的电源输出电压和输出电流数据演算出设备或器件的功耗并显示。实验结果表明,该系统可实现对设备或器件功耗的自动化测量,操作简单方便,运行高效稳定。

    • 基于FPGA的多点温度无线采集系统

      2017, 40(10):231-237.

      摘要 (1179) HTML (0) PDF 3.29 M (1500) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了对国防、天文和工业领域内特殊场合进行多点实时温度监控,设计了基于可编程逻辑门阵列FPGA(field programmable gate array,FPGA)的多端口并行温度无线实时监控系统。该系统以FPGA为核心,包括温度信号采集、数据存储、数据传输、实时温度值的动态显示4个部分。系统采用多个智能温度传感器对多个测试点进行并行温度的采集,并将采集到的温度信号进行模数转换,同时缓存到FIFO(first in first out)中,FIFO里的数据在FPGA的控制下通过蓝牙模块传输到PC端。PC端完成对实时温度的显示和过温报警。各测试点的温度实时显示在PC界面上,工作人员不仅不用亲临现场就可以实时对各个监测点的温度进行监控,还可以通过记录的历史数据,进行数据分析。

    • 基于FPGA的红外热成像温度检测算法研究

      2017, 40(10):238-242.

      摘要 (1350) HTML (0) PDF 1.80 M (2118) 评论 (0) 收藏

      摘要:以非制式冷红外焦平面技术为基础的非制冷式热成像仪以其价格低、体积小的优势,在非接触式测温领域得到广泛的应用。目前市面上的热成像仪对温差的识别非常敏感,但是无法通过从热成像仪获得的电信号数据得知目标的具体温度。而能够进行非接触式测温的成品热成像仪不仅价格高昂,而且保密的封装使得二次开发的难度较大。基于以上问题,本文搭建基于FPGA和MATALB的热成像系统,得到了一种温度检测算法的获取方法。通过该实验方法来取得由电信号转换为具体温度的算法及其关键系数。实验结果表明,该温度算法的误差较小,在温度测量预警系统有较强的工程意义。

    • 基于Cortex-M4内核的自寻迹小车系统设计

      2017, 40(10):243-247.

      摘要 (1333) HTML (0) PDF 2.06 M (1380) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计采用Cortex-M4内核的 MK60FN1M0VLQ15 32 位单片机作为核心控制单元(MCU),通过0V7725数字摄像头提取跑道实时图像,用欧姆龙公司的旋转编码器作为速度检测装置,同时使用无刷直流电机作为传动装置,用舵机控制转向以及7.2 V锂电池构成整个运动控制系统。在软件设计上对二值化之后的图像中心线采用斜率拟合算法寻找最佳路径 ,运用PD控制算法处理舵机,PID 控制算法调节直流电机的转速,从而完成整个系统的的闭环控制。

    • >在线测试与故障诊断
    • 基于张力测量的输电线路导线舞动在线监测系统

      2017, 40(10):248-251.

      摘要 (1191) HTML (0) PDF 1.49 M (1646) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文依据输电线路舞动时导线张力变化的模型,计算了其水平分量和竖直分量的变化值,研制了一套可在线测量导线舞动的监测系统。基于导线机械结构,设计出了适应于线路测量的压力传感器;通过A/D转换,输出张力变化的数字信号;基于ZigBee无线传输技术,实现导线张力的在线监测。最后通过某线路对比测试,证明该测量系统可有效地实现输电线路的舞动测量。当风速大于6.7 m/s时,导线舞动幅值与风速呈现正相关关系,直到风速为12 m/s时,舞动达到最大值6.1 m;随着风速进一步增大,导线舞动幅值呈现震荡趋势。

    • 基于相电压积分的逆变器开路故障诊断策略

      2017, 40(10):252-254.

      摘要 (1172) HTML (0) PDF 1.43 M (1353) 评论 (0) 收藏

      摘要:对三相桥式PWM逆变器的IGBT出现开路故障时的故障特征进行了研究,在正常工作和故障模式两种方式下,对门极信号和相电压之间的变化情况进行了分析比较,提出了以相电压为基础的积分算法,通过这种算法以得出方案来进行诊断和定位。最终,在仿真软件MATLAB/Simulink中搭建了一个三相桥式逆变的模型,通过模拟该电路来对该方法考证,从结果可以看出所采用的方法能够较准确的得到故障的位置。

    • 测氮仪检测精度的改善方法研究

      2017, 40(10):255-258.

      摘要 (1412) HTML (0) PDF 2.27 M (1601) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了测氮仪中的核心部件热导传感器,并对影响测氮仪中热导池检测精度的可能原因进行了分析,然后针对每一项可能引起测量精度下降的原因提出了具体的改善方法,通过对每一项的改进设计与实施,最后将改进后的各部分应用到测氮仪上,通过实验测到相应的信号,对测量速度和精度进行了比对,实验表明改进后的侧氮仪测量速度更快、精度更高,改进方案实用可行。

主编:孙圣和

创刊:1980年

ISSN:1002-7300

CN:11-2175/TN

国内邮发代号:2-369

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