摘要:针对磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT)系统接收线圈相对于 发射线圈偏移角度的不确定性,导致系统传输效率波动较大的问题,提出了一种基于反射阻抗的 MCR-WPT 系统接收线圈偏移 角度计算方法。 根据基尔霍夫电压定律建立发射线圈反射阻抗与线圈互感之间的关联,再根据空间两线圈的互感公式推导互 感与线圈偏移角度之间的关系式,从而建立反射阻抗与偏移角度的表达式。 利用 Maxwell 和 Simplorer 仿真软件搭建线圈模型 和外围电路进行联合仿真,同时搭建了完整的 MCR-WPT 系统实验装置,在两线圈距离不同的情况下做了多组实验。 仿真结果 显示两线圈设定角度与计算角度平均绝对误差为 2. 57°,实验结果显示设定角度与计算角度平均绝对误差为 2. 94°。 通过上述 方法可以较为精确地计算出短距离无线电能传输系统接收线圈的偏移角度。

摘要:霍尔电流传感器中存在的温漂会影响传感器的精度,特别是在极端高温和低温下影响更加明显,这限制了霍尔传感器 应用的场合。 针对该问题本文设计实现了一种适用于霍尔电流传感器的宽温度范围温漂补偿电路。 温漂补偿电路通过将增益 补偿与带隙补偿相结合,在霍尔电压放大电路中采用与霍尔元件形状材料均一致的负载电阻,补偿了霍尔元件的温漂误差;同 时利用带隙基准电路产生的高低温补偿电流实现对放大器电路的尾电流的温度补偿,使得霍尔电流传感器可以在更宽的温度 范围内保持灵敏度稳定。 采用 GF0. 18 μm BiCMOS 工艺制程,仿真验证表明,在 5 V 电源电压下,电路在-40 ℃ ~ 140 ℃的宽温 度范围内,灵敏度温漂误差小于 0. 3%,温漂系数达到 35 ppm/ ℃ 。 相较于其他温度补偿设计,该设计实现了对霍尔传感器高阶 温度误差的补偿,使得霍尔传感器具有更宽的工作温度范围以及更小的温漂误差,且不需要额外的数字处理电路,具有较高的 工程应用价值。

摘要:高温超导磁悬浮因其独特的无源自稳定优势,在高速轴承、轨道交通和飞轮储能系统等领域有着广阔的应用前景。 为 了探究高温超导磁悬浮系统的悬浮特性,设计了一种适用于测量磁悬浮轴承悬浮特性的高温超导磁悬浮力三维测量系统。 首 先,基于伺服驱控的三轴联动直线模组与三轴力传感测量单元设计了测量系统硬件部分,利用 LabVIEW 设计了数据采集单元, 以实现数据连续采样及其图像化。 其次,在恒载和永磁悬浮系统下,对高温超导磁悬浮力三维测量系统的测量精度进行校验。 最后,建立了超导体-永磁悬浮系统有限元模型,仿真并测量了高温超导体在零场冷和场冷条件下的悬浮力特性,仿真与测量结 果保持基本一致。 结果表明,该测量系统具有测量精度高(0. 5%),三维空间定位准确( ±0. 02 mm),被测对象相对运动时三轴 力同步测量(最大悬浮力 500 N,导向力 200 N)等特点。

摘要:随着未来无线通信需求的增长,通信系统需适用更多的频带和标准。 针对可重构功率放大器各模式下工作带宽窄的缺 点,本文基于简化实频技术和可重构理论,提出了一种拓展可重构功率放大器工作带宽的设计方法。 通过在可重构理论中融入 简化实频法的宽带设计方法,在设计过程中加入新的误差函数,对可变模式下的可重构电路结构进行判别,进而实现可重构宽 带功率放大器设计。 为了验证该方法的有效性,并满足实际设计指标,采用中国科学院微电子研究所自主研发的 LDMOS 晶体 管设计并制作了适用于 GSM 网络和 LTE 网络的一个频率可切换的宽频可重构功率放大器。 测试结果表明,该可重构功率放大 器在不同模式下可分别工作在 0. 6~ 1. 1 GHz 和 1. 1~ 1. 6 GHz 频段,饱和输出功率超过 40 dBm,漏极效率(DE)在 50% ~ 60%之 间。 因此,本文提出的设计方法可以降低可重构宽带功率放大器的设计难度,较好的发挥晶体管性能,降低成本,在实际基站射 频电路设计中具有很好的应用意义。

摘要:为减少多径损耗、抗极化失配,同时满足无线设备对多频段的需求,设计了一款加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化 天线。 极化扭转人工磁导体采用双层结构增加了相位响应,使用矩形环延长电流路径,矩形环中加入圆角和截断的矩形贴片结 构引起表面阻抗不平衡性,实现了在 2. 45 GHz 和 5. 8 GHz 频段内高效的极化转换。 在双频单极子天线下方加载极化扭转人工 磁导体,利用 90°极化旋转效应实现了在低频段左旋圆极化和高频段右旋圆极化。 仿真和实验结果表明:设计天线的工作带宽 分别为 2. 2~ 2. 58 GHz 和 3. 5~ 6 GHz,3dB 轴比带宽分别为 2. 3~ 2. 56 GHz 和 5. 6~ 6. 2 GHz,峰值增益分别为 16. 8 和 7. 5 dBic。 实验结果证实了采用极化扭转人工磁导体可以降低双频圆极化天线的复杂度。

摘要:本文探究了微波无损检测技术在中长距离压力管道的裂缝缺陷检测中的应用。 从理论上分析了微波在具有弯曲的压 力管道内传输的特点以及裂缝检测的方法。 通过仿真模拟了微波在中长距离管道内的传输以及经过弯管后的微波模式的改 变,验证了在直管道与弯曲管道中检测裂缝缺陷的可行性。 构造长度超过 5 m,直径为 8 cm 的直管道与弯曲管道,使用矢量网 络分析仪与螺旋天线将微波导入管道中,对轴向、周向以及斜向裂缝进行检测,观察无缝与有缝甚至多条裂缝情况下的 S11 参 数的幅度的改变并确定裂缝所在的位置。 对于直管道中的轴向,周向和斜向裂缝检测,误差分别为管道总长的 0. 047%、 0. 018%和 0. 298%,对于弯曲管道中轴向、周向和斜向裂缝检测,误差分别为管道总长的 0. 074%、0. 065%和 0. 203%,表明建立 了一种有效的远程检测中长距离管道裂缝的方法。

摘要:为满足现代无线通信系统向宽频带、集成化、低成本和高性能方向发展的需求. 基于协同设计理论,利用自研的 RFLDMOS 器件设计了一款集成滤波特性的宽带滤波功率放大器。 设计“T 型”结构的预匹配网络以扩大晶体管阻抗值,同时集成 枝节负载耦合线构成宽带滤波网络。 连续波测试结果表明在 1. 2 ~ 2. 6 GHz 频带内饱和输出功率均大于 40 dBm, 漏极效率大 于 45%, 增益约为 11. 5 dB, 对二次谐波的抑制能力达到- 62 dBc。 当平均输出功率为 32. 5 dBm, ACPR 在频带内均优于 -37 dBc。 本设计使功放兼具放大和滤波的作用,提高电路集成度的同时相对带宽拓展到了 74%, 符合当今无线通信系统的 需求。

摘要:电磁瞬态脉冲的测量仍有许多技术难点。 为了解决瞬态电场测量动态范围较窄的问题,研制了一种能自适应调整测量 范围的光纤电场传感器。 首先在 CST 软件平台上对单极子 PCB 天线进行建模,对其电磁特性和尺寸效应进行了仿真研究。 然 后重点设计了发射机的自动增益控制电路,且自动增益控制电路的阈值范围可调。 用二次插值法对发射机的非线性进行数字 化补偿,并优化设计了接收机的跨阻放大器,使其本底噪声在微伏级别。 用标准场法对该传感器进行了标定和测试,并对不确 定度进行定量计算。 测试结果表明,传感器的输入动态范围达到 54 dB,平均响应时间低于 3 ns,线性相关度为 0. 98,灵敏度为 0. 025 V/ (kV·m -1 ),扩展不确定度为 2. 67。 该传感器可以满足雷电脉冲的电磁环境测量和电力系统局放定位的需要。

摘要:针对口径超过 10 m 的超大型地面天线由于极高成本难以进行精确测量的难题,提出了基于无人机的平面近场实地测 量方法。 首先对无人机散射、定位精度及测量场区选择等影响天线实地测量结果的主要因素进行了仿真分析,确定了测量区 域。 采用多旋翼无人机和高精度飞控技术,在高性能无人机最好 20 mm 飞控精度、5 mm 测量精度的条件下,进行了天线实地测 量系统的射频链路设计,并给出了两种近远场数据变换方法,可以有效解决在较高频段无人机定位精度差导致测量结果不可信 的问题。 采用实例分析验证了方法的有效性,为超大型地面天线低成本精确测量提供了较好的解决途径。

摘要:标准孔板流量计在工业应用中面临着精度和适用性的限制,为了提高其性能,多孔孔板流量计被越来越多的使用。 为 了研究多孔孔板的结构参数对孔板流量计性能的影响,以内径为 40 mm、多孔直径比为 0. 4、厚度为 3 mm 的多孔孔板为研究对 象,设计了不同孔数和间隙率的多孔孔板模型,并使用数值方法进行了分析。 结果表明,多孔孔板流量计的压力损失系数随着 孔数的增加而降低,而流量系数则随着孔数的增加而增加。 孔隙率对多孔孔板流量计的压力损失系数和排量系数影响不大,但 在一定范围内增加孔隙率可以有效降低压力恢复长度。

摘要:针对无监督缺陷检测中重建网络在抑制异常重建的同时无法保留正常区域细节信息的问题,提出了一种融合自注意力 与缺陷凸显的缺陷检测方法。 首先,在重建网络中引入离散小波变换(DWT)进行下采样, 并使用离散小波逆变换( IDWT)进 行上采样。 相较于传统重建网络,这种方法能减少细节信息的丢失,并对特征进行频率分解。 同时,在跳连接中加入自注意力 模块对特征重新编码,使其重点关注正常区域的细节信息。 此外,设计了一个缺陷区域凸显模块,利用正常样本特征构建特征 库,将从测试图像提取的特征与特征库中特征对比得到异常图,将异常图与重建差值图相结合来改善缺陷定位结果。 在工业缺 陷检测数据集 MVTec AD 上进行测试,在图像级 AUROC 上取得了 99. 3%的结果,同时在像素级 AUROC 上取得了 98. 3%的结 果,在无监督缺陷检测中具有较高的检测精度和鲁棒性。

摘要:针对空间引力波探测任务对微推力测量需求,开发出一套基于闭环控制的单丝扭摆微牛级推力测量系统。 基于扭摆式 微推力测量原理,给出了微推力测量装置详细设计方案,重点分析了扭丝结构、角位移测量、电磁标定力以及闭环控制系统,通 过实验测量对该微推力测量装置进行标定,最后开展误差分析。 测试结果表明,开环状态下扭丝刚度约为 0. 003 25 N·m/ rad, 与理论值误差约 4. 0%;闭环状态下推力测量范围 0. 1~ 246. 0 μN,最小分辨率优于 0. 1 μN,相对不确定误差为 1. 174%,满足对 微推力器推力测量范围、分辨率和精度的测量要求。

摘要:真随机数发生器在硬件与信息安全领域具有广泛的应用前景。 为提高真随机数发生器的吞吐率与降低硬件开销,以相 互耦合的基本逻辑单元构成自治布尔网络做熵源,利用一阶高频振荡环增强网络刷新频率和多级非线性放大,从而获得高熵值 混沌信号,结合 DFF 和 XOR 组成的后处理电路,设计构成真随机数发生器并在 FPGA 平台上实现。 通过数据的采样和实时提 取,然后对数据执行 NIST SP800-22 和 SP800-90B 随机性测试,并对其偏移度、自相关性及最大李雅普诺夫指数等性能进行评 估。 结果表明,真随机数发生器能够以 600 Mbit / s 的吞吐率产生熵值 0. 994 847 bit / sample 的随机数序列,而且具有低的偏移度 和自相关性及较低的硬件开销。

摘要:针对当前超声波测风阵列体积大传输路径短,测量精度低的问题,设计了 4 个收发一体的超声波换能器,按方形排列, 探头垂直朝下放置,超声波信号通过在测风区域之间多次反射完成测风,相比于一次反射超声波测风阵列体积缩小 20%。 基于 所建模型,提出自适应测风算法以减弱阴影效应对测风精度的影响。 利用 SpaceClaim Design Modeler 软件建立了测风阵列以及 风洞模型,通过 Fluent Meshing 进行网格划分,使用 Fluent 软件改变模拟风洞内的风速和风向,验证了所设计的小型超声波测风 阵列和自适应权重测风算法在减弱阴影效应提高测量精度的优越性。 实验结果表明,自适应权重测风算法相比于传统测风算 法的测速精度提高了 12. 44%,测角精度提高了 10. 40%。

摘要:针对磁异信号的检测通常会受到地磁噪声干扰的问题,在磁干扰补偿研究的基础上,提出一种基于卡亨南-洛维展开的 修正 OBF 磁目标检测方法。 首先构建磁干扰的椭球拟合模型,通过求解拟合模型的系数实现对干扰的总体补偿,补偿精度约 30 nT;再利用卡亨南-洛维展开对 OBF 检测算法进行修正,提升有色背景噪声下的信号检测能力;最后开展无人机探测磁目标 的实验研究,实验结果表明,修正的 OBF 检测算法具有更佳的检测效果,尤其是针对低信噪比目标的检测优势明显,信噪比增 益提升约 2 dB。

摘要:环境感知毫米波雷达是自动驾驶系统中最重要的传感器之一。 随着安装毫米波雷达的汽车数量快速增加,雷达间相互 干扰问题日益突出,严重影响汽车的道路行驶安全。 毫米波雷达的干扰类型分为同频干扰和异频干扰两种,针对毫米波雷达同 频、异频干扰对雷达虚警和漏警的影响问题,本文提出了环境感知毫米波雷达的抗干扰算法。 采用随机跳频和随机初始时间的 抗干扰算法,降低信号碰撞概率,抑制同频干扰;通过希尔伯特变换提取包络截取干扰信号区域并采用拉格朗日插值法进行干 扰缓解,抑制异频干扰对毫米波雷达检测结果的影响。 仿真结果表明,上述抑制干扰的方法能够有效降低雷达的虚警和漏警 率,以达到理想的抗干扰效果。

摘要:针对电子叉车秤在使用过程中出现的车体倾斜导致称重误差精度下降等问题,提出了一种有效的称重误差补偿算法。 首先,分析电子叉车秤倾斜角度对称重性能的影响,搭建一个多方向可变角度倾斜的实验平台,以模拟叉车秤的倾斜状态并获 取精确的称重数据。 其次,根据所获得的数据与称重误差补偿原理,建立倾斜状态下电子叉车秤的称重误差补偿算法模型,并 运用最小二乘法及多层感知机非线性回归方法识别模型参数。 最后,本文对具有 1 500 kg 量程和 0. 02 kg 感量的电子叉车秤进 行了倾斜测试实验,结果表明,在地面倾角不超过 1. 5°的范围内,在任意倾斜方向仪器最大允许误差 MPE<0. 75 kg,具有 3 000 分度数的精度。

摘要:工业物联网络 6TiSCH 通过对时隙跳频模式和 IPv6 协议的引入,在支持海量节点接入、确定性可靠传输以及低功耗运 行方面优势明显。 虽然 6TiSCH 操作子层的定义为用户自定义调度策略提供了规范化的调度执行过程,但在实际应用中仍面临 不同应用场景的上层调度函数(即决策实体)个性化设计的问题。 本文将控制理论引入确定性工业无线网络的资源调度应用 中,将分布式节点间通信资源调控抽象为闭环控制问题,结合经典比例积分微分( proportional-integral-derivative,PID)控制算法, 阐述基于 PID 控制理念的 6TiSCH 网络资源调度原理,设计面向突发流量场景的 6TiSCH 网络分布式 PID 调度算法,构建突发 流量友好的上层调度函数。 基于 OpenMote-B 的 6TiSCH 网络平台实验表明,所提方法支持流量需求动态变化的节点间通信资 源的自适应调度,尤其对多种类型突发流量可以快速响应。

摘要:回转窑烧成带图像蕴含丰富火焰信息,准确识别燃烧状态是回转窑优化控制的前提,基于卷积神经网络的方法可以快 速识别回转窑工况,提高回转窑自动化水平,但存在网络规模大,所需计算资源多的问题,为此提出了一种基于轻量化网络和知 识蒸馏的回转窑工况识别方法,在网络卷积层后引入协方差池化层改进教师模型和学生模型,以改进的轻量化网络 MobilenetV2 作为学生模型的主干网络,以改进的 Resnet50 作为教师模型的主干网络,通过构建混合蒸馏损失函数,将教师模型 蕴含的丰富分类标签信息迁移到学生模型中,并将蒸馏训练得到的学生模型作为回转窑工况识别模型,以提高网络对高相似火 焰图像的识别精度。 实验结果表明,经蒸馏后的学生模型总体识别准确率相较于原始模型提高了 3. 33%,对测试集中 3 种工况 的识别率分别达到了 93%、99%、90%,准确率和模型规模均优于目前其他主流网络模型,满足实际生产中实时、低成本要求。

摘要:在工业生产中,产品缺陷的智能检测是至关重要的。 现场可编程门阵列(FPGA) 是一种具有算力强、功耗低等特点的 嵌入式设备,能够将小型卷积神经网络部署其中。 本文基于 Xilinx Zynq 系列 FPGA 设计了一套改进 YOLOv2 目标检测算法,在 模型框架中增加重排序层,对切片图进行并行计算处理后再重组,完成铝片表面缺陷的检测。 该算法经过高层次设计(HLS) 后,进行 RTL 转换与 IP 核封装,并导入到工程项目中完成 SoC 设计。 通过综合、布局布线后生成比特流文件,导入至 PYNQ 镜 像中,完成对铝片表面的工业缺陷检测。 实验结果表明,本系统能够准确地检测出缺陷,并将功耗降低至 2. 494 W。

摘要:为了提高多移动机器人无线传感器网络(WSN)中孤岛结盟方法的效率,提出了基于分区能量均衡的多移动机器人 WSN 孤岛结盟优化问题的解决方案,并给出解决该问题的近似算法。 首先,在相关模型假设及符号定义的基础上,借鉴分治和 局部优先思想,提出能量均衡的连接机制,引入轮次迭代过程,对该方法进行了公式化描述。 其次,基于启发式算法,设计了基 于移动机器人能量均衡的中继部署算法。 最后,与现有方法进行对比试验,结果表明所提出的方法在保持能量均衡的前提下, 能够节约连接成本,提高 WSN 孤岛结盟的效率,并延长网络生命周期。

摘要:为解决弱监督车辆重识别方法中标签不准确和背景干扰下预定义局部区域难以获得的问题,提出一种基于弱监督注意 力和知识共享的车辆重识别网络。 在弱监督注意力模块(WAM)中使用弱监督的方法生成车辆部件掩模,通过部件通道对齐步 骤使得该模块在复杂背景下也能自适应地进行特征对齐。 针对弱监督方法中标签准确性不高导致 WAM 模块生成部件掩模不 稳定的问题,在局部分支中构建了知识共享模块。 该模块利用迁移学习从 WAM 模块中提取车辆部件特征,并进行多尺度部件 特征提取,防止了不稳定的车辆部件掩模生成。 通过实验,mAP、CMC@ 1 和 CMC@ 5 分别达到了 82. 12%、98. 50%和 99. 12%, 优于现有的方法,验明该方法的有效性。

摘要:如今,利用合成的成对数据集训练的有监督模型泛化能力弱,在多变的实际水下环境中表现不佳,而无监督模型虽摆脱 了成对数据集的依赖,但生成图像可能因缺少特征信息导致图像视觉质量较差。 故以循环生成对抗网络为架构,提出多特征选 择与双向残差融合的水下图像增强方法。 一方面,设计以混合注意力为基础的多特征选择模块对水下图像的多种特征进行选 择,再由双向残差融合对传统 U 型跳跃连接进行优化,使图像特征高效表达,有效恢复水下图像的纹理与色彩。 另一方面,在 判别器中引入混合注意力并提出内容感知损失和风格感知损失,保证增强图像在全局内容、局部纹理、风格特征等方面和清晰 图像一致。 与现有的无监督和有监督模型相比较,该模型 PSNR 分别提高了 6%和 2%,SSIM 分别提高了 4%和 3%,对水下图像 有着显著的增强效果,在色彩真实度和饱和度上相比其他现有方法更加优秀。

摘要:针对制导炮弹进行空中对准时处于高过载、高动态的运动状态以及存在不规则气流扰动等不确定外界干扰的恶劣环 境,提出一种基于序列二次规划法的自适应降维五阶容积卡尔曼滤波算法(SRD5-CKF),使用投影统计(PS)原理对滑动窗口内 的新息向量进行检测,如果新息向量出现异常值,则对其进行重新赋权,实时调整量测噪声协方差阵;同时使用求解速度快并且 收敛性好的序列二次规划法求解自适应因子矩阵,实现在复杂干扰下对量测噪声协方差阵的最优化估计。 仿真试验表明,在受 到短时强干扰以及瞬间冲击等复杂干扰下,SRD5-CKF 具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,天向失准角对准精度达到 0. 25°,东向、北向失准角对准精度达到 0. 1°,能够满足制导炮弹空中快速对准的要求。

摘要:为解决欠定盲源分离问题,提出一种基于小波包混合优化的欠定盲源分离方法。 该方法采用小波包变换将观测信号分 解,将观测信号的维数进行扩展,利用互相关系数值剔除冗余的信号分量,欠定盲源分离问题得到转化。 接着使用贝叶斯信息 准则下的奇异值分解方法估计源信号数目,通过白化过程对信号降维。 最后,引入鲸鱼优化算法中的螺旋泡网狩猎行为与莱维 飞行策略,对灰狼优化算法进行改进,将改进后的混合灰狼优化算法与独立成分分析算法相结合,实现重构正定白化信号的分 离,从而得到源信号的近似估计。 通过仿真实验对算法性能进行测试,结果验证所提方法的可行性和有效性。

摘要:电极质量对液晶面板的显示效果极其重要,针对液晶面板电极缺陷种类多、尺度小、背景复杂而导致难以检测的问题, 本文提出了一种基于改进 YOLOv7 的液晶面板电极缺陷视觉检测方法。 首先,将 CBAM 注意力模块嵌入到 YOLOv7 骨干网络 中,抑制背景信息干扰,强化缺陷特征;其次,采用跨层级连接操作,实现浅层网络与深层网络特征信息的融合;然后,将 C2f 模 块融入特征金字塔网络中以轻量化模型,提高训练速度;最后,使用 WIoU 替换 YOLOv7 模型的损失函数,减小低质量标注产生 的有害梯度,提高对缺陷的定位性能。 在自定义的电极缺陷数据集上进行测试,结果表明,该算法对电极大划伤、划伤、磕伤以 及脏污 4 类缺陷的平均检测精度达 67. 8%,单张检测时间为 5. 6 ms。

摘要:为降低数控机床热误差对数控钻攻中心的影响,提高工件的加工精度,解决不同工况下热误差预测精度不佳的问题。 在进给速度为 10 m/ min、环境温度 20°的工作条件下进行数控机床进给系统热误差测量实验,采用鹈鹕优化算法对神经网络进 行优化,确定 BP 神经网络的最优权值和阈值,建立进给系统热误差的 POA-BP 预测模型,并与传统 BP 神经网络和 GA-BP 神经 网络以及 SCN 随机配置网络进行实验对比分析。 结果表明,传统 BP 神经网络预测平均相对误差为 12. 23%,GA-BP 神经网络 平均相对误差为 11. 5%,SCN 预测模型预测平均相对误差为 12. 71%,POA-BP 预测模型预测平均相对误差为 9. 93%,精度有所 提升。 结论:提出的鹈鹕优化算法改进的神经网络在热误差预测中具有较强的有效性和精确性,可以提高进给运动精度,为热 误差补偿的实现提供理论指导。