• 基于数值分析理论的低复杂度MED算法

  杨喜, 田冲, 方如意, 刘泽宇, 张银行, 雷可君

  优先出版日期:2022-05-19  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022353

  摘要(3592) HTML(0) PDF(1.21 M)( 12860)

  摘要：经典的最大特征值检测（MED）算法在检测相关信号时具有优异的性能。然而，随着信号维度的不断增大，MED算法面临着严重的感知判决量和判决门限计算的效率和实现问题，从而极大地限制了该算法在现代认知通信系统中的进一步应用。为此，提出了一种基于数值分析理论框架的低复杂度MED频谱感知算法。所提算法利用Rayleigh商加速幂法迭代地计算感知判决量，与经典的幂法相比在检测高维信号时具有更快的收敛速度；此外，不同于经典的查表法，新算法基于三次样条插值法快速准确地确定任意给定目标虚警概率所对应的感知判决门限。所提MED算法在保持原有算法检测性能的同时，有效提升了计算效率，降低了算法实现复杂度，其对于高维条件下的频谱感知问题尤其具有吸引力。最后，仿真结果证明了所提算法的有效性。

• 高端口隔离度的太赫兹基波上混频器设计

  孟凡易, 刘浩

  优先出版日期:2022-05-19  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022355

  摘要(1156) HTML(0) PDF(0.00 Byte)( 11206)

  摘要：介绍了一种基于IHP 0.13μm SiGe BiCMOS工艺，具有高的本振（Local Oscillator，LO）/射频(Radio Frequency，RF)及本振/中频(Intermediate Frequency，IF)端口隔离度的太赫兹基波上混频器。该混频器采用了吉尔伯特双平衡结构，本振信号通过共面波导（Coplanar Waveguide，CPW）传输来抑制其在传输过程中由于强寄生耦合效应造成的传输不对称性，降低了由于该不对称性造成的LO/RF端口隔离度恶化的特性，通过采用非对称性的开关互联结构降低本振信号在开关晶体管集电极端寄生耦合的不平衡性，提升本振信号在开关晶体管集电极端的对消效率，通过在版图中合理的布局跨导级晶体管的位置来抑制本振信号在中频端口的泄露。后仿真结果表明：在2.2V的电源电压下，本振信号为230GHz，中频信号在2-12GHz时，该上变混频器工作在218-228GHz时，LO/RF端口隔离度大于24dB, LO/IF端口隔离度大于20dB，转换增益为-4dB - -3.4dB。当中频信号为10GHz时，输出1dB压缩点为-14.8dBm。电路直流功耗为：42.4mW，芯片的核心面积为：0.079mm2。

• 可重构智能表面辅助的混合RF-FSO传输系统性能分析

  袁勇杰, 杨亮, 陈生海, 马荣昌

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022296

  摘要(983) HTML(0) PDF(965.81 K)( 11241)

  摘要：自由空间光(FSO)通信具有高速率、低成本和很强的抗干扰能力，但是大气湍流引起的衰落会造成FSO通信系统的性能恶化。传统的解决方案是使用RF链路作为并行的通信链路来提升系统性能。另一方面，可重构智能表面(RIS)由于具有低损耗、部署简易且无需复杂的编码和解码等优点，能够进一步提高RF链路的接收信噪比。本文提出一种RIS辅助的混合RF-FSO传输系统，以此来改善通信服务质量。基于此混合模型，导出系统中断概率、平均误码率和信道容量的表达式，同时给出蒙特卡罗仿真来验证分析结果的准确性。结果表明所提出系统的性能相比于传统的混合RF-FSO系统有显著的提升。

• 基于压电分流技术的PT对称梁散射特性研究

  王刚, 罗彩明

  优先出版日期:2022-05-17  DOI:

  摘要(825) HTML(0) PDF(1.51 M)( 10998)

  摘要：非对称传输机制，对弹性波的增强传感、放大及非对称控制来说至关重要。而宇称-时间（Parity-Time，PT）系统有望提供一种简单的解决方案。PT对称系统这一概念来源于量子力学，其特性之一就是单向无反射。本文基于压电分流技术，设计了一种针对弯曲波的PT对称梁。首先推导了PT对称条件，之后基于等效介质法和有限元法，验证了所设计增益、损耗单元的等效参数满足该PT对称条件，并通过改变谐振频率和分流电阻研究了奇异点的可调性。最后通过传递矩阵法和有限元法，对PT对称梁的散射特性进行了分析计算，并讨论了单向无反射点与奇异点之间的关系。理论计算和仿真结果表明，PT对称梁有包括511Hz 和520.5Hz在内的多个奇异点。511Hz的弯曲波从右端入射时反射系数趋于零，而弯曲波频率为520.5Hz时，它必须施加在左端从而达到完全透射而不产生反射。本文所提出PT对称梁具有结构简单、奇异点可调的特点，能较好地实现弯曲波的非对称传输。

• 基于区块链的在线社区知识共享方案研究

  谢人强

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022297

  摘要(897) HTML(0) PDF(842.54 K)( 10874)

  摘要：随着互联网络的快速发展,虚拟社区不断涌现。这些社区在提供创新资源的同时,也存在着诸如用户分享意愿不高、社区缺乏良好激励机制等问题,区块链能够很好地解决这些问题,促进社区的知识共享。该文构建了基于跨链的在线社区知识共享方案,提出了“元数据+云存储”的资源访问与存储模式、详细设计了元数据信息表,设计了知识共享方案的总体框架及部分业务的关键流程,提出了采取“提名权益证明(NPOS)”的共识机制来设计区块链网络,实现了在线社区知识共享的部分功能。经分析与实验,该文的方案具有良好的科学合理性、安全性和执行效率,对其它相关项目的开展具有良好的参考价值。

• 基于小波变换及注意力机制的T型图像去雾网络

  杨燕, 武旭栋, 杜康

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022299

  摘要(942) HTML(0) PDF(1.42 M)( 11037)

  摘要：受大气中雾霾等悬浮颗粒的影响，室外拍摄的图像常伴有低对比度和低能见度的问题，现存去雾方法未能充分利用图像的局部特征信息，且不能完整提取图像的全局细节特征，因此存在有去雾不彻底及图像细节丢失等问题。为此，本文提出了一种基于小波变换及注意力机制的T型图像去雾网络。具体来说，所提网络通过对图像进行多次离散小波分解及重构来获取有雾图像的边缘细节特征，并提出了一种兼顾图像全局特征及局部信息提取的特征注意力模块，加强了网络在图像视觉感知和细节纹理方面的学习。其次，在进行特征提取的过程中提出T型连接方式来获得多尺度的图像特征，扩展了网络的表示能力。最后，对重构后的无雾图像进行色彩平衡，得到最终复原图像。在合成数据集和真实数据集中的大量实验结果表明，本文所提网络相较于现有其他网络模型具有更优越的性能。

• 基于状态感知的UGV H∞事件触发路径跟踪控制

  孙洪涛

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022300

  摘要(612) HTML(0) PDF(1.29 M)( 10891)

  摘要：针对通信受限下的无人驾驶车辆路径跟踪控制问题，本文提出了一种基于状态感知的H∞事件触发路径跟踪控制策略.首先,根据车辆的动力学行为建立了相应的路径跟踪控制模型;其次,基于对路径跟踪控制系统的状态实时感知,设计了一种新型的基于状态感知的事件触发通信策略(SS-ETC),以根据控制系统的状态对事件触发阈值进行动态自适应的调整;然后,在该动态事件触发通信策略下,结合时滞系统建模方法与Lyapunov 稳定性理论,设计了基于状态感知的事件触发H∞控制器.本文所提出的基于状态感知的动态事件触发通信策略能够根据控制系统的量测状态进行通信阈值的动态调整,有效的实现了自主车辆通信与控制的自适应协同设计.最后,通过仿真实验验证了所提出的动态事件触发控制策略的有效性.

• 基于FPGA的改进的排序QR分解实现

  陈健, 庄耀宇, 杨丹, 张俊杰

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022351

  摘要(699) HTML(0) PDF(1.16 M)( 10888)

  摘要：MIMO技术虽然可以提高频谱的利用率，但是多维度的信号处理为MIMO信号的检测带来了极大的挑战。在对各类MIMO检测算法分析的基础上，选择非线性QR分解算法作为研究对象。为了获取更高的检测性能，进一步研究了排序的QR分解并提出了基于L1范数的排序方案。Matlab性能仿真显示，基于L1范数的排序策略和基于L2范数的排序策略对MIMO系统检测性能的影响基本一致但采用L1范数降低了计算复杂度。在此基础上，设计了基于FPGA的利用Givens旋转改进的排序QR分解的硬件电路结构。在4×4信道矩阵的分解实现中，相较于L2范数求解，L1范数在单个列范数计算中组合逻辑资源至少节省了29.2%，触发器资源至少节省了32.4%。整体结构设计与同等规模的类似结构相比，主频时钟得到明显改善。

• 基于PUF实现物联网设备的轻量级密钥共享协议

  王振宇, 郭阳, 李少青, 曾健平

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022352

  摘要(799) HTML(0) PDF(1.02 M)( 10927)

  摘要：物联网作为一种新型通信网络的发展与应用,承载着大量敏感信息的安全传输与存储.由于物联网设备资源有限,通信开销大、传输速率慢且需存储敏感信息的安全原语（如公钥算法、数字签名等）不适用于轻量级设备的认证.本文利用物理不可克隆函数（PUF）所具备防篡改防克隆的特性来生成共享密钥,结合MASK算法、Hash函数等安全原语,为物联网设备提出一种轻量级匿名密钥共享认证协议.通过Ban逻辑和形式化工具ProVerif进行安全分析验证,证明该协议能够防御中间人攻击、去同步攻击、假冒攻击、建模攻击等.通过对比其他协议,该协议具备计算成本低、通信开销和存储容量小以及安全性能高的特点,适合于资源受限设备的安全通信传输.

• 结合多特征赋权的谱聚类水下多目标分割技术

  刘光宇, 曹禹, 曾志勇, 赵恩铭, 邢传玺

  优先出版日期:2022-05-17  DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2022354

  摘要(992) HTML(0) PDF(0.00 Byte)( 10860)

  摘要：声呐图像具有受噪声污染严重的特点,导致水下多目标分割存在精度低的问题。为此,提出一种自调整谱聚类结合熵权法进行多特征赋权的水下多目标分割技术。该技术首先通过自调整谱聚类对声呐图像的像素点进行聚类处理,使图像划分为多个独立的区域,然后根据多特征的互补性和冗余性统计每个区域的信息熵、亮度、对比度、狭长度等特征,利用熵权法对多特征进行赋权并筛选出最优的一个目标区域,再将该最优目标区域和所有区域进行多特征的相似度匹配,最后根据相似度的匹配结果使用自适应阈值迭代法自动分割出所有的目标区域。实验结果表明没有对噪声干扰区域误分割,分割出的目标区域精度更高,验证了所提方法的有效性。

2024年第卷第8期      

• 基于语义辅助和深度时序一致性约束的自监督单目深度估计

  凌传武 1，陈华 2，徐大勇 3，张小刚 1?

  2024(8):1-12, DOI:

  摘要(167) HTML(0) PDF(37.67 M)( 3597)

  摘要：通过使用相邻帧之间的光度一致性损失代替深度标签作为网络训练的监督信号，基于图像序列训练的自监督单目深度估计方法近年来受到了广泛的关注.光度一致性约束遵循了静态世界假设，而单目图像序列中存在的运动目标违反该假设，进而影响自监督训练过程中相机位姿估计精度和光度损失函数的计算精度.通过检测并移除运动目标区域，可在得到与目标运动解耦的相机位姿的同时，消除运动目标区域对光度损失计算精度的影响.为此，本文提出了一种基于语义辅助和深度时序一致性约束的自监督单目深度估计网络.首先，使用离线的实例分割网络检测可能违反静态世界假设的动态类别目标，并移除对应区域输入位姿网络从而得到与物体运动解耦的相机位姿.其次，基于语义一致性和光度一致性约束，检测动态类别目标的运动状态，使得运动区域的光度损失不影响网络参数的迭代更新.最后，在非运动区域施加深度时序一致性约束，显式对齐当前帧的估计深度值与相邻帧的投影深度值，进一步细化深度预测结果.在KITTI、DDAD以及 KITTI Odometry 数据集上的实验验证了所提方法与以往的自监督单目深度估计方法相比具有更出色的性能表现.

• 复杂稠密网络下的并置多尺度融合边缘检测模型

  党建武 1，张天胤 2，田彬 1?

  2024(8):13-22, DOI:

  摘要(145) HTML(0) PDF(12.96 M)( 3584)

  摘要：边缘检测是计算机视觉任务的基础.目前的技术主要依赖于深度学习，但是大多数的模型在评价阶段会借助非极大值抑制来提高预测边缘的准确率.该策略仅着重关注预测边缘的准确性，没有同时考虑边缘的粗细程度.针对这一问题，本文基于复杂稠密网络，提出了一种新的特征融合策略.该策略在传统深度学习边缘检测器侧输出的基础上，添加了自顶向下的并置多尺度融合架构.此架构可以更好地将高层的高语义特征与低层的高分辨率纹理特征结合，有效地抑制了边缘预测中存在的背景模糊和伪线条的现象.在特征连接处使用Concat block块代替单一的Concat操作，更好地融合了不同尺度的语义信息.最后使用一个简单的注意力融合块融合多个网络输出，并结合跟踪损失对输出的不同尺度的预测图进行深度监督.此方法不依赖于非极大值抑制，并且充分利用了目标的多尺度、多层次信息，在精细边缘图像的同时也提升了预测的准确性.实验结果显示，在未使用和使用形态学非极大值抑制方案的情况下，所提出的模型在BIPED数据集上的ODS、OIS、AP分别达到了0.891、0.895、0.900和0.894、0.899、0.931，优于所有比较算法.在MDBD的数据集上也取得了最优的结果.

• 子空间与KL信息结合的FCM多光谱遥感图像分割

  吴嘉昕 ，王小鹏 ?，刘扬洋

  2024(8):23-33, DOI:

  摘要(123) HTML(0) PDF(68.76 M)( 3576)

  摘要：针对传统模糊C-均值聚类（FCM）算法用于含噪声多光谱遥感图像分割时存在的精度不足问题，提出一种自适应模糊子空间与增强KL信息相结合的FCM多光谱遥感图像分割算法.首先，使用局部模糊因子，在不依赖参数的情况下，通过相似性度量和自适应约束参数自动消除噪声干扰，并提取图像的局部空间信息.其次，将原始图像信息和模糊因子处理过的局部空间信息统一整合到模糊子空间聚类中，对图像的多个通道进行自适应加权处理，以提高分割精度.最后，将KL信息以正则项的形式引入FCM目标函数中进行聚类计算，并通过ESD（Extreme Studentized Deviate）检测模型剔除隶属度矩阵中的离群值，以增强KL先验信息，降低隶属度模糊性.AID数据库和真实环境下的多光谱遥感图像分割实验表明，在模拟噪声环境中，所提出算法不仅可以抑制噪声，而且能得到较高的分割精度.此外，本文算法在分割精度、模糊系数和峰值信噪比等评价指标方面也均优于其他几种变体式FCM算法.

• 基于滤波器剪枝的多尺度压缩感知图像重构

  刘玉红 ，姜启 ?，谈丽娟 ，杨恒

  2024(8):34-46, DOI:

  摘要(130) HTML(0) PDF(37.53 M)( 3587)

  摘要：为了解决低采样率下单尺度采样的压缩感知重构图像纹理细节模糊问题，同时达到使重构网络轻量化的目的，提出了一种基于滤波器剪枝的多尺度压缩感知图像重构网络.采样阶段，通过卷积来模拟图像的线性分解，融合输入图像和不同尺度的分解特征后完成多尺度采样，得到压缩感知测量值.重构阶段，设计了一种基于坐标注意力的多尺度空洞残差模块，将位置信息嵌入通道注意力中，增强网络特征学习的能力.同时通过计算特征图的熵来判断滤波器的重要性，剪除重要性较低的滤波器，达到压缩模型的目的.在DIV2K、Set5、BSDS68和Urban100等数据集上进行训练及测试.实验结果表明，所提算法在峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio， PSNR）、结构相似性（Structural Similarity， SSIM）和图像视觉效果上均有提升.其中，采样率为4%，测试集为Set14时，与CSNet+和FSOINet相比，所提算法将重构图像的PSNR分别提高了4.17 dB和2.39 dB，纹理细节更加清晰.在重构效果略微降低的前提下，得到更轻量化的模型，提升了重构速度.

• 低功耗海上救援个人示位标的设计与实现

  廖密 1，聂桂根 1，2?，赵静 1，贺喜 1

  2024(8):47-56, DOI:

  摘要(116) HTML(0) PDF(42.13 M)( 3569)

  摘要：设计和实现了一种改进的海上救援个人示位标，该示位标具备北斗导航定位能力和北斗短报文通信功能，同时具备人体生命体征监测上报和触水启动的功能，并支持COSPAS-SARSAT卫星搜救系统.为延长示位标的工作时间，设计了一种动态电源管理方法，实现了对不同功能电路电源通道的控制.同时，针对示位标的待机模式和工作模式，设计了超低功耗待机电路和低功耗软件控制设计方案，减少了电能的浪费.最后，分别在山东省威海市和浙江省宁波市至舟山市附近海域对原型样机进行了实际场景测试.原型样机的测试结果表明：示位标在待机状态下，电流为2.3 μA，待机时间超过5年；示位标在接收北斗信息状态下，电流为79 mA；示位标在发送状态下，7 000 mAh 7.4 V电池可发送200次求救信息.与现有产品相比，本文提出的海上救援个人示位标具有更低的待机功耗.

• GNSS拒止时基于并行CNN-BiLSTM回归和残差补偿的UAV导航误差校正方法

  韩宾 1，邵一涵 1，罗颖 1?，田杰 2，曾闵 1，江虹 1

  2024(8):57-69, DOI:

  摘要(105) HTML(0) PDF(11.77 M)( 3574)

  摘要：全球导航卫星系统（GNSS）拒止时，GNSS/惯性导航系统（INS）组合导航系统的性能严重下降，导致无人机集群导航误差快速发散.目前，利用神经网络预测位置与速度代替GNSS导航信息可校正无人机INS误差，但该方法仍存在定位误差较高且在轨迹突变时预测精度急剧下降的问题.因此，提出了一种基于卷积-双向长短时记忆网络联合残差补偿的位置与速度预测方法，用于提高位置与速度预测精度.首先，针对GNSS拒止后GNSS/INS组合导航系统定位误差较高的问题，提出卷积神经网络（CNN）与双向长短时记忆网络（BiLSTM）的融合模型，该模型可建立惯性测量单元（IMU）动力学测量数据与GNSS导航信息之间的关系，实现较准确的位置和速度预测.其次，针对轨迹突变时预测效果急剧下降的问题，提出并行CNN-BiLSTM回归架构，在预测位置与速度的同时，挖掘IMU动力学测量数据、预测值与预测残差之间的关系，预测并补偿预测残差，增强模型在轨迹突变时的预测精度.仿真结果表明，所提模型在预测准确性、有效性和稳定性方面都优于CNN-LSTM、LSTM网络模型.

• 基于QEMU的SIMD指令替换浮点指令框架

  刘登峰 ，李东亚 ，柴志雷 ，周浩杰 ?，丁海峰

  2024(8):70-77, DOI:

  摘要(92) HTML(0) PDF(3.55 M)( 3577)

  摘要：现在，几乎每个处理器架构都已经加入了对SIMD（single instruction multiple data）指令的支持，SIMD指令能同时对一组数据执行相同的操作，通过数据并行来提高处理器的处理性能.但是大部分动态二进制翻译器忽略了本地SIMD指令的利用，而是以软件语言实现来模拟浮点计算.本文提出了一种基于QEMU翻译系统的FP-QEMU框架，FP-QEMU框架采用SIMD指令来优化替换浮点计算指令，并在X86和ARM平台上完成了完整的浮点实现.该框架可以识别动态二进制翻译系统中的浮点计算优化机会并利用SIMD指令来提升系统翻译的性能.采用SPEC 2006作为测试基准，实验表明相比QEMU，FP-QEMU跨平台的ARM应用在X86计算机上运行的最高加速比可达51.5%，平均加速比达到37.42%.

• 城轨列车自动驾驶积分反步线性自抗扰控制

  岳丽丽 1，王一栋 3，肖宝弟 1，2?，武晓春 1

  2024(8):78-90, DOI:

  摘要(89) HTML(0) PDF(5.39 M)( 3572)

  摘要：针对列车在外部干扰和不确定动态下的速度控制问题，设计了融合积分反步法和线性自抗扰的复合控制方案.首先，考虑列车具有强耦合性，为了更加符合列车真实的纵向动力学特性和受力情况，建立了具有时变系数的多质点模型.其次，为了降低参数调节的难度，跟踪微分器和扩张状态观测器均采用线性形式.跟踪微分器用于求取微分信号，同时具有滤波作用.利用跟踪微分器对虚拟控制量进行求导，正好可解决反步法中存在的“微分爆炸”问题.扩张状态观测器用于实时估计总和扰动.此外，利用积分反步法改进了误差反馈控制律，设计了一种积分反步线性自抗扰控制（IBS-LADRC）算法.最后，证明了观测误差的收敛性及闭环系统稳定性.结合杭州地铁6号线AH型动车组参数和实际线路数据进行仿真，并将IBS-LADRC与反步法、线性自抗扰算法、PID控制进行对比，结果表明：IBS-LADRC方法下各动力单元速度误差均处在±0.04 km/h以内，加速度处在±1 m/s2以内，加速度和速度误差均变化较平稳；车钩力相对其他3类方法最小，变化也最平缓，最大车钩力仅为2 320 N；本文控制策略对列车期望速度具有较高的跟踪精度，有利于保证车钩安全，防止车钩断裂，并提高列车运行的安全性、平稳性及乘客舒适度.

• 面向个性化需求的燃料电池测试台价值评估方法

  钟频 1?，闫浩鹏 2，袁小芳 2，谭伟华 2

  2024(8):91-100, DOI:

  摘要(85) HTML(0) PDF(3.18 M)( 3564)

  摘要：针对不同个性化需求的燃料电池测试台（fuel cell test bench， FCTB）难以评价和量化评估的问题，提出一种基于改进和声搜索算法的FCTB价值评估方法.针对不同FCTB的个性化需求，建立了FCTB综合评估指标体系；结合用户的个性化需求，采用模糊层次分析法分配指标权重，构建价值定量评估模型，将权重求取问题转换为约束优化问题；提出一种改进和声搜索算法对问题进行求解，通过设计解向量生成机制和参数自适应调整策略，用于提高传统和声搜索算法的求解效率和搜索能力.仿真结果表明，本文方法在计算效率和精度方面具有优势，并能够根据不同的需求特性实现对FCTB方案做出定量的价值评估.

• 基于GaAs HBT的C波段RLC负反馈功率放大器设计

  傅海鹏 ?，姚攀辉

  2024(8):101-108, DOI:

  摘要(78) HTML(0) PDF(19.63 M)( 3566)

  摘要：提出了一款基于GaAs HBT C波段的线性负反馈功率放大器（power amplifier， PA）.本设计采用三级共发射极（common emitter， CE） 结构，使用两种不同的有源线性偏置来提升PA的线性度，同时使用RLC负反馈网络来提高稳定性和拓展工作带宽.针对传统的负反馈网络结构PA的增益下降问题，RLC负反馈网络可以通过调整负反馈网络中的电感值来有效减小负反馈带来的增益下降的影响.测试结果表明：室温下，在5.1~7.4 GHz范围内，实现增益大于28 dB.在5.9~7.1 GHz的线性工作频段内，平均增益大约为29.5 dB，S11和S22均小于 -10 dB；在满足无线局域网标准802.11a，采用20 MHz 64-QAM信号，EVM达到-30 dB的输出功率为18.9~22.5 dBm.在5.9~6.2 GHz时，饱和输出功率大于30 dBm，最大的附加功率效率大于35%.

• 宽范围负载CL-LDO的设计

  唐俊龙 1?，关浩 1，邓欢 2，李振涛 2，邹望辉 1

  2024(8):109-116, DOI:

  摘要(75) HTML(0) PDF(12.90 M)( 3560)

  摘要：针对规模与功耗骤增的集成电路发展趋势，设计了一种可以提供宽范围负载电流的无片外电容型低压差线性稳压器（CL-LDO）.为了解决宽范围负载电流与无片外电容等需求所带来的稳定性问题与瞬态特性问题，提出了动态零点补偿的方式与瞬态增强电路结构，既保障了整体电路在全负载范围内保持稳定，又实现了较好的瞬态特性.基于0.11 μm CMOS工艺，完成电路设计、版图设计与仿真，仿真结果表明，在0~500 mA的负载范围内，整体环路增益可以达到68 dB；最小相位裕度为56°；当负载电流在1~500 mA之间发生跳变时（Δt=500 ns），输出过冲和下冲分别为56 mV和141 mV，建立时间分别为2 μs和0.78 μs；PSR 为-67.2 dB@ 1 kHz，负载调整率为0.137 μV/mA.

• 考虑光伏场景聚合的配电网光储选址定容

  颜勤 1?，余国翔 1，曾林俊 2

  2024(8):117-126, DOI:

  摘要(91) HTML(0) PDF(4.21 M)( 82)

  摘要：研究光伏场景聚合是实现区域电网分布式光伏与储能联合规划的前提和基础，对促进配电网分布式光伏的充分消纳具有重要作用.通过基于改进的K-means++算法对历史光伏数据进行聚合分析，得到光伏出力的典型场景聚合，从配电网的经济性出发，兼顾系统运行的可靠性、环保性，建立考虑光伏场景聚合的光储选址定容规划模型，引入层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）将多目标优化问题转化为单目标问题，并利用粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）进行求解.算例结果表明，提出的光伏场景聚合模型更准确刻画光伏出力的不确定性，验证了该模型的有效性和可行性.

• 加长加宽的PEMFC电堆应力分布一致性仿真与优化

  张智明 1?，黄刚强 1，任辉 1，陈志浩 1，章桐 1，2

  2024(8):127-134, DOI:

  摘要(75) HTML(0) PDF(15.47 M)( 72)

  摘要：质子交换膜燃料电池可以通过扩大电堆的活性区域反应面积来获得更高的功率，但电堆反应面积扩大后，容易导致膜电极应力分布的不均匀性增加，从而引起燃料电池电化学性能的下降.为此，本研究设计了4种不同结构尺寸的燃料电池电堆，结合等效刚度模型法和有限元软件，分析了扩大反应面积的电堆结构对膜电极应力分布均匀性的影响，并进一步优化电堆内钢带的安装位置，以提升电堆内部接触压力分布均匀性.研究结果表明，膜电极接触压力分布的均匀性对反应区域宽度的变化较为敏感，当活性区域尺寸加宽，电堆内部活性区域的平均应力标准差增加了23.2%.而当活性区域加长，或同时加长和加宽时，相应增加一根捆扎钢带使电堆内部活性区域的平均应力标准差分别减小了8.6%和8.7%，表明适当增加捆扎钢带的数量可以提高电堆内部接触压力分布的均匀性.此外，钢带位置优化结果显示，电堆外侧钢带越靠近端板侧面时，电堆内部活性区域的应力分布越均匀.

• BMS电路板多模块协同热-力耦合建模及仿真分析

  何莉萍 1，2?，原江鑫 1，李耀东 3

  2024(8):135-144, DOI:

  摘要(74) HTML(0) PDF(35.78 M)( 74)

  摘要：针对现有电动汽车电池管理系统（BMS）电路板研究仅仅考虑单一功能模块的温度场及其散热效果，缺乏考虑BMS多个功能模块在温度场和力场下的相互影响及协同效应的研究的情况，以某商用BMS电路板为研究对象，采用ANSYS构建了表征BMS多模块协同作用下的热-力耦合数值仿真分析模型并验证了其有效性.在此基础上，针对BMS电路板各功能模块温度场及热变形行为开展了数值仿真研究.结果表明：BMS电路板温度分布不均，最大温差达20.5 ℃.均衡模块存在积热，温度高达54.4 ℃.高温导致电路板组件发生热膨胀变形，同时电路板约束诱发均衡模块及供电模块边缘的贴片电阻出现热应力集中，两者共同作用致使BMS均衡模块、供电模块产生凸起翘曲变形，且Z轴热变形量随着温度升高而增大，最大变形量达9.5 μm，应针对BMS电路板上积热模块开展散热优化设计.

• 基于多边凸集模型的电动汽车悬置系统分析

  吕辉 1，廖泽芸 1，李长玉 2，上官文斌 1，肖国权 1?

  2024(8):145-154, DOI:

  摘要(76) HTML(0) PDF(6.42 M)( 78)

  摘要：工程实际中，电动汽车悬置系统参数存在着一定的不确定性和相关性.首先，引入基于主成分分析的多边凸集模型，有效处理了系统不确定参数同时存在相关性和独立性的复杂情形；然后，结合蒙特卡洛法提出了一种悬置系统固有特性的不确定性分析方法，并给出了方法的具体分析步骤；最后，将方法应用于某电动乘用汽车的悬置系统分析，以验证方法的有效性.数值分析结果表明：相较于未考虑参数相关性的区间方法，所提出方法求得的系统固有特性响应范围更加合理；与基于多维平行六面体模型的分析方法对比，所提出方法能更有效地处理系统不确定参数样本分布边界不规则的情形；对于所研究模型，其右、前悬置点的刚度参数相关性对系统固有特性有较大的影响，在设计研究过程中应予以重视.

• 基于混合模型的特种车辆转向泵马达性能评估

  李乐 ，米雨欣 ，贾然 ?

  2024(8):155-164, DOI:

  摘要(77) HTML(0) PDF(9.61 M)( 83)

  摘要：为了实现转向泵马达运行性能的实时评估，首先构建了转向泵马达物理模型，该模型考虑了转向泵马达运行机理，通过求解泵马达外特性方程、液压回路平衡方程、内部流量计算方程等，实现内部不可测参数的初步评估与计算，进而获得各类参数对转向泵马达性能的影响机制.同时采用LSTM深度学习方法构建了转向泵马达数据驱动模型，学习并预测不同工况下转向泵马达容积效率的变化规律，并将其输入至物理模型形成转向泵马达性能评估混合模型，提高不同工况条件下转向泵马达性能评估的准确性及适用性.实例分析表明，该混合模型可实现复杂工况下转向泵马达高低压侧压力、流量、转速及转矩等参数的计算与评估，模型误差低于10%.

• 融合前馈及状态反馈的智能汽车模型预测控制

  陈齐平 1?，曹天恒 1，2，黄少堂 2，江会华 2，江志强 3，时乐泉 2

  2024(8):165-175, DOI:

  摘要(78) HTML(0) PDF(25.43 M)( 77)

  摘要：针对具有动力学约束的智能汽车路径精确跟踪问题，提出了一种融合前馈及状态反馈的模型预测控制（model predictive control， MPC）方法.首先，根据车辆二自由度模型建立MPC路径跟踪基础模型，然后考虑基础模型中道路曲率变化对系统产生的已建模稳态扰动，设计前馈控制器（feed-forward control， FFC）进行消除；并进一步采用比例积分微分（proportional integral derivative， PID）控制器进行系统误差状态反馈调节；最终形成融合前馈及状态反馈转角输入的模型预测最优调节控制律（MPC-FF-PID）.最后基于MATLAB/Simulink和Carsim平台证实所提算法的有效性，并基于智能驾驶实车平台在园区低速场景下进行实车测试，最大横向和航向误差分别为0.128 7 m和0.063 9 rad，表明本文算法具备更高的跟踪精度及安全性.

• 融合模式决策的4WIS车辆路径规划方法

  秦洪懋 1，2，金英杰 1，杨泽宇 1，2?，胡满江 1，2，崔庆佳 1，2，徐彪 1，2

  2024(8):176-184, DOI:

  摘要(71) HTML(0) PDF(7.94 M)( 79)

  摘要：针对四轮独立转向（four-wheel independent steering， 4WIS）车辆的路径规划问题，提出了一种融合模式决策的图搜索算法.首先，对4WIS车辆三种运动模式进行建模，并分析其运动模式的运动特性，据此设计多模式节点拓展策略，实现了4WIS车辆多运动模式与路径规划的融合.然后，针对最优节点选取和运动模式决策问题，设计了多目标代价函数，引导4WIS车辆合理切换运动模式，并生成平滑路径.最后，在MATLAB软件上进行仿真实验，在多种场景中测试所提出算法，验证其可行性与有效性.结果表明：提出的算法在路径规划中考虑了三种运动模式的优化组合与模式切换问题，能实现最优运动模式序列和最短路径规划.且该算法求解效率高，所规划路径优异，能充分发挥4WIS车辆的高灵活性与高通过性，有效解决其路径规划问题.

• 地下停车场环境融合语义特征的视觉惯性定位方法

  秦兆博 1，2，李琦 1，邢喆 1，高铭 1，2?，谢国涛 1，2，王晓伟 1，2

  2024(8):185-197, DOI:

  摘要(74) HTML(0) PDF(48.55 M)( 74)

  摘要：针对地下停车场环境GPS信号差、光线暗、特征少、纹理弱等带来的定位问题，提出了一种融合语义信息的视觉惯性定位算法.该算法首先通过视觉里程计和IMU预积分进行视觉惯性信息的融合.同时，利用4个鱼眼摄像头输入图像构建全景环视图像，并采用语义分割算法提取停车场环境语义信息.然后，根据视觉惯性紧耦合位姿完成逆投影变换，获得语义特征投影地图并采用回环检测和位姿图优化方式减小累积误差，完成全局位姿图优化，实现较高精度的定位效果.最后，通过Gazebo仿真与实车测试对该算法进行了验证.结果表明，本文算法能充分利用环境语义信息构建较为完整的语义地图，且基于重复定位误差对比，相较于ORB-SLAM3提高了车辆定位精度.

• 基于改进SVR算法的模具棱线磨损预测方法研究

  谢晖 1，3?，蒋磊 2，刘守河 3，王龙 2，李乐平 4，孔繁涛 4

  2024(8):198-210, DOI:

  摘要(67) HTML(0) PDF(18.74 M)( 77)

  摘要：为研究汽车覆盖件模具棱线几何特征参数及成形工艺参数对棱线磨损的影响，实现对模具棱线磨损的精准预测，提出了一种基于改进SVR算法的模具棱线磨损预测模型.通过利用改进的拉丁超立方抽样（ILHS）方法获取模具棱线磨损有限元计算的实验样本，进而构建预测模型的输入参数集.通过耦合混沌理论、动态权重方法对蝗虫优化算法（GOA）进行改进，利用改进后的蝗虫优化算法（IGOA）对SVR算法关键参数进行寻优.构建了基于IGOA-SVR算法的模具棱线磨损预测模型，结合粒子群寻优算法（PSO）建立多目标优化模型，实现对模具棱线磨损的高精度预测以及几何特征参数和成形工艺参数优化.对比5种常规预测模型，基于IGOA-SVR算法的预测模型在采样点处的预测误差分别为8.546%、8.497%、8.473%，较GOA-SVR预测模型分别提高25.9%、26.2%、26.4%，预测精度相比于其他预测模型也有不同程度的提高.结果表明改进后的IGOA-SVR算法具有更高的精度.

• 均匀流下水下机械臂涡激振动试验研究

  段德荣 1?，刘鑫 1，刘敏 2，代森良 1，张辉 1，杨学锋 1

  2024(8):211-218, DOI:

  摘要(72) HTML(0) PDF(11.41 M)( 89)

  摘要：为了揭示均匀流下水下机械臂的涡激振动响应特性，利用运动水下机械臂与静水间的相对运动，搭建了水下机械臂均匀流场涡激振动测试试验台，采集了不同约化速度下水下机械臂不同位置处的振动位移响应.试验结果表明：随着约化速度的增加，振动主频与无量纲振幅均为增长的趋势，横流向无量纲振幅小于0.04D，顺流向出现显著的多频以及更高的幅值，表明水下机械臂在顺流向受到的阻力更加明显.位移标准差随测试高度的增加先增后减，横流向位移标准差空间分布相较于顺流向对称性明显，主导模态控制在1阶.横流向的涡激振动规律性较强，基本符合圆柱绕流时的斯托哈尔规律.顺流向无因次主导频率在0.3~0.8之间，略大于横流向，斯托哈尔数为横流向工况的1~1.7倍，未出现频率锁定现象，但流速及测试高度对水下机械臂的涡激振动存在一定影响.该研究可为构建准确的水动力学模型保证水下机械臂的精准定位与控制提供一定的理论依据.

• 爆炸场强电磁辐射测试系统设计

  崔元博 1，孔德仁 2?

  2024(8):219-230, DOI:

  摘要(67) HTML(0) PDF(27.52 M)( 87)

  摘要：针对高能战斗部爆炸电磁辐射信号频段宽、变化幅度大、持续时间长、测试条件复杂等特点，设计基于混频天线的爆炸场强电磁辐射测试系统.设计4种测试天线：短波天线（1.5~30 MHz）、超宽带天线（30~1 000 MHz）、微带天线（5.9~6.0 GHz、8.4~8.5 GHz），通过优化天线结构、增加匹配电路提高测试效能，能够覆盖军械装备所有电磁敏感频段.采用模块化思路设计具有合路器、放大器、限幅器、滤波器等功能的信号调理器，放大器模块采取“固定增益放大器+步进式衰减器”结构，不仅实现全频段0~30 dB调节，同时将调节系统精度提升至0.5 dB，限幅器模块将采样信号功率限制在数采仪器最大承受功率的65%以下，极大提高测试系统对爆炸场强电磁信号的适应能力.通过采取混频段天线合路、高精度系数调节、多功能信号调理等技术手段，使测试系统满足高能战斗部爆炸电磁辐射测试试验所有指标.

• 海拔对隧道内列车火灾烟气蔓延特性影响

  周丹 1，2，3?，盛紫琰 1，2，3，李金柱 1，2，3，陈光 1，2，3，张则栋 1，2，3，孟爽 1，2，3，陈涛 1，2，3

  2024(8):231-242, DOI:

  摘要(80) HTML(0) PDF(48.69 M)( 77)

  摘要：为探究海拔高度对隧道内列车火灾烟气蔓延的影响，基于已被验证的数值模拟方法，结合三维非定常N-S方程和RNG k-ε湍流模型，采用滑移网格技术模拟了在隧道内匀速运行的列车发生火灾后减速并最终停在隧道内的整个运动过程，并利用动模型试验和缩尺隧道火灾试验数据验证了数值模拟方法的可靠性.结果表明：海拔高度对隧道内列车停车以后的火灾烟气蔓延影响明显；与低海拔隧道相比，同一时刻高海拔隧道拱顶同一位置处的烟气流速更快，烟气逆流至火源上游50 m处的时刻更早；车体周围温度分布也随着海拔高度的不断增加而呈现出逐渐上升的趋势.与0 m海拔隧道相比，5 000 m海拔隧道内烟气逆流至火源上游50 m的时刻提前了102 s，同时列车停车360 s时隧道拱顶处的温度峰值增加了216 K，增幅达到42.9%.