基于紧耦合本科生学术导师制的创新人才培养方法研究

针对本科生导师制在中国高教普遍存在的导师赋责过重、生师比过高等问题,提出面向创新人才培养的紧耦合本科生学术导师制,分析紧耦合本科生学术导师制的特点和导师职责,以保密管理专业和密码管理专业为例介绍实施紧耦合导师制的过程,通过4年教学实践成果,说明本科生学术导师制能够培养学生创新意识,提高学生创新能力。

一种高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线

提出了一种新型高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线。在常规的紧耦合偶极子阵列天线的基础上,该阵列天线通过采用全金属结构设计、天线匹配层和密封层一体化设计以及调节天线结构的手段,获得了宽带高功率性能。仿真结果显示,在0.8~4.0 GHz的范围内,天线未扫描时的驻波比小于2;在16 mm×32 mm单元尺寸内和1个大气压的SF6气体中,功率容量达到0.12 MW;以该单元天线组成10×10阵列,100个单元总尺寸仅为160 mm×320 mm,在1个大气压的SF6气体中,功率容量可以达到12 MW,另外,该天线可实现45°的宽角扫描。该阵列天线的提出为实现高功率微波宽带天线的宽频带、大角度扫描、紧凑化、小型化以及低剖面化提供了参考。

导流管参数对真空紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末的影响

采用真空紧耦合气雾化法制备Fe–Cr合金粉末,研究了导流管直径与导流管伸出长度对Fe–Cr合金粉末粒度分布、收得率、中位粒径(D_(50))的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,当导流管直径从4.5 mm增大到6.0 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线右移,中位粒径增大,细粉收得率减小,粉末流动性减小,松装密度减小;当导流管伸出长度由2.0 mm增加到2.5 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线左移,中位粒径减小,细粉收得率增加,粉末流动性增加,松装密度升高。综上所述,雾化压力3.8 MPa,过热度250℃,导流管直径4.5 mm,导流管伸出长度2.5 mm,制备得到的Fe–Cr合金粉末综合性能最优。

基于紧耦合加速器的高性能Java压缩系统

Java无损压缩应用广泛,尽管软件算法在不断改进,但仍然存在压缩速度慢、耗时严重等问题。本文使用领域前沿的紧耦合框架集成压缩加速器的处理器平台,设计了一个高性能Java压缩系统,在Java虚拟机(JVM)内部实现了对紧耦合无损压缩加速器的封装,并为其提供了轻量级运行时环境。本系统可以有效减少通信开销、避免数据拷贝问题,具有易编程、快速压缩的特点,充分发挥加速器给Java压缩带来的性能优势。实验结果表明,此系统大幅提升了Java压缩性能,压缩速度达到主流Java Gzip软件压缩的63倍,最高可达247倍,且在大数据集下性能提升更显著。

基于点线面特征匹配的紧耦合激光雷达惯性里程计

激光雷达(LiDAR)里程计在室外受环境噪声干扰,其扫描匹配精度较低,由此带来的累积误差导致同步定位与建图(SLAM)在大范围场景下定位精度较差。针对上述问题,提出一种基于点线面特征匹配的紧耦合LiDAR惯性里程计(TP-LIO),在惯性测量单元(IMU)预积分点云去畸变基础上,利用点—线和点—面距离构建位姿估计代价函数,获得载体运动估计。结合IMU预积分与Scan-Context回环检测,通过因子图进行全局优化,实现IMU和LiDAR数据紧耦合。在KITTI数据集和实车实验下,对TP-LIO、ALOAM和LeGO-LOAM进行对比验证,结果表明:TP-LIO在大范围场景下累积误差更小,定位精度更高。

紧耦合气雾化拉瓦尔喷盘结构优化

采用计算流体动力学法模拟了紧耦合气雾化拉瓦尔喷盘气流喷射角(40°,50°,60°,70°,80°)、气流喷射宽度(15,20,25,30,35 mm)、导流管伸出长度(0.5,4.5,8.5 mm)对雾化室流场气流速度分布及其y轴上气流交汇点气流速度和导液管出口处静压的影响,得到了喷盘优化结构参数;采用优化结构喷盘制备18Ni300模具钢紧耦合气雾化粉末,测定了其性能。结果表明:随着气流喷射角增加,流场最大气流速度减小,气流交汇处气流速度和导液管出口处静压均增大;随着导流管伸出长度增加,流场最大气流速度先减小后增加,导液管出口处静压减小,气流交汇点气流速度未发生显著变化;随着气流喷射宽度增加,流场最大气流速度未产生显著变化,气流交汇点气流速度和导液管出口处静压均减小;根据模拟结果得到喷盘优化结构参数为气流喷射角60°、气流喷射宽度30 mm、导流管伸出长度4.5 mm,此条件下制得的18Ni300模具钢紧耦合气雾化粉末形状规则,尺寸小且均匀,细粉收得率最大,粉末流速和松装密度较大,综合性能最佳。

紧耦合气雾化喷嘴流场特性研究

雾化喷嘴作为紧耦合气雾化法制备金属粉末的核心部件,其导液管末端压力及滞留点处压力对雾化过程中金属熔液的顺利流出和破碎至关重要。当导液管末端为正压时,金属熔液无法顺利流出导液管,严重时会造成金属熔液的反喷现象;滞留点处压力越大,流出导液管的金属熔液所受到雾化气体的冲击力越大,其破碎效果越佳。本文通过数学建模、实验验证及数值模拟的方法研究了雾化压力、导液管伸长量及导液管锥顶角对其末端压力及滞留点处压力的影响。结果表明:随着雾化压力的增大,负压区域长度基本不变,而滞留点处压力增大;导液管伸长量的增加会使负压区域长度增加且滞留点处压力减小;随着导液管锥顶角的增大,其末端压力会从负压过渡成正压,从而导致雾化失败。

基于多传感器的紧耦合三维室内定位与建图

即时定位与地图构建(SLAM)因其可以解决未知环境中的定位与地图构建问题,广泛应用于移动机器人领域。本文使用雷达、相机、IMU和轮式里程计提出了一种名为3D-MultiFus的SLAM方法。其中雷达-IMU-里程计子系统(Ls)快速构建全局地图的几何结构,通过最小化点到平面误差估计系统位置状态。相机-IMU-轮式里程计子系统(Vs)可剔除被遮挡或深度不连续的特征点,以最小化帧间地图光度误差进一步估计位姿状态,并可实现子图中点云地图的着色渲染。IMU与里程计融合后的数据、雷达系统点到平面误差和相机系统中光度误差以基于误差状态的迭代卡尔曼方式(ESIKF)实现数据紧耦合,从而在保证精度和鲁棒性的同时,实现快速定位与建图。为了验证本文算法的定位与建图精度,布置了室内运动实验场景并将3D-MultiFus算法与相关算法比较。仿真和实验结果表明,3D-MultiFus算法完成一次数据处理需185 ms,在运行效率上优于其他算法。在复杂的室内场景下,长时间运行定位首末位置误差仅0.0856 m,3D-MultiFus移动机器人的全局地图精度得到了较大的提升,所构建的全局地图具有较好的一致性。证明了所提出算法能够在室内场景中稳健可靠的工作。

基于多类别特征点匹配的紧耦合激光惯性里程计

针对现有的激光SLAM在室外动态场景建图时,LiDAR数据存在运动畸变、地面采样数据稀疏造成激光里程计精度低的问题,提出了一种基于多类别特征点匹配的IMU紧耦合里程计方法。首先,从原始点云数据入手,通过IMU数据对每一帧LiDAR数据进行线性插值校正畸变点云,以提高LiDAR数据的质量;其次,对畸变校正后的点云进行2D网格投影,根据每个网格与其相邻网格的最小高度平均值大小,利用双阈值将网格中点云划分为地面点和非地面点,再根据局部特征的线性度、平面度、曲率等,将非地面点进一步划分得到多类别特征点;再次,对多类别特征点匹配的IMU紧耦合进行建模,考虑到原本的LiDAR观测误差无法提供高精度的重力矢量估计,引入IMU状态估计,构建里程计误差函数,使得重力矢量估计得到进一步约束,抑制了重力矢量方向上的漂移,有效提升了激光里程计的精度;最后,基于LeGO-LOAM框架设计了基于多类别特征点匹配的IMU紧耦合激光里程计,并完成了验证系统的搭建。实验结果表明,该方法能有效抑制重力矢量方向上的漂移,提高激光里程计的精度。

基于优化紧耦合VIO的四足机器人精准定位研究

针对足式机器人仅依靠自身腿足式结构获取里程信息难于实现其精确定位这一问题,基于优化思想将双目视觉获取的图像特征信息和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的惯性数据进行有效融合,提出一种紧耦合的双目视觉惯性里程计技术,实现四足机器人的室内外精准定位。该技术的突出优势在于,它既能有效缓解机器人移动速度过快导致的图像模糊以及动态场景的错误匹配问题,又能有效抑制惯性测量的漂移。利用实验室的四足机器人搭建物理平台进行实验验证,结果表明,无论是在室内还是室外环境下,设计的视觉惯性里程计都可实现四足机器人的高精度、高鲁棒性定位,即实验结果验证了所提方法的可行性与有效性。

一种宽带双极化紧耦合偶极子阵列天线设计

提出了一种宽带双极化紧耦合偶极子阵列天线,单元采用全金属结构以满足大功率输入需求,渐变平行平板双线与短路柱的馈电结构设计可实现宽带阻抗匹配并移除共模谐振影响,针对紧耦合阵列的边缘截断效应提出了一种短接与差异化加载的阻抗调节方法,实现了在不额外加载哑元情况下的阵列边缘端口的良好阻抗匹配。有限大阵列仿真结果表明,在0.8~2 GHz工作频段内所有端口的有源驻波小于2.5,最大增益达到13.3 dBi,定向辐射性能优良。加工天线样品的测试结果与仿真结果吻合良好,证明了阵列性能的有效性。

IMU紧耦合的多激光雷达定位与建图方法

在许多移动机器人的应用场景下,如自动化仓储物流场景,由于激光雷达安装位置的限制,采用单一激光雷达的SLAM解决方案存在视场受限以及难以闭环的问题。为此基于FAST-LIO2算法提出了一种IMU紧耦合的多激光雷达定位与建图方法,该方法在扩展了机器人的感知范围的同时提高了定位精度和建图效果。通过公开数据集的离线测试以及自建实验平台的在线测试,相较于M-LOAM、FAST-LIO2和Faster-LIO算法,所提出的算法在定位精度和建图效果上取得了显著提升,并具有更低的回环漂移。

GNSS/SINS紧耦合选星算法研究

通过分析全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)紧耦合导航系统中最小GDOP法的现有问题,提出一种改进的GNSS/SINS紧耦合选星算法。该算法的主要步骤包括:首先将可见卫星进行伪距异常值检测,并剔除异常值卫星;然后根据卫星的分布特点,利用卫星仰角信息选取最大的一颗作为天顶星,最后将剩余可见卫星随机组合选取三颗卫星和天顶星组成四颗星,得到最终的选星方案。经过与最小GDOP法仿真对比,该算法计算量明显减小,且在保证定位精度的前提下,减少了计算的卫星数目,降低了运算量,具有较好的选星效果。

采用紧耦合电抗器的大容量高压断路器设计

基于目前的制造工艺,现有高压交流断路器的参数水平尚不能同时满足日益增长的电网短路电流水平引起的保护要求及技术经济合理性。为此提出了一种新型结构大容量高压断路器的设计方案,该断路器利用耦合度高、正常工作状态下能耗小的紧耦合空心电抗器,结合断路器使用,能有效实现自动均流和限流功能,从而成倍增大断路器承受额定电流和短路电流的能力。对其工作原理进行了理论分析及仿真计算,并通过动模试验验证了其可行性。此外,参考GIS的设计,提出了采用金属外壳封闭气体绝缘的大容量开关装置的工程化实施方案。

紧耦合气雾化制备Al基合金非晶粉末的研究

研究了紧耦合气雾化制粉过程中AlNiY合金熔滴的冷却行为以及非晶颗粒的形成机制。结果表明:(1)AlNiY合金非晶化的临界冷却速率大致为103K/s;(2)熔滴的冷却速率与直径成反比,当直径小于25μm时,熔滴达到临界冷却速率实现非晶化。当直径大于25μm时,熔滴无法获得非晶化临界冷却速率,只能发生形核结晶;(3)熔滴的非晶化还与雾化过程相关,由于熔滴破碎时的位置和温度不同,获得的冷却速率将不同,出现了相同直径(小于25μm)的颗粒存在非晶和结晶两种状态。

GPS/INS紧耦合导航中多路径效应改正算法及应用

针对GPS伪距观测值受多路径误差影响较大,限制了GPS/INS紧耦合导航中导航精度提高的问题,在传统静态多路径消除方法的基础上,提出了导航过程中多路径效应动态消除算法,并应用于GPS/INS紧耦合导航。首先给出了GPS/INS紧耦合导航的动力学模型和观测模型以及静态定位多路径消除的方法,通过频谱分析探究了非差观测值序列的特殊性,引入了移动窗口提取动态导航过程非差伪距观测值的多路径,最后利用实测数据验证了算法的有效性。结果表明:对比没有经过多路径改正的组合导航算法,基于伪距多路径改正的GPS/INS紧耦合导航增强了滤波融合观测值的精度,减少了多路径效应对于伪距观测值的影响,平衡了伪距观测值和多普勒观测值的权重,提高了GPS/INS紧耦合导航的直接可测参数(位置、速度)和间接可测参数(姿态)的精度,北向、东向和高程三个方向的位置误差分别减小了18.8%、25.7%,和1.5%。

紧耦合气雾化制粉中熔体过热度对雾化模式和粉末粒度的影响

采用紧耦合气雾化制粉设备,研究了熔体过热度对紧耦合气雾化模式和粉末粒度的影响。实验中,保持其他气雾化工艺参数不变,熔体(金属铜)过热度分别设定为150,200,250和300 K,得到相应的粉末平均粒度分别为34.88,32.33,30.87和19.74μm。对雾化过程的理论分析结果表明:当熔体过热度从250 K提高到300 K时,液滴的破碎模式发生了改变,即由袋式转变为延展式,粉末粒度显著下降。但是,过热度的变化对雾化粉末粒度的正态分布规律没有明显影响;通过优化工艺参数,有潜力获取粒度更细、分布更均匀的粉末。

基于INS/SMNS紧耦合的无人机导航

为了克服无人机惯性导航系统漂移误差累积的缺陷,提出了基于INS/SMNS紧耦合的无人机导航模式(INS/SMNS)。它利用INS提供的位置和姿态角信息分别完成对无人机的粗定位和航拍实时图像的几何校正,提高了SMNS的实时性和适配区景象匹配的精确度;同时,利用SMNS的高精度导航定位结果修正了INS的累积误差。通过INS与SMNS之间的优势互补,使得紧耦合INS/SMNS导航模式具有更好的实时性和精确性。仿真实验表明,紧耦合模式满足无人机规划航迹要求。

多星座GNSS/INS紧耦合方法

针对可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位条件下,传统GNSS/INS松耦合方式退化为"纯惯性"模式,无法抑制惯导误差发散的问题,提出了一种基于多星座GNSS接收机原始伪距观测量的GNSS/INS紧耦合方法。利用惯导与多星座GNSS接收机搭建硬件平台,开展了车载试验。试验结果表明,当可用卫星数目满足定位条件时,多星座GNSS/INS紧耦合方法与松耦合方法的导航精度相当;当可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位时,多星座GNSS/INS紧耦合方法仍可利用剩余卫星提供的观测信息继续运行,当卫星数减少为5颗时,纬度和经度精度均优于30 m;当卫星数进一步减少为4颗时,纬度精度优于90 m,经度精度优于50 m。

基于GPS/SINS紧耦合系统的新息外推法

在GPS/SINS紧耦合系统中,完好性是一个极其重要的指标。为缩短卫星故障检测时间,在新息检测法的基础上提出一种新息外推法,该算法通过对外推过程中产生的新息进行处理,形成检验统计量来检测卫星故障。结合GPS/SINS紧耦合系统,仿真结果表明,新息外推法比新息检测法能更快地检测慢变故障,且能在一定程度上削弱野值对故障检测的影响。