改进YOLOv8的航拍图像小目标检测算法

针对在航拍图像检测任务中,物体和整体图像尺寸都比较小,尺度特征不一和细节信息不清晰,会造成漏检和误检等问题,提出了一种改进小目标检测算法CA-YOLOv8。设计了一种通道特征部分卷积模块CFPConv(chan-nel feature partial convolution),基于此重新构造了C2f中的Bottleneck结构,命名为CFP_C2f,从而替换YOLOv8头部和颈部的部分C2f模块,增强有效通道特征权值,提升多尺度细节特征的获取能力。嵌入一种用以提升上下文聚合能力的模块CAM(context aggregated module),优化特征通道的响应,强化对深层特征的细节感知能力。添加NWD损失函数,将其与CIoU结合作为定位回归损失函数,降低位置偏差的敏感性。充分运用多重注意力机制的优势,把原有检测头替换为DyHead(dynamic head)。在VisDrone2019数据集的实验中,改进的算法较YOLOv8s原模型参数量降低了33.3%,检测精度mAP50值和mAP50:95分别提升了8.7和5.7个百分点,表现出良好的性能,验证了其有效性。

长周期光纤光栅(LPFGs)的谱结构研究

利用相位匹配条件,从理论和实验上研究了均匀LPFGs的谱结构特点结果表明,导模和不同包层模耦合产生的光谱特性有很大差别在模序较小时,谱宽较小;模序增加,谱宽也增加;在某一模序附近,谱宽达到最大;以后随模序增加,谱宽迅速减小给出了LPFGs中透射谱的最大损耗率及3dB带宽与包层模序、光栅周期、耦合系数和栅长的关系这些关系对设计满足特定最大损耗率和带宽的带阻滤波器或增益均衡器提供一种理论参考选用不同的包层模、耦合系数和栅长。

基于波束形成算法的声源定位与DSP实现

声源定位在军事、工业噪声定位等领域具有广泛应用,基于麦克风阵列信号的波束形成是声源定位的主要方法。与传统波束形成算法相比,最小方差无失真响应(MVDR)算法具有较大优势,但MVDR算法运算量大,一般处理器无法满足实时性要求。针对波束形成算法的数据量大,运算复杂的特点,选取TI公司推出的TMS320DM642定点DSP芯片,采用C和汇编语言混合编程,实现了8个麦克风组成的均匀圆阵基于MVDR算法在TMS320DM642DSP的应用,其处理速度比在ARM上快,具有速度快,精度高,实用性强的特点。

基于蚁群和自适应滤波的模糊聚类图像分割

为了改进模糊C均值聚类(FCM)算法对初始聚类中心敏感、抗噪性能较差、运算量大的问题,提出一种新的基于蚁群和自适应滤波的模糊聚类图像分割方法(ACOAFCM)。首先,该方法利用改进的蚁群算法确定初始聚类中心,作为FCM初始参数,克服FCM算法对初始聚类中心的敏感;其次,采用自适应中值滤波抑制图像噪声干扰,增强算法的鲁棒性;最后,用直方图特征空间优化FCM目标函数,对图像进行分割,减少运算量。实验结果表明,该方法克服了FCM算法对初始聚类中心的依赖,抗噪能力强,收敛速度快,分割精度高。

光纤光栅传输矩阵研究

利用模耦合理论给出并分析了一般坐标系下相移布喇格光纤光栅中的传输矩阵及其特性,所给出的传输矩阵具有分段不变性,而且不能被分解为一个矩阵和一个相移矩阵的乘积.利用该传输矩阵可以研究均匀、相移、啁啾、超结构等光纤光栅及光栅的级联等.计算了相移光栅的反射谱和相移量的关系,以及两个光栅级联时的反射谱.结果表明,同样相移量时的反射谱和已有文献不同,两个光栅级联时,也不同于已有文献,各自的谐振波长与光栅的级联没有关系.

大气带电粒子对电磁波的散射研究

研究大气中带电粒子对电磁波的散射特性,对利用遥感方法雷达探测云层、雷电预警、分析沙尘对电磁波传播的影响等具有重要意义。从宏观和微观两个方面分析了瑞利散射条件下大气粒子带电对电磁波散射的影响。宏观和微观分别反映了电磁波散射的两种机制,分别对应的是受电场作用后电荷运动形成宏观电流对电磁波的散射,以及单个电荷(电子)受电场作用后在平衡位置附近振动而引起的电磁散射。通过对比中性粒子和所带电荷对电磁波的散射截面量级,分析了大气粒子带电后对电磁波散射的影响。研究表明:宏观上粒子所带电荷对电磁波的散射没有影响,而微观上,在某些频率附近,粒子所带电荷会对电磁波的散射产生较大影响。

移动式超声波风速风向测量系统

为了解决传统式测风仪器无法应用于航海和应急式车载自动气象站等测风领域的问题,设计了一种移动式超声波风速风向测量系统,其需要解决的问题有:随着载体的移动,基座的方位和速度发生变化,因此,需要在对系统方位和载体速度进行测定的同时,对测量到的风速风向参数进行系统修正。系统包括:利用3对超声波换能器完成三维风速风向测量,通过电子罗盘和系统自带的速度测量单元分别实现方位和速度测量,通过微处理器实现风速风向的校正及测量数据的传输。

基于虚拟仪器的水声信号采集与处理

利用数据采集卡和LabVIEW软件对水声信号进行采集和处理,实现了对水下特定目标的声频特性分析。利用由8个换能器组成的水听器阵,通过8通道数据采集卡对水下目标的噪声进行采集,实现了对水下目标定位的初步研究和算法验证。利用虚拟仪器方便地实现了对水声信号的采集、处理,以及对水下目标测量时,为传感器结构和算法的确定提供参考。

基于ARM的雷电三维电场数据采集系统的设计

对雷电三维电场进行同步数据采集与分析,可以为研究不同方向的雷电电场对电气设备的影响以及研究不同地形对雷电结构的影响提供重要参考。设计了一种能够对雷电三维电场进行同步数据采集的系统,该系统主要包括传感器模块、信号采集模块、数据传输与存储模块、上位机软件设计等。利用3个通道A/D实现了对3路电场信号的采样,通过ARM11控制高速A/D转换和FIFO的读写,并且利用QT和SQLite数据库设计了上位机软件,完成了对采集数据的管理。

长周期光纤光栅的轴向应变传感特性研究

利用不同包层模的长周期光纤光栅(LPFGs)具有不同的轴向应变灵敏度,降低或提高应变灵敏度对通信和传感领域具有重要意义.利用分析各向异性波导的方法,从理论上分析了LPFGs对轴向应变的响应特性,并进行了实验研究.当光纤受到轴向应变时,纤芯和包层都变成了单轴晶体,利用相位匹配条件和单轴晶体光纤的本征方程,研究了LPFGs的谐振波长对轴向应变的响应特性.结果表明,基于不同包层模的LPFGs,对轴向应变的灵敏度有较大差别.谐振波长有向长波方向偏移,也有向短波方向偏移.模序较低时,灵敏度较小,中等模序灵敏度最大,高阶模序灵敏度则较高.

带电粒子的Mie散射研究

利用电磁波散射理论研究了带电粒子的电磁波散射特性,给出了散射系数与电磁阻抗系数及表面电导率的关系,计算和对比了不同面电导率的粒子与中性粒子对电磁波散射系数和散射能量分布的差别.计算结果表明:面电荷使面电导率达到微西门子量级时,会有明显的影响随着面电导率的增加,散射系数发生较大变化,但当面电导率达到一定值时,散射系数趋于恒定;对尺度较大的粒子,带电后的散射系数减小,但沿不同方向的散射能量会重新分配,一些方向散射增强,另一些方向散射减小;尺度较小的粒子带电后,散射系数增大,但能量沿不同方向的重新分配不明显.

薄包层长周期光纤光栅的折射率传感特性

长周期光纤光栅(LPFG)可用于折射率传感,同时利用折射变化可以实现谐振波长的调谐。不同的光纤包层半径和光栅周期对折射率灵敏度有较大影响,利用光波导的耦合模理论分析了LPFG的折射率传感特性,给出LPFG的折射率灵敏度的解析表达式,给出了利用不同包层模时的折射率灵敏度。利用三层介质光纤的纤芯模本征方程计算了薄包层LPFG的折射率灵敏度。结果表明,基于不同包层模的LPFG的谐振波长随折射率的变化有红移,也有兰移;基于低阶模序包层模的LPFG,折射率灵敏度较小,中间模序最大,而高阶模序则较大,薄包层LPFG对折射率具有更大的灵敏度。

基于S3C2440和AD9248的高速采集系统的设计

设计了一个利用高速A/D、FIFO以及ARM9实现的高速数据采集系统。通过ARM9控制高速A/D转换和FIFO的读写,并采用大容量的板载数据存储器,可以实现较长时间的连续采集。设计了网络接口和USB接口实现数据的保存和传输,并设计了GPS授时模块接口以实现多个站点的同时数据采集。

压电晶体最大特征系数切向判定方法

利用特征系数最大的压电晶体切型,可以获得较强的压电效应.给出了一种利用最优化方法确定特征系数最大的压电晶体切向的计算方法.压电晶体各系数矩阵的矩阵元随不同的旋转切割方向而变化,对二次旋转切割,它们是两个旋转角的连续函数.以压电系数为例,给出了二次旋转后各矩阵元的表达式和部分矩阵元随两个旋转角变化的三维曲面.各矩阵元的绝对值均存在一个最大值,有些最大值比原始坐标系中的最大值要大.针对LiNbO3晶体的压电系数矩阵,利用所给出的方法计算了每一矩阵元的最大值和相应的切割方法(2个旋转切角).

EH包层模及互耦合对长周期光纤光栅谱特性的影响

利用光波导的模耦合理论以及光纤中传播常数与波长的近似线性关系,研究了基于导模和不同包层模耦合的长周期光纤光栅的透射谱特点.对一阶低次包层模,透射谱较窄,随着模序增加,透射谱变宽;在某一模序附近,谱宽达到最大;以后随模序增大,谱宽迅速变小.对模序较高的包层模(一阶),相邻的HE和EH包层模的传播常数相差不大,而且导模和它们的耦合系数接近,因此能够在较近的波段范围内同时和它们产生耦合,从而对谱分布产生一定影响.包层模互耦合的条件较难满足,即使偶有满足其影响也很小,可以忽略.利用不同的包层模,可以设计出透射谱很宽或很窄的长周期光纤光栅.

多通道功耗动态测量与分析系统

对低功耗用电设备的功率进行动态测量和分析,可以为相应的设计和应用提供重要参考。设计了一种能够对多个用电设备的功率进行同时、动态测量和分析的系统,该系统主要包括多种接口模块、信号采集模块、显示模块、上位机软件设计等。多种接口包括USB接口、DC插座、接线端子和品字形插座;利用8个通道A/D实现了对4路电压(最大为48 V)和4路电流(最大为12A,最小为mA级)的采样;并且利用QT和SQLite数据库设计了上位机软件,完成了对测量数据的管理。

雨量计自动校验仪设计

雨量计是气象、水文、农业等部门观测降水量的重要仪器,新生产的雨量计以及使用中的雨量计都需要进行校验以确保其精度和可靠性.目前利用手工校验的方法不方便且精度难以保证,针对这一情况,设计了一种便携式雨量计自动校验仪.该仪器利用超声波实时检测当前液位进而控制步进电机自动调节流速、流量,保持水流量的均匀.利用软件可设置不同的雨量来模拟实际的降雨,最后通过对比雨量计读数看其是否符合精度要求.系统选用了高频的超声波传感器,处理器计时频率达到50MHz,提高了测量的精度.

金属包层光纤的包层模式

为了研究金属包层长周期光纤光栅(LPFGs)的特性,需要研究金属包层光纤的包层模.根据金属包层光纤的特点,给出了金属包层光纤包层模的本征方程,讨论了这一复本征方程的求解方法,并研究了不同金属包层对包层模传播常数和损耗的影响.结果表明,对低电阻率的金属如金、银等,介电常数的虚部对低阶模的传播常数影响较小,尤其是对HE模影响更小,对铝、镍等影响稍大.金属包层对包层模的损耗,与光波长、包层模序和金属类型有关.介电常数虚部大(绝对值),而且包层模序也大时,损耗较大.

基于AD9248的雷电信号采集系统驱动实现

Pipeline型模数转换器AD9248采用分段、流水线式的方式,提高了数据转换速度,在高速数据采集中占据了重要地位。利用ARM9微处理器S3C2440和AD9248设计了一种双通道高速雷电数据采集系统,详细分析了在嵌入式Linux2.6.12平台下AD9248驱动程序的开发及编译过程,测试结果表明驱动运行正常且结果准确。

取样布拉格光纤光栅的谐振方程

利用傅里叶变换和耦合模理论得到了取样布拉格光纤光栅的谐振方程,确定了其多谐振峰的位置。这一方程与光栅的周期和取样周期有关,它们共同确定了各反射峰的中心波长,与取样时的占空比、光栅长度和耦合系数没有关系。将谐振方程确定的谐振峰位置和传输矩阵得到的结果进行了比较,二者是一致的。利用谐振方程可以方便地得到取样布拉格光纤光栅的反射峰间隔。本文的结论对研究、设计和制作取样布拉格光纤光栅具有参考意义。