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。

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。

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。

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。

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。

新型频率选择表面加载双极化超宽带紧耦合阵列天线

为使紧耦合阵列天线在超宽频带内实现电磁性能更佳、辐射性能更稳定的目的,提出一种新型条形频率选择表面宽角阻抗匹配层加载的双极化超宽带紧耦合阵列天线。通过高频仿真软件CST周期边界条件对阵列单元截断并进行研究分析。掌握阵元阻抗和辐射等电磁性能后,优化设计并加工出一个6×6单元的阵列天线进行实际测量。测量结果表明,该天线在2~12 GHz的频带内驻波比均小于3,驻波比带宽为10 GHz。带内辐射特性稳定,主瓣电磁能量集中,交叉极化小。工作频带内,最大增益可以达到13 dBi。该阵列天线可应用于超宽带相控阵天线领域中。

应用于城市环境的MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航抗差滤波器

为了提高MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统在城市区域中因为GPS信号短时中断或被干扰时的性能,提出了一种基于Kalman滤波的抗差滤波器模型-Kalman抗差滤波器。在Kalman抗差滤波流程中,构建了具有误差检测和分离功能的Kalman滤波器来应对包括伪距和伪距率等GPS测量的突发故障,通过自适应因子向量调整测量噪声获得高精度的导航解。在城市公路上开展了现场试验,对Kalman抗差滤波器的可用性进行了测试。相较于常规的Kalman滤波器,使用Kalman抗差滤波器的紧耦合组合导航系统水平位置误差下降超过30%,高程位置误差的降低大约50%,速度误差下降了17.5%。Kalman抗差滤波器能够有效的降低城市区域中MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统的导航解误差。

面向未知环境的紧耦合激光SLAM方法

针对传统激光SLAM在长走廊、隧道等退化环境下系统精度低或算法失效,且存在常规环境下回环检测稳健性差等问题,提出一种面向未知环境的紧耦合激光SLAM方法。首先,采用紧耦合框架,融合LiDAR与IMU信息,修正IMU零偏,为LiDAR里程计提供高精度先验信息;其次,计算LiDAR里程计雅克比矩阵,实时检测环境几何信息维度,融合轮式里程计与IMU数据,补偿LiDAR里程计自由度;最后,构建变阈值回环搜索模型,采用不同配准方法分析对应阈值的关键帧信息,提高回环检测召回率。长走廊环境中,所提方法定位误差较A-LOAM、LIO-SAM分别降低了91.04%和97.37%;常规环境中,在满足回环检测准确率为100%的条件下,所提方法召回率较LIOSAM提高了35%。实验结果表明,所提方法具有较高的鲁棒性与定位精度。

实现低NO_(x)排放的紧耦合后处理器匹配

重型柴油机排放法规不断降低氮氧化物(NO_(x))限值,采用紧耦合选择性催化还原(SCR)是预期技术路线之一,但是否需采用紧耦合柴油氧化催化器(DOC)以改善紧耦合SCR入口NO_(2)比例仍需要进一步探讨.通过一台商用柴油机,在GT-Power平台分别搭建DOC和SCR小样模型,基于小样试验数据和遗传算法对反应动力学机理参数进行初步标定,然后使用测试循环数据对机理参数进行修正,进而构建了DOC-DPF-SCR-ASC系统模型.基于系统模型对采用紧耦合DOC的必要性进行了探讨,结果表明:紧耦合DOC会增加紧耦合SCR前的热惯性,使紧耦合SCR的冷起动性能变差.基于系统模型还开展了两级SCR之间的体积匹配,可知柴油机采用主SCR体积为9.94 L时,匹配紧耦合体积为2.13 L的SCR可使系统冷起动工况SCR转化效率由63.0%提高到77.8%,NO_(x)排放降低了42.4%;冷、热起动世界统一瞬态循环(WHTC)加权后的NO_(x)排放由0.38 g/(kW·h)下降到0.21 g/(kW·h),降低了44.7%.

基于图优化的激光惯导紧耦合SLAM研究

现有的激光惯导里程计大多采用滤波的松耦合融合方法,在大场景建图中会存在一定的运动估计漂移,导致定位与建图精度降低。针对这一问题提出了一种基于图优化的激光惯导紧耦合里程计与建图方法。在前端依次进行点云畸变补偿、点云聚类分割、地面与特征提取。在后端采用图优化方法融合IMU预积分、激光里程计和回环检测信息完成地图构建。最后利用Kitti数据集和自采集数据对LOAM、LeGO-LOAM和本文方法在里程计精度和回环检测效果上进行了对比分析。实验结果表明本文方法在定位与建图精度上相比于LOAM和LeGO-LOAM分别提高了45%和35%以上,有着更优的鲁棒性。

基于紧耦合端射的低剖面超宽带相控阵天线设计

超宽带、低剖面、宽角扫描、高增益和耐高功率是多功能相控阵天线的主要性能需求,通常难以兼顾.针对该问题,本文结合紧耦合和端射机理,在传统金属Vivaldi天线基础上,提出了一种多功能相控阵天线的设计方法.对704元天线阵进行了设计,并进行了仿真,结果表明:所设计的天线阵列在俯仰±60°、方位±45°扫描空域无栅瓣,大角度扫描有源电压驻波比在9倍频程下小于6.1、在高频3倍频程下小于3,同时高频段阵元增益大于5 dB的带宽高达3GHz.对实物进行了加工和测试,测试结果与仿真数据吻合良好.该天线阵具有超宽带、低剖面、宽角扫描、高增益、高可靠性、耐高功率和易于实现等特点,在相控阵天线中有重要的应用价值.

低剖面紧耦合超宽带阵列天线设计

随着多功能、一体化电子信息装备的快速发展,对超宽带阵列天线的需求也愈加迫切.机载、舰载等平台对载荷的重量、尺寸等往往有较为严格的限制,低剖面、轻量化超宽带相控阵天线的设计可以有效解决平台限制与多功能需求之间的矛盾.本文提出了一种基于紧耦合偶极子天线单元的低剖面、轻量化超宽带阵列天线设计方案,该天线采用寄生偶极子匹配层和频率选择表面(frequency selective surface,FSS)匹配层代替传统的介质宽角阻抗匹配层,在实现宽角扫描的同时还能有效减小天线重量.通过电磁仿真优化,该阵列天线单元可以实现6∶1的工作带宽,剖面高度小于低频的十分之一波长;E面±60°扫描满足电压驻波比(voltage standing wave ratio,VSWR)≤3,H面±45°扫描满足VSWR≤3.5.为了验证所设计阵列天线的性能,加工了规模大小为16×16的原理样机进行实测,测量结果与仿真结果基本吻合.

紧耦合异构线程处理器

异构计算为系统达到更高的性能功耗比提供了新的思路和方向,但异构系统中中央处理器(CPU)和加速器协同执行任务的过程中大量的控制信号传输和数据搬运始终是系统性能的一个重要瓶颈。对此,本文提出了一种紧耦合异构线程处理器结构,包括一个硬件CPU线程和一个硬件加速器线程,二者采用流水线紧耦合的硬件线程间通信接口和共享存储的方式降低了通信代价,大幅提高了系统性能。为验证该结构的优势,本文在开源BOOM核的基础上设计了硬件线程间通信接口,实现了一个具有高级加密标淮(AES)加速器的紧耦合异构线程处理器,并在现场可编程门阵列(FPGA)上进行了评估。结果显示,在加密任务中,该处理器吞吐量约是Intel Comet Lake使用AES指令集(AES-NI)的5.7倍,是BOOM平台上仅使用通用指令的4000倍。实验进一步验证了通过CPU和加速器快速通信实现的细粒度并行可以取得更多的性能收益。由此得出结论:该结构能敏捷地将加速器整合到CPU周围,有效降低了通信时间,实现CPU线程和加速器线程的细粒度并行,有效地发挥出异构计算的优势,取得可观的性能收益。

一种变压器巴伦馈电的超短波紧耦合阵列天线

紧耦合阵列天线(Tightly Coupled Array,TCA)具有超宽带、低剖面、宽角扫描等特点,近年来受到国内外学者的广泛关注。然而,在甚高频(VHF)、特高频(UHF)频段TCA由于馈电网络设计困难等原因现有的研究报道很少。为了填补这一空白,本文设计并测试了一款变压器巴伦馈电的TCA,利用变压器巴伦解决了单元平衡馈电困难问题,同时采用短路枝节抑制E面共模谐振,采用频率选择表面(FSS)匹配层改善宽角扫描阻抗匹配。实测结果表明,该天线在110~520 MHz频带内、±40°扫描角范围内电压驻波比<2.5,和仿真结果吻合。

复杂环境中的无人车多传感器紧耦合SLAM方法

提出了一种多传感器信息紧耦合的无人驾驶车辆SLAM方法—Ligom,此方法在复杂环境中,可以实现无人驾驶车辆状态的实时估计与环境地图的构建。Ligom基于迭代扩展卡尔曼滤波(iEKF)理论设计,融合了惯性测量单元(IMU)、全球导航卫星系统(GNSS)、激光雷达(Lidar)与相机(Camera)等不同传感器。首先利用IMU预测车辆的先验状态与消除点云畸变,并使用滑动窗口方法保存点云特征以提高点云匹配精度;然后,通过对GNSS信息作初始化与坐标系变换,分别完成滤波更新得到后验状态;最后在后端环节引入关键帧进行状态优化与反馈更新,构建全局环境点云地图。此外,利用Camera-Lidar联合检测的多目标检测与跟踪算法,完成全局桩桶地图的构建。Ligom在四个不同平台与环境采集的数据集上进行了充分验证。

基于超表面的紧耦合阵列天线设计

设计了一种应用于WiMAX的紧耦合阵列天线。基于超表面解耦原理,设计了一种具有负介电常数和正磁导率的耶路撒冷十字超表面单元。在二单元紧耦合贴片天线上方加载5×6的超表面以减小单元间互耦,矩形贴片上刻蚀一个U形缝隙改善天线的阻抗匹配。阵列天线的尺寸仅为55 mm×74 mm×8.2 mm(0.64λ_(0)×0.86λ_(0)×0.10λ_(0),λ_(0)为3.5 GHz时自由空间的波长),天线单元的间距(边到边的距离)为1.3 mm(0.015λ_(0))。测量结果表明,阵列天线能够工作在WiMAX的3.5 GHz频段,-10 dB阻抗带宽为13.83%(3.23 GHz~3.71 GHz),-18 dB解耦带宽为10.34%(3.3 GHz~3.66 GHz),天线具有良好的辐射特性。

基于紧耦合电感臂电桥的弱信号电容传感器检测电路设计

电容传感器作为信号检测系统的感知部件,在进行信号测量时,由于信号的微弱和寄生电容的干扰,将难以实现信号的精准测量.为解决这一问题,针对当前最新的测试系统提出了改进方案:在C-V(电容-电压)转换电路中,用相互耦合的电感替换交流电桥的两个固定电阻臂,再用差动式接入的电容传感器替换另外两个电阻臂,如此便构成了改进后的紧耦合电感臂电桥.通过改变紧耦合电感臂电桥中两个电容传感器的微小变化量,对所提的CV转换电路在Multisim仿真软件中进行仿真实验,实验结果表明:检测电容的分辨率可以实现至飞法级别,检测灵敏度可以实现至49 mv/fF.相比改进前的方案优势具有较大的提高,与理论分析一致.这样,使用所提的弱信号检测方法在灵敏度、分辨率方面均高于改进前的检测方法,达到对较弱信号的检测.同时,一些降噪措施被提出用来抑制寄生电容的影响,进一步提高了所提电容传感器检测电路的性能.

紧耦合气雾化制备热喷涂NiCrAlY合金粉

采用紧耦合气雾化技术制备热喷涂NiCrAlY合金粉末,对NiCrAlY合金粉末的物理性能、粒度分布、粉末形貌、微观结构和物相组成等进行了分析。结果表明,粉末以球形和近球形颗粒为主,85%粉末粒径小于150μm。粉末显微组织主要由树枝晶和胞状晶组成,粒径25~250μm的粉末凝固冷速大约在4000~67000 K·s^(-1)。粒径尺寸小于50μm的粉末内部结构致密,少量尺寸大于50μm的颗粒内部出现凝固缩孔和空心缺陷。粉末晶界和晶内存在Y、Si元素偏析,粉末物相结构主要由γ’-Ni_(3)Al、γ-Ni固溶体相组成。

三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60^(2)mm~2×30 mm(π×0.7^(2)×0.35λ_(0)^(3)=0.549λ_(0)^(3),其中λ_(0)为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。