基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。

PSK脉冲编码降低瑞利散射型光纤传感系统相干瑞利噪声的理论和仿真研究

频移平均(Frequency Shift Averaging,FSAV)技术是目前降低相干瑞利噪声(Coherent Rayleigh noise,CRN)的最主要方法,然而其降噪效果会受到频率漂移和脉冲啁啾效应的影响,且不适合应用在高空间分辨率系统中。针对以上问题,提出一种利用相移键控(Phase Shift Keying,PSK)脉冲编码降低CRN的新方法。详细分析了该方法的原理,仿真验证了该方法的有效性和适用性。结果表明:该方法不仅能有效降低CRN,且能在高空间分辨率下完全适用,为基于瑞利散射的高空间分辨率高精度分布式光纤传感系统中CRN的降低提供了新的视角和实用方法。

移动物联网通信中的UFMC调制波形优化设计

移动物联网(Internet of Things, IoT)通信是6G的关键技术之一,面对多变的地面基站环境,无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)辅助通信被认为是物联网通信的重要组成部分,已受到广泛关注。通用滤波器多载波(Universal Filtered Multi-carrier, UFMC)作为一种新型非正交多载波调制技术,继承了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的优势,主要应用在短数据包突发通信场景中,被认为适用于下一代无线物联网通信。但是,在无人机的高速移动环境下,通信信号会遭受显著的多普勒频移影响,产生严重的载波间干扰(Inter Carrier Interference, ICI),导致UFMC系统性能的显著下降。为了缓解ICI问题,本文首先理论分析、推导了存在多普勒频移时UFMC系统的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)。根据SINR分析,可见将UFMC波形滤波器通带波动优化调控的足够小以及加快过渡带衰减有利于提升系统抗ICI能力。因此,本文提出了基于波形滤波器优化设计的干扰抑制方法,构建了符合UFMC通信需求的波形滤波器最优化设计数学模型,该模型可以有效地调控波形滤波器的通带波动,通过遍历搜索可求解得到使系统误符号率(Symbol Error Rate, SER)相对最优的波形滤波器。在考虑多普勒频移的系统仿真中,SER对比结果表明:与采用传统波形滤波器的UFMC系统相比,本文根据约束最小最大(Constraint Minimax, CMM)准则遍历搜索设计的波形滤波器可以有效地抑制系统ICI从而改善SER。这为未来移动物联网通信系统的波形设计提供了参考。

基于改进接口算法的移频分析与电磁暂态混合多速率实时仿真

“双高”电力系统对实时仿真算法的计算效率提出了更高的要求,采用单一的仿真算法往往难以兼顾计算效率与仿真精度。为解决这一问题,提出了一种混合使用移频分析(shifted frequency analysis,SFA)与传统电磁暂态(electromagnetic transients program,EMTP)方法的多速率实时仿真方案,并对子系统的接口算法进行了改进。首先,充分发挥SFA方法的高效性优势,建立了在移频相量下联立子系统诺顿等效电路的SFA-EMTP混合仿真框架。随后,从减少计算量的角度出发,提出了一种滑窗离散傅里叶变换与三相坐标变换相结合的解析信号构造方法。进而,为兼顾计算的实时性与仿真精度,提出了一种开关状态更新时刻与仿真节点错位的多速率仿真计算时序。最后,对含分布式电源接入的配电网算例采用所提算法与其他多种算法进行仿真,并将仿真结果与PSCAD(Power Systems Computer Aided Design)的离线仿真结果进行对比,验证了所提算法的正确性和有效性。

多源时空数据驱动的城市地下空间规划范式变革趋向分析

文章分析了复合目标导向下的地下空间规划数据驱动需求,归纳了多源时空数据的基本特征及其地下空间规划应用场景。面向新时代国土空间规划治理的发展要求,从技术方法、成果形式、管控模式、管控要素等角度诠释了多源时空数据环境中的地下空间规划范式变革。针对数据驱动型地下空间规划的现状问题提出了相应的改进策略,并构建了数据驱动型地下空间规划框架。

基于轻量化多尺度神经网络的ZPW-2000移频信号检测方法

针对ZPW-2000移频信号在不平衡牵引电流干扰时低频信号难以检测的问题,提出基于卷积注意力模块的轻量化多尺度神经网络的移频信号低频信息检测方法。首先,根据ZPW-2000移频信号的载频范围,使用不同卷积核大小的多尺度层提取相应载频调制下的移频信号特征;其次,建立线性倒残差模块实现网络轻量化,在保证网络检测准确率的同时减少网络参数,缩短网络检测时长;最后,引入卷积注意力模块,标定通道和空间特征权重,提升网络性能,通过全连接层进行分类,输出18种低频信号的概率分布。结果表明:将含有工频谐波干扰等5类噪声的移频信号输入低频检测模型中进行检测,平均准确率可达99.22%,召回率达到99.21%,综合评价指标值为0.992,检测时间不超过0.249 s。该方法检测效果更优,具有良好的抗干扰能力,可为带内噪声干扰条件下检测ZPW-2000移频信号的低频信息提供重要参考。

不同因素对倒装芯片球栅格阵列多阶盲孔可靠性的影响

[目的]倒装芯片球栅格阵列(FC-BGA)产品广泛应用于电脑、服务器等的中央处理器(CPU)或图形处理器(GPU),其可靠性非常重要。[方法]以多阶FC-BGA产品为载体,设计专用的通盲孔孔链科邦(简称R-shift科邦),以R-shift科邦在冷热冲击测试(thermal stress test,简称TST)不同周期后的电阻变化率和截面形貌为指标来探究不同因素对多阶盲孔可靠性的影响,结合热应力和热应变仿真分析来探讨多阶盲孔的失效机制。[结果]ABF材料、盲孔叠孔数量及盲孔孔径是影响FC-BGA产品可靠性的关键因素。电镀通孔(PTH)的孔壁粗糙度和层压前处理微蚀量对FC-BGA产品可靠性的影响不大。不同叠层在冷热冲击过程中所受的热应力和热应变不同,盲孔叠孔中心受到的热应力和热应变最大,孔底最容易发生开裂,导致FC-BGA产品失效。[结论]本文的研究结果对FC-BGA产品的设计和加工管控具有一定的指导意义。

高功率1550 nm氧化限制型VCSEL设计与仿真

1550 nm垂直腔面发射激光器具有良好的人眼安全性和透射性,但实现其高效率和高功率输出一直是难以解决的问题。以1550 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器为研究目标,对不同结构、不同氧化孔径与输出特性关系进行仿真分析。随着氧化孔径增加,垂直腔面发射激光器芯片的激射波长发生红移现象,但氧化孔径从14μm继续增大时,激射波长几乎不红移。对两种不同氧化限制结构的芯片进行仿真,输出功率和转换效率对比结果表明单氧化层结构性能更好。在设计多结垂直腔面发射激光器时考虑有源区之间是否增加氧化层,最终发现两种氧化限制结构均在9μm孔径时具有较高的输出功率,单层结构100 mA时的输出功率约为177.55 mW,同时斜率效率也高达1.79 W/A,最大功率转换效率为10μm孔径时的37.7%,多层结构斜率效率更高达2.36 W/A。氧化限制型结构在多结垂直腔面发射激光器基础上进一步提升功率、效率等参数,可为高功率1550 nm垂直腔面发射激光器的输出特性优化提供参考。

基于交叉特征感知融合的多领域虚假新闻检测

各领域虚假新闻的传播对社会造成了严重的影响,不同领域间新闻的领域偏移问题和跨域关联问题也对模型的预测能力造成了极大的挑战.针对上述问题,本文提出了一种基于交叉特征感知融合的多领域虚假新闻检测方法.该方法可以捕捉不同领域间新闻的多种特征差异,并挖掘新闻之间的关联关系,从多个维度控制模型在不同领域的特征融合策略.此外,本文还提出了一种联合训练框架.本方法的模型使用本框架进行训练,在中英文数据集上的预测F1分数分别达到了92.84%和85.49%,相较于最先进的模型,预测效果分别提升了1.16%和1.07%.

滑窗注意力多尺度均衡的密集行人检测算法

由于现实场景下的行人目标在形态、尺度等方面存在巨大差异,相比于传统方法对多尺度行人检测平均精准率较低的情况,基于Transformer注意力机制的网络在行人检测领域已经展现出强大的性能。然而,密集场景下的多尺度检测仍存在一些难点。在密集场景中,通常会包含大量的被遮挡或小规模的行人目标,导致模型产生大量的误检和漏检,同时耗费大量的计算资源。此外,当行人目标重叠较为严重时,准确地检出所有目标也会变得极为困难。为了解决上述问题,提出了一种基于滑窗注意力的密集场景多尺度行人检测算法。在Backbone中使用改进Swin block使得网络能够提取到更多的细节特征,同时减少注意力机制带来的繁重计算量。为有效解决特征融合问题,在Neck部分使用DyHead block来统一多个注意力运算,以此提高特征融合效率。针对特征均衡问题,设计了一种基于全连接的特征尺度均衡模块,通过在特征金字塔的各层级之间构造不同的残差结构来进行特征平衡,辅助模型生成更高质量的特征图。在WiderPerson数据集上的实验结果表明,该算法在AP值上提升了1.1个百分点,在最值得关注的小目标和中目标上也分别有1.0和0.7个百分点的提升。

时变参数自适应累积和图的经济统计优化设计

为了降低过程质量控制的成本,同时提高控制图对不同程度的异常偏移的监控效率,研究时变参数自适应累积和TVPACUSUM图的优化设计问题.首先提出了一种能够根据过程偏移的指数加权移动平均(EWMA)估计进行控制图参数调整的ACUSUM图方法;其次以平均产品长度和单位产品平均质量成本最小为目标,构建了该控制图的经济统计多目标优化设计模型;最后分别在可能出现的异常偏移程度固定或是在某一区间范围两种情形下,与已有文献中的控制图设计方法进行比较分析.结果表明时变参数设计能够有效提高控制图对过程状态变化的灵敏性,提出的优化设计方法能够在保持较低的整体质量成本的同时有效提升ACUSUM图的整体监控效率.

混合级联多端直流暂态过电压机理及抑制措施

混合级联多端直流采用常规直流与柔性直流混合级联的新型拓扑结构,为我国远距离、大容量、多落点的能源传输提供了新模式,但常规直流与柔性直流之间的交互作用也引发了新问题。该文首先揭示实际受端电网交流电压恢复特性导致混合级联多端直流暂态过电压机理以及低端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)闭锁风险;然后分别从送受端两个方面,提出降功率运行、改进送端移相策略和提升MMC有功功率传输极限等暂态过电压抑制措施。最后,基于PSD-PSModel软件,搭建送受端电网机电暂态和混合级联多端直流电磁暂态的混合仿真模型,仿真验证理论分析的准确性和抑制措施的有效性。

超高频无源RFID室内定位设计

室内定位有多种方案,如蓝牙到达角度(Angle of Arrival,AOA)、Wi-Fi、接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)及超宽带(Ultra Wide Band,UWB)等。在多目标定位、低成本、低功耗场景下,超高频无源射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)具有显著优势。为实现室内多物品快速定位,将超高频无源RFID技术与相控阵技术相融合,建立一套室内定位系统。

精英竞争和综合控制的多目标粒子群算法

目的多目标粒子群算法虽然极易实现且收敛速度快,但在平衡其收敛性和多样性方面仍需进一步改善。方法针对上述问题,提出一种精英竞争和综合控制的多目标粒子群算法(ECMOPSO)。一方面,算法采用全局损害选择精英粒子集,然后将两两竞争引入多目标粒子群算法中,通过精英竞争选取优胜者粒子,将其与全局领导者融合形成更全面的社会综合信息,以增强种群中粒子之间信息的交互性,更好引导种群中的粒子飞行,提升算法全局探索能力;另一方面,结合全局损害和基于位移密度估计对外部存档进行维护,从而提高外部存档中非劣解的质量,平衡算法的收敛性和多样性。结果将ECMOPSO算法与4个多目标粒子群算法和4个多目标进化算法在ZDT和UF系列基准测试问题上进行仿真实验,并采用Wilcoxon秩和检验和Friedman秩检验比较ECMOPSO算法与所选对比算法的整体性能。实验结果表明:相比其他几个对比算法,ECMOPSO算法的收敛能力、解的分布性以及稳定性都得到了一定的提升。结论ECMOPSO算法可以很好地平衡收敛性和多样性,提升其整体性能,能有效求解大多数多目标优化问题。

基于Transformer的多方面特征编码图像描述生成算法

由目标检测算法提取的目标特征在图像描述生成任务中发挥重要作用,但仅使用对图像进行目标检测的特征作为图像描述任务的输入会导致除关键目标信息以外的其余信息获取缺失,且生成的文本描述对图像内目标之间的关系缺乏准确表达。针对上述不足,提出用于编码图像内目标特征的目标Transformer编码器,以及用于编码图像内关系特征的转换窗口Transformer编码器,从不同角度对图像内不同方面的信息进行联合编码。通过拼接方法将目标Transformer编码的目标特征与转换窗口Transformer编码的关系特征相融合,达到图像内部关系特征和局部目标特征融合的目的,最终使用Transformer解码器将融合后的编码特征解码生成对应的图像描述。在MS-COCO数据集上进行实验,结果表明,所构建模型性能明显优于基线模型,BLEU-4、METEOR、ROUGE-L、CIDEr指标分别达到38.6%、28.7%、58.2%和127.4%,优于传统图像描述网络模型,能够生成更详细准确的图像描述。

采用定频移相控制的宽输出范围多电平LLC谐振变换器

针对电动汽车车载充电器的后级DC-DC环节,提出一种具备宽输出范围的多电平LLC谐振变换器。该变换器通过增加一组半桥和辅助变压器,构造出高于输入电压的多电平结构,结合定频移相脉宽调制控制,实现两倍电压增益拓展。该方案避免了变频控制下增益范围对谐振参数的制约,简化了参数设计过程。工作于串联谐振点使变换器在整个充电工作过程中均可实现功率管的零电压开关和整流管的零电流开关,有利于系统效率的提升。搭建一台输入380V、功率3.3kW的实验样机,验证所提拓扑与控制方案的可行性。经测试,变换器能为动力电池提供250~420V的充电电压,其峰值效率达到了97.1%。

多用户多级降噪相关延迟移位键控通信系统

提出了一种多用户多级降噪相关延迟移位键控(multi-user multi-level noise reduction correlation delay shift keying, MUM-NR-CDSK)通信系统.该系统将各个用户的多进制信息映射为不同传输系数,再通过不同载波携带经过Walsh码调制后的信息承载信号.在接收端加入滑动平均滤波器降低系统误码率,解决了多用户多进制调频差分混沌移位键控(MAMA-FM-DCSK)通信系统采用多电平方式传输多进制信息时存在的系统误码率较高及传输效率低等问题.仿真结果表明,与其他系统相比,MUM-NR-CDSK系统传输速率提高了8倍,误码性能提升了近9 dB,因此在实际应用中具有更大的价值.

面向内河班轮航线的船员区段换班模式研究

文中在现行海事配员规则下,着眼于船员休息时间以及船员班组数量的优化,综合考虑船员工作时长、换班地点等约束提出了船员换班创新模式,建立船员班组排班模型,以汉江某集装箱班轮航线为实证,运用遗传算法对所构建的模型进行求解.结果表明:该模式可有效改善船员生活环境、降低工作负荷、提高船舶通航安全,但在单船运输组织模式下会增加航次运营成本,在密集班次船队运营组织模式下增加的人员劳务成本可通过减少的航次时间成本来达到经济性目标.

基于时隙变换的多用户多载波相关延迟移位键控系统

为了改善多用户相关延迟移位键控(CDSK)系统误码率(BER)较高的缺点,该文提出一种基于时隙变换的多用户多载波相关延迟移位键控(TST-MUMC-CDSK)系统。该方案采用置换矩阵对参考信号进行变换达到传输多用户信息的目的。在发送端,复制P次之后的混沌信号与经过希尔伯特变换的正交信号一同经过时隙变换器,产生2N个相互正交的混沌信号来承载2N个用户信息,大大提高了系统的传输速率。该文推导了该系统在加性高斯白噪声(AWGN)信道和瑞利衰落信道(RFC)下的误码率表达式,通过理论分析以及数值仿真验证了理论推导的正确性。仿真结果表明对比于其他同类系统,所提系统在相同误码率的情况下可以节约更多的比特能量,在误码率同为10–2时,该系统所需的信噪比比降噪多用户相关延迟移位键控(NR_MUCDSK)系统低1.5 dB,比无信号间干扰多用户相关延迟移位键控(NISI_MU_CDSK)系统低2.6 dB。该系统具有良好的理论价值,且为实际工程应用提供了良好的参考。

多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。