无人机辅助无线供能通信系统优化算法研究

文章研究了无人机辅助无线供能数据收集系统的资源分配优化方案,其中无人机发送射频信号能量,装配能量收集电路的地面节点从无人机发送的射频信号中收集能量,并使用收集到的能量发送一定量的数据至无人机。针对此系统,通过联合优化能量传输区间、信息传输区间以及无人机在这两个区间的飞行速度和时间,在满足无人机数据收集约束条件下,最小化无人机飞行时间。文章建立的优化问题是难以求解的非凸优化问题,为求解此问题,将其分解为与能量传输区间和信息传输区间分别对应的且易于解决的两个子问题,并结合迭代优化方法,提出了一种高效的系统优化算法。仿真结果表明,与已有的基准方案相比,文章提出的无人机辅助通信系统优化方案可以显著地减少无人机飞行时间。

协同育人背景下“东北三省一区”地方高校电子信息类专业协同发展探索与实践

该文以哈尔滨理工大学电子信息类为依托,联合东北电力大学、沈阳理工大学、辽宁工业大学及内蒙古工业大学等多所高校电子信息类专业现有资源,结合“东北三省一区”的地缘优势及大学集群优势,通过深度的多校融合,全方位的协同育人,加强一流专业建设,优化培养方案,提升培养质量,从而实现“东北三省一区”战略,对接国家和区域的经济、社会发展需要以及战略新兴产业的需求,实现优质教育资源共建共享,构建“东北三省一区”高等教育高质量发展新格局。

超大规模智能反射面辅助的近场移动通信研究

超大规模智能反射面(Extremely Large-scale Intelligent Reflecting Surface, XL-IRS)是未来6G通信系统的一个关键备选技术,其可以通过调节信号的反射来实现无线传播环境的智能可重构,从而大幅提升未来通信系统的性能。不同于现有研究工作主要关注于远场通信的小规模IRS,考虑建模更加准确的XL-IRS辅助近场通信场景。指出XL-IRS辅助通信系统中考虑近场信道模型的重要性,介绍XL-IRS系统中的近场信道建模,指出近场信道模型下的通信性能极限。从基站波束对准、XL-IRS波束训练以及波束跟踪三方面详细阐述XL-IRS辅助通信的波束管理设计方法,针对XL-IRS辅助的通信感知一体化(Integrated Sensing and Communicatioin, ISAC)的场景,详尽讨论其在近场通信的关键设计难题以及有前景的解决办法。

基于曲柄摇杆机构的仿生海扁虫水下机器人

针对现阶段MPF波动推进模式仿生机器人在体积、灵活度、运动性能等方面研究较少的问题,设计出了一种仿生海扁虫水下机器人。该机器人使用了一种无急回特性的曲柄摇杆机构作为动力传输零件,通过可传动柔性骨架实现动力的传输,带动鳍条往复摆动,形成稳定的波形推动机器人前进。进一步,通过对曲柄摇杆机构的理论计算和尺寸设计得出实际模型,运用SolidWorks Motion运动仿真进行无急回特性的验证。最后,通过3D打印件等材料制作仿生海扁虫机器人样机,进行水下运动试验,以此验证该设计可行性,在有效减小机器人体积和自身质量的同时,具有更佳的运动性能。

对电路实验教学改革的全方位探讨

电路实验是电类及相关专业学生接触到的第一门专业基础实验,旨在让学生对电路有感性的认知,它的教学效果会直接影响到后续专业课程实验的操作及学生动手能力及兴趣的培养。分别以教与学的角度,从内容设计、教学方法及综合测评等多个方面进行综合探讨,多角度多方位同时并举,联合改革,以期为电路实验的改革提供一个新思路。

高速公路清洁能源自洽充电引导调度策略研究

针对高速公路服务区车辆充电缺乏有效引导调度策略和清洁能源自洽率的问题,利用图论理论,建立了包含电动汽车、高速公路及服务区的“车-路-服务区”典型出行场景,构建了最优充电引导调度模型。以用户综合成本和服务区电动汽车清洁能源自洽率为约束,针对电动汽车充电引导中的多峰函数寻优问题,采用免疫优化算法,提出了一种高速公路服务区最优充电引导策略。根据建立的典型出行场景,通过模拟仿真进行电动汽车充电引导调度策略的研究,并验证服务区电动汽车清洁能源自洽率对充电引导策略有效性的影响。结果表明:引导调度策略使高速公路系统总体运行效率提高了32.8%,各服务区的平均充电负荷降低50.3%,对减小各个服务区充电负荷差距具有显著效果;考虑清洁能源自洽率并引入自洽率权重后,高速公路能源系统的清洁能源自洽率与电动汽车行驶总时间呈近似线性关系;当车流量维持在3辆/h时,服务区电动汽车清洁能源自洽率达到初峰77.6%,之后逐渐下滑;当车流量提升至5辆/h时,自洽率攀升至最大值78.3%;随着车辆的增加,总自洽率以指数形式下降;当车流量急剧上升至250辆/h时(相当于日均电动汽车使用量超过6000辆时)所有服务区的清洁能源将被耗尽。

基于颜色编码和图像隐写术的可逆灰度方法

针对现有方法存在合成灰度图像视觉质量欠佳、重建彩色图像还原度不足的问题,提出一种基于颜色编码和图像隐写术的可逆灰度方法。其利用可逆神经网络构建更高效的颜色编解码器,并引入密集卷积块和通道注意力机制进一步提升网络模型的性能,综合减少编解码过程中的颜色信息丢失。之后,为使灰度图像负载编码信息以及减小嵌入过程导致的图像失真,设计了一种基于修改方向的图像隐写算法,通过自适应权值参数选择,以接近最优的方式满足不同的嵌入容量需求,减少对灰度图像的修改。在Kodak和McMaster数据集上的实验表明,与现有代表性可逆灰度方法相比较,该方法能够生成质量更高的可逆灰度图像以及重建更加还原的彩色图像,在图像可视化时具有更好的视觉效果,在标准参考图像的相似性评价指标方面也取得了更优的性能。

基于分数阶混沌的反激变换器辐射EMI主动抑制

快速通断的开关信号是造成开关电源电磁干扰EMI(electromagnetic interference)的主要原因。目前,关于混沌抑制EMI技术的研究主要集中在利用整数阶混沌抑制传导EMI。在此基础上,本文对分数阶混沌在辐射EMI上的抑制以及最优阶次的选取问题展开研究。首先,通过分数阶Lorenz的频谱特性及Lyapunov指数谱分析,优选出1.8阶Lorenz信号为最佳扩频序列;其次,基于变开关频率抑制EMI技术的基本原理,在STM32单片机中分别实现了定频、整数阶、2.7阶、1.8阶Lorenz混沌扩频PWM信号,在一台5 W反激变换器中进行近场辐射实验,证明了1.8阶Lorenz信号对近场磁场辐射抑制作用最强;最后,测得分数阶Lorenz混沌与定频PWM控制下,样机的整机效率相差2%左右,验证了分数阶混沌PWM在辐射EMI抑制性能上的优越性。

ARDS预后预测的评估框架:数据集、模型和特征

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)预后旨在根据患者的身体状况预测后期出现某种风险的概率,有效的预后方案能极大降低死亡率,优化资源分配。近年来,研究人员通过增强模型计算能力的方式提升了预后的时效性和准确率。然而,ARDS预后研究中数据格式不统一和评估基线不一致等问题突出,限制了ARDS预后研究的深入发展。为解决上述问题,本文提出了ARDS预后预测的评估框架。一方面,提出了针对多源数据的治理方案,解决了ARDS数据格式不统一的问题;另一方面,该框架形成了由13种机器学习模型和20种特征集合组成的评估体系,解决了评估基线不一致的问题。实验结果表明,该框架有效解决了上述问题并评估了数据集、模型和特征的影响程度。

基于多载波非正交多址接入的协作移动边缘计算系统优化研究

文章研究了基于多载波非正交多址接入(Multicarrier Non-Orthogonal Multiple Access, MC-NOMA)的协作移动边缘计算系统,该系统由一个用户端、一个协作节点与一个配备边缘计算服务器的接入点(Access Point, AP)组成,旨在给定任务执行时延约束下,最小化用户端与协作节点的通信与计算能耗。为此,首先提出一种新颖的MEC协议,使用户端和协作节点充分利用MC-NOMA技术以高频谱效率的方式进行任务卸载;然后在该协议下,建立系统优化问题,联合优化任务卸载时间与计算时间分配、子载波分配、各个子载波的发射功率分配、任务划分和MEC服务器CPU频率。该问题是一个非凸的混合整数规划问题,求解颇具挑战性。通过利用代数变换、大M表达法、分层优化、连续凸近似和黄金分割法,对该问题进行求解,从而提出一种高效的系统优化算法。仿真结果表明,与已有的仅采用多载波技术研究方案相比,采用MC-NOMA技术可节省50%~60%的能耗。

采用自动纯音测听的骨导听阈评估

实现了一种对非测试耳实施自适应掩蔽的骨导听阈自动测听方案,并开发了一套完整的基于个人终端的自动纯音测听程序。对20名正常听力受试者进行了自动测听,并与AC40临床听力计测听的结果对照。所估计的大多数气导听阈(96%)和骨导听阈(90%)与临床听力计测听结果差异在10 dB之内;且二者所测气、骨导听阈和气骨导(听阈)差的Bland-Altman图中数据基本位于95%置信区间范围内。与临床听力计测听的骨导听阈差的平均差均值和平均绝对差均值分别为-0.17 dB和4.52 dB,普遍小于已有的自动测听系统与临床听力计间的差异。

一种双极化1-bit相位调控智能超表面

智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)作为第六代移动通信系统的核心技术之一,能够以可编程的方式对空间电磁波实时调控,打破了传统信道不可控的桎梏,重构无线传输环境。在实际应用场景中,应当考虑RIS的极化特性以及斜入射特性。设计了一种双极化1-bit相位调控超表面单元,其上加载两个二极管,用于独立控制两个极化方向上的相位响应。仿真验证了该单元在两个极化方向下的1-bit相位调控能力及电磁波斜入射下的1-bit相位调控能力。将所设计的单元排列成规模为10×10的阵列,并验证了其波束调控能力。结果表明,该RIS可以为下一代移动通信系统的发展提供有效的技术指导与支持。

以综合能力培养为目标的本科模式识别课程改革与探索

针对传统以单一教材结合PPT讲授为主的授课方式对模式识别课程表现不足的问题,文章主要从课程教学设计、教学资源建立以及课程考核机制三个方面进行课程改革与探索,通过理论与实践相结合的教学方式培养学生的学习能力、实践能力和创新能力。

疼痛治疗仪及移动端APP的设计及应用

本文根据慢性疼痛的位置及特点,设计了一款基于TENS的疼痛治疗仪,并对其外观形状、控制系统及镇痛参数进行设计,同时基于Android Studio与Java设计开发了与治疗仪配套的移动端APP,使用户可通过手机直接对治疗仪进行工作模式选择及工作状态控制。本文设计的治疗仪外形小巧,功耗低,易于携带,可方便用户实现口袋式疼痛治疗。

基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar tran⁃sistors,IGBT)损耗较高的缺点,建立永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。

基于智能反射面辅助与无线中继的无人机协作通信系统优化算法

针对采用智能反射面(RIS)辅助与解码转发中继的无人机协作通信系统,研究了RIS反射相位、无人机部署位置和无线中继传输时隙联合优化算法。首先根据协作系统传输协议,建立了以最大化系统端到端信息传输可达速率为目标的资源分配联合优化问题。该问题非凸,为此提出一个交替优化算法,将该非凸问题分解为分别对RIS反射相位、无人机部署位置和协作中继传输时隙进行优化的三个子问题。其中RIS反射相位优化子问题和无人机部署位置优化子问题仍非凸,为此,分别采用半定松弛方法和提出一种基于连续凸逼近的局部区域优化方法进行求解,通过三个子问题的交替和迭代优化得到原问题的次优解。仿真结果验证了提出的联合优化算法获得的系统端到端信息传输可达速率优于其他的基准方案,并发现无人机应部署靠近中继或RIS的上方,其结果与系统的信噪比、RIS的反射元件数量以及RIS和中继所处地理位置等因素有关。

反向散射辅助的无线供能通信中的信息年龄最小化

信息年龄(AoI)是一种从目的端的角度衡量所捕获数据新鲜度的性能指标。在能量受限的实时感知物联网场景中,为了提高系统的AoI性能,提出了联合采样和混合反向散射通信更新的策略。该策略通过允许源端选择状态采样动作以及更新过程的传输模式来最小化系统的长期平均AoI。具体来说,首先将该优化问题建模为一个平均成本马尔可夫决策过程(MDP);然后在已知环境动态信息的情况下,通过相关值迭代算法获取最优策略;在缺乏环境动态信息的情况下,采用Q学习算法和探索利用方法,通过与环境的试错交互来学习最优策略。仿真结果表明,与两种参考策略相比,所提出的策略明显提高了系统AoI性能,同时发现系统的AoI性能随更新包尺寸的减小或者电池容量的增大而提升。

新工科下物联网工程专业创新人才培养模式探讨

在新工科的背景下,物联网工程专业作为创新综合型的前沿专业,具备学科交叉的特点,被社会各界所重视。当前物联网工程专业人才十分缺乏,如何培养创新人才显得尤为重要。本文针对物联网工程专业在创新人才培养方面存在的问题,从优化课程体系、‘赛创研’一体化和校企协同育人三方面出发,提出相应解决方案,旨在为物联网相关产业培养更多具备设计、开发等能力的创新人才。

基于NB-IoT通信的智能门锁

随着物联网时代的来临,越来越多的智能设备走进人们的生活,万物互联将会是将来发展的大趋势。随着90后与00后的成长,人们对智能设备的接受程度将大大提升,智能家居的普及率将迎来一波新浪潮。而智能门锁作为智能家居的一大切入点,将对人们接受智能家居产品起到重要作用。但是,目前市场上智能门锁的多种开锁方式导致其价格居高不下,传统钥匙开锁的保留也导致其机械结构更加复杂[3]。但实际上使用智能门锁的用户几乎已不再使用钥匙开锁的方式。因此研发一款高性价比的智能门锁具有重要意义。本文基于NB-IoT通信方式,以STM32L431RC作为主控MCU设计了一款密码开锁,手机APP开锁两种开锁方式的智能门锁。

数字信号处理器设计与应用课程实验教学改革与实践

数字信号处理器(DSP)设计与应用是电子信息工程专业一门实践性较强的课程,实践平台一般为DSP实验箱,厂商会提供实验项目和配套案例。由于实验内容侧重DSP的基本应用,与实际工程应用有较大差距,因此学生对实验课积极性不高。为激发学生兴趣,提升实验效果,从企业视角设置实验项目、对标企业开发平台配置实验平台、编写实验指导书、调整理论与实验课时分配等方面进行了改革,并在实践中采用有针对性的教学方法,调动起了学生的积极性,课堂气氛活跃,从“要我学”转变为“我要学”,实验教学效果明显提升。