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面向跑道检测的视觉着陆系统设计与功能危险性评估

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电光与控制 2024年

作者：董磊刘嘉琛陈曦史欣茹王鹏中国民航大学科技创新研究院中国民航大学安全科学与工程学院中国民航大学中欧航空工程师学院

随着机器视觉技术的快速发展，诸多航空安全机构、科研组织以及领军企业正在积极开展飞机视觉着陆系统（Visual Landing System， VLS）的研制、试飞与认证工作。本文首先研究VLS的基本工作原理与运行概念，提出了一种基于YOLOv5网络架... 详细信息

随着机器视觉技术的快速发展，诸多航空安全机构、科研组织以及领军企业正在积极开展飞机视觉着陆系统（Visual Landing System， VLS）的研制、试飞与认证工作。本文首先研究VLS的基本工作原理与运行概念，提出了一种基于YOLOv5网络架构的机场跑道检测模型，并在着陆进近跑道检测（Landing Approach Runway Detection， LARD）数据集上对模型进行仿真验证；接下来，列出包括跑道检测在内的所有功能，在考虑机器学习模型不确定性与泛化差距的基础上，确定各功能失效状态并按其影响严重程度进行分类，给出用于验证失效状态相关安全性需求的方法。研究表明，执行跑道检测功能的YOLOv5模型准确率、召回率及mAP＿0.5分别达到95%、96%和98%，功能危险性评估结果可为视觉着陆系统的研制及智能航电系统的功能定义与失效状态分析提供思路与借鉴。

关键词：跑道检测功能危险性评估(FHA) YOLOv5 智能航电系统失效状态

基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

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系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2023-2033页

作者：刘嘉琛董磊陈曦梁博尧王鹏中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

关键词：智能航电系统单一飞行员驾驶系统理论过程分析决策试验与评价实验法毕达哥拉斯模糊理论致因分析

突发公共卫生事件下量子保密通信与应急物流耦合体系构建

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物流科技 2024年第9期47卷 63-67页

作者：甘卫华刘嘉琛华东交通大学交通运输工程学院江西南昌330013

在突发公共卫生事件的防控中,应急物流发挥着重大作用,我国应急物流存在一些不足:例如,系统指挥及管理机制不统一,物资储备短缺与生产不足,应急物流信息网络不完善。文章考虑应急物流对于数据共享、效率提升、保密性的要求,提出了量子... 详细信息

在突发公共卫生事件的防控中,应急物流发挥着重大作用,我国应急物流存在一些不足:例如,系统指挥及管理机制不统一,物资储备短缺与生产不足,应急物流信息网络不完善。文章考虑应急物流对于数据共享、效率提升、保密性的要求,提出了量子保密通信与应急物流的耦合机理以及突发公共卫生事件下应用量子保密通信技术技术完善应急物流的对策,以期为我国应急物流效率提升和可靠性保障提供可行性策略。

关键词：应急物流量子保密通信信息网络体系耦合机理

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一体化双频段有源相控阵天线结构设计

航天制造技术 2024年第1期 33-37,48页

作者：张帅贺奎尚刘嘉琛吴文友刘双荣上海航天电子技术研究所上海201109

目前有源相控阵天线以单频段为主,功能单一,协同工作需要天线数量较多,本文针对该问题设计了一种双频段共口径有源相控阵天线,采用规则嵌阵和错层排布技术将C和Ku双频段集成于一体形成共口径天线单元,设计了高集成数字阵列模块作为信号... 详细信息

目前有源相控阵天线以单频段为主,功能单一,协同工作需要天线数量较多,本文针对该问题设计了一种双频段共口径有源相控阵天线,采用规则嵌阵和错层排布技术将C和Ku双频段集成于一体形成共口径天线单元,设计了高集成数字阵列模块作为信号处理的载体,实现微波与数字信号转换、控制及校准功能一体化,以独立可更换综合网络模块组成阵面架构实现天线单元与数字阵列模块的互联,并通过仿真方式验证电气与力学性能,为双频段有源相控阵天线的结构设计提供借鉴作用。

关键词：有源相控阵天线双频段数字阵列模块

基于形式化方法的DIMA动态重构仿真与验证

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系统工程与电子技术 2022年第4期44卷 1282-1290页

作者：刘嘉琛董磊赵长啸陈泓兵中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 天津市民用航空器适航与维修重点实验室天津300300

针对可重构分布式综合模块化航空电子(distributed integrated modular avionics,DIMA)系统在设计初期缺少仿真与验证手段的问题,首先分析了可重构DIMA软件体系的架构特征以及支持动态重构的层次化通用系统管理(generic system manageme... 详细信息

针对可重构分布式综合模块化航空电子(distributed integrated modular avionics,DIMA)系统在设计初期缺少仿真与验证手段的问题,首先分析了可重构DIMA软件体系的架构特征以及支持动态重构的层次化通用系统管理(generic system management,GSM)的组件功能划分。然后,使用架构分析与设计语言(architecture analysis and design language,AADL)及其相关附件对DIMA动态重构的架构基础、行为细节等要素进行建模。在此基础上,设计了一种基于形式化定义的模型转换规则,该规则将AADL动态重构模型转换成可执行的时间自动机模型。最后,利用模型验证工具UPPAAL验证了可重构DIMA系统逻辑及时序的正确性和不安全控制行为的可达性。结果表明,所提方法具有可行性和有效性,并且能够为后续DIMA动态重构的形式化安全性评估提供模型基础。

关键词：分布式综合模块化航空电子动态重构架构分析与设计语言形式化方法仿真验证

基于人工神经网络的腰椎异常骨密度分布与椎间盘退变的相关性研究

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基于人工神经网络的腰椎异常骨密度分布与椎间盘退变的相关性研究

作者：刘嘉琛中国医科大学

学位级别：硕士

目的:腰背痛已经成为影响人们生活质量的一个重要因素。了解脊柱老化的早期征象对于预防和早期诊断相关疾病尤为重要。长期以来,间盘被认为是脊柱退变最早出现的征象,近来研究发现脊柱的骨密度分布是不均匀的,这种异常分布与年龄有关,... 详细信息

目的:腰背痛已经成为影响人们生活质量的一个重要因素。了解脊柱老化的早期征象对于预防和早期诊断相关疾病尤为重要。长期以来,间盘被认为是脊柱退变最早出现的征象,近来研究发现脊柱的骨密度分布是不均匀的,这种异常分布与年龄有关,且可能不伴有间盘的退变。本文将要探究腰椎异常骨密度分布和椎间盘退变的关系。研究方法:本研究首先构建了一个基于人工神经网络的腰椎切割模型来探究骨密度分布。研究选取了1500例在我院体检中心行腰椎CT检查的人群,按年龄分为青年、中年、老年三个组别来比较各组骨密度分布的差异。随后分层抽取300人分为四组:单纯间盘退变组、间盘退变合并异常骨密度分布改变组、单纯异常骨密度分布组、正常组,我们通过构建多因素logistic回归预测模型来探究腰椎骨密度异常分布与间盘退变的关系。结果:不同年龄段的骨密度分布存在显著差异（P＜0.05）,人群中单纯异常骨密度分布的流行率高于单纯间盘退变,预测模型中年龄（OR1=1.28,95%CI 1.16-1.35,P=0.012,OR2=1.09,95%CI 1.07-1.23,P=0.023）、异常骨密度分布（OR1=1.52,95%CI1.32-3.55,P=0.032,OR2=1.36,95%CI 1.23-1.79,P=0.027）是间盘退变的正向预测因子。结论:腰椎异常骨密度分布可能是脊柱老化的一个新的特征征象,且这种现象可能早于间盘退变出现,异常骨密度分布是椎间盘退变的正向预测因子。

关键词：人工神经网络骨密度分布椎间盘退变预测模型

基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

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系统工程与电子技术 2023年

作者：刘嘉琛董磊陈曦梁博尧王鹏中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室中国民航大学科技创新研究院中国民航大学安全科学与工程学院

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全（safety of the intended functionality， SOTIF）问题，提出一种将系统理论过程分析（systematic theory process analysis， STPA）与决策试验与评价实验法（decision-mak... 详细信息

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全（safety of the intended functionality， SOTIF）问题，提出一种将系统理论过程分析（systematic theory process analysis， STPA）与决策试验与评价实验法（decision-making trial and evaluation laboratory， DEMATEL）相结合的致因分析框架。首先，在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构，识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素；接下来，引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化，专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度；最后，分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系，给出关键致因要素的风险减缓措施。本文以单一飞行员驾驶模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明所提方法的可行性与有效性，研究结果表明：改进STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素，且能够克服专家评价的模糊性与不确定性，为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

关键词：智能航电系统单一飞行员驾驶系统理论过程分析决策试验与评价实验法毕达哥拉斯模糊理论致因分析

TrkB受体依赖的PV神经元调控小鼠视觉方位辨别能力的机制

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生物工程学报 2023年第10期39卷 4150-4167页

作者：宛晨晨周逸峰徐光威刘嘉琛刘晓明中国科学技术大学生命科学与医学部安徽合肥230026 安徽医学高等专科学校医学技术学院安徽合肥230601

神经营养因子-酪氨酸受体激酶B(tyrosine receptor kinase B,TrkB)信号通路在调控初级视皮层(primary visual cortex,V1)兴奋与抑制平衡上发挥着重要的作用,以往的研究揭示了其通过增加兴奋性传递效率来调控皮层兴奋性水平的机制,却并... 详细信息

神经营养因子-酪氨酸受体激酶B(tyrosine receptor kinase B,TrkB)信号通路在调控初级视皮层(primary visual cortex,V1)兴奋与抑制平衡上发挥着重要的作用,以往的研究揭示了其通过增加兴奋性传递效率来调控皮层兴奋性水平的机制,却并未阐明TrkB受体如何通过抑制系统来调控兴奋与抑制平衡,进而影响视觉皮层功能。为了探讨TrkB信号通路如何特异性地调控最主要的抑制性神经元——PV神经元进而对小鼠视觉皮层功能产生影响,本研究通过病毒特异性地降低V1区的PV神经元上TrkB受体的表达水平,并通过在体多通道电生理手段记录初级视皮层抑制性与兴奋性神经元功能变化,通过行为学实验测试小鼠的方位辨别能力改变。结果表明,初级视觉皮层中的PV抑制性神经元上的TrkB受体表达减少会显著增加兴奋性神经元的反应强度,减弱抑制性神经元与兴奋性神经元的方位辨别能力,增加二者的信噪比,但是小鼠个体水平的方位辨别能力出现下降。这些结果说明,TrkB信号通路并非单纯通过增加靶向PV神经元的兴奋性传递来调控PV神经元的功能,其对神经元信噪比的影响也并非由于抑制系统的增强所致。

关键词： TrkB受体初级视觉皮层电生理兴奋-抑制平衡系统

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浅析纤维艺术初期的编织艺术中的色彩

流行色 2022年第10期 143-145页

作者：刘嘉琛中国美术学院纤维艺术系浙江杭州310000

当编织摆脱其原有的实用性与装饰性成为一种新的纤维艺术形式时,编织者与织机也有了新的艺术身份,编织成为了一种创作而不是劳作。在纤维艺术早期不同的发展阶段中,艺术家们通过色彩的运用一次又一次地突破了编织的固化形式,为其增添了... 详细信息

当编织摆脱其原有的实用性与装饰性成为一种新的纤维艺术形式时,编织者与织机也有了新的艺术身份,编织成为了一种创作而不是劳作。在纤维艺术早期不同的发展阶段中,艺术家们通过色彩的运用一次又一次地突破了编织的固化形式,为其增添了新的艺术性。文章通过划分纤维艺术运动初期编织中色彩运用变化的时间线,探讨早期纤维艺术中编织艺术不同阶段中的色彩特点以及其原因。

关键词：纤维艺术编织色彩运用