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基于改进学生心理优化算法的无人机路径规划

国外电子测量技术 2024年第4期43卷 78-84页

作者：李汶键鲁旭涛万炎成郭晓宇中北大学机电工程学院太原030051

针对标准学生心理优化算法(student psychology based optimization, SPBO)在解决无人机路径规划中遇到的搜索能力欠缺、陷入局部最优等问题,提出一种改进学生心理优化算法的无人机三维路径规划。首先,为增强无人机的局部搜索能力,引入... 详细信息

针对标准学生心理优化算法(student psychology based optimization, SPBO)在解决无人机路径规划中遇到的搜索能力欠缺、陷入局部最优等问题,提出一种改进学生心理优化算法的无人机三维路径规划。首先,为增强无人机的局部搜索能力,引入人为划分小组和分层学习方式,对学生心理优化算法中的学生群体进行更新处理。其次,为解决无人机陷入局部最优问题,借鉴蜜獾算法(honey badger algorithm, HBA)中的挖掘搜索机制来跳出局部搜索。最后,通过MATLAB仿真实验结果表明,改进学生心理优化算法(ISPBO)的平均路径长度减少了0.127 5 km、代价平均值降低了1.94%和标准差减少了84.07%,验证了ISPBO具有更强的寻优能力和更好的稳定性。

关键词：无人机 SPBO 路径规划 HBA 分层学习

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应急搜索UAV集群协同任务规划策略

电子与信息学报 2022年第1期44卷 187-194页

作者：鲁旭涛智超群张丽娜秦英伟李静王英中北大学机电工程学院太原030051 中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051 中北大学能源动力工程学院太原030051

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础... 详细信息

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础,通过建立搜索区域的空间模型,进一步运用O-FCMA进行区域几何划分,并采用O-HPSO实现划分区域内的路径规划,以实现多UAV集群搜索总体任务的规划。仿真实验结果表明,采用O-HPSO结合O-FCMA进行无源UAV区域搜索任务较ACO或模拟退火算法结合K聚类算法或FCMA相比,在保证搜索区域全覆盖条件下,有源搜索与无源搜索过程中UAV决策时间分别降低了7%~21%和16%~31%,搜索效率分别提升了7%~13%和3%~7%。结果表明所提方法有效降低了UAV集群的决策时间,提升了搜索效率。

关键词：无人机多机协同任务规划模糊C聚类算法优化混合粒子群算法

基于LPA^(*)优化算法的察打一体无人机远距离飞行航线规划

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战术导弹技术 2023年第4期 148-155,164页

作者：郭晓宇鲁旭涛中北大学机电工程学院太原030051

针对大型察打一体无人机在动态环境下远距离自主飞行过程中航线规划速度慢、对航线中出现的意外情况无法及时规避等问题,提出了基于LPA^(*)算法的远距离无人机动态航线规划算法。通过构建飞行空域地图模型,对不安全空域进行地图标注,无... 详细信息

针对大型察打一体无人机在动态环境下远距离自主飞行过程中航线规划速度慢、对航线中出现的意外情况无法及时规避等问题,提出了基于LPA^(*)算法的远距离无人机动态航线规划算法。通过构建飞行空域地图模型,对不安全空域进行地图标注,无人机首先预存静态理想环境下的航线。在未出现动态危险空域前,LPA^(*)算法将引导无人机继续遵循静态预规划的航线飞行,机载雷达只探测航线方向空域节省资源;当机载雷达侦测到已规划航线上出现动态危险空域时,LPA^(*)算法启用算法预警,提前引导无人机躲避动态障碍,并对后续航线进行动态规划。仿真试验结果表明,LPA^(*)算法在动态环境下,相比于经典LPA^(*)算法用时缩短了72.41%,提前20 km避开了危险空域,降低了出现意外事故的概率。

关键词：无人机飞行路径规划动态规划预规划算法栅格地图 LPA^(*)算法 A^(*)算法

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水质监测机器人集群编队路径规划策略

国外电子测量技术 2022年第5期41卷 15-20页

作者：智超群鲁旭涛张丽娜中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学机电工程学院太原030051

针对水质监测机器人集群编队路径规划求解时,传统的粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)存在搜索速度慢,容易陷入局部最优等问题,提出了一种混合粒子群优化算法(hybrid particle swarm optimization,HPSO),通过引入遗传算... 详细信息

针对水质监测机器人集群编队路径规划求解时,传统的粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)存在搜索速度慢,容易陷入局部最优等问题,提出了一种混合粒子群优化算法(hybrid particle swarm optimization,HPSO),通过引入遗传算法(genetic algorithm,GA)中的交叉、变异等操作改变PSO中的最优粒子易趋向局部最优性,增加粒子群多样性,避免求解结果陷入局部最优;同时对算法的惯性权重进行调节,加快算法的收敛速度。仿真结果表明,在保证水质监测任务完成的前提下,HPSO相对于传统的GA能够有效的减少路径交叉节点两个,总路径长度缩短53.147 km;而相较传统的PSO而言能够有效的减少路径交叉节点5个,总路径长度缩短133.826 km,优化了编队路径规划策略,提高了算法收敛速度。

关键词：路径规划粒子群优化算法遗传算法编队控制水质监测器人

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单向轴承电机驱动的可逆式引信隔爆机构

探测与控制学报 2022年第6期44卷 47-52页

作者：范宏辉彭志凌鲁旭涛谢非班伟中北大学机电工程学院山西太原030051 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所湖北宜昌443003

现有的步进电机运动可逆式隔爆机构结构复杂、功耗大,基于滑块继续运动的可恢复隔爆机构无法再次恢复为待发状态。针对上述问题,提出一种单向轴承电机驱动的可逆式引信隔爆机构。利用单向轴承的运动特性,使步进电机正转驱动导爆筒直线运... 详细信息

现有的步进电机运动可逆式隔爆机构结构复杂、功耗大,基于滑块继续运动的可恢复隔爆机构无法再次恢复为待发状态。针对上述问题,提出一种单向轴承电机驱动的可逆式引信隔爆机构。利用单向轴承的运动特性,使步进电机正转驱动导爆筒直线运动,反转驱动导爆筒旋转运动;直线运动确定导爆筒的位置,旋转运动确定导爆筒的角度,根据指令信息即可完成爆炸序列的对正或使爆炸序列处于隔爆状态。验证结果表明,该隔爆机构可以实现引信延迟解除隔离,可以实现引信在待发状态与安全状态之间转换,可显著提升隔爆机构的测试性,并且具有成本低、结构简单等优点。

关键词：引信隔爆机构步进电机运动可逆可逆式轴承

基于光谱探测与图像识别的反伪装目标系统研究

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光谱学与光谱分析 2015年第5期35卷 1440-1444页

作者：王博高玉斌鲁旭涛中北大学计算机与控制工程学院山西太原030051 中北大学理学院山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

为了在野外环境中快速有效地识别敌方伪装的机动目标,设计了基于光谱探测与视频图像目标识别方法联用的目标识别系统。采用视频图像识别技术获取被测区域的二维影像,再通过光谱探测技术识别目标,最终将目标重建在图像相应位置上从而实... 详细信息

为了在野外环境中快速有效地识别敌方伪装的机动目标,设计了基于光谱探测与视频图像目标识别方法联用的目标识别系统。采用视频图像识别技术获取被测区域的二维影像,再通过光谱探测技术识别目标,最终将目标重建在图像相应位置上从而实现目标识别的可视化。理论推导得到了系统可识别目标的函数关系式,根据该函数关系进行了目标识别的量化实验。实验采用汽车模拟被测机动目标,在不同距离上分别以平坦荒地、灌木丛和废弃建筑物为背景,对明显目标、涂覆迷彩色的目标以及遮挡伪装物的目标分别进行光谱探测。实验结果显示,测试背景对光谱探测效果有一定影响,背景的连续性有利于目标识别;伪装方式以伪装物遮挡最难识别,且随着目标与系统的距离增大而信噪比随之降低。综上所述,采用光谱探测技术克服了传统图像目标识别无法识别伪装目标的缺点,可以实现对伪装目标的有效识别。

关键词：目标识别光谱探测干涉系统伪装目标

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5G背景下智慧农业通信节点部署策略

西安交通大学学报 2020年第10期54卷 45-53页

作者：刘昊李静鲁旭涛中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

针对5G背景下大规模智慧农业传感器网络通信节点在三维空间内部署时,传统的随机节点部署方式存在高能耗、高成本及节点脱节问题,提出了一种基于维诺图(VD)与飞蛾扑火算法(MFO)结合的节点优化部署策略。首先,利用5G通信高带宽的特点,设... 详细信息

针对5G背景下大规模智慧农业传感器网络通信节点在三维空间内部署时,传统的随机节点部署方式存在高能耗、高成本及节点脱节问题,提出了一种基于维诺图(VD)与飞蛾扑火算法(MFO)结合的节点优化部署策略。首先,利用5G通信高带宽的特点,设计了一种分层式通信方案,在此基础上,建立了分层式节点最优部署模型、通信能耗模型以及传感器信息传输网络全连通模型;其次,针对MFO算法种群生成的随机性及搜索无向性的缺陷,设计了基于三维VD的引导式搜索算法(VIMFO);最后,通过对相关模型进行优化求解,从而取得传感器网络通信节点的部署位置。仿真结果表明,与经典MFO算法相比,VIMFO算法能够在提升寻优速度37.89%的基础上,降低传感器通信网络能耗6.9%;在保证农田传感器通信网络节点全连通的前提下,提升了通信网络节点的生存周期。

关键词：智慧农业通信节点传感器网络节点部署飞蛾扑火算法维诺图

提高特征光谱法在微量气体监测中灵敏度的研究

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光谱学与光谱分析 2010年第7期30卷 1890-1893页

作者：孙运强鲁旭涛中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学科技产业处山西太原030051

为了实现对室内微量有毒气体实时监测,提高基于特征光谱检测方法的测量精度,提出了特征波长过滤窗的方法。将高浓度的待测气体作过滤窗,标准空气作参考窗,气室充待测浓度的待测气体,采用组合测量得到的多组光谱进行差分、相关等数据处... 详细信息

为了实现对室内微量有毒气体实时监测,提高基于特征光谱检测方法的测量精度,提出了特征波长过滤窗的方法。将高浓度的待测气体作过滤窗,标准空气作参考窗,气室充待测浓度的待测气体,采用组合测量得到的多组光谱进行差分、相关等数据处理求解气室中待测气体的浓度。实验显示,采用WQF-520-FTIR型红外光谱仪得到癸二酸二丙脂红外吸收谱线主要有四条:3 385.26,3 417.64,5 797.11和8 561.65nm,分别对应的吸光度为1.520 0,1.542 1,2.431 8和1.352 6。对应的可检测的最小含量为50×10-9,而采用特征波长过滤窗的方法波长位置可实现10-4nm量级的对准,在确定待测气体含量量级的条件下,可检测的最小含量为5×10-9,灵敏度提高约10倍。该方法具有高灵敏度、无中毒、可实时检测等优点。

关键词：特征光谱特征波长过滤窗微量气体检测有毒气体癸二酸二丙脂

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低电压下爆炸箔的电爆性能

科学技术与工程 2023年第21期23卷 9042-9047页

作者：王鹏王锋鲁旭涛宋进宇班伟中北大学机电工程学院太原030051 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所宜昌443003

冲击片雷管是全电子安全系统中作为起爆点火常用的执行机构,是解决全电子安全系统起爆安全性的最好途径。针对电爆炸起爆系统(electro explication system, EFIS)中冲击片雷管充电电压高的问题,对桥区尺寸为250μm×250μm×3μm的铝(Al... 详细信息

冲击片雷管是全电子安全系统中作为起爆点火常用的执行机构,是解决全电子安全系统起爆安全性的最好途径。针对电爆炸起爆系统(electro explication system, EFIS)中冲击片雷管充电电压高的问题,对桥区尺寸为250μm×250μm×3μm的铝(Al)膜爆炸箔进行低电压适配研究。在分析爆炸箔电爆参数中的爆发电压、爆发电流及爆发时间等影响因子的基础上,通过改进的FIRESET模型中添加修正系数,利用Simulink平台建立模型进行仿真分析,结合试验研究在800、1 000、1 200 V的爆发电流、爆发电压、爆发时间的变化规律。结果表明:充电电压为1 000 V时,Al制爆炸箔的电爆炸电能量利用率更高,添加的修正参数也有一定的可行性。

关键词：低电压爆炸箔爆发电流爆发电压爆发时刻能量利用率