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一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3228-3237页

作者：梁国龙滕远鑫王晋晋付进哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学)工业和信息化部哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

在半互质阵列(SCA)下,经典波达方向估计(DoA)算法在面对邻近相干信源时估计性能退化。为了解决该问题,该文提出一种适用于半互质阵列的高精度波达方向估计方法。首先,将半互质阵划分为3个均匀线阵并利用常规波束形成算法对子阵1、子阵2... 详细信息

在半互质阵列(SCA)下,经典波达方向估计(DoA)算法在面对邻近相干信源时估计性能退化。为了解决该问题,该文提出一种适用于半互质阵列的高精度波达方向估计方法。首先,将半互质阵划分为3个均匀线阵并利用常规波束形成算法对子阵1、子阵2和子阵3的阵列输出信号进行处理;然后,对子阵3的输出信号进行加权后与子阵1,2的输出信号加和构建和波束,利用子阵1与子阵2的输出信号做差构建差波束;最后,将上述和差波束做差得到最终输出信号,计算最终信号的功率得到方位谱。该方法基于半互质阵列特点构建和差波束,充分利用了3个子阵的重叠阵元实现估计精度的提高。通过仿真和湖上实测数据验证表明,该方法可以适用于半互质阵列实现波达方向估计,并且在面对邻近相干信源时其波达方向估计性能优于最小方差无失真估计算法(MVDR)和最小处理算法(MP)。

关键词：波达方向估计半互质阵列邻近相干信源波束形成

循环荷载下含瓦斯煤力学特性及应变场演化规律研究

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 90-101页

作者：王磊钟浩范浩邹鹏商瑞豪晋康安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

为研究循环荷载下含瓦斯煤力学特性及应变场演化规律,利用MTS816岩石力学试验系统和自主研制的含瓦斯煤气固耦合装置开展循环加卸载条件下含瓦斯煤力学特性试验,分析循环加卸载下煤样强度和变形特性,并结合数字图像相关(DIC)技术探究含... 详细信息

为研究循环荷载下含瓦斯煤力学特性及应变场演化规律,利用MTS816岩石力学试验系统和自主研制的含瓦斯煤气固耦合装置开展循环加卸载条件下含瓦斯煤力学特性试验,分析循环加卸载下煤样强度和变形特性,并结合数字图像相关(DIC)技术探究含瓦斯煤应变场演化规律。结果表明:①循环加卸载作用下,加卸载曲线之间不重合,形成滞回环,且随着循环次数的增加,滞回环面积逐渐增大,并向着应变增大的方向逐渐移动;不同瓦斯压力的煤样在循环荷载作用下均呈明显的脆性破坏。②循环加卸载作用下,随瓦斯压力升高,煤样峰值强度降低,加载变形模量和卸载变形模量均增大,且卸载变形模量始终大于加载变形模量;随着循环次数的增加,变形模量差值逐渐减小并最终在0~0.1 GPa。③循环加卸载条件下煤样不可逆应变与循环次数之间呈“初始、稳定、加速扩展”的3阶段变化特征,曲线整体从L型向U型趋势发展,累计不可逆应变与循环次数之间呈快速增加、缓慢增加、快速增加的趋势,不可逆应变与累积不可逆应变均随瓦斯压力增大而增加。④在低瓦斯压力下,煤样应变集中区主要为单一竖向应变集中带,随瓦斯压力增大,局部应变集中带逐渐由竖向单一向无序复杂转变;瓦斯压力越大,应变场波动程度越剧烈且剧烈程度主要集中在中部区域;高瓦斯压力下,随瓦斯压力升高,峰值点的个数越多,应变越大。

关键词：循环加卸载含瓦斯煤力学特性数字图像相关(DIC) 应变场演化

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高铁接触网系统可靠性评估与维修计划决策

铁道工程学报 2024年第1期41卷 81-87,98页

作者：池瑞郝芃斐陈进屈志坚池学鑫华东交通大学南昌330013

研究目的:针对高速铁路接触网系统四种维修方式,本文以接触网系统可靠性最高和维修费用最低为目标,建立基于维修方式组合的预防维修系统多目标优化模型,提出一种改进多目标粒子群优化算法对该模型进行求解。首先采用PWLMC混沌映射生成... 详细信息

研究目的:针对高速铁路接触网系统四种维修方式,本文以接触网系统可靠性最高和维修费用最低为目标,建立基于维修方式组合的预防维修系统多目标优化模型,提出一种改进多目标粒子群优化算法对该模型进行求解。首先采用PWLMC混沌映射生成初始化种群,增强种群多样性,然后采取非线性递减的惯性权重调整策略,提高算法寻优精度和收敛速度。在种群进化过程中,对每一代粒子使用归一化越界处理方法,防止算法陷入早熟。研究结论:(1)提出的改进多目标粒子群优化算法与现有算法相比,Pareto最优解前端的分布范围更广且种群多样性及获得的最优解精度均有提高;(2)在维修次数取13的情况下,改进算法获得的维修方案及该方案下各部件的动态可靠性能均达到较理想效果;(3)改进多目标粒子群优化算法可在满足实际安全运行的要求下得到最优决策方案,有效减低接触网系统维修费用的同时提高其可靠性,为高速铁路接触网系统可靠性评估与维修计划决策提供有效方法。

关键词：接触网系统电气化铁路改进的多目标粒子群优化算法维修费用可靠度归一化

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多LED可见光定位通信一体化稳健功率分配

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1186-1195页

作者：杨瑞鑫张冠杰马帅柴进晋徐刚李世银中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 鹏城实验室深圳518055 空军工程大学防空反导学院西安710051 东南大学毫米波国家重点实验室南京210000

为了实现可见光定位(VLP)与可见光通信(VLC)一体化信号传输,保证稳健通信和有效定位,该文提出一种基于频分复用(FDM)的可见光定位通信一体化(VLPC)信号传输方案,并设计了一种多LED VLPC稳健功率分配方案。首先提出了一种基于频分复用的V... 详细信息

为了实现可见光定位(VLP)与可见光通信(VLC)一体化信号传输,保证稳健通信和有效定位,该文提出一种基于频分复用(FDM)的可见光定位通信一体化(VLPC)信号传输方案,并设计了一种多LED VLPC稳健功率分配方案。首先提出了一种基于频分复用的VLPC传输方案,实现两种信号一体化传输,频谱资源独立分配,从而降低传输时延,提高定位实时性;然后基于定位结果进行可见光信道估计,揭示了信道估计误差、通信速率与实际定位误差之间耦合关系与统计特性;更进一步,基于所得到的耦合关系,研究了多LED VLPC联合功率分配问题,从而最小化定位误差克拉默-拉奥下界(CRLB),并满足功率约束和通信速率中断概率约束,并利用半正定松弛、最差情况条件风险值和连续凸近似等方法,将难以求解的非凸问题转化为一系列凸半正定规划问题进行迭代求解,并获得高质量可行解;最后,经过数值仿真验证,所提出的方案能够同时实现稳健通信和有效定位。稳健传输速率超过350 Mbit/s,并且当最小速率门限为200 Mbit/s,最大中断概率门限为0.01时,在直射路径加散射路径场景中,可以实现厘米级定位。

关键词：可见光定位可见光通信稳健功率分配

长期水浸作用下煤样渐进破坏特征及损伤本构模型

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 918-933页

作者：韩鹏华赵毅鑫高森高艺瑞张村胡勇中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 华能煤业有限公司北京100070

水岩作用是煤岩体弱化的一个重要因素,长期水浸作为水岩作用的一种类型,在采矿工程和井巷工程中广泛存在。通过单轴压缩试验获取长期水浸过程中煤样的渐进破坏特征,建立力学参数与饱和度和浸水时间之间的关系,并分析煤样宏观裂隙扩展特... 详细信息

水岩作用是煤岩体弱化的一个重要因素,长期水浸作为水岩作用的一种类型,在采矿工程和井巷工程中广泛存在。通过单轴压缩试验获取长期水浸过程中煤样的渐进破坏特征,建立力学参数与饱和度和浸水时间之间的关系,并分析煤样宏观裂隙扩展特征。结果表明,煤样的浸泡过程可分为非饱和浸泡和长期(饱和)浸泡2个阶段。在非饱和浸泡阶段和长期浸泡阶段,煤样的峰值应力分别降低46.3%和34.5%,且符合指数下降的趋势。在长期水浸的过程中,煤样加载后产生宏观裂缝的数量由干燥状态的6~8条逐渐减少至浸泡360 d的2~3条,且破坏形式由拉伸和剪切复合破坏向单一剪切破坏转变。根据煤样初始压密特征以及临界破坏强度特征,采用连续损伤力学和统计损伤理论提出一种描述煤样在长期水浸作用下整个变形过程的损伤本构模型。基于此模型可以发现随着浸水时间的增加,初始损伤量由干燥煤样的0逐渐增加至浸泡360 d煤样的0.773。此外,通过引入均方根误差RMSE和决定系数R^(2)来评估模型曲线与试验数据之间误差和拟合度,发现改进后模型的理论曲线与试验数据吻合度最高。改进后模型的RMSE最大值和R^(2)最小值分别为1.81和0.76,均优于已有文献提出的模型。

关键词：采矿工程煤长期水浸特征应力应变差损伤本构模型

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电化学技术在食品检测中的应用研究进展

食品科学 2024年第3期45卷 295-306页

作者：王艳包士雷孙立瑞窦博鑫辛嘉英张娜哈尔滨商业大学食品工程学院黑龙江哈尔滨150028

电化学技术利用待测物质发生反应产生的电化学信号实现其检测,因其操作简单、成本低、精密度及灵敏度高等优点在食品检测分析中的应用备受关注,并取得了许多研究进展。本文从电化学检测方法、类型、基本原理和在食品检测领域的研究现状... 详细信息

电化学技术利用待测物质发生反应产生的电化学信号实现其检测,因其操作简单、成本低、精密度及灵敏度高等优点在食品检测分析中的应用备受关注,并取得了许多研究进展。本文从电化学检测方法、类型、基本原理和在食品检测领域的研究现状方面进行了综述和分析,并对其应用发展前景进行展望,为促进电化学技术在食品检测分析领域的应用提供参考,以满足食品快速检测分析的发展需求。

关键词：电化学食品检测

直流塑壳断路器开断时的飞弧现象以及抑制措施

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电工技术学报 2024年

作者：李静高万瑞段薇刘树鑫于龙滨沈阳工业大学特种电机与高压电器教育部重点实验室沈阳工业大学电气工程学院国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院

直流塑壳断路器广泛应用于直流配电网中，随着开断容量的提升，大电流开断下的飞弧现象时有发生，对设备和人身安全形成隐患。本文通过实验研究恒定驱弧磁场作用下塑壳断路器在不同开断电流下的电弧运动过程，利用高速摄像机拍摄捕捉到... 详细信息

直流塑壳断路器广泛应用于直流配电网中，随着开断容量的提升，大电流开断下的飞弧现象时有发生，对设备和人身安全形成隐患。本文通过实验研究恒定驱弧磁场作用下塑壳断路器在不同开断电流下的电弧运动过程，利用高速摄像机拍摄捕捉到大电流开断过程中的飞弧现象。基于磁流体动力学理论，建立了考虑阿基米德力（浮力）的改进电弧磁流体动力学（MHD）模型，对飞弧现象进行数值分析，发现在塑壳断路器灭弧室中，高温电弧导致跑弧道拐角处产生反向气流涡旋将抑制弧柱向上运动，高能量电弧所受浮力无法充分发挥，导致上半部电弧无法进入栅片，栅片利用率低，下半部电弧由于能量较大，进入栅片后飞出，造成“飞弧”现象；另外由于大能量电弧所受洛伦兹力较大，电弧被切割后与栅片进行热量交换时间短暂，无法及时散热，运行至栅片尾部的电弧仍具有较高能量，易飞出栅片产生“飞弧”现象。根据仿真结果，采用双出气口结构灭弧室，改变气流场分布，减小了气流漩涡，充分发挥大能量电弧浮力作用，提高栅片的利用率；采用改进绝缘产气栅片，限制弧根的运动速度，增加灭弧室内栅片与电弧的热交换时间，减小飞弧能量。通过实验与仿真对改进灭弧室进行分析，验证其合理性，对两种抑制措施进行结构优化，得到两种改进结构下的最优解。结果表明，两种措施在一定程度上抑制了飞弧现象的发生，有利于电弧的开断。

关键词：直流塑壳断路器飞弧阿基米德力改进MHD模型飞弧抑制

北京市农田土壤有机碳密度空间变异及影响因素

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农业工程学报 2024年第9期40卷 119-127页

作者：孔晨晨张世文袁胜君王维瑞夏沙沙胡睿鑫安徽理工大学地球与环境学院淮南232001 北京市密云区土肥工作站北京101500 北京市耕地建设保护中心北京100020

探明区域农田土壤有机碳密度(soil organic carbon density,SOCD)空间分布特征及其影响因素对增加农田土壤碳汇、实现“双碳”目标具有重要意义。该研究以北京市为研究区,基于2022年采样实测的0~60 cm各层SOCD数据,采用3D概念模型、Mant... 详细信息

探明区域农田土壤有机碳密度(soil organic carbon density,SOCD)空间分布特征及其影响因素对增加农田土壤碳汇、实现“双碳”目标具有重要意义。该研究以北京市为研究区,基于2022年采样实测的0~60 cm各层SOCD数据,采用3D概念模型、Mantel test、地理加权回归、地理探测器模型开展SOCD空间变异分析,探究不同因素对SOCD的影响程度及各因素间交互后的作用力。结果表明:1)研究区SOCD在空间上呈自表层向深层逐渐降低的趋势,其中0~15 cm土层的SOCD显著高于30~60 cm(P<0.05),0~60 cm土层的有机碳储量约为10.80 Tg。2)土壤含水率、土壤亚类、地形部位分别对0~15、15~60、45~60 cm土层的SOCD产生了显著影响(P<0.05);土壤亚类、土壤母质、土壤质地、地形部位与SOCD的空间关联性较强,关联程度自表层向下逐渐增大。3)各重要因子交互后对研究区SOCD的解释能力呈双因子增强或非线性增强的关系,土壤亚类与其他各因子交互后对SOCD的解释能力提升最为突出。今后研究区内开展土壤有机碳空间变异等相关研究时应尽可能综合考虑多因素间的交互作用,其中土壤亚类(土壤类型)可作为重点指标。研究结果可为优化农田资源空间结构,制定农田固碳增汇措施提供科学参考。

关键词：农田土壤有机碳三维空间模拟影响因素空间相关交互效应

基于在线自组织增量学习的非侵入式负荷识别方法

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 316-324页

作者：胡正伟王志红畅瑞鑫谢志远曹旺斌华北电力大学电子与通信工程学院河北保定071003

随着电子技术智能化的发展,对实现电器负荷使用情况的精准识别在智慧用电领域将有广泛的用户需求。为了实现对电器设备的实时在线精确监测,本文提出了一种基于在线自组织增量学习(SOINN)的非侵入式负荷识别方法。该方法包含负荷特征提... 详细信息

随着电子技术智能化的发展,对实现电器负荷使用情况的精准识别在智慧用电领域将有广泛的用户需求。为了实现对电器设备的实时在线精确监测,本文提出了一种基于在线自组织增量学习(SOINN)的非侵入式负荷识别方法。该方法包含负荷特征提取、负荷特征分类及电器识别2个步骤。在负荷特征提取步骤中,提出了包含奇次谐波、均值、方差、3阶矩、4阶矩、电流有效值、功率谱峰值、功率谱谷值在内的共12维特征的特征提取方案。在负荷特征分类及电器识别步骤中,提出了结合SVM的SOINN的负荷特征分类及电器识别方法,以克服传统的SOINN算法不能实现电器类型识别功能的缺陷。通过C++语言将所提方法中的功能算法编写成微处理器系统的可执行功能模块,将功能模块移植部署在SoCFPGA的HPS端运行,实现了FPGA和HPS之间的协同高速数据通信。选取了8种常规家用电器作为负荷识别对象,搭建了基于SoCFPGA的硬件实验平台,进行了最优负荷特征选取,并采用本文方法对单电器与多电器的在线负荷进行了识别。实验结果:选取12维特征为本文方法的最优特征组合;本文方法的单电器与多电器的识别率均在95%以上。本文提出的负荷识别方法能够有效、准确地识别单电器与多电器;系统可实施性强,灵活性高,具有在线学习的优越性与实际应用的切实可行性。

关键词：增量学习负荷识别 12维样本特征 FPGA