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我国空间对地观测技术的发展与展望

测绘学报 2022年第7期51卷 1153-1159页

作者：江碧涛 61646部队北京100192

经过50余年发展,我国空间对地观测技术实现了从无到有、由弱到强等巨大跨域,已在经济建设和国防安全等领域取得了广泛应用。当前,物联网、大数据、云计算、人工智能等飞速发展,空间对地观测技术正在发生深刻变革。为把握技术发展脉络,... 详细信息

经过50余年发展,我国空间对地观测技术实现了从无到有、由弱到强等巨大跨域,已在经济建设和国防安全等领域取得了广泛应用。当前,物联网、大数据、云计算、人工智能等飞速发展,空间对地观测技术正在发生深刻变革。为把握技术发展脉络,推动“十四五”我国空间对地观测领域高质量发展,本文系统梳理了我国空间对地观测技术的发展历程,从国际竞争、国内需求和技术革新等方面分析了面临的机遇和挑战,展望了巨型星座建设、海量数据处理、智能融合应用等技术发展方向。

关键词：对地观测发展历程展望

炭载纳米零价铁的制备及其在污染场地原位修复中的应用研究

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炭载纳米零价铁的制备及其在污染场地原位修复中的应用研究

作者：鲁涛涛北京石油化工学院

学位级别：硕士

近年来,在石油行业等引起的环境污染修复过程中,绿色可持续的原位修复技术备受青睐。纳米零价铁(nZVI)因其特有的表面效应、较强的还原性,在污染场地的原位修复领域具有巨大的应用潜力,在环境领域得到广泛研究。本文系统开展了nZVI改性... 详细信息

近年来,在石油行业等引起的环境污染修复过程中,绿色可持续的原位修复技术备受青睐。纳米零价铁(nZVI)因其特有的表面效应、较强的还原性,在污染场地的原位修复领域具有巨大的应用潜力,在环境领域得到广泛研究。本文系统开展了nZVI改性材料的制备、验证与应用研究,研究工作将有助于推动铁基材料在污染场地原位修复领域的进一步应用。本研究首先采用电爆法合成nZVI,通过浸渍物理沉淀法负载到斯列普改性生物炭(SAC)上,成功制备了炭载纳米零价铁材料(SAC-nZVI)。SEM结果表明nZVI成功负载到SAC上。nZVI平均粒径为80-100 nm,EDS进一步验证了元素分布的均匀性。XRD图谱表明,SAC经过高温活化炭结构出现无序化,有发达的孔隙结构形成,并产生乱层类石墨结构中微晶(002)晶面,高纯度的nZVI以α-Fe形态(110)存在于SAC表面及孔内,SAC-nZVI的比表面积为243.74 m/g。其次,开展了复合纳米材料在六价铬(Cr(VI))和三氯乙烯(TCE)污染地下水模拟修复实验,系统研究了污染物的去除效果及动力学分析。SAC-nZVI能有效分散nZVI,充分发挥材料的吸附/还原双重作用。材料投加量越大,污染物的初始浓度越低,材料与污染物接触率越高,去除效果越好。最后,开展了高压旋喷原位化学氧化修复实验,选取萘作为特征污染物,其在3.8～6.5 m深度浓度超过400 mg/kg。修复实验表明,SAC-nZVI能使Fe的稳定释放,延长稳定反应时间约8 h。旋喷后48 h,SAC-nZVI组平均萘修复值为358.6 mg/kg。

关键词：纳米零价铁生物炭负载改性场地原位修复

不同装药密度PBX-3炸药的高压声速和状态方程

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火炸药学报 2022年第3期45卷 364-369页

作者：种涛傅华李涛莫建军蔡进涛中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

利用斜波实验装置和双光源外差测速技术,开展了3种密度的HMX基塑料黏结炸药(PBX-3)的动态压缩实验,获得了PBX-3炸药的界面速度历程数据;利用适用于斜波压缩台阶样品实验的数据处理方法,获得了3种装药密度PBX-3炸药的高压声速与粒子速度... 详细信息

利用斜波实验装置和双光源外差测速技术,开展了3种密度的HMX基塑料黏结炸药(PBX-3)的动态压缩实验,获得了PBX-3炸药的界面速度历程数据;利用适用于斜波压缩台阶样品实验的数据处理方法,获得了3种装药密度PBX-3炸药的高压声速与粒子速度间的关系以及压力与相对比容间的关系。结果表明,随着PBX-3炸药的装药密度从1.82g/cm^(3)增加到1.84g/cm^(3),其初始声速从2.45km/s增至2.68km/s;基于斜波压缩过程对应的三阶Birch-Murnaghan等熵状态方程和实验数据处理获取的动力学参数,对PBX-3炸药的斜波动力学压缩过程进行了一维动力学模拟,计算与实验的速度波形起跳时刻基本相同,上升沿时间均约为0.4μs,3发计算与实验的速度峰值分别约为1.00、0.80和0.95km/s,计算结果可很好地描述实验过程。

关键词：材料力学 PBX-3 Birch-Murnaghan状态方程斜波加载声速

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基于光化学的紫外线灯电子镇流器技术研究

基于光化学的紫外线灯电子镇流器技术研究

作者：胡涛涛合肥学院

学位级别：硕士

近年来,基于光化学222nm波长的准分子紫外线灯消毒技术引起了社会的广泛关注,相较于传统的灭菌消毒技术,该技术安全系数高、污染少,在医疗消毒领域上具有广阔的应用前景。准分子紫外线灯需要在高频高压的条件下才能够利用介质阻挡放电... 详细信息

近年来,基于光化学222nm波长的准分子紫外线灯消毒技术引起了社会的广泛关注,相较于传统的灭菌消毒技术,该技术安全系数高、污染少,在医疗消毒领域上具有广阔的应用前景。准分子紫外线灯需要在高频高压的条件下才能够利用介质阻挡放电来激发灯管内相应的混合气体,产生对应的准分子并在短时间内跃迁为基态的同时释放出光子,产生相应波长的紫外线,从而实现灭菌消毒的目的。目前对日常生活中所使用的普通的紫外线灯电子镇流器研究和设计已经有很多,但普通的紫外线灯电子镇流器无法提供小功率准分子紫外线灯正常工作时所需要的高频高压条件,因此,面向小功率准分子紫外线灯电子镇流器的研究和设计有待深入。由于电子镇流器的输出特性和控制策略决定了准分子紫外线灯的工作状态,研究设计出性能优越的准分子紫外线灯电子镇流器对准分子紫外线灯消毒技术的推广有着积极的作用。论文针对基于光化学的准分子紫外线灯电子镇流器的拓扑电路和控制电路进行研究,设计并搭建一台最大输出功率为70W、有着良好输出特性的准分子紫外线灯电子镇流器,保证准分子紫外线灯在该电子镇流器的作用下能够正常稳定工作。主要研究内容包括:(1)对紫外线灭菌原理以及紫外线灯的结构、工作原理、介质阻挡放电条件下紫外线产生过程等进行了详细分析。根据准分子紫外线灯的工作要求,分析得出准分子紫外线灯电子镇流器应具备的输出特性,对准分子紫外线灯电子镇流器常见的拓扑结构进行比较分析,并根据设计目标确定本文中电子镇流器所采用的拓扑结构。(2)在对电子镇流器功率因数校正电路和LLC谐振电路工作原理进行分析的基础上,确定了Boost电路作为电子镇流器功率因数校正电路,以及半桥LLC谐振电路作为电子镇流器的DC/AC电路。对Boost型功率因数校正电路和半桥LLC谐振电路的主电路和控制电路进行了设计,并对开关管、磁性元件、高频变压器等主要器件进行了选型和参数及结构设计。(3)为保证紫外线灯的正常运行,通过设计合理的控制策略保证电子镇流器电压稳定输出。首先,针对半桥LLC谐振电路输出高频高压采样困难的问题,提出在高频变压器中增设辅助绕组的采样方案;其次,以辅助绕组整流滤波后的电压输出为被控对象,采用扫频法建立半桥LLC谐振电路小信号模型,实现了简单、精确的小信号建模;然后基于所建立的小信号模型,通过优化零极点配置,提出使用一个单零点单极点网络对其补偿,实现输出电压的稳定性控制和快速响应。最后通过设计搭建相对应的控制器硬件电路实现所提出的控制策略。(4)完成70W准分子紫外线灯电子镇流器的样机搭建,并测试样机关键工作波形,结合紫外线灯的工作情况,验证了所设计的硬件电路和所提控制策略的可行性。

关键词：准分子紫外线灯电子镇流器 PFC LLC谐振

大概念理念下的高中生物学大单元教学实践研究——以人教版《生物与环境》为例

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大概念理念下的高中生物学大单元教学实践研究——以人教版《生物...

作者：胡涛涛延安大学

学位级别：硕士

随着生物学教学改革的深入,学者们所关注的核心课题也在持续的丰富和发展,呈现出新的特点和趋势。最新版课程标准提出,教学内容需聚焦大概念,以发展学生的核心素养为最终目标。大概念理念下的大单元教学或许是落实学科核心素养培养的有... 详细信息

随着生物学教学改革的深入,学者们所关注的核心课题也在持续的丰富和发展,呈现出新的特点和趋势。最新版课程标准提出,教学内容需聚焦大概念,以发展学生的核心素养为最终目标。大概念理念下的大单元教学或许是落实学科核心素养培养的有效途径。通过文献研究法、归纳分析法、实验研究法、统计分析法等研究方法,以人教版《生物与环境》为例展开论述。首先,明确生物学大概念确定以及细化的理论路径;其次,在梳理当前大单元教学设计研究成果的基础上,阐述其具体的操作过程;最后,采用纸笔测验、实作评价等方式探索大单元教学的实践效果。教学实践过程中,随机选取延安市某中学的两个自然班,探究大概念理念下的大单元教学是否有助于学生核心素养的发展以及大概念的构建。具体结果为:1.实验组的后测成绩高于对照组的后测成绩(P=0.0290.05),实验组后测成绩高于前测成绩(P<0.001):3.实验组与对照组的后测与前测成绩差值总体分布存在统计学差异(P<0.001),且实验组成绩差值中位数高于对照组成绩差值中位数;4.概念图的绘制结果:整体上实验组关于概念图绘制的效果是优于对照组。因此,得出结论:大概念理念下的大单元教学有助于学生核心素养的发展以及大概念的构建。在整个教学研究过程中,始终围绕“大概念是什么?”、“大概念怎么用?”、“大单元教学的效果怎么样?”的问题,最终得出以下结论:1.大概念的提取路径:通过深入研读课程标准,从学科知识逻辑以及课程内容组织逻辑两个视角进行理论分析,梳理教学内容所涉及的大概念、重要概念。2.大概念理念下的大单元教学具体实践环节:提炼大概念,建构教学大单元——确定大单元教学目标——依托真实大情境,设计进阶大任务——问题链导向,组织大单元教学活动——概念图评价,引导学后反思。3.大概念理念下的大单元教学有助于学科核心素养的发展、学生概念网络的建构、动手实践和解决问题能力的培养。4.大概念理念下的大单元教学对教师教学能力要求更高,需要教师教师不断的优化完善,从宏观的角度把握教学深度和广度,从微观的角度以大概念的逻辑串联每一节课时的教学内容,形成完整的教学结构。

关键词：大概念大单元教学核心素养生物与环境

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隐性成本视角下零售商双渠道定价与协调研究

隐性成本视角下零售商双渠道定价与协调研究

作者：郭冰涛河北工业大学

学位级别：硕士

互联网+背景下,大型制造商、传统零售商纷纷建立网络销售渠道,开展电子商务交易。由于网络渠道的运营成本相对较低,其销售价格往往也低于传统渠道,这直接导致不同渠道之间的渠道冲突问题。此外由于制造商和零售商通常以自身利润最大化... 详细信息

互联网+背景下,大型制造商、传统零售商纷纷建立网络销售渠道,开展电子商务交易。由于网络渠道的运营成本相对较低,其销售价格往往也低于传统渠道,这直接导致不同渠道之间的渠道冲突问题。此外由于制造商和零售商通常以自身利润最大化为目标进行决策,导致供应链存在双重边际化效应,损失了供应链效率。因此,双渠道供应链的定价与协调是亟待解决的问题。本文从考虑消费者隐性成本的视角,对零售商控制网络渠道的双渠道供应链定价与协调问题进行了研究。论文系统归纳了电子商务环境下消费者隐性成本的构成,并在考虑其影响的基础上构建零售商双渠道供应链基本模型,采用博弈论分别求出供应链在四种定价模式下的最优定价;根据“双重边际化效应”,就零售商双渠道供应链存在的问题提出协调策略;最后使用Matlab软件对算例进行分析,验证协调策略的可行性。研究发现消费者隐性成本会导致销售价格以及供应链利润的降低,且隐性成本不仅影响自身渠道的销售价格,还会对另一渠道销售价格产生影响。研究还发现一致定价策略并不能使供应链获得更高利润,零售商应该将实体店进行转型发展或者销售线上线下特供产品;供应链分散决策模式存在双重边际化效应,供应链成员应该采取契约进行协调。本文研究进一步丰富了零售商双渠道供应链的相关理论,对于互联网+背景下的零售商双渠道定价及供应链协调具有指导意义。

关键词：零售商双渠道供应链 Stackelberg博弈定价契约协调

基于动力学模型的六轴机械臂轨迹跟踪控制方法研究

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基于动力学模型的六轴机械臂轨迹跟踪控制方法研究

作者：宋涛涛山东建筑大学

学位级别：硕士

随着工业制造的智能化发展,六轴机械臂因其高度的灵活性在医疗、物流、农业和制造业等领域都得到了广泛的应用。研究机械臂的轨迹跟踪问题能够保障实际应用的效率和稳定性,因而与之相关的控制技术一直是学术研究的方向之一。本文以六轴... 详细信息

随着工业制造的智能化发展,六轴机械臂因其高度的灵活性在医疗、物流、农业和制造业等领域都得到了广泛的应用。研究机械臂的轨迹跟踪问题能够保障实际应用的效率和稳定性,因而与之相关的控制技术一直是学术研究的方向之一。本文以六轴机械臂作为研究对象,建立其动力学模型进行分析。考虑到六轴机械臂是一个具有强耦合和高度非线性特点的控制系统,其轨迹跟踪效果难以有效保证,于是本文在建模误差、外界干扰和不确定项的影响下,对六轴机械臂的轨迹跟踪策略进行了研究,使机械臂能够精确地跟踪期望轨迹,并且在机械臂仿真平台上进行验证。本文的主要研究内容如下:(1)建立六轴机械臂的动力学模型。首先对机械臂在笛卡尔坐标系下的运动学位姿和坐标变换进行了分析,然后根据动能和势能的差值,选取广义坐标对其求微分,使用拉格朗日方程建立了六轴机械臂的动力学方程式。为验证算法效果,将三维机械臂模型导出URDF(Unified Robot Description Format)文件到Matlab/Simulink中,在仿真环境下模拟机械臂在给定目标轨迹后的跟踪情况。(2)针对机械臂运动过程中存在的轨迹跟踪误差大和运动不平稳问题,提出了一种改进灰狼算法优化PID(Proportional Integral Differential)控制器的参数选择过程。为灰狼算法设计了基于二次余弦规律的自适应收敛因子a和增强α狼适应度值f的比例权重方法,增强了算法迭代前期的全局搜索能力和后期的收敛速度。通过实验仿真与自整定PID和传统灰狼PID控制算法相比较,得出改进灰狼PID控制算法能有效降低机械臂跟踪误差,更快达到预期轨迹,使控制效果更加理想。(3)为了提升机械臂轨迹跟踪精度和抗干扰能力,采用了基于六轴机械臂的非奇异快速终端滑模控制方法。通过分析终端滑模和非奇异终端滑模控制方法的特点,在原有滑模面的基础上引入非线性项,并使用饱和函数替代切换函数。通过Lyapunov方法证明了系统的稳定性和系统状态能够在有限时间内收敛的特性,并在实验过程中增加外部干扰。从仿真结果得出,非奇异快速终端滑模控制方法能够有效提升系统收敛速度,具有良好的抗干扰能力和轨迹跟踪精度。(4)考虑到机械臂建立模型的过程中可能存在着建模误差和不确定项的影响,在非奇异快速终端滑模控制方法的基础上,提出了一种基于径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)的滑模控制方法来自适应逼近模型未知部分。在切换控制部分引入改进变结构趋近律方法优化趋近运动的收敛速度,利用Lyapunov方法导出神经网络自适应律,使控制器自适应调节权重保证整个系统的全局稳定性和收敛性。与非奇异快速终端滑模控制方法在干扰和不确定项的影响下进行对比,表明了该方法能够有效地弥补建模的不确定性,保障轨迹跟踪效果。

关键词：六轴机械臂动力学模型轨迹跟踪灰狼算法非奇异快速终端滑模控制 RBF神经网络

高速公路保洁巡检中小目标垃圾检测算法比选及优化研究

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高速公路保洁巡检中小目标垃圾检测算法比选及优化研究

作者：乐涛涛北京交通大学

学位级别：硕士

目前高速公路垃圾巡检仍以人工巡检为主,此种方式费时费力、巡检周期长,很容易受到各种人为因素的干扰。无人机巡检作为一种新兴的智能巡检方式具有高效、灵活的特点,适合于高速公路保洁巡检场景。在无人机保洁巡检场景中有许多小目标... 详细信息

目前高速公路垃圾巡检仍以人工巡检为主,此种方式费时费力、巡检周期长,很容易受到各种人为因素的干扰。无人机巡检作为一种新兴的智能巡检方式具有高效、灵活的特点,适合于高速公路保洁巡检场景。在无人机保洁巡检场景中有许多小目标垃圾需要精准检测。本文拟对现有的几种经典目标检测算法进行检测效果的分析对比,选出效果较好的一种算法,再对其进行改进优化以提升小目标检测精度,最后对改进后的算法进行压缩优化,提升其检测精度。具体的研究工作如下:首先,分别使用Faster-RCNN、SSD、Retina Net和YOLOv5算法在本文的数据集上进行研究,从网络结构、先验框生成与正负样本匹配方式和损失函数等几方面对几种算法的原理进行对比,发现YOLOv5在原理上更适合本文的研究场景。实验结果显示,YOLOv5在测试集上针对所有目标垃圾的平均精度均值(m AP)达到0.771,针对小目标的m AP达到0.752,每秒检测帧数(FPS)为175,实验效果优于其他三种算法。因此选择YOLOv5作为后续研究的基础算法。其次,从三个方面对YOLOv5的网络结构进行改进:1)将YOLOv5的检测头解耦,分成三个子网络分别预测分类置信度、目标置信度以及矩形框的位置参数,加快网络的收敛速度,减少训练成本;2)采用空间到深度(SPD)结构和非跨步卷积替代跨步卷积从而减轻信息丢失问题对小目标检测的影响;3)添加坐标注意力机制(CA)模块从而减轻背景干扰。本文设计了四种候选添加方案供实验验证。在实验参数的设计上,使用K-means算法聚类得到更符合数据集分布的先验框。实验结果显示,最终的改进方案在测试集上的所有目标m AP为0.830,小目标的m AP为0.829,FPS为91。最后,针对改进后算法检测速度下降明显的问题,采用基于知识蒸馏的方法对改进后的算法进行压缩优化。结果显示,压缩后的算法在测试集上的针对所有目标的m AP为0.820,针对小目标的m AP为0.817,FPS上升为182。实验结果表明,经过优化后的算法相较于原始YOLOv5不仅小目标检垃圾检测精度有一定提升,而且检测速度也有提升。图53幅,表17个,参考文献40篇。

关键词：无人机巡检小目标检测算法垃圾检测坐标注意力机制

基于FPGA的多波束合成孔径声呐信号采集处理系统设计与实现

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基于FPGA的多波束合成孔径声呐信号采集处理系统设计与实现

作者：蔡涛涛哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

成像声呐在海底地形地貌的探测等方面发挥着不可或缺的作用,其中多波束测深声呐具备高效率、高精度、高分辨等特点,但其波束脚印从根本上限制了航迹向分辨率。传统合成孔径声呐大多基于侧扫声呐基阵结构,虽然利用孔径合成信号处理技术... 详细信息

成像声呐在海底地形地貌的探测等方面发挥着不可或缺的作用,其中多波束测深声呐具备高效率、高精度、高分辨等特点,但其波束脚印从根本上限制了航迹向分辨率。传统合成孔径声呐大多基于侧扫声呐基阵结构,虽然利用孔径合成信号处理技术能够获得水下成像高分辨率,但其正下方不可避免地存在探测间隙。多波束合成孔径声呐既不需要对正下方进行补隙,又具备航迹向高分辨率不受距离与频率影响的优势。因此本文在国家自然科学基金-山东省联合基金项目的支持下,基于现有的声呐基阵,完成多波束合成孔径声呐信号采集处理系统设计与实现。首先,简述多波束合成孔径声呐的国内外发展现状、探测机理与信号采集处理技术。研究多波束合成孔径声呐探测机理,分析其功能需求以及硬件组成结构,结合多波束合成孔径声呐基阵参数进行关键参数论证。提出了基于FPGA的多波束合成孔径声呐信号采集处理系统模拟接收电路、数字处理平台与信号采集、成像预处理逻辑方案。其次,对模拟接收电路中的固定增益、可控增益、带通滤波、模数(后续简称A/D)转换、数模(后续简称D/A)转换等进行芯片选型与电路实现,并通过Multisim仿真验证电路设计的正确性。完成基于FPGA的数字处理平台中电源转换、千兆网传输、串口通信、辅助存储模块的电路实现。通过Altium Designer绘制多波束合成孔径声呐信号采集处理系统硬件电路原理图、PCB并完成制板、焊接。再次,基于多波束合成孔径声呐信号采集逻辑方案,利用Zynq 7100核心处理平台,实现信号采集逻辑中串口通信、信号源输出、增益控制、A/D转换、基于FDMA的高速缓存模块并完成逻辑功能的仿真验证。对多波束合成孔径声呐信号成像预处理过程中相关原理进行介绍,提出多波束合成孔径声呐成像预处理逻辑的改进方案,实现数字混频、延时抽取、脉冲压缩等模块并完成逻辑功能的仿真验证。最后,完成多波束合成孔径声呐信号采集处理系统硬件电路中增益放大、带通滤波、通道一致性、等效输入噪声性能指标的测试,并通过集成逻辑分析仪获取联调测试过程中的数据,验证了信号采集与成像预处理逻辑的功能。最终通过水池与外场试验,验证了多波束合成孔径声呐信号采集处理系统的有效性与可靠性。

关键词：多波束合成孔径声呐信号采集处理 FPGA Zynq 7100 FDMA