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基于LSTM的勘察器外壁温度反演方法研究

电子测量技术 2024年第4期47卷 181-187页

作者：马振东范锦彪王燕许杰中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

对于星壤物质物化特性的反演是深空探测中最重要的一环,星壤的热导率、热容参数等热特性是研究星壤组成的科学依据,而温度测量是基于侵彻式的星壤原位探测的重要参数。针对月壤勘察器侵彻过程的外表面温度无法直接测量的问题,开展了基于... 详细信息

对于星壤物质物化特性的反演是深空探测中最重要的一环,星壤的热导率、热容参数等热特性是研究星壤组成的科学依据,而温度测量是基于侵彻式的星壤原位探测的重要参数。针对月壤勘察器侵彻过程的外表面温度无法直接测量的问题,开展了基于LSTM神经网络算法的勘察器外表面温度反演方法的研究。借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件实现侵彻过程的仿真模拟以获取多组勘察器弹头部内外表面温度数据,依据有限差分法离散热传导方程选取数据,采用长短期记忆神经网络来建立反演模型。通过模拟实验进行分析,该方法反演所得曲线和实验曲线相比均方根误差为12.9℃,最大相对误差不超过10%。实验结果表明本文所研究的方法可以实现勘察器外表面温度的反演。

关键词：外壁温度反演有限元仿真分析有限差分法 LSTM

含矩形腔的矩形环侧耦合MDM波导的传感性能研究

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光通信技术 2024年

作者：段佳毅沈三民中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室

为了获得高灵敏度可调谐折射率传感器，设计了一种双挡板金属-电介质-金属（MDM）波导侧耦合含矩形腔的矩形环结构。利用有限元法对传输特性进行研究，结合磁场分布分析共振峰的产生机理。改变几何参数计算不同结构参数影响下的FOM值，... 详细信息

为了获得高灵敏度可调谐折射率传感器，设计了一种双挡板金属-电介质-金属（MDM）波导侧耦合含矩形腔的矩形环结构。利用有限元法对传输特性进行研究，结合磁场分布分析共振峰的产生机理。改变几何参数计算不同结构参数影响下的FOM值，综合分析后确定此结构的最优值。结果表明：矩形环长度和耦合距离可以对整体进行调节，矩形腔长度和位置可以对共振峰单独调谐。最后，改变折射率介质，计算得到此结构4个共振峰传感灵敏度分别为1623 nm/RIU、1223 nm/RIU、2740 nm/RIU以及2486 nm/RIU，为集成化、多通道折射率传感器提供参考。

关键词：表面等离激元 MDM波导矩形环矩形腔法诺共振

GaSe/ZnS异质结的结构和界面性质的第一性原理研究

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人工晶体学报 2024年第4期53卷 669-675页

作者：鲍爱达马永强郭鑫中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了Ga... 详细信息

本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了GaSe/ZnS vdWH界面性质中的平面平均电子密度差和平均静电势。结果表明,GaSe/ZnS vdWH是一种直接带隙为2.19 eV,载流子迁移率较高的异质结构。其中,沿x方向的电子迁移率可达1394.63 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),而沿y方向的电子迁移率可达1913.18 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),性能优异,有望应用于电子纳米器件。

关键词：第一性原理密度泛函理论 GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构声子色散谱载流子迁移率

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双挡板MDM波导耦合倒钩形谐振腔传感性能研究

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光通信研究 2024年

作者：段佳毅沈三民中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室

【目的】为了获得小尺寸高灵敏度的折射率传感器，文章设计了一种双金属挡板金属-电介质-金属（MDM）波导侧向耦合倒钩形谐振腔结构。【方法】应用有限元分析法分别模拟双金属挡板MDM波导和倒钩形谐振腔的传输过程，并分别将其视作连续... 详细信息

【目的】为了获得小尺寸高灵敏度的折射率传感器，文章设计了一种双金属挡板金属-电介质-金属（MDM）波导侧向耦合倒钩形谐振腔结构。【方法】应用有限元分析法分别模拟双金属挡板MDM波导和倒钩形谐振腔的传输过程，并分别将其视作连续态和离散态。将波导结构和谐振腔耦合，即连续态和离散态发生干涉，结合磁场分布分析了两个法诺共振峰的产生机理。通过改变几何参数并计算对应不同参数的品质因素（FOM）值绘制成表，以此确定该结构几何参数的最优值。【结果】在最优几何参数下，模拟外界环境变化，改变介质折射率，计算得到该折射率传感器灵敏度（S）分别为1650 nm/RIU和1960 nm/RIU。考虑到葡萄糖溶液可应用于多个领域，例如：医疗健康中糖尿病的检测，食品行业中酒的酿制，环境监测中微生物的监测。将此传感器应用在葡萄糖溶液浓度的监测中，由于存在两个法诺共振峰，这可以有效降低误差。【结论】通过对该传感器的结构参数分析，得到结论：两个法诺共振峰的传感特性可以由几何结构参数单独影响，即腔Ⅲ长度可以控制FR1，腔Ⅰ和腔Ⅱ的高度可以共同控制FR2，耦合距离可以对结构实现总体控制，并且当结构中出现了相反的能量，那么结构参数变化会对法诺共振峰的影响更大。根据这一传感特性，为制成可调谐折射率传感器提供了参考。

关键词：表面等离子激元折射率传感器倒钩形谐振腔法诺共振葡萄糖溶液浓度

基于面向TTE的新型数据综合系统的设计与实现

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仪表技术与传感器 2024年第1期 81-86页

作者：张会新洪应平姚玉林杨应杰中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室 91515部队

针对传统总线无法实时网络传输,新型总线时间触发以太网(TTE)兼容IP协议和IEEE802.3协议,但TT业务和BE业务需设备满足TTE协议,实际工程缺少适用性的问题,设计了一种基于FPGA的时间触发以太网数据综合系统。该数据综合系统以FPGA作为核... 详细信息

针对传统总线无法实时网络传输,新型总线时间触发以太网(TTE)兼容IP协议和IEEE802.3协议,但TT业务和BE业务需设备满足TTE协议,实际工程缺少适用性的问题,设计了一种基于FPGA的时间触发以太网数据综合系统。该数据综合系统以FPGA作为核心控制器,千兆网作为主要通信接口,在满足高速率、高宽带、高灵活的前提下,设计出数据综合模块,将多种传统总线与TTE总线良好兼容。试验结果表明:系统在同步精度高达40 ns、通信抖动仅为392 ns的前提下,数据转换收发无误码现象。同时将多种数据混合编帧,具备极高的稳定性与灵活性,为TTE网络数据服务于实际工程提供了可靠的解决方案。

关键词：时间触发以太网时钟同步协议兼容数据融合

基于结构相似度和鲁棒主成分分析的运动目标检测

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激光杂志 2024年第2期45卷 54-57页

作者：杜延墨沈三民张炳玮中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

运动目标传统检测方法只考虑图像的亮度或纹理等某一种特性,受特异值影响较大,对噪声比较敏感,鲁棒性也不够好,而且背景恢复精度不高。针对以上局限性,提出一种融合结构相似度(structural similarity,SSIM)全参考模型和鲁棒主成分分析(r... 详细信息

运动目标传统检测方法只考虑图像的亮度或纹理等某一种特性,受特异值影响较大,对噪声比较敏感,鲁棒性也不够好,而且背景恢复精度不高。针对以上局限性,提出一种融合结构相似度(structural similarity,SSIM)全参考模型和鲁棒主成分分析(robust principal component analysis,RPCA)的运动目标检测方法。此方法综合考虑图像的亮度、对比度和结构三种特性,不采用传统的背景减除法,而是把图像像素点的结构相似度作为度量来实现运动对象与背景的分离。实验结果表明,此方法准确率可达0.95,且F度量较传统运动目标检测算法平均提升0.15,总体上比传统方法更具优势。

关键词：运动目标检测背景恢复鲁棒主成分分析结构相似度

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破片防护结构对冲击波测试影响的数值分析

兵工自动化 2024年第5期43卷 66-70页

作者：郭庆王文廉郭科科江虹颖中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对防护结构对冲击波特征的影响,利用AUTODYN对防护结构条件下冲击波信号传播进行数值模拟。采用2D-Euler Multi-material算法进行仿真计算,将防护区域不同位置冲击波压力曲线、特征参数与空旷环境进行对比,分析防护结构与测点的距离... 详细信息

针对防护结构对冲击波特征的影响,利用AUTODYN对防护结构条件下冲击波信号传播进行数值模拟。采用2D-Euler Multi-material算法进行仿真计算,将防护区域不同位置冲击波压力曲线、特征参数与空旷环境进行对比,分析防护结构与测点的距离及防护结构偏离冲击波传播方向的角度α对冲击波测试的影响。结果表明:在单向防护时,若达到正向防护(α=0)且防护结构与测点距离等于10倍圆柱直径时,压力峰值、正压作用时间和比冲量误差分别为0.51%、4.36%和1.91%;在多向防护时,以10倍直径距离分析,α=0时,压力峰值误差最小,为-0.43%;α=30°时,正压作用时间和比冲量误差更小,为-2.91%和0.66%。

关键词：冲击波测试防护结构数值模拟特征参数

基于ROS-Matlab的移动机器人仿真研究

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现代电子技术 2024年第18期47卷 114-120页

作者：张涛齐向东张海龙普勇博中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

结合Linux下ROS系统高性能的仿真工具和跨平台兼容性,以及Matlab强大的计算能力、丰富的工具箱和函数库,通过建立ROS-Matlab的仿真控制系统,对移动机器人的关键技术进行研究。文中介绍了ROS-Matlab系统的框架和功能,首先,使用Gazebo构... 详细信息

结合Linux下ROS系统高性能的仿真工具和跨平台兼容性,以及Matlab强大的计算能力、丰富的工具箱和函数库,通过建立ROS-Matlab的仿真控制系统,对移动机器人的关键技术进行研究。文中介绍了ROS-Matlab系统的框架和功能,首先,使用Gazebo构建2D仿真室内环境,通过Solidworks创建移动机器人模型,并将该模型以URDF文件形式导入ROS环境中;其次,利用SLAM_gmapping算法对仿真室内环境进行扫描建图,由Simulink发布目标点坐标和目标点导航话题,控制移动机器人完成导航任务;最后,由Simulink发布轨迹跟踪话题,控制移动机器人进行轨迹跟踪。通过仿真验证,由所建地图、目标点导航和轨迹跟踪曲线说明仿真系统的可行性,为机器人研究提供参考。

关键词： ROS Matlab 移动机器人 Gazebo SLAM 目标点导航轨迹跟踪运动学模型

基于WLS-KF的UWB室内定位滤波算法研究

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电子测量与仪器学报 2024年第1期38卷 25-33页

作者：杨承志张晓明张鸽中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对室内超宽带(UWB)定位过程中受到非视距误差(NLOS)干扰而导致定位精度下降的问题,提出了基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法对测距信息解算得到定位坐标。在通视环境下进行测距,利用测得的数据计算新息向量... 详细信息

针对室内超宽带(UWB)定位过程中受到非视距误差(NLOS)干扰而导致定位精度下降的问题,提出了基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法对测距信息解算得到定位坐标。在通视环境下进行测距,利用测得的数据计算新息向量和协方差,并基于此构建阈值信息,对NLOS环境产生的量测异常值进行判别,在此基础上利用Sage-Husa滤波对系统噪声协方差进行估计。采用加权最小二乘法对测距信息进行处理,得到标签解算坐标的最优估计。通过MATLAB仿真验证算法的可行性和有效性并在室内环境下进行测距、定位试验验证。仿真和实验结果表明,基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法能有效识别NLOS误差,且对定位过程中发生的状态突变能有效进行跟踪,解算得到的标签坐标x方向误差1 cm左右,y方向误差2 cm左右,提高了UWB室内定位的精度。

关键词：抗差估计卡尔曼滤波 UWB NLOS误差加权最小二乘估计