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基于CERLMDAN-PE-NLMS的MEMS陀螺信号去噪方法

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微电子学与计算机 2024年第10期 117-123页

随着武器技术的不断发展，常规弹药的制导化改造已成为一种必然趋势。通过应用精确制导技术，可以显著提高弹药的打击精度和效率。而在实现弹药制导化改造的过程中，精准测量角速度是一项关键核心技术。微机电系统（Micro-Electro Mecha... 详细信息

随着武器技术的不断发展，常规弹药的制导化改造已成为一种必然趋势。通过应用精确制导技术，可以显著提高弹药的打击精度和效率。而在实现弹药制导化改造的过程中，精准测量角速度是一项关键核心技术。微机电系统（Micro-Electro Mechanical System, MEMS）陀螺仪存在输出信号噪声大、精度低的问题，针对上述问题，提出了一种自适应噪声完备集合鲁棒局部均值分解（CERLMDAN）和归一化LMS算法（Normalized Least Mean Square, NLMS）结合的滤波模型。该模型通过在鲁棒局部均值分解（Robust Local Mean Decomposition, RLMD）过程中添加白噪声将原始数据分解为多个乘积函数（Product Functions, PF），并根据排列熵（Permutation Entropy, PE）将PF分为混合PF和有用PF；其次对混合PF使用NLMS去噪；最后，把处理后的PF和有用PF进行重构，得到去噪后的信号。试验表明，本文提出的去噪模型对信号均值与方差有显著提升，信号均值由0.589 1提升至0.539 6，信号方差由44.473提升至5.269 2。

关键词： MEMS陀螺仪自适应噪声完备集合鲁棒局部均值分解非局部均值降噪排列熵

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基于AEKF的地磁/陀螺姿态解算融合算法

计算机测量与控制 2024年

作者：周杰张晓明杜江波邱江涛中北大学电子测试技术国家重点实验室中北大学仪器与电子学院中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室淮海工业集团有限公司

针对磁传感器在一定特殊环境下可能出现俯仰角“二值性”问题，导致无法正确判断其俯仰角变化方向，提出了一种基于地磁/陀螺信息的自适应扩展卡尔曼滤波（AEKF）数据融合算法，在分析弹体短期机动姿态运动特性的基础上，利用地磁信息... 详细信息

针对磁传感器在一定特殊环境下可能出现俯仰角“二值性”问题，导致无法正确判断其俯仰角变化方向，提出了一种基于地磁/陀螺信息的自适应扩展卡尔曼滤波（AEKF）数据融合算法，在分析弹体短期机动姿态运动特性的基础上，利用地磁信息无时间累计误差和MEMS陀螺短时精度高的优势，建立了卡尔曼状态系统方程和非线性量测方程，实现了姿态角的实时修正和参数的自适应更新。通过仿真和半物理试验分析验证了该融合算法的有效性，试验结果表明，该算法消除了单历元地磁解算姿态角出现的“二值性”问题和传统卡尔曼滤波发散的问题，显著提高了滚转角和俯仰角的解算精度，解算精度误差可保持在±1°以内。该算法有效减小了磁场干扰对精度解算带来的影响，在旋转弹药的姿态角测量及导航领域具有广泛的应用前景。

关键词：自适应扩展卡尔曼数据融合姿态测量旋转弹磁传感器 MEMS陀螺

基于事件触发机制和最小学习参数的FAHV指定时间收敛自适应控制

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空军工程大学学报 2024年第2期25卷 48-61页

作者：李江苗邵星灵徐悦梅邓瑞祥中北大学仪器与电子学院太原030051 省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

针对当前吸气式高超声速飞行器自适应控制结果仅能实现误差渐近收敛于预设包络、神经权值在线更新存在计算爆炸、对机载资源过度占用的难题,提出了基于事件触发机制和最小学习参数的FAHV指定时间收敛自适应控制方法。首先,阐述了一种不... 详细信息

针对当前吸气式高超声速飞行器自适应控制结果仅能实现误差渐近收敛于预设包络、神经权值在线更新存在计算爆炸、对机载资源过度占用的难题,提出了基于事件触发机制和最小学习参数的FAHV指定时间收敛自适应控制方法。首先,阐述了一种不依赖精确误差初值同时又能确保误差指定时间收敛的改进预设性能控制机制;其次,构建了用于FAHV干扰辨识的相对阈值事件触发神经网络;最后,设计了相对阈值事件触发控制算法,有效降低了闭环控制器对通信资源的消耗,在非等周期信号传输的基础上实现了良好的控制精度。仿真结果表明,所提方法能够在低计算与传输资源消耗下对高度/速度参考信号实施指定时间跟踪。

关键词：吸气式高超声速飞行器改进预设性能控制相对阈值事件触发神经网络相对阈值事件触发控制

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基于FPGA的PAL图像数据解码与传输设计

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集成电路与嵌入式系统 2024年第3期24卷 94-98页

作者：赵清琳任勇峰武旌阳中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

为了满足地面监控设备将视频数据快速上传至存储设备的需求,解决图像传感器输出PAL制信号的模拟解码和数据传输的问题,设计了基于FPGA的PAL数据输入、网络接口输出的硬件模块。通过解码器将PAL模拟信号转换为并行数字信号,并在FPGA端将... 详细信息

为了满足地面监控设备将视频数据快速上传至存储设备的需求,解决图像传感器输出PAL制信号的模拟解码和数据传输的问题,设计了基于FPGA的PAL数据输入、网络接口输出的硬件模块。通过解码器将PAL模拟信号转换为并行数字信号,并在FPGA端将输入数据进行奇偶场数据缓存,通过乒乓操作实现隔行转逐行的视频输出。同时在FPGA内部采用调用MAC软核的方式在UDP协议上增加重传机制和异步FIFO,实现数据的网络传输。

关键词： FPGA 千兆以太网 PAL UDP FIFO

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基于蓝牙通信的多路采集系统设计

计算机测量与控制 2024年

针对磁、惯性等传感器在转台标定及温箱试验过程中存在有线串口传输存在连接复杂、数据传输干扰严重以及受设备限制使得数据无法传输的问题进行了研究，设计了一套基于蓝牙通信技术的低功耗多路数据采集系统；该系统采用8路12位的模拟... 详细信息

针对磁、惯性等传感器在转台标定及温箱试验过程中存在有线串口传输存在连接复杂、数据传输干扰严重以及受设备限制使得数据无法传输的问题进行了研究，设计了一套基于蓝牙通信技术的低功耗多路数据采集系统；该系统采用8路12位的模拟信号采集电路和3路数字信号采集电路，并通过混合编帧的设计将不同传输速率的传感器数据进行存储和传输，该系统采集通道可灵活配置和快速切换，可接收RS-232、RS-422和RS-485串口通信，实现了多路传感器数据的无线通信传输；试验结果表明，在转台试验和温箱试验环境下其数据有效传输距离能够达到6米左右，传输速率可达50kbps，丢帧率低于0.1%，满足了在有线串口连接传输距离不够、受干扰严重情况下的应用，简化和改进了传统有线串口通信方式。

关键词：传感器蓝牙多路采集无线通信传输速率混合编帧

圆形轨迹导引下的无人机事件触发抗干扰环绕控制

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导航定位与授时 2024年第2期11卷 57-71页

作者：朱璟邵星灵刘俊中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

针对内部不确定性以及外部环境摄动的目标环绕控制问题,在基于反步法的双层制导框架下,利用级联控制思想,提出了一种圆形轨迹导引下的四旋翼无人机事件触发抗扰环绕控制方法。在轨迹回路中,构建了可满足持续激励条件的目标位置估计器,... 详细信息

针对内部不确定性以及外部环境摄动的目标环绕控制问题,在基于反步法的双层制导框架下,利用级联控制思想,提出了一种圆形轨迹导引下的四旋翼无人机事件触发抗扰环绕控制方法。在轨迹回路中,构建了可满足持续激励条件的目标位置估计器,保证仅通过视线方位角就能获取可满足最终一致有界条件的目标估计项。随后,基于目标的位置估计结果,设计了目标环绕控制律生成线速度指令,并通过方向向量场验证了该环绕制导律的有效性,消除了现有李雅普诺夫向量场制导(LVFG)对相对位置和目标速度的依赖。在姿态回路中,通过采用扩张状态观测器(ESO)补偿系统的集总不确定性,设计了基于相对阈值事件触发控制的姿态控制器,在有效降低控制器到执行机构之间信号传输频率的同时,实现了四旋翼无人机对静止/移动目标环绕。然后,借助输入状态稳定性定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够实现圆形轨迹导引下四旋翼无人机对静止/移动目标的环绕监视。

关键词：目标位置估计持续激励相对阈值事件触发扩张状态观测器

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基于水下磁感应定位技术的研究

工业仪表与自动化装置 2024年第2期 86-90页

作者：韩滨澧张晓明李欣甜中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

针对水下目标定位系统中发射信号端的位置不明确的问题,提出三维正交线圈磁感应定位的方法,以弥补单个线圈磁场信息较少的缺点,有效解决单个线圈严重依赖轴线对准且无法实现空间定位的问题。建立了单个线圈和全向线圈的磁偶极子数学模型... 详细信息

针对水下目标定位系统中发射信号端的位置不明确的问题,提出三维正交线圈磁感应定位的方法,以弥补单个线圈磁场信息较少的缺点,有效解决单个线圈严重依赖轴线对准且无法实现空间定位的问题。建立了单个线圈和全向线圈的磁偶极子数学模型,对磁感应强度的三分量值与其空间位置的几何关系进行分析,通过仿真和试验验证了基于三维正交线圈的定位技术可行性。仿真和试验结果表明,发射端坐标的相对误差分别为:X轴为6.70%和2.09%,Y轴为7.73%和5.64%,Z轴为8.74%和2.06%,距离的相对误差在7.0%和4.3%以内。

关键词：磁感应定位三维正交线圈磁场磁偶极子

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AWTV和高斯注意力引导的LDCT图像去噪网络

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计算机工程与应用 2024年

作者：李志媛刘祎张鹏程张丽媛任时磊芦婧桂志国中北大学软件学院中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室中北大学信息与通信工程学院中北大学计算机科学与技术学院

低剂量CT（low-dose CT，LDCT）图像的去噪任务是一个高度复杂且不确定的逆问题。现有的基于CNN的方法虽然有效，但提升空间有限且计算成本高。相比之下，将图像先验知识与模型相结合来辅助图像去噪是一种更有效的方法。本文提出了一种... 详细信息

低剂量CT（low-dose CT，LDCT）图像的去噪任务是一个高度复杂且不确定的逆问题。现有的基于CNN的方法虽然有效，但提升空间有限且计算成本高。相比之下，将图像先验知识与模型相结合来辅助图像去噪是一种更有效的方法。本文提出了一种名为AWTV＿GANet的LDCT图像去噪框架。该框架利用自适应加权总变分（Adaptive Weighted Total Variation， AWTV）展开和高斯注意力引导的方法，通过端到端的CNN模型，将噪声优化模型、边缘检测模型和图像重建模型集成在一起。实验证明，AWTV＿GANet能够准确地去除伪影噪声，并恢复出更精细的结构细节，与其他方法相比具有优异的性能。

关键词：低剂量CT 图像去噪深度学习自适应加权总变分

基于Si纳米膜的差分结构矢量水听器工艺研究

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传感器与微系统 2024年第3期43卷 60-62,75页

作者：苗晋威杨沙沙齐秉楠曹文萍史一明王任鑫中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 声纳技术重点实验室浙江杭州310000

通过关键工艺步骤,将硅(Si)纳米膜制备在差分结构水听器上作为压敏电阻,利用Si纳米膜的巨压阻效应来提高水听器的灵敏度;利用深Si刻蚀,将Si柱与芯片一体化,减少了差分结构的对准误差,同时抑制海洋洋流带来的振动干扰。设计了相对应的光... 详细信息

通过关键工艺步骤,将硅(Si)纳米膜制备在差分结构水听器上作为压敏电阻,利用Si纳米膜的巨压阻效应来提高水听器的灵敏度;利用深Si刻蚀,将Si柱与芯片一体化,减少了差分结构的对准误差,同时抑制海洋洋流带来的振动干扰。设计了相对应的光刻掩模版和整套工艺流程,通过MEMS工艺,成功加工出Si纳米膜作为压敏电阻,实现矢量水听器芯片与Si柱集成化。对制备好的芯片进行观测与测试,使用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)设备观察芯片形貌良好,尺寸与设计基本一致;通过半导体分析仪测量得到压敏电阻器的阻值为15.3×10^(4)Ω,线性度良好,符合矢量水听器功能需求。

关键词：矢量水听器抑制振动干扰硅纳米膜压敏电阻器微电子机械系统

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