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深空通信长无模糊距离高精度再生测距码设计

航空学报 2024年第12期45卷 158-168页

作者：奚雅楠党小宇李赛南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106 杭州电子科技大学电子信息学院杭州310018

在低信噪比环境中及极远测距范围内获得高精度距离测量量是深空测距面临的挑战。再生测距系统通过在航天器中将测距码再生,可将下行链路信噪比提升约30dB,从而解决低信噪比问题,但是已知测距码的无模糊测距距离难以满足未来深空测距需... 详细信息

在低信噪比环境中及极远测距范围内获得高精度距离测量量是深空测距面临的挑战。再生测距系统通过在航天器中将测距码再生,可将下行链路信噪比提升约30dB,从而解决低信噪比问题,但是已知测距码的无模糊测距距离难以满足未来深空测距需要。通过对复合函数与测距误差的关系进行系统分析,提出通过改变复合函数降低测距误差的方法,并用m序列及新复合函数设计新测距码。共设计8个新测距码,测距误差方差比已知测距码降低0.28~3.78dB,无模糊测距距离从7.5×10^(4)km提升至117×10^(4)~17884×10^(4)km,扩展了15~2384倍。其中包含一种直流分量为0的完全均衡的测距码。仿真结果表明:新测距码能为未来深空通信及深空探测提供更远距离内更高精度的距离测量支撑。

关键词：深空通信再生测距伪随机测距码 m序列无模糊距离测距精度

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百兆赫兹重频的轨道角动量模式飞秒光纤激光器

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物理学报 2024年第1期73卷 181-192页

作者：吴航陈燎李帅杜禺璠张驰张新亮华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心武汉430074

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光... 详细信息

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光器在重复频率、脉冲宽度、光谱宽度等关键参数上分别都有突破,但性能难以兼得,且重复频率目前在数十MHz.本文基于模式相位匹配原理,制作了大带宽的模式耦合器,结合非线性偏振旋转锁模机理,通过优化腔内的色散,搭建了百兆赫兹重复频率的OAM模式飞秒光纤激光器.实验结果表明,一阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达113.6 MHz,脉冲半高全宽98 fs,10 d B带宽可达101 nm;二阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达114.9 MHz,脉冲半高全宽60 fs,10 d B带宽可达100 nm.相对于已报道的方案,本文报道的方案在重复频率、脉宽和光谱宽度等关键参数上综合性能较好,有望更广泛地应用于OAM通信、粒子操控等研究领域.

关键词：光纤锁模激光器轨道角动量模式耦合器

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基于最小二乘的D-S证据理论和Kalman滤波融合的塔机负载定位研究

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控制工程 2024年

作者：温家凯陈志梅邵雪卷张井岗太原科技大学电子信息工程学院

在塔机定位系统中，负载进行三维运动，其运动系统比较复杂，定位也较为困难。因为机身振动过大，将传感器设置在机身是不理想的，故直接检测十分困难；非线性定位系统由于在线性化过程中略去了高阶非线性信息，是一种次优估计，降低了... 详细信息

在塔机定位系统中，负载进行三维运动，其运动系统比较复杂，定位也较为困难。因为机身振动过大，将传感器设置在机身是不理想的，故直接检测十分困难；非线性定位系统由于在线性化过程中略去了高阶非线性信息，是一种次优估计，降低了滤波精度，因此也不适用于负载定位。针对塔机负载的定位，建立了应用双层最小二乘法和D-S证据理论与卡尔曼滤波相结合的塔机负载定位算法。首先，引入最小二乘法，进行负载在固定三维空间内的坐标定位，并改进最小二乘法为双层最小二乘法，对负载的三维坐标进行粗略估计，然后将估计信息应用D-S证据理论进行数据融合，得出估计信息对应的权值，最后将融合后的数据传入卡尔曼滤波算法，进行更高层次的最优估计，从而实现对塔机负载的精确定位。

关键词：塔式起重机最小二乘法 D-S证据理论卡尔曼滤波信息融合

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空中智能反射面辅助毫米波通信系统能效优化

电讯技术 2024年

作者：席云光李素月太原科技大学电子信息工程学院

在复杂无线环境下，针对空中智能反射面（Aerial Reconfigurable Intelligent Surface， ARIS）辅助毫米波通信系统的能效优化问题，考虑加入对ARIS的朝向设计，利用深度强化学习方法对ARIS轨迹、朝向及其相移进行联合优化。在建立的系... 详细信息

在复杂无线环境下，针对空中智能反射面（Aerial Reconfigurable Intelligent Surface， ARIS）辅助毫米波通信系统的能效优化问题，考虑加入对ARIS的朝向设计，利用深度强化学习方法对ARIS轨迹、朝向及其相移进行联合优化。在建立的系统和信道模型基础上，将ARIS辅助通信任务建模为马尔可夫决策过程，对其状态和动作空间及奖励函数进行设计，分别应用竞争双深度Q网络（Dueling Double Deep Q Network， D3QN）和近端策略优化（Proximal Policy Optimization， PPO）两种算法优化系统能效。仿真结果显示，优化ARIS朝向有效提高了系统能效，且D3QN相较于PPO算法得到的单位时间能效高出约830((bit/J)/s)，表明基于D3QN的能效优化算法性能更优。

关键词：毫米波通信智能反射面无人机深度强化学习能量效率

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互补滑模PD控制在桥式起重机中的应用

控制工程 2024年

作者：邵雪卷吕恩智陈志梅赵志诚太原科技大学电子信息工程学院

针对欠驱动桥式起重机系统的定位防摆问题，提出了互补滑模（Complementary sliding mode control， CSMC）PD控制策略。在小车位移、负载摆角及各自一阶微分的状态误差作为变量所组成线性滑模面的基础上，引入位移与摆角的误差积分形... 详细信息

针对欠驱动桥式起重机系统的定位防摆问题，提出了互补滑模（Complementary sliding mode control， CSMC）PD控制策略。在小车位移、负载摆角及各自一阶微分的状态误差作为变量所组成线性滑模面的基础上，引入位移与摆角的误差积分形成积分滑模面，并对应设计一个补充滑模面形成互补滑模控制，使得系统变量运行空间限制在滑模面相交处，缩短变量到滑模面的距离，进而提升系统的快速性。同时，引入对负载摆角的PD补偿控制，增强对负载摆角的抑制能力，使小车的运行更加平稳，并构造Lyapunov 函数证明了系统的稳定性。仿真和实验结果验证了该控制策略对定位和防摆的有效性。

关键词：桥式吊车互补滑模 PD补偿定位防摆 Lyapunov函数

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改进YOLOv8的安检违禁物品检测

控制工程 2024年

作者：王银王晨晨赵志诚胡啸太原科技大学电子信息工程学院

为降低一线安检人员因注意力不集中而引发的公共安全风险，提出一种改进YOLOv8的安检违禁物品检测算法。该算法平衡了模型检测精度和尺寸。首先，采用Ghost Bottleneck模块替换主干网络中部分卷积层，用于降低模型参数量，提升对违禁物... 详细信息

为降低一线安检人员因注意力不集中而引发的公共安全风险，提出一种改进YOLOv8的安检违禁物品检测算法。该算法平衡了模型检测精度和尺寸。首先，采用Ghost Bottleneck模块替换主干网络中部分卷积层，用于降低模型参数量，提升对违禁物品特征信息的提取能力，并且使模型对待测物品的定位更加精准。其次，设计了坐标注意力（Coordinate attention，CA）与卷积（Conv）相结合的新模块CAConv来补偿深层网络对待检测物品定位能力的不足。最后，将原回归损失CIOU更换为Focal-EIOU，有效提升算法的回归性能。实验表明，改进后模型在PIDray数据集hidden验证集上mAP50达到79.0%，同时减少了模型尺寸。所设计模型性能明显优于目前其他主流检测算法，并能够有效检测出乘客故意在行李中隐藏的各类违禁物品。

关键词： YOLOv8 注意力机制 Focal-EIOU 违禁品检测

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基于密度子空间孤立森林的异常用电检测

科学技术与工程 2024年第10期24卷 4115-4123页

作者：李沛智刘立群薄轶帅太原科技大学电子信息工程学院太原030024

针对传统异常用电检测在面临高维数据中的维数诅咒,以及不相关特征对异常检测的影响,造成检测精度低等问题,提出了一种基于无监督密度子空间选择的孤立森林检测算法。首先,提出了一种有效的基于密度的紧凑数据表示方法,提高了子空间选... 详细信息

针对传统异常用电检测在面临高维数据中的维数诅咒,以及不相关特征对异常检测的影响,造成检测精度低等问题,提出了一种基于无监督密度子空间选择的孤立森林检测算法。首先,提出了一种有效的基于密度的紧凑数据表示方法,提高了子空间选择策略的效率。然后,应用最小冗余-最大相关-密度准则(min-redundancy-maximum-relevance-to-density,mRMRD),用于选择基于互信息的相关子空间。最后,在相关子空间中构建隔离树并集成孤立森林,实现对异常用电数据的检测。通过实验分析,与传统检测算法相比,所提方法在准确率、ROC曲线下面积(area under curve,AUC)、F 1指标上均有提升,提高了异常用电检测的效果。同时,灵敏性分析也验证了无监督密度子空间孤立森林检测算法的有效性。

关键词：异常用电检测互信息最小冗余-最大相关-密度子空间孤立森林

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基于改进DDQN的无人车路径规划算法

组合机床与自动化加工技术 2024年第8期 48-53页

作者：曹京威何秋生太原科技大学电子信息工程学院太原030024

针对DDQN算法在路径规划方面存在收敛速度慢和路径质量低等问题,基于DDQN算法研究了一种无人车路径规划算法。首先,通过获得多个时刻的奖励值,将这些奖励累加并均值处理从而充分利用奖励值信息;然后,通过优化斥力生成的方向改进人工势场... 详细信息

针对DDQN算法在路径规划方面存在收敛速度慢和路径质量低等问题,基于DDQN算法研究了一种无人车路径规划算法。首先,通过获得多个时刻的奖励值,将这些奖励累加并均值处理从而充分利用奖励值信息;然后,通过优化斥力生成的方向改进人工势场法,并用改进的人工势场法代替随机探索提升收敛速度;最后,通过判断路径与障碍物的关系移除冗余节点,并使用贝塞尔曲线对路径进行平滑处理提升路径质量。仿真结果表明,在20×20的两种环境中,改进的DDQN算法相比原始DDQN算法收敛速度分别提升69.01%和55.88%,路径长度分别缩短21.39%和14.33%,并且路径平滑度更高。将改进的DDQN算法部署在无人车上进行检验,结果表明无人车能够较好完成路径规划任务。

关键词：强化学习深度Q网络人工势场路径规划

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超充液冷充电电缆截面形状与结构优化

低温与超导 2024年第6期52卷 35-41页

作者：贾璐萌李宏杰李旭涛邓若宇杜剑锋王安红太原科技大学电子信息工程学院太原030024

通过对充电电缆冷却截面形状与结构优化的设计,可以在保证散热性能的前提下,实现液冷电缆的轻量化。首先建立液冷充电电缆散热性能与轻量化的函数,然后采用有限元仿真软件对不同几何形状的液冷充电电缆进行数值模拟,对比分析了不同电缆... 详细信息

通过对充电电缆冷却截面形状与结构优化的设计,可以在保证散热性能的前提下,实现液冷电缆的轻量化。首先建立液冷充电电缆散热性能与轻量化的函数,然后采用有限元仿真软件对不同几何形状的液冷充电电缆进行数值模拟,对比分析了不同电缆芯数、电流、流速、冷却通道结构参数等因素对充电电缆最高温度及重量的影响。结果表明,相同缆芯截面积下,扁平形充电电缆比圆形和矩形的散热性能分别降低22.4%和7%;多芯绞合结构优于单芯液冷充电电缆散热性能;冷却液最佳流速为0.25 m/s。优化后的扁平形液冷充电电缆缆芯截面积为70 mm^(2),冷却通道与缆芯截面积之比为1.75,其重量较相同散热性能的圆形液冷充电电缆减少50%。研究为超充场景下液冷充电电缆提高散热性能和轻量化设计提供了参考。

关键词：充电电缆液冷几何形状结构优化有限元仿真