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基于SE(3)的鲁棒自适应算法及其在SINS/DVL中的应用

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上海交通大学学报 2024年第4期58卷 498-510页

作者：钱镭源覃方君李开龙朱天高海军工程大学电气工程学院武汉430033

针对复杂环境下SINS/DVL组合导航易受干扰的问题,提出了基于SE(3)的鲁棒自适应算法.通过将李群/李代数理论和鲁棒自适应策略引入正交变换容积卡尔曼滤波(TCKF),使TCKF的估计状态纳入特殊欧氏群,改善了状态空间不一致问题.并利用卡方检验... 详细信息

针对复杂环境下SINS/DVL组合导航易受干扰的问题,提出了基于SE(3)的鲁棒自适应算法.通过将李群/李代数理论和鲁棒自适应策略引入正交变换容积卡尔曼滤波(TCKF),使TCKF的估计状态纳入特殊欧氏群,改善了状态空间不一致问题.并利用卡方检验和Huber方法,在量测更新时根据新息向量自适应地重构异常量测.SINS/DVL实验结果表明,所提方法具有比传统方法更优的空间一致性和鲁棒性.

关键词：组合导航李群/李代数 Huber方法正交变换容积卡尔曼滤波

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基于多尺度时空图神经网络的污染物浓度预测

控制与决策 2024年第4期39卷 1396-1402页

作者：廖海斌袁理龚颢巍武汉纺织大学电子与电气工程学院武汉430200

基于深度学习的细粒度污染物浓度预测是一种新兴且具有前景的方法,如何充分利用气象、空间和时间等3大信息是其关键.为了协同融合3大信息,提出一种基于多尺度时空图神经网络的污染物浓度预测模型.该模型利用空气质量模型动态构建多尺度... 详细信息

基于深度学习的细粒度污染物浓度预测是一种新兴且具有前景的方法,如何充分利用气象、空间和时间等3大信息是其关键.为了协同融合3大信息,提出一种基于多尺度时空图神经网络的污染物浓度预测模型.该模型利用空气质量模型动态构建多尺度的时空图神经网络,学习污染物之间的动态时空关系.具体为:利用图神经网络学习污染物之间的多尺度空间关系,采用空气质量模型HYSPLIT构建图的结点和边属性,通过基于注意力机制的GRU(gate recurrent unit)学习污染物浓度之间的时序关系.该模型不仅充分考虑了气象、空间和时间3大影响因素,还将3个因素联动起来统一到一个框架内协同学习.该方法与传统的机理模型方法相比具有灵活部署、易于实施的特点.实际项目数据集和公开数据集上的实验表明:与现有先进的基于图神经网络的方法相比,该方法预测的污染物浓度平均绝对误差降低了0.6左右,对称平均绝对百分比误差降低0.005左右.

关键词：污染物浓度预测时空数据深度学习机理模型图神经网络

电磁发射用永磁同步直线电机磁场解析及推力波动优化

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兵工学报 2024年第7期45卷 2159-2170页

作者：贾光勇孙兆龙黄垂兵周炜昶卯寅浩雷招然海军工程大学电气工程学院湖北武汉430033

针对电磁发射用永磁同步直线电机的磁场解析及推力波动优化问题,建立单边发射电机磁场解析模型,利用矢量磁位及边界条件,分别对次级Halbach永磁阵列及初级六相绕组磁场进行解析,得到气隙磁场分布,进而建立单边发射电机主要结构参数与电... 详细信息

针对电磁发射用永磁同步直线电机的磁场解析及推力波动优化问题,建立单边发射电机磁场解析模型,利用矢量磁位及边界条件,分别对次级Halbach永磁阵列及初级六相绕组磁场进行解析,得到气隙磁场分布,进而建立单边发射电机主要结构参数与电磁推力间的函数关系。选取永磁阵列极弧系数及厚度、初级绕组宽度及厚度4个参数作为优化变量,利用遗传算法寻找设计变量的最优组合,使发射电机单边电磁推力波动最小化。分析结果表明:磁场解析结果精度较高,电磁推力计算误差满足工程分析的需要;优化后的单边发射电机平均推力提升1.21%,峰均力比下降62.688%,通过解析及仿真结果的对比验证了理论推导的正确性及优化方法的合理性。

关键词：永磁同步直线电机电磁发射磁场解析推力计算推力波动

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发卡式填充结构的直线式移相变压器设计及其磁场分析

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国防科技大学学报 2024年第4期46卷 201-211页

作者：赵镜红薛婕严思念海军工程大学电气工程学院湖北武汉430033

在原有直线式移相变压器的基础上,借鉴直线电机相关理论,设计了一款发卡式填充结构的直线式移相变压器,有效地解决了原有结构绕线方式复杂、体积大、不易进行模块化串并联等问题,同时改善了模块化连接时,连接处半填充槽引起的一次侧激... 详细信息

在原有直线式移相变压器的基础上,借鉴直线电机相关理论,设计了一款发卡式填充结构的直线式移相变压器,有效地解决了原有结构绕线方式复杂、体积大、不易进行模块化串并联等问题,同时改善了模块化连接时,连接处半填充槽引起的一次侧激磁电流密度降低、气隙磁场畸变等问题。简要介绍了直线式移相变压器系统的工作原理;借鉴直线电机以及旋转电机设计方法,提出了半填充槽结构的直线式移相变压器的设计方法;同时采用了发卡式结构消除连接处半填充槽结构引起的一系列问题;最后通过有限元仿真进行验证对比。结果表明,对于所设计的发卡结构的直线式移相变压器,输出波形较好,气隙磁场畸变较小。

关键词：直线式移相变压器半填充槽发卡式磁场分析

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利用舰船内部磁场的反演建模方法

国防科技大学学报 2024年第4期46卷 184-190页

作者：何保委张俊洪刘胜道周国华唐烈峥宗敬文海军工程大学电气工程学院湖北武汉430033

积分方程法被广泛应用于舰船磁场反演建模当中,但模型要求有足够多的测量点用于获取舰船在特定深度的磁场。针对积分方程法利用近场磁场建模时精度较差的问题,提出一种增加约束方程的改进措施,并分别开展了薄钢板模型和三维舰船模型磁... 详细信息

积分方程法被广泛应用于舰船磁场反演建模当中,但模型要求有足够多的测量点用于获取舰船在特定深度的磁场。针对积分方程法利用近场磁场建模时精度较差的问题,提出一种增加约束方程的改进措施,并分别开展了薄钢板模型和三维舰船模型磁场数值仿真。采用有限元方法对舰船内部测量点进行初始化选择,基于舰船内部磁场测量值构建了反演模型,采用奇异值分解法求解磁源参数并预测船外空间磁场,舰船外部空间磁场预测结果的均方根误差小于12%。舰船舱段模型磁场推算实验表明,由舱段内部磁场预测外部磁场的均方根误差约为13%,证明了所提出方法的有效性,可以改善传统反演模型的不稳定和精度不足的问题,研究结果可为舰船闭环消磁的算法设计提供思路。

关键词：积分方程法舰船磁场反演建模内部磁场闭环消磁

基于MEFD-小波阈值降噪的舰船电场特征提取

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 88-93页

作者：胡育诚王向军汪石川海军工程大学电气工程学院湖北武汉430033

为实现低信噪比情况下的舰船轴频电场特征提取,提出一种基于MEFD-小波阈值的特征提取方法.首先采用引入自回归滑动平均模型(ARMA)的改进经验傅里叶分解(MEFD)分解含噪信号;然后采用L2范数筛选出有效信息分量;最后对后续的信号采用小波... 详细信息

为实现低信噪比情况下的舰船轴频电场特征提取,提出一种基于MEFD-小波阈值的特征提取方法.首先采用引入自回归滑动平均模型(ARMA)的改进经验傅里叶分解(MEFD)分解含噪信号;然后采用L2范数筛选出有效信息分量;最后对后续的信号采用小波阈值降噪进行处理.为验证所提方法的有效性,采用仿真信号与船模实测信号进行对比实验.结果表明:本文方法对环境噪声干扰具有鲁棒性,在船模实验2B距离下的提取结果正交性指数为0.0015,相似性指数为0.4503,具有更好的特征提取效果,能实现更远距离的电场信号检测,为后续的电场特性分析及应用打下良好基础.

关键词：轴频电场改进经验傅里叶分解小波阈值去噪 L2范数特征提取

基于L-SHADE算法的AUV载体磁干扰参数辨识的数值模拟

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兵工学报 2024年第8期45卷 2678-2687页

作者：周国华李林锋吴轲娜刘月林夏帅海军工程大学电气工程学院湖北武汉430033

采用自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)磁测平台可开展海洋地磁场测量、水下磁性目标探测和识别等工作,AUV磁测平台具有广阔的应用前景,但目前AUV载体磁干扰补偿技术研究尚不成熟,制约着水下航行器测磁精度。基于磁测... 详细信息

采用自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)磁测平台可开展海洋地磁场测量、水下磁性目标探测和识别等工作,AUV磁测平台具有广阔的应用前景,但目前AUV载体磁干扰补偿技术研究尚不成熟,制约着水下航行器测磁精度。基于磁测平台抗磁干扰基本原理,提出一种基于线性种群规模缩减和成功历史的参数自适应差分进化(Success History-based Adaptive Differential Evolution with Linear Population Size Reduction,L-SHADE)算法的AUV载体磁干扰参数辨识的数值模拟方法。用磁偶极子和旋转椭球壳混合模型来等效模拟AUV载体磁干扰,通过模拟航行获得多组磁测数据,据此建立磁干扰参数辨识模型,并采用L-SHADE算法求解。通过数值模拟实验定量分析研究磁测平台测磁精度随磁传感器、平台姿态及航向等误差的传播规律。研究结果表明:当磁传感器测量精度为10 nT、姿态测量精度为0.01°、航向测量精度为0.1°时,测磁误差可小于100 nT。设计的AUV磁测平台抗干扰试验表明,地磁场总量最大相对误差为1.07%。

关键词：自主水下航行器磁干扰补偿参数辨识磁等效数学模型 L-SHADE算法

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面向实船运动特性的轨迹发生器设计

中国惯性技术学报 2024年第6期32卷 613-619,629页

作者：卞鸿巍胡耀金丁贤马恒王荣颖文者海军工程大学电气工程学院武汉430033

为提高轨迹发生器生成的仿真数据与实船运动状态的符合性,设计了一种面向实船运动特性的船舶轨迹发生器。利用GPR-DBSCAN算法,将实测数据识别分割成不同运动状态,再结合船舶运动学和动力学方程,建立了不同运动状态的船舶运动数学模型,... 详细信息

为提高轨迹发生器生成的仿真数据与实船运动状态的符合性,设计了一种面向实船运动特性的船舶轨迹发生器。利用GPR-DBSCAN算法,将实测数据识别分割成不同运动状态,再结合船舶运动学和动力学方程,建立了不同运动状态的船舶运动数学模型,并给出了姿态速度和位置(AVP)、惯性测量单元(IMU)数据生成算法。最后利用非线性回归辨识模型中的未知参数,完成船舶轨迹发生器的构建。仿真和实测数据验证结果表明,构建的船舶轨迹发生器与PSINS工具箱中的轨迹发生器相比,位置、航速和航向准确度分别提高了46.73%、6.91%和40.71%,更符合实船运动特性。

关键词：轨迹发生器惯性导航系统船舶运动模型辨识建模

氮化硼纳米管表面结构设计及其对环氧复合电介质性能调控机理

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物理学报 2024年第2期73卷 26-37页

作者：任俊文姜国庆陈志杰魏华超赵莉华贾申利四川大学电气工程学院成都610065

向环氧树脂基体中加入纳米填料是实现其多功能化的常用手段,其中拥有一维纳米结构的氮化硼纳米管(BNNTs),因具有超高导热系数、宽能级带隙、高长径比、高力学强度而备受关注.然而,表面惰性、易团聚、与环氧树脂之间界面作用弱等缺点极... 详细信息

向环氧树脂基体中加入纳米填料是实现其多功能化的常用手段,其中拥有一维纳米结构的氮化硼纳米管(BNNTs),因具有超高导热系数、宽能级带隙、高长径比、高力学强度而备受关注.然而,表面惰性、易团聚、与环氧树脂之间界面作用弱等缺点极大地制约了BNNTs进一步应用.基于此,本文提出采用表面包覆介孔二氧化硅(mSiO_(2)),并接枝硅烷偶联剂功能分子的方法,优化BNNTs表面特性.结果表明,通过表面结构设计及功能化,可显著改善BNNTs的分散特性,提升其与环氧树脂的界面作用.以此所制备的环氧复合电介质可实现力学韧性和导热系数的同步提升,并兼具较低的介电常数与损耗.此外,mSiO_(2)独特的纳米介孔结构赋予复合电介质大量的深陷阱,有效阻碍了电子的迁移,进而提高复合电介质的电气强度.本文为环氧树脂的多功能化提供了新思路,亦对揭示纳米填料表面特性-复合电介质微观结构-宏观性能之间的关联关系提供了一定实验数据支撑.

关键词：环氧树脂氮化硼纳米管介电性能界面调控