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基于NGO-VMD和改进GoogLeNet的齿轮箱故障诊断方法

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机床与液压 2024年第12期52卷 193-201页

作者：李俊卿刘若尧何玉灵华北电力大学电力工程系河北保定071003 华北电力大学机械工程系河北保定071003

目前的齿轮箱故障诊断方法,在多转速工况及噪声干扰下,存在过拟合及诊断效果不佳的问题。针对此问题,提出一种北方苍鹰(NGO)算法优化变分模态分解(VMD)结合改进GoogLeNet的齿轮箱故障诊断方法。使用NGO对VMD进行参数寻优,利用优化后的VM... 详细信息

目前的齿轮箱故障诊断方法,在多转速工况及噪声干扰下,存在过拟合及诊断效果不佳的问题。针对此问题,提出一种北方苍鹰(NGO)算法优化变分模态分解(VMD)结合改进GoogLeNet的齿轮箱故障诊断方法。使用NGO对VMD进行参数寻优,利用优化后的VMD去除故障信号中的噪声;对原始GoogLeNet的结构进行合理删减,并利用延迟丢弃法、可训练的ReLU函数(TReLU)对其改进;最后,将去噪后的故障信号转换为二维图作为改进GoogLeNet的输入数据进行网络的训练及分类,得到故障诊断结果。实验结果表明:与其他降噪方法相比,NGO-VMD方法的降噪效果明显,能显著提高故障诊断的准确率;与常见的卷积神经网络相比,提出的改进GoogLeNet能进一步提高故障诊断的准确率,达到了97.2%。

关键词：变分模态分解(VMD) 北方苍鹰优化(NGO)算法改进GoogLeNet 齿轮箱故障诊断

混合可重构智能表面和人工噪声辅助的物理层安全通信

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3155-3164页

作者：邓志祥戴陈庆张志威河海大学江苏省输配电装备技术重点实验室常州213251 河海大学信息科学与工程学院常州213251

针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Reflecting Surface,RIS)辅助的物理层安全通信,该文设计了基于混合有源-无源RIS和人工噪声(Artificial Noise,AN)辅助的安全传输方案。考虑基站和RIS的功率约束以及RIS无源反射元件的... 详细信息

针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Reflecting Surface,RIS)辅助的物理层安全通信,该文设计了基于混合有源-无源RIS和人工噪声(Artificial Noise,AN)辅助的安全传输方案。考虑基站和RIS的功率约束以及RIS无源反射元件的反射系数恒模约束,以最大化系统安全传输速率为目标,构建基站发射波束成形、AN波束向量、RIS反射系数矩阵联合优化问题。使用交替优化(Alternating Optimization,AO)、权值最小均方误差(Weighted Minimum Mean Square Error,WMMSE)和半定松弛(Semi-definite Relaxation,SDR)算法,求解所构建的变量高度耦合的非凸优化问题。仿真结果表明,混合RIS辅助安全传输方案,能够有效提高系统的安全速率,与无源RIS相比,能够有效克服“双衰落”效应导致的安全速率降低,与有源RIS相比,具有更高的能量效率。

关键词：可重构智能表面混合有源-无源RIS 物理层安全人工噪声交替优化半定松弛

基于多尺度卷积神经网络的屋顶光伏建筑轮廓提取方法研究

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可再生能源 2024年

作者：胡家宇白建波肖宇航严家乐河海大学机电工程学院河海大学新能源学院

针对我国整县分布式光伏的推进,屋顶光伏可利用潜力评估成为政策落实的前提条件。高效准确获取区域内屋顶的轮廓,是评估区域内光伏可利用潜力的最关键因素。现有屋顶光伏建筑物轮廓提取方法忽略了图像的多尺度特征,导致提取建筑物轮廓... 详细信息

针对我国整县分布式光伏的推进,屋顶光伏可利用潜力评估成为政策落实的前提条件。高效准确获取区域内屋顶的轮廓,是评估区域内光伏可利用潜力的最关键因素。现有屋顶光伏建筑物轮廓提取方法忽略了图像的多尺度特征,导致提取建筑物轮廓模糊及精度不高等弊端。文章提出了多尺度增强卷积耦合注意力调节的建筑物轮廓提取方法。首先,利用多扩张率的空洞卷积构造多尺度增强卷积模块,并将其融入到UNet网络中,用来采集不同感受野下的建筑特征,这样提取的结果能更全面地表达建筑物轮廓的整体和细节特征;然后,将注意力机制引入到UNet网络中参与跳跃连接,更为精确地提取建筑物轮廓;最后,利用交叉熵损失函数和Dice系数损失函数,构造复合损失函数,训练所提模型,提取建筑物轮廓。实验结果显示,与其他建筑物轮廓提取算法相比,所提算法不仅对建筑物轮廓的提取精度较高,而且对不同尺度的建筑物轮廓提取也具有较好的效果,说明所提算法能够有效提升建筑物轮廓提取精度,提高光伏可利用潜力评估效率。在分布式光伏整县推进背景下,该方法对于推动GIS及人工智能技术在光伏资源评估中的应用具有重要的参考价值。

关键词：屋顶光伏建筑物轮廓提取多尺度增强卷积模块注意力机制

结合正态分布变换与线面ICP的弹性激光SLAM算法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第4期49卷 672-680页

作者：王彬章浙涛何秀凤河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)中的位姿估计依赖于高精度和高可靠性的扫描匹配算法。针对实时LiDAR里程计与建图(LiDAR odometry and mapping in real-time,LOAM)框架中的点到线和点到面的迭代最近点算法(iterative closest point,ICP)在非结构化场景中退化的问题,提出了用于识别非结构化场景的环境特征值(environmental feature values,EFV),并根据EFV弹性地选择用正态分布变换(normal distributions transform,NDT)进行粗配准,实现了一种基于扫描匹配的弹性实时激光SLAM算法NDT-LOAM。实验结果表明,EFV可以有效区分非结构化场景,并给出了EFV阈值的调试方法。定位与建图实验分析表明,所提算法相比LOAM等经典的纯激光SLAM算法,在精度以及可靠性上均有较大提升,室外定位精度可从米级提升至分米级,在面对手持数据时也不会建图失败,能够得到全局一致性地图。因此此算法具有很好的环境适应性,丰富和发展了面向复杂环境的SLAM方法。

关键词： LiDAR SLAM 扫描匹配 NDT 线面ICP 弹性系统

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新型手性蜂窝结构设计与力学分析

复合材料学报 2024年

作者：刘卫东陈浩波郭苏阚阚河海大学电气与动力工程学院河海大学新能源学院

当前手性蜂窝结构的研究除了关注结构本身所用材料以外，通过改变单元内部拓扑组合以提升力学性能成为绝大部分研究的重点，而大部分现有的手性蜂窝结构中都存在既会带来更大的结构刚度、同时也会增加整体结构重量的刚性大中心节点。针... 详细信息

当前手性蜂窝结构的研究除了关注结构本身所用材料以外，通过改变单元内部拓扑组合以提升力学性能成为绝大部分研究的重点，而大部分现有的手性蜂窝结构中都存在既会带来更大的结构刚度、同时也会增加整体结构重量的刚性大中心节点。针对现状，本文提出了一种易变形、延展性好的新型四手性细胞结构，通过能量法理论推导了梁结构力学性能的数值解，并用有限元方法进行了数值验证。通过参数分析，讨论了该结构的力学性能。结果表明：该负泊松比结构具有优异的力学表现，等效弹性模量低至10-6，且拥有最低为-5.5的大拉剪耦合系数范围。其等效弹性模量最低仅有V型梁结构的10%，等效剪切模量低于ATCS结构2个数量级；力学性能调节范围也接近于ATCS的1.5至2倍。作为一种新型手性结构，更低的等效弹性模量与范围更广的拉剪耦合系数在航空航天、船舶、医疗等领域有着巨大的应用潜力。

关键词：四手性结构力学性能理论推导有限元验证负泊松比

一种适用于单频GNSS数据的多周跳探测与修复方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第3期49卷 465-472页

作者：徐天扬章浙涛何秀凤袁海军河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

随着低成本接收机的广泛使用,单频GNSS(global navigation satellite system)已成为主要应用场景之一。单站单频GNSS通常由于观测环境较为复杂,其周跳率往往较高。虽然传统的无几何(geometry-free,GF)组合可探测部分大周跳,但对小周跳... 详细信息

随着低成本接收机的广泛使用,单频GNSS(global navigation satellite system)已成为主要应用场景之一。单站单频GNSS通常由于观测环境较为复杂,其周跳率往往较高。虽然传统的无几何(geometry-free,GF)组合可探测部分大周跳,但对小周跳不敏感;几何(geometry-based,GB)组合可有效解决该问题,但在多个周跳同时发生时,GB组合的探测成功率会大幅下降。因此,提出了一种将GF组合与GB组合相结合的周跳探测修复方法。首先利用GF组合将大周跳探测并剔除,然后采用GB周跳探测方法探测小周跳,并在选权迭代的过程中不断修复发生大周跳的观测值。实验结果表明,所提方法可有效提高多周跳发生时的探测修复率,在极端情况下与传统方法相比成功率可提高约50%。

关键词：单频观测值周跳探测与修复无几何组合几何组合

基于格子Boltzmann法的粒子拓扑结构对风力机涡流演变影响研究

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工程热物理学报 2024年第4期45卷 988-1000页

作者：薛飞飞许昌韩星星贺宇杭沈文忠邓智文河海大学能源与电气学院南京211100 河海大学新能源学院常州213200 扬州大学电气与能源动力工程学院扬州225009

格子Boltzmann方法(LBM)具有无网格的特性,但空间离散过程中粒子拓扑结构应同流场结构相匹配,拓扑结构由远场粒子尺度、近壁粒子尺度、涡结动态粒子加密阈值尺度、粒子细化的过渡长度等构成。本文结合叶尖涡涡核尺度,开展LBM法粒子分布... 详细信息

格子Boltzmann方法(LBM)具有无网格的特性,但空间离散过程中粒子拓扑结构应同流场结构相匹配,拓扑结构由远场粒子尺度、近壁粒子尺度、涡结动态粒子加密阈值尺度、粒子细化的过渡长度等构成。本文结合叶尖涡涡核尺度,开展LBM法粒子分布的拓扑关系寻优研究,对比分析MEXICO风力机尾流预测精度,以形成兼顾计算效率和精度的风力机尾流模拟最佳粒子拓扑结构。研究发现,近壁粒子尺度及粒子细化的过渡长度对尾流影响较大,涡结动态粒子分布尺度影响次之;叶片近壁粒子尺度不应低于叶尖涡模拟涡核尺度的1/6,首层过渡层长度是涡核尺度两倍左右;涡结粒子加密尺度取涡核尺度1/3时,风力机尾流模拟精度能够兼顾计算效率与精度。

关键词：格子Boltzmann法风力机粒子拓扑结构 AMR 尾流

基于硅橡胶分子链陷阱变化的复合绝缘子老化现象

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5545-5554页

作者：沈瑶刘兴杰梁英薄天利赵涛宁夏大学电子与电气工程学院银川750021 华北电力大学电力工程系保定071003

硅橡胶复合绝缘子老化后易引入乙烯基、羰基、羟基等强极性基团,形成化学性陷阱,进而加剧绝缘子老化甚至引发绝缘事故。为探究硅橡胶老化后不同化学基团的陷阱特性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,运用分子模拟软件分别构建含羰基、羟基... 详细信息

硅橡胶复合绝缘子老化后易引入乙烯基、羰基、羟基等强极性基团,形成化学性陷阱,进而加剧绝缘子老化甚至引发绝缘事故。为探究硅橡胶老化后不同化学基团的陷阱特性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,运用分子模拟软件分别构建含羰基、羟基和乙烯基的PDMS缺陷模型,针对稳定构型后的缺陷模型,利用第一性原理,对含不同结构的PDMS在电场作用下的键长、键角、原子布局及偶极矩变化进行了计算,获得了对应的陷阱能级和态密度分布变化。通过分析不同缺陷模型的微观分子结构与陷阱特性之间的内在联系,探究了不同化学陷阱在电场作用下的变化规律。结果表明,含羟基的PDMS引入了浅陷阱,而含乙烯基和羰基的PDMS引入了深陷阱;三种缺陷的陷阱深度均随着电场的增大而增加,且变化率由大到小依次为羰基、乙烯基和羟基;随着电场的增大,含乙烯基的PDMS结构中出现了空穴陷阱,含羰基的PDMS中的电子陷阱出现了消散,而含羟基PDMS的陷阱分布变化不大。由此可见,硅橡胶老化后形成的羰基基团在其老化进程中的作用不容忽视。老化后的硅橡胶陷阱态和基团含量有望作为硅橡胶老化评估的新的参考标准,可为硅橡胶老化实验提供理论依据。

关键词：硅橡胶复合绝缘子老化化学陷阱陷阱分布

GPS L2P(Y)信号在GNSS-IR技术中的特殊误差源及改正方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 122-130页

作者：王笑蕾杨泽艺何秀凤宋敏峰河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术只基于传统测量型接收机便可完成对站点周围环境的遥感,具有成本低、自动化程度高、全天候、连续监测、框架固定等优势... 详细信息

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术只基于传统测量型接收机便可完成对站点周围环境的遥感,具有成本低、自动化程度高、全天候、连续监测、框架固定等优势。然而,其中的全球定位系统(global positioning system,GPS)L2P信号表现出一类特殊的GNSS-IR误差,在对信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的频谱分析中存在“双峰”现象,从而导致GNSS-IR反演误差。目前,对于该误差源的成因认识不清晰,也没有相应的改正策略,使得GPS L2P信号应用受限。因此,对GPS L2P信号“双峰”误差的成因进行分析,并提出了对应的改正策略。首先,选择位于海洋或水库边的4个站点,利用不同的跟踪方式捕获了站点的L2P信号;然后,根据不同L2P跟踪方式的SNR数据的频谱表现,分析了不同跟踪方式下的“双峰”误差对水位/潮位反演结果的影响;最后,提出了一种“双峰”误差改正策略并进行了相应的误差改正实验。结果表明,所提误差改正策略可以较好地改正L2P“双峰”误差,增加GPS L2P信号的GNSS-IR水位/潮位反演可用性。

关键词： GNSS干涉反射测量技术 “双峰”误差 GPS L2P(Y)信号水位/潮位反演