当期目录

2021年 第34卷 第2期 刊出日期：2021-02-15

  

一种射频放大器上电时序及偏置点控制方法

何强,杨青慧,张怀武

2021, 34(2):  1-6.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.001

摘要 ( 491 )   HTML ( 272 )   PDF (999KB) ( 120 )  

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射频放大器存在上电时序复杂且延时不精确,偏置点不易达到器件要求的问题。针对该问题,文中提出了一种基于STM32F302K8的射频放大器上电时序及偏置点控制的方法。通过单片机IO控制电源芯片上电,中断程序精确延时,保证射频放大器HMC637漏极电源和栅极电源按顺序上电。根据ADC采样偏置电流,采用DAC调节HMC637栅极电压,使得偏置电流达到要求值。测试结果表明,文中设计的方案可实现HMC637各电源按程序所设6 ms间隔顺序上电。调节栅极电压使偏置电流达到目标值400 mA,偏置流程完全符合器件要求。此外,该方案不受器件工艺等因素影响,具有自适应性,应用前景广阔。

基于深度学习的医学图像分割技术研究进展

闫超,孙占全,田恩刚,赵杨洋,范小燕

2021, 34(2):  7-11.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.002

摘要 ( 1706 )   HTML ( 78 )   PDF (671KB) ( 253 )  

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医学图像分割在临床诊断中发挥着重要作用,也是其他医学图像处理方法的基础。随着计算机硬件性能的提高,基于深度学习的图像分割技术已成为处理医学图像的有力工具,被广泛应用于各种医学图像分割任务中。文中介绍了常见的医学图像种类及其特点,对近些年涌现出的图像分割算法进行了分析和对比,部分算法已经成功应用到脑组织、肺部和血管等部位图像分割任务之中。文中还针对目前基于深度学习的医学图像分割技术在发展过程中所面临的问题给出了应对策略,并对今后的发展方向进行了展望。

基于水平集的医学图像分割算法

房巾莉,吕毅斌,王樱子,唐胜男,武德安

2021, 34(2):  12-20.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.003

摘要 ( 334 )   HTML ( 10 )   PDF (3017KB) ( 57 )  

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针对具有灰度不均效应的医学图像分割问题,文中提出了一种快速结合全局和局部信息的水平集模型,即HLSGL。基于C-V水平集分割算法的全局信息,通过计算图像各像素点的局部拟合均值,引入局部信息能量项,使全局与局部信息叠加构成驱动力项,保证对图像边缘具有较好的局域化效果。在构造的驱动力项中引入一种新的速度停止函数,使分割过程能自适应地调节曲线演化速率,提高了分割效率。将HLSGL模型应用于不同种类医学图像,实验表明该方法可以高效地分割含噪声、弱边界、灰度不均的医学图像,得到较完整的轮廓曲线。与其他水平集模型的对比实验表明,HLSGL模型的准确性、鲁棒性、分割效率均得到改善。

基于CNN和LSTM的睡眠呼吸暂停检测算法

葛靖,刘子龙

2021, 34(2):  21-26.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.004

摘要 ( 1276 )   HTML ( 61 )   PDF (1345KB) ( 211 )  

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睡眠呼吸暂停是一种常见的睡眠障碍,与多种疾病发生有关。文中提出了使用深度学习方法来实现睡眠呼吸暂停事件检测。心电信号两个阶段的预处理分别作为CNN和LSTM模型的输入:CNN模型以原始ECG信号作为输入,通过卷积自动提取特征来识别睡眠呼吸暂停;LSTM模型使用心电的间接信号作为输入,从RR间期和呼吸信号中自动提取特征。实验表明,LSTM模型准确度较高为87.4%,与传统方法性能接近。文中所提方法结合了人工特征提取和深度学习优点,比传统分类方法更具适用性。

软件可编程的FPGA网络测量引擎技术实现

晏子杰,王京梅,陈卓,刘宇

2021, 34(2):  27-32.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.005

摘要 ( 190 )   HTML ( 6 )   PDF (1436KB) ( 30 )  

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为解决现有网络传输及交换性能监测方案中资源开销大和粒度粗糙等问题,文中提出了一种软件可编程的FPGA网络测量引擎技术实现方案。该方案首先通过测量控制器对输入规则进行预处理并编译成自定义指令集下发给各个网络节点中的数据采集点,然后数据采集点以流水线的方式处理接收到的指令从而实现对网络流进行测量。该方案涉及网络流测量规则预处理和可编程硬件测量规则的流水线高速处理引擎等关键技术,可对现有以太网进行复杂规则定义的高效测量。通过向系统中注入不同参数网络流的方式进行板级验证,结果表明所设计的系统能够正确接收并处理由测量控制器下发的自定义指令集,从而实现测量功能。

工控系统中PLC安全漏洞及控制流完整性研究

陈大伟,徐茹枝

2021, 34(2):  33-37.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.006

摘要 ( 398 )   HTML ( 10 )   PDF (701KB) ( 53 )  

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可编程逻辑控制器在工业控制系统中扮演着重要的角色,但近年来公开的PLC安全漏洞却呈现逐年增加的态势。针对PLC开展漏洞防御技术研究,对提高工控系统安全具有重要意义。文中基于控制流完整性,提出了一种针对PLC的控制流完整性防御机制来保护PLC免受漏洞劫持。该防御机制通过检查PLC程序中的控制转移指令,基于插桩技术插入校验指令以确保程序按照原有的控制流程图执行,以此保护PLC免受攻击者劫持。为了有效地保证PLC的实时性,引入了循环的影子堆栈。文中所提方案有效地保护了PLC免受漏洞劫持,防御机制的性能开销在平均情况下仅约为3.6%。

基于径向基神经网络退役锂电池分选研究

何忠霖,周萍

2021, 34(2):  38-44.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.007

摘要 ( 192 )   HTML ( 4 )   PDF (1684KB) ( 34 )  

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随着电动汽车关键零部件锂电池的寿命逐步到期,对退役锂电池梯次利用的研究愈发重要,其中对退役锂电池的分选技术是该领域的一大难点。传统的分选方法需要对单个电池进行逐个测试从而完成分选,但此方法不适于大批量电池快速分选。为了提高对退役动力电池的分选速度,文中采用了均衡-充电分选法。该方法对待分选的电池进行并联均衡,待电压一致后进行串联恒流充电;然后根据老化程度不同电池具有不同电压曲线的特点,结合径向基神经网络的非线性函数逼近能力;通过模型训练,实现电池容量估计,从而完成电池分选。仿真验证显示新方法容量误差不超过±5%,容量误差不超过±3%,表明文中所提方法可以实现对退役锂电池的分选。

基于接触的轨道运输车升降系统传动结构稳定性分析

普江华,王学军,吴鹏,陈明方,杨雄

2021, 34(2):  45-51.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.008

摘要 ( 213 )   HTML ( 3 )   PDF (1272KB) ( 53 )  

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轨道运输车属有轨输送设备,广泛应用于铁路、冶金、矿山等领域,其传动结构的稳定性是生产中亟待解决的关键问题。文中以轨道运输车升降系统传动结构为研究对象,基于多体动力学理论及Hertz接触理论,研究了轨道运输车升降传动结构中蜗轮蜗杆的啮合过程。文中还对刚度系数、电机驱动速度及传动距离对传动稳定性影响进行分析,探寻蜗轮蜗杆之间接触力变化规律,找到了影响升降结构稳定性的原因。通过对传动结构中蜗轮蜗杆传动机构的接触力变化规律进行研究,发现接触时瞬时冲击及接触力的周期性波动是造成升降系统传动结构不稳定的主要原因。文中工作对蜗轮蜗杆传动的动力学特性研究及轨道运输车新型传动结构的设计提供了理论依据。

基于新型初始模块的卷积神经网络图像分类方法

朱斌,刘子龙

2021, 34(2):  52-56.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.009

摘要 ( 337 )   HTML ( 10 )   PDF (955KB) ( 40 )  

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在涉及分类识别的问题中,首选方法是基于卷积神经网络的分类方法。为解决传统卷积神经网络处理能力较差、分类精度较低等问题,文中提出了一种新型的卷积神经网络图像分类模型。一方面在传统的网络模型基础上增加新型Inception模块,增强了模型的特征信息的融合,提高了特征表达的能力;另一方面通过激活函数、数据增强、批量正则化、权重初始优化以及Adadelta优化方法来改善模型的性能,提升分类准确率。通过基于新型初始模块的新型网络模型对CIFAR-10数据集上的数据进行试验,并与传统网络模型方法对比,证明改进模型能有效提升网络性能。

一种宽频带大动态AGC电路设计

毛云山,尉旭波

2021, 34(2):  57-61.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.010

摘要 ( 307 )   HTML ( 7 )   PDF (863KB) ( 57 )  

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针对自动增益控制电路高频率、宽频带及大动态的需求,设计了一款高频宽带大动态AGC电路。文中通过采用AGC耦合信号窄带化的方式,解决了宽带电路躁底抬高导致功率检测不准的问题。此外,文中采用两级压控增益放大器级联的方式实现了AGC电路的大动态,并加入输入输出放大滤波电路,提高了信号纯度。根据文中设计,实测AGC电路在信号频率为2 GHz且信号带宽200 MHz时的动态范围有100 dB。与传统AGC电路相比,新方法提高了适用频率及带宽。

基于人工神经网络的表面肌电信号分类器研究进展

周小波,邹任玲,卢旭华,王海滨,张俊翔

2021, 34(2):  62-67.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.011

摘要 ( 390 )   HTML ( 13 )   PDF (834KB) ( 55 )  

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表面肌电信号是一种重要的生理电信号。基于表面肌电信号建立人体康复动作识别系统操作方便,对身体无侵入性,对运动无干扰,有广阔的应用前景。肢体康复动作识别系统很大程度上依赖于信号特征提取和分类器的使用。文中对近几年基于人工神经网络建立的表面肌电信号分类器,包括LVQ分类器、ELM分类器、WNN分类器、ANFIS分类器、Alex Net分类器和GRNN分类器进行了回顾和探讨。通过对各种分类器的回顾比较,发现现有的不足之处并针对分类器的未来研究方向和发展趋势进行了分析和展望,为今后相关方面的研究提供一定的参考依据。

超磁致伸缩传感器背衬层参数优化的实验研究

姜银方,胡华健,郭永强,吴搏

2021, 34(2):  68-73.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.012

摘要 ( 172 )   HTML ( 3 )   PDF (2761KB) ( 21 )  

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传统超磁致伸缩传感器背衬层吸收余振效果不佳,影响激励性能。文中采用不同参数的背衬层进行对比试验来研究背衬层参数与超磁致伸缩传感器激励性能的关系,并确定了最优的背衬层配比为编号3,长度为25 mm,厚度为6 mm。利用该背衬层的传感器与传统背衬层的传感器分别检测同一管道,结果表明优化后的超磁致伸缩传感器检测缺陷信号的回波系数提升10.7%,信噪比提升10.6 dB,盲区检测时间缩短0.4×10^-4 s,证明了优化后超磁致伸缩传感器背衬层的实用性。

基于MATLAB GUI的数字信号处理仿真平台开发

孙慧霞,周上楠,周玲,窦永梅

2021, 34(2):  74-78.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.02.013

摘要 ( 492 )   HTML ( 24 )   PDF (2796KB) ( 103 )  

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针对数字信号处理基本运算和典型算法的快速实现和可视化问题,文中借助MATLAB GUI开发了数字信号处理仿真平台。通过引入工程实际案例,实现了信号产生、基本运算、卷积计算、CZT、FFT、功率谱分析、IIR滤波器、FIR滤波器和自适应滤波,涵盖了数字信号处理的常用运算和典型算法,并提供了相应的显示功能。该仿真平台显示直观,简单易用,使抽象难懂的算法变得可视化,便于理解和掌握。