当期目录

2021年 第34卷 第9期 刊出日期：2021-09-15

  

基于高性能计算的雷达信号处理研究综述

耿昭谦,朱虎明,李旭明,陈梅青,杨贵鹏

2021, 34(9):  1-6.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.001

摘要 ( 596 )   HTML ( 32 )   PDF (899KB) ( 118 )  

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随着软件定义雷达技术的发展和信号处理算法日趋复杂,以多核处理器和图形处理器等为代表的高性能计算技术在雷达系统中得到了更多的应用。文中重点介绍了高性能计算硬件系统最新的技术进展,对比分析了并行计算软件框架CUDA、OpenCL、OpenMP、MPI和Pthread的技术特点,并利用多线程流水线技术设计了基于CPU的并行雷达信号处理算法,探讨了高性能计算在雷达信号处理中的应用技术发展趋势。

优化的μC/OS-III实时内核中断管理机制

冯冲,吴尧辉,吴昊珍

2021, 34(9):  7-11.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.002

摘要 ( 195 )   HTML ( 18 )   PDF (835KB) ( 38 )  

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针对μC/OS-III实时操作系统中,低优先级中断任务对紧急任务截止期干扰较大的问题,文中提出了一种优化的μC/OS-III中断管理机制。利用完全基于μC/OS-III优先级剥夺原则,对中断任务和普通任务的优先级进行统一分配。根据中断的紧急程度为中断任务分配合适的优先级,对比中断任务与当前执行任务的优先级高低来选择不同的处理方式,若中断任务的优先级低于当前执行任务则以任务方式处理,反之则以中断服务程序处理。理论分析和μC/Probe软件检测及实验表明,优化后的μC/OS-III实时内核中断管理机制可以缩短紧急任务的截止期,系统能够可靠稳定地运行,具有较高的实时性。

基于自适应牵制控制的中立型复杂网络渐近同步

时慧,童东兵

2021, 34(9):  12-16.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.003

摘要 ( 207 )   HTML ( 14 )   PDF (551KB) ( 39 )  

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针对控制节点未知的中立型耦合复杂网络渐近同步问题,文中设计了更符合工程应用的自适应牵制控制器,并给出了自适应更新律的设计依据。根据广义Itö公式、线性矩阵不等式和Lyapunov稳定性理论,给出了中立型耦合复杂网络渐近同步的充分条件。通过数值仿真,计算出同步所需最少牵制节点数,进一步验证了所得渐近同步准则的有效性。

基于遗传算法的温度传感器布置优化

修晓波,李伯全,周峰

2021, 34(9):  17-23.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.004

摘要 ( 277 )   HTML ( 13 )   PDF (1474KB) ( 72 )  

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温度场分布信息在工业应用中反映了工业设备的内部运行状态,有助于制定控制策略并确保工业设备运行的安全性。针对钢铁冶炼设备中的链篦机鼓风干燥段温度场检测的局限性,文中提出了一种解决温度传感器布置的最佳位置和数量的方法。采用传热学理论建立了鼓风干燥段数学模型,通过计算流体动力学获得鼓风干燥段理论温度场。设计评价传感器布点位置优劣的目标函数,采用遗传算法进行求解,得到温度传感器布点数量和位置的最优解。采用数值模拟的方式验证该方案的效果,结果显示采用径向基函数重构温度场时,优化后的温度场较优化前平均绝对误差提高了30.90%,模型命中率从99.88%提升到了99.99%。

基于NURBS的光学镜片重构算法研究

韩世凡,付东翔

2021, 34(9):  24-29.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.005

摘要 ( 177 )   HTML ( 8 )   PDF (1234KB) ( 41 )  

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NURBS表示适用于主流及普遍的曲面设计。针对光学渐进镜片在设计中要保证光顺性且局部修改能够保持球镜度不变的问题,文中提出了一种利用NURBS重构技术的优化算法。因为NURBS曲面具有良好的局部修改性以及仿射与透视变化下的不变性,所以选择用NURBS重构出光学镜片且界定曲面部分修改的研究方法。通过预处理得到镜片上的型值点,设计了基于反求控制点的3次NURBS曲面重构算法,定义了基本概念,解决了型值点的选取,二次方法求解控制点,再次曲面拟合和界定局部修改等问题,并通过实验验证了文中算法的有效性。

基于四路ADC芯片交替采样的宽带信号采集系统设计

雷雯,栗敬雨

2021, 34(9):  30-35.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.006

摘要 ( 341 )   HTML ( 9 )   PDF (1411KB) ( 46 )  

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高速高精度大带宽的信号采集系统是宽带成像雷达的重要组成部分。针对单片高精度ADC的采样率无法满足大带宽成像雷达中频直接采样的问题,文中采用多路ADC芯片交替采样的方法,在保持采样精度不变的条件下提升系统采样率。设计了一种基于4片ADC12DJ3200交替采样的宽带信号采集系统,该系统中ADC单片采样率为3.4 GS·s^-1,合成的总采样率为13.6 GS·s^-1,量化位数12 bit。测试结果表明,在440 MHz到6 140 MHz频率范围内,该系统的有效位大于7.2 bit,无杂散动态范围大于51 dB。

基于微波光子技术的可重构雷达系统

曹继明,崇毓华,梅理,朱宇鹏,段宗明

2021, 34(9):  36-40.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.007

摘要 ( 318 )   HTML ( 16 )   PDF (1262KB) ( 61 )  

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针对传统电学雷达系统难以在一套硬件设备上实现宽频段范围内工作波段切换的问题,文中提出了一种可重构微波光子去调频雷达成像系统方案。该方案在发射机中利用级联电光调制器结构实现雷达发射波形的可重构,通过调整本振信号的频率使雷达的发射频段能够灵活改变。在接收机中利用平行结构马赫增德尔调制器实现雷达回波信号的去调频接收。通过逆合成孔径雷达成像实验评估了所提出的光子辅助雷达系统的性能。该光子雷达系统在Ku波段的不同带宽下进行验证,发射信号带宽分别为1 GHz和4 GHz,接收机模数转换器的采样率为100 MSa·s^-1。实验结果证明微波光子技术能为可重构雷达提供有效的实现方案。

基于阶跃响应和遗传算法优化高阶加时滞模型的辨识方法

王阳,王亚刚

2021, 34(9):  41-46.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.008

摘要 ( 209 )   HTML ( 8 )   PDF (753KB) ( 49 )  

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针对工业生产中含有时滞环节的高阶过程对象,由于控制器结构复杂,采用直接设计控制器和传统模型降阶的方法实现起来比较困难,加上噪声对控制器产生的干扰,导致这些方法往往得不到满意的结果。文中采用基于阶跃响应的辨识方法,通过分析对象阶跃响应的输入和输出数据,建立二阶加纯滞后模型,利用遗传算法自适应全局搜索能力的优点来优化模型的静态增益、时间常数和纯滞后系数,从而对高阶加时滞对象进行精确的模型辨识。MATLAB仿真结果表明,该方法具有精度高、鲁棒性强和适用性广等优点。使用该方法辨识文中的模型在单位阶跃输入信号下的ITAE指标分别为18.138 5、6.271 5和167.889 2。

三相输入型阻塞式交交变频电源

李玉东,连海山,胡晓丹

2021, 34(9):  47-53.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.009

摘要 ( 200 )   HTML ( 8 )   PDF (2531KB) ( 29 )  

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传统SCR相控式交交变频手段控制复杂,所需器件较多。为了克服这些缺点,在单相阻塞式交交变频系统的基础上,文中提出了一种三相输入型阻塞式交交变频系统。该系统以工频三相电源作为输入,采用并联结构的传统交流斩波调压电路拓扑及高频PWM控制。根据面积等效原理推导出了占空比与输出电压幅值的关系,实现了系统输出电压的频率和幅值分别可调的目的。最后,对在MATLAB 2016b/Simulink环境中搭建的系统数学模型进行了仿真分析,制作了基于dSPACE半实物仿真平台的三相输入型阻塞式交交变频电源的样机并进行了实验。仿真结果及实验结果证明了文中所设计系统的正确性和可行性。

基于改进DNS协议的移动网络支付安全通信协议模型

魏星

2021, 34(9):  54-57.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.010

摘要 ( 200 )   HTML ( 8 )   PDF (961KB) ( 32 )  

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针对移动网络支付过程中的安全问题,文中构建了一个基于改进DNS协议的移动网络支付安全通信协议模型。该模型采用改进的DNS协议,通过引入区块链技术,使每个顶级域名都成为了一个自主根,再由自主根组成根联盟,从而共同参与每个数据节点的发布和管理。利用这种去中心化的思想,有效提高了移动网络支付的安全性。特别是对PBFT共识算法进行的改进,通过主动获取节点网络中所有节点的视图以及最新的区块高度等信息,恢复了网络运行过程中导致的部分节点执行落后问题,进一步保证了数据的一致性和安全性。

基于人脸姿态估计的多角度虚拟眼镜试戴技术

刘轩,付东翔

2021, 34(9):  58-65.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.011

摘要 ( 248 )   HTML ( 17 )   PDF (2692KB) ( 59 )  

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虚拟眼镜试戴手动操作占比高、试戴角度单一、试戴效果失真,所以试戴技术商用率较低。针对这些问题,文中提出了一种基于人脸特征检测与头部空间姿态估计相结合的虚拟试戴技术,并实现了一套虚拟眼镜试戴系统。通过摄像头采集头部实时视频,并按帧分析,采用ERT级联回归定位面部特征点。根据面部特征点位置信息和头部旋转信息将透视变换后的眼镜图像准确融合到对应角度的人脸图像中。在 AFLW人脸数据库上对三维实时姿态估计进行了量化评估,±60°内角度误差约为8.8°。结果表明,该算法精度高且速度快,在角度变化频繁、外界光线强弱变化大、背景干扰物较多的复杂情况下仍能快速准确地实现三维多角度虚拟试戴,效果逼真自然,基本满足虚拟试戴技术的要求。

导盲犬行走机构运动仿真及其视觉识别算法研究

赵崇,迟蒙蒙,储聪,张鹏

2021, 34(9):  66-72.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.012

摘要 ( 263 )   HTML ( 14 )   PDF (3065KB) ( 63 )  

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针对导盲犬训练成本高等系列问题,文中提出了一种具有视觉识别功能的行走装置,该装置能够实现单个步进电机驱动四足机构行走。通过对行走机构进行运动仿真,得到的数据显示四足相对于地面交替上升、交替落地,能够在较为复杂的非结构环境下平稳运行。以人行横道上的红绿灯的识别为例,提出了一种基于YOLO的机械导盲犬视觉识别算法,判断当前信号灯状态是否可通行。机械导盲犬识别绿灯准确率为87.96%,红灯准确率为89.38%,检测速度为23.5 frame·s^-1,能实时检测并区分人行横道红绿灯信息。

基于超像素分割的孪生网络双目立体匹配方法研究

陆玮,刘翔,薛冕

2021, 34(9):  73-78.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.09.013

摘要 ( 249 )   HTML ( 9 )   PDF (1567KB) ( 41 )  

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图像若存在纹理缺乏、遮挡、边缘深度不连续等情况,其双目匹配精度会降低。针对这一问题,文中将经过均值滤波预处理和SLIC超像素分割形成的超像素区域作为Siamese孪生深度学习网络模型的输入,进行了图像局部信息匹配代价计算。该方法有效提升了视差计算时边缘区域的辨识度,避免了视差图边缘膨胀、模糊、不连续等问题,提高了立体匹配的准确度。实验部分基于Middlebury 立体视觉数据集测试平台,并与SGM半全局匹配、自适应权重AD-Census等方法得出的视差图进行比较。结果显示,该算法在深度不连续区域和缺乏纹理区域的匹配效果改善较为明显,且平均视差误差和平均错误率均有所降低,具有更好的鲁棒性。