摘要:超声声场光学检测研究通过声扰动介质时发生的声光效应，对出射光进行解析即可得到超声声场的相关信息。和常规超声声场检测方法相比，光学检测法是一种非侵入式检测方法，不会对声场造成干扰，该方法具有检测速度快、空间分辨率高、频带范围宽、灵敏度高的优势，被广泛应用于声场检测领域。自从1936年首个声光衍射定量规律提出至今，声光效应在理论研究和声场检测中均取得了重大进展。介绍了超声声场光学检测的基本原理，总结了近年来声场光学检测领域的研究成果，并对声场光学检测的发展方向进行了展望。

摘要:现有的机械系统智能诊断模型需要不同健康状态下大量的历史数据和相对应的标签来完成模型训练，但有些机械系统难以采集到异常样本。在无异常样本训练情况下，本文提出一种新的机械系统异常检测方法。新方法结合生成对抗网络和自动编码器，构建了一种编码解码再编码的网络模型。所提模型首先通过早期采集的正常样本进行训练，然后用于对未知状态的实时监测样本进行测试，输出两次编码得到的潜在特征的差异值，最后通过观察差异值的变化对系统进行监测。3组实验分析结果验证了方法的有效性。与传统方法相比，新方法检测出异常的时间更早，所得差异值指标在异常发生时幅度增加得更大，且能更稳定表征故障演化过程。

摘要:钢绞线是大跨度桥梁必不可少且最重要的受力构件之一，但受必需的防腐蚀措施影响，目前仍缺乏有效的在役桥梁钢绞线应力检测监测方法。超声导波在钢绞线中传播带有明显的应力特征，通过在时频域内进行导波信号的小波包分解提取不同应力状态下小波包分解系数矩阵，并以系数矩阵的奇异值向量为特征参量，建立具有学习能力的支持向量回归模型检测钢绞线应力值。结果表明，导波的奇异值向量是有效的应力特征参量，逐级加载过程中奇异值向量距与钢绞线应力值呈单调线性变化关系；以奇异值向量构建的支持向量回归模型预测钢绞线应力，其结果确定系数达到0973 9，对比神经网络方法，支持向量回归模型应力预测结果更为稳定。

摘要:为了提高卫星钟差中长期预报的精度，提出了一种基于冯德拉克滤波一次差的修正指数曲线法模型的卫星钟差中长期预报方法。该方法首先在建模之前考虑到卫星钟差钟跳和粗差频繁的现象，采用中位数法探测钟跳和粗差数据并将其剔除后，采用拉格朗日插值法将缺失的钟差数据补齐；其次，考虑到卫星钟差数据存在系统误差和随机误差，采用冯德拉克滤波平滑法对钟差数据进行平滑处理；然后，考虑到卫星钟差的有效数字位数较多，会降低模型的预报性能，采用一次差处理消除钟差序列趋势项的影响后，建立了修正指数曲线法预报模型；最后，采用IGS服务器上发布的事后精密卫星钟差产品，并结合2种典型变化趋势的卫星钟差进行了未来4个时间段的中长期预报实验。实验结果表明，该方法的中长期预报性能明显优于常用的二次多项式模型和灰色模型，其60 d的平均预报精度(RMS)相对于常用的二次多项式模型和灰色模型分别提高了9200%和8080%，平均预报稳定度(Range)相对于常用的二次多项式模型和灰色模型分别提高了9240%和8140%。

摘要:液压油中的磨粒含有大量有关液压零部件磨损的重要信息，对磨粒的检测可有效预防液压系统的故障。针对电感式磨粒传感器对非铁磁性金属磨粒的检测能力较弱的缺点，本文提出了一种集成式磨粒检测装置，包括一个电容式传感器和一个电感式传感器。电容式传感器可对液压油中的气泡和金属颗粒实现区分检测，电感传感器可对液压油中的铁磁性和非铁磁性磨粒进行区分检测。通过结合比较电感和电容两个传感单元的检测结果，可实现对液压油中的气泡，铁磁性和非铁磁性金属颗粒的高精度检测。所设计的传感装置能够检测并区分80 μm气泡，30 μm铁颗粒和45 μm铜颗粒。电容式传感器和电感式传感器的集成有效地弥补了两种检测方法各自的不足，这种多种传感器融合的方式对提高磨粒检测装置的检测精度具有重要的意义。

摘要:针对传统碳纤维电极易受电容容抗效应影响而无法响应低频信号的问题，采用浓硝酸氧化+硅溶胶涂覆的改性方法，制备了一种新型的碳纤维海洋电场电极。实验结果证明，改性后碳纤维表面引入了大量氮氧官能团，使得电极比表面积和亲水性得到大大提高，同时电极受容抗效应的影响减小。在电场响应性能方面，改性后电极能够正确响应低至1 mHz的低频信号，相较于改性前，响应的准确性和灵敏度也得到大大提高，改性后电极对10和1 mHz信号响应的线性度分别为33%、21%，灵敏度分别为0048 2，0050 3。

摘要:为满足空间在轨组装望远镜地面装配试验的相关需求，综合考虑六维力传感器的量程、刚度和灵敏度等因素，设计了一种高灵敏度大量程六维力传感器。首先对经典十字梁六维力传感器进行数学建模，通过对比各通道单独作用时，应变梁表面应变和弹性体变形刚度的数学表达式，提出一套提高传感器灵敏度的改进方案；然后对传感器结构进行详细设计，并通过传感器的有限元仿真验证结构方案可行性；最后，对六维力传感器进行加工与标定，得到传感器线重复性误差小于033%FS，力通道测量灵敏度大于083 mV/V，力矩通道测量灵敏度大于26 mV/V。该六维力传感器各项性能优良，目前已应用于在轨组装望远镜地面实验当中。

摘要:光纤声传感器可广泛应用于能源和安防等重要领域，但其噪声复杂进而影响测量精度和稳定性，针对此问题，基于直线型光纤Sagnac干涉仪声传感系统，提出了一种改进小波阈值去噪方法，在此基础上，结合信号特征还设计了一种综合滤波方案，以提高系统语音探测质量。以实测语音信号为例，所提算法能将信号Allan方差值减小到824×10-14，而类间距判据值增大为691，有效改善了语音信号的质量。所提方法可广泛应用于声音传感领域，且对于光纤干涉仪声传感系统后期声源定位的准确性也具有重要意义。

摘要:由低成本器件组成的卫星/惯性(GPS/INS)组合导航系统中，存在较大的非线性与不确定性，为改善这一问题，本文提出一种引入滑模观测器(SMO)的滤波方法。首先，该方法建立了组合导航系统模型，介绍了扩展卡尔曼滤波(EKF)计算过程并分析存在的不足。然后，介绍了滑模观测器的基本原理，根据系统构建观测器。最后，说明了引入滑模观测器的EKF组合导航算法实现流程，滑模观测器将模型误差、状态估计以及均值方差融入EKF算法，修正系统输出。通过轨迹仿真实验与车载实验验证了所提方法优于传统EKF算法，具有更高的滤波精度。在车载实验中，卫星信号失锁15 s情况下，与EKF方法相比，所提方法的东向位置误差降低了53%，北向位置误差降低了37%，证明该方法能够有效抑制GPS/INS组合导航误差发散，为以后工程实践提供一定的参考价值。

摘要:针对无人机磁惯导系统中广泛采用的三轴磁强计，建立航向角误差模型，分析出航向角的非对准误差等效为常值误差加半圆罗差，提出了一种基于双内积的航向误差校正方法，即利用地磁场矢量与自身内积得到的模值为定值以及地磁矢量与重力矢量二者的内积为常数原理进行航向角解算补偿。该方法能克服基于矢量模值不变校正方法无法补偿非对准误差的缺陷，可实现三轴磁强计的完全校正。数值仿真及实验结果显示，该方法校正效果优于标量校正法、点积不变法以及两步法，能有效降低磁场矢量的模值误差和无人机航向角误差，且对磁惯导系统中的传感器噪声有较好的鲁棒性。

摘要:精确测量原油储罐油水界面是石油开采加工工艺过程的基本要求，油水界面测量技术在石油化工过程系统工程研究中占有十分重要的位置。首先介绍了油水界面测量技术的研究现状，分析了每一种测量技术的测量原理和技术应用，并从技术原理、测量方式和计算方法3个方面对15种油水界面测量技术进行了对比总结；其次重点探讨了油水界面计算方法，提出按照直接读数、关键参数、矩阵数据和图像分析4个方面总结油水界面计算方法，并对其所用算法研究进展进行分析和对比；最后对油水界面测量技术下一步发展做了展望，预测了油水界面测量技术在混合模式技术原理、非接触式测量方式、高精度测量过程、多维数据计算方法和智能化信息系统建设平台等5个方面的发展方向和技术难点。

摘要:在可编程电容器中，亚皮法量级的微小电容单元因受边缘效应等杂散电容的影响较大，难以实现准确、稳定的微小电容标准。本文给出了一种基于Kelvin等电位保护电极的微小电容单元实现方法，该方法将影响小电容单元的杂散电容限定为中心电极与保护电极之间因边缘效应而产生的杂散电容。并对此结构建立了等效微小电容单元解析模型，给出了一种通过保角变换分析杂散电容变化的算法，发现在电极厚度以及间距一定的情况下，中心电极与保护电极之间的气隙是杂散电容的主要影响量。基于此，分析气隙变化对杂散电容和主电极电容值的影响，同时结合有限元分析软件Ansoft Maxwell验证，确定微小电容单元的最佳气隙区间，进而准确实现微小电容标准的设计。经测试，在可编程熔融石英电容器中，亚pF量级实际微小电容单元电容值与设计微小电容单元电容值一致性良好。

摘要:针对传统模糊C均值（FCM）算法在图像分割时未考虑像元间的相互关系，且未事先给出初始聚类中心的问题，提出了一种考虑像元间相互关系的FCM聚类分割算法。该算法基于数据场原理，首先利用像元间的相互关系，通过计算各像素点的势值，形成图像数据场，然后利用图像数据场势心，确定FCM算法的初始聚类中心，最后在图像数据场的基础上，利用FCM算法实现对目标图像的聚类分割。利用人工合成图像和工件表面缺陷图像对算法的有效性进行验证，实验结果表明，该算法具有较好的分割效果，且对于条痕、脱碳、孔洞3种缺陷的不同噪声图像分割的正确率均在93%以上，同时具有较高的平均结构相似性。

摘要:针对目标跟踪在遮挡和光照变化等复杂场景下容易跟踪失败的问题，提出一种高精度鲁棒的目标跟踪算法。首先，将基于边缘信息的目标模型、基于梯度直方图（HOG）特征的滤波器模型和基于颜色直方图的颜色模型融合为更准确和鲁棒性更强的跟踪模型；然后，提出基于特征分数的双重跟踪可靠性判断依据，检测跟踪结果的可靠性；最后，在跟踪结果可靠性较低时，采用粒子滤波、稀疏表示以及距离约束定位进行重新检测，以实现持续稳定的跟踪。算法在OTB2015数据集上的平均重叠精度为782%，平均中心位置误差为231 pixel，平均跟踪速率为308 f/s，准确度和鲁棒性优于其他算法。在移动机器人和车辆跟踪平台上进行算法验证，平均重叠精度分别为975% 和972%，平均中心位置误差分别为68和126 pixel，平均跟踪速率分别为291和284 f/s，能有效跟踪上述复杂场景的目标，且满足实时要求。

摘要:眼科光学相干层析成像(OCT)设备的横向分辨率检测易受光斑噪声和干涉条纹影响，为提高横向分辨率检测精度，提出一种基于动态权重粒子群优化(DWPSO)算法的眼科OCT设备横向分辨率检测方法。通过构造动态权重因子对局部PSO算法进行改进，构建了DWPSO算法；建立了光束光强分布模型，采用DWPSO算法辨识模型参数并获得光束宽度，应用最小二乘算法拟合光束宽度得到数值孔径，用于实现眼科OCT设备横向分辨率检测。实验结果表明：DWPSO算法与其他相关算法相比较能够快速得到光束光强分布模型的全局最优解；被测眼科OCT设备在近焦点位置的横向分辨率为1821 μm，远焦点位置的横向分辨率为4991 μm，该横向分辨率检测方法使光斑噪声和干涉条纹的影响有效降低，具有较好的噪声鲁棒性。

摘要:点云配准是室内移动机器人位姿估计和环境构建的关键步骤，现有点云配准算法难以工作在低纹理场景中。为提高室内移动机器人环境适应能力，提出了一种改进三维正态分布变换（3DNDT）点云配准算法。通过改进ORB特征提取算法，确保低纹理下的特征点提取；此外，为提高点云配准精度和效率，提出改进的3DNDT算法快速获取高精度的点云配准矩阵。采用国际知名的公共数据集TUM作为评测数据，实验结果表明本文算法达到或优于现有主流点云配准算法的性能（均方根误差低于002 m），相对传统3DNDT算法配准时间缩短3倍以上；并且能工作在低纹理场景中。因此，改进的算法能提高室内移动机器人环境适应能力。

摘要:轻系列滚动轴承保持架由于兜孔直径小、两半保持架之间钉孔距离相对较大等因素导致在铆压过程中易出现变形，造成铆压歪斜缺陷。为此，本文提出了基于图像纹理特征的模式识别方法用于保持架歪斜缺陷的准确识别。首先，改进了轴承图像归一化展开算法，实现了轴承图像展开起点的自动优化选择以避免误分割保持架、铆钉和滚动体；其次，设计了轴承图像保持架区域定位分割算法，准确分离出7个保持架区域；最后，分别提取保持架区域的Hu矩和旋转不变均匀局部二值模式（LBPriu2P,R）作为纹理特征，并结合PCA降维方法构建轴承保持架缺陷识别的SVM分类模型。结果表明，基于Hu矩和LBPriu2P,R的SVM模型的正确识别率分别为85%和100%。因此，轴承LBPriu2P,R特征结合SVM模型对轴承保持架歪斜缺陷具有较好的识别效果。该方法有望为滚动球轴承保持架铆压工艺缺陷的自动识别提供参考。

摘要:多通道球幕投影技术是一种重要的信息可视化技术，针对投影图像易发生图像畸变以及图像重合区域会产生亮带等问题，提出一种基于图像校正原理的图像融合处理方法。首先分析投影图像之间的几何位置关系，采用网格划分法对畸变图像进行校正，实现边缘图像的网格位置拼接对齐；然后采用边缘衰减算法来对图像进行边缘融合处理，并且设计出一种球幕投影融合用的遮光板装置，对多源投影的球幕中所产生的重叠光路进行过滤，消除多源投影中球幕图像上的亮带，使投影图像的整体亮度保持均匀，最后通过实验对投影图像的边缘融合效果进行分析，结果表明，实验选取的5组图像峰值信噪比平均值为33550 dB，证明该方法具有较好的边缘融合效果。

摘要:随着北斗卫星导航系统的全球化，基于软件定义无线电的北斗接收机在北斗导航定位中的应用越来越广泛。但是北斗接收机在实时动态差分等高精度测量应用场景下，其基带采样ADC受到采样时钟抖动影响，再叠加固有的量化噪声和热噪声，对北斗信号的扩频测距精度产生不可忽略的影响。本文首先针对北斗公开的B1I、B1C、B2I、B2a和B3I 5种全球信号，描述了ADC采样中时钟抖动、量化噪声和热噪声等采样噪声的数学模型，提出了影响测距的信噪比综合公式，再通过载噪比进而得出测距误差的一般表达式，并给出了高精度测量要求下不同参数选择的工程化定量分析方法，然后针对不同参数对北斗信号测距误差的影响进行了仿真分析，仿真结果表明，在06 cm的测距误差目标下，要求时钟抖动不大于45 ps，接收机中心频率不大于80 MHz，带宽不小于25 MHz，量化位数不少于7位，载噪比不小于30 dB。最后，针对北斗B2I信号进行了实测实验，在时钟抖动为35 ps，接收机中心频率6138 MHz，带宽32 MHz，量化位数12位，载噪比67 dB时，解算的测距误差为041 cm，验证了本文方法的有效性。

摘要:针对非线性系统的稳定控制器直接设计问题，提出一种基于Lyapunov稳定性条件的学习控制器设计方法框架，将传统的控制器设计与稳定性证明分析问题转化为以控制器为求解项，Lyapunov稳定条件为约束的最优化问题，提供了一种直接求解全局稳定的最优控制器的新途径。首先建立了以系统跟踪误为目标函数与以Lyapunov稳定条件为约束的最优化问题，接着给出了一类基于神经网络实现的PID结合前馈控制器设计形式，最后分析并设计了学习控制器求解方法，采用相关深度学习技术以提升求解能力。二阶线性与非线性系统仿真测试与一级旋转倒立摆模拟实验表明所提方法具有快速收敛、低误差、控制输出平滑且低幅值等特点；在加入扰动、噪声、参数不确定性和不同的测试期望输出条件下的反步法对比测试结果表明所提方法对扰动与噪声具有强抑制能力，同时学习控制器具有高泛化能力。基于VRep的一级旋转倒立摆模拟与四旋翼单轴控制实物实验结果验证了所提方法对物理系统控制问题具有高控制精度与强抗扰能力。

摘要:近年来，快节奏的生活导致人们的情绪障碍的发病率逐年增加。为缓解人们紧张、焦虑的情绪，本文搭建了以脑电在线实时反馈为形式的放松训练系统，通过提取脑 α 波指数相对总功率作为反馈值并以视觉动画的形式反馈给用户。最后对20名健康被试者进行脑电反馈放松训练以验证该系统的有效性。结果表明：实验组放松训练后被试者焦虑自评量表 SAS 得分明显降低，具有显著差异性(t=2411, P<0 05)。通过对训练前后静息脑电 α 波指数相对总功率分析得到，在实验组中，训练后测的 α 波指数相对总功率较前测有明显提高，具有显著性差异(t=-4256, P<0 05)；但对照组无此现象。以上结果说明该训练系统能够达到使被试者放松、情绪反应趋于平和的效果。

摘要:在智能制造背景下，大数据驱动的设备故障预测与健康管理日益受到各界重视。深度学习能够在层次结构的特征提取过程中发现更多的隐藏知识，在领域自适应方面具有良好的数据适应性，近年来逐渐成为设备故障预测与健康管理的研究热点，并在设备故障诊断和预测中得到了广泛的应用。通过系统回顾近年来深度学习在设备故障预测与健康管理中应用，总结、分类和解释关于这一热点主题的主要文献，讨论了各种体系结构和相关理论。在此基础上，阐述了深度学习在设备故障诊断和预测方面所取得的主要成果、面临的挑战、以及未来的发展趋势，为设备故障预测与健康管理领域选择、设计或实现深度学习架构，提供明确的方向。

摘要:基于EPF的无人机侦察移动目标定位算法在采样阶段需要利用EKF算法计算所有粒子的均值和协方差，导致其计算量大。本文提出了一种基于KL距离的自适应EPF改进算法，该方法在采样阶段利用EKF算法更新前半部分粒子，后半部分粒子仍通过先验概率分布更新，然后根据两个粒子集概率分布间的KL距离自适应更新当前时刻的粒子数。在保证精度的同时选择合适的粒子数目，大幅度降低计算量，提高运算速度。通过实测飞行数据验证，该算法平均每个采样周期内粒子数为40，平均每个采样周期内计算时间为8 ms。与EPF算法相比，该方法能在保证定位精度的同时明显减少计算耗时，具有一定的工程应用价值。

摘要:近年来，为了减小共模电压对电压源逆变器的影响，模型预测共模电压抑制方法得到广泛研究。然而，常规的电压源逆变器模型预测共模电压抑制方法每个控制周期仅采用一个非零电压矢量作用，导致其电流谐波较大。为此，提出了一种混合多矢量模型预测共模电压抑制方法。首先给出了所提多矢量模型预测共模电压抑制方法的实现原理。其次详细分析了死区和电流纹波对共模电压的影响，并进一步对所提多矢量法进行改进。改进的方法在电流扇区7内使用单个非零电压矢量作用，而在其他扇区内使用多个非零电压矢量作用，从而不仅可以完全将共模电压限制在±Vdc/6之内，而且可以减小电流的总谐波畸变率。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

摘要:结合广义回归神经网络（GRNN）在非线性拟合和柔性网络结构等方面的优势，构建熟球抗压强度预报模型，确定球团矿生产过程中的原料成分配比(Ca、Si、Mg等含量)与表征球团矿质量的重要参数（熟球抗压强度）之间的定量关系。基于抗压强度预报模型，借助天牛须搜索（BAS）算法，构建球团原料最佳配比智能推荐模型，在球团矿配料可调控区间上，智能推荐原料最佳配比方案。仿真与实验结果显示：熟球抗压强度预报模型具有超强的插值能力和优良的泛化性能；在球团矿各种配料变化不超过20%的区间内，智能推荐的最佳配料方案平均提升熟球抗压强度达16%以上，且系统运行稳健、仿真结果有效；将BAS智能推荐模型应用于球团制造实际流程中后较前一年同一时期的熟球抗压强度日均值有明显提升，实际应用效果佳。