摘要:在诸如潜艇等磁目标的探测问题中，被测磁目标信号可能表现出参数待定的磁异信号或极低频磁信号的特征。提出了一种可同时检测参数待定的微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的通用快速检测方法。通过抓住磁异信号和极低频磁信号在统计上共同具有的分段类正弦特征，建立了正弦高斯混合模型，实现了对参数待定的磁异信号和极低频磁信号的通用建模。基于正弦高斯混合模型和序贯检测理论构建了一种累积和检测器，实现了对微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的通用快速检测，给出了未知模型参数的确定方法，分析了所构建检测器的序贯检测性能。并进一步研究了所构建检测器对不同的微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的检测性能。在以地磁为背景的磁目标探测系统实验中，验证了所构建检测器对微弱磁异信号和微弱极低频磁信号的通用性和快速性。实验表明，所构建检测器的信噪比可低至-8 dB，计算量相比于传统检测方法降低4个量级。

摘要:钢轨缺陷的检测对于保障铁路安全具有重要的意义。在研究钢轨无损检测与评估技术的背景下，对国内外采用的钢轨缺陷检测方法进行了全面的综述，包括物理检测方法和机器视觉检测方法。阐述并分析了钢轨缺陷评估方法在机器视觉方面的应用情况，同时对所采用的钢轨无损检测与评估技术进行对比，论述和总结了包括射线检测在内的物理检测及包括图像处理在内的机器视觉检测两类检测方法的差异性。分析和研讨了现代无损检测与评估技术及其在发展中涉及的相关技术问题，并对钢轨缺陷无损检测与评估技术的未来发展给出设想。

摘要:万能式断路器作为一个复杂的机械系统，其操作附件的剩余寿命预测对于维护断路器的可靠性至关重要。为准确掌握操作附件剩余寿命情况，提出了一种基于Wiener过程的万能式断路器操作附件剩余机械寿命预测方法。首先，通过对操作附件动作过程中线圈电流波形的分析选取了动作时间作为性能退化特征量；其次，考虑到断路器操作附件性能退化过程具有线性非单调的特点，采用Wiener过程建立了操作附件的性能退化模型，并利用极大似然估计法对退化模型参数进行估计；然后，基于首达时间的概念建立了剩余寿命预测模型，推导出剩余寿命概率密度函数解析式。最后对安装于万能式断路器上的分励脱扣器和释能电磁铁两种操作附件进行全寿命试验及其剩余寿命预测，预测结果验证了所提方法的有效性。

摘要:电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元，结构复杂，由于加工或装配误差等原因，电主轴转子会存在着一定的偏心量，为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性，建立了电主轴转子偏心模型，采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力（UMP），将UMP解析式代入Jeffcott转子模型，得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象，利用有限元方法分析了UMP，发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向，研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明，电主轴在低速运行时，UMP为转子振动的主要来源；随着转速的增加，质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显，而UMP大小保持不变，其频率随转速增加而增大，对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验，对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心，测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。

摘要:针对生理健康监测领域的呼吸率检测舒适度及效率问题，提出了一种基于视觉的非接触式测量方法，该方法利用普通相机拍摄人体呼吸视频，并通过欧拉算法将呼吸时的胸腹运动位移加以放大，考虑人体胸腹区域位置提取准确度对呼吸率检测精度的影响，提出了基于光流信号提取呼吸区域的方法，利用光流算法将胸腹运动转化为光流信息并进行编码，将其显示为彩色图像形式，从中提取胸腹呼吸区域的像素亮度序列，从而得到呼吸波形信息，通过波峰检测获取呼吸率。最后，实验将本算法自动提取的呼吸信号与Embla N7000多导睡眠仪测量结果相比较，结果表明，本算法呼吸率检测平均误差为054次/min，具有较高的准确性。

摘要:在液压系统中，金属磨粒是影响液压系统正常运转的一个重要指标。所介绍的芯片是一种环形流道，基于电感电容原理的微流体油液金属颗粒计数器，当液压油中的磨粒、气泡和水滴流经空间微螺线管时引起了磁通量变化或介电常数的变化。用电感检测方法，在2 MHz的激励频率下使用27匝线圈能检测到30 μm铁颗粒和110 μm铜颗粒；用电容检测方法在13 MHz的激励频率下能检测到100 μm的水滴和180 μm的气泡。铁的检测精度明显提高，其余在原有的检测精度基础上提高了信噪比，同时增大了流道直径，检测液压油的通量变大，提高了检测颗粒的效率。改进后的芯片具有良好的实际应用价值与广阔的发展前景。

摘要:海洋可控源电磁(MCSEM)信号极易受到多种噪声的干扰，从而影响后期数据的反演解释精度。基于小波技术的降噪理论和方法已被广泛应用于MCSEM信号的消噪领域，但小波基均为通用小波基，消噪效果有待提升，提出了构造专用于MCSEM信号的新型小波基。首先，通过粒子群优化算法（PSO），以新型小波函数与MCSEM信号的平均相似度作为约束条件，迭代求解滤波器组的最优系数；然后利用得到的系数构造新型小波基。其次，针对深海勘探中的海水扰动噪声，设计了基于新型小波基消噪方法，并利用仿真的含噪数据与传统小波基消噪方法进行了对比实验；通过信噪比（SNR）及均方误差（MSE）进行消噪效果评价，表明新型小波基消噪方法优于传统小波基消噪方法。最后，将新型小波基消噪方法应用到了实测MCSEM数据中；通过消噪前后的时域信号及振幅随偏移距变化（MVO）曲线对比分析，结果表明，该方法不仅可以去除海水扰动类噪声，还可以扩大MVO曲线偏移距的解释范围，证明了基于新型小波基消噪方法的有效性和实用性。

摘要:脑卒中是现代社会运动功能障碍的首要诱因。针对传统被动强化肢体运动康复训练手段单一及训练策略缺乏客观评价参数指导等关键问题，设计了右上肢运动想象融合不同强度功能性电刺激（阈上与阈下及无刺激）的实验任务范式，17名年轻健康右利手被试参与各项任务实验。脑电时频特征及统计学结果显示：刺激与无刺激模式间C3/C4导联α频带能量及CPz导联β频带能量存在显著性统计差异；阈上刺激与阈下刺激α频带能量仅在辅助运动皮层存在显著的激活差异。以上结果初步可证实，MI结合FES的康复训练模式更有助于激活运动皮层；可推论出FES作用能够强化包括辅助和初级运动皮层、感觉运动皮层在内的α节律及感觉运动皮层的β节律皮层神经活动。

摘要:表面阻抗法是基于电磁波理论并将导体表面阻抗作为一种边界条件进行有限元求解的方法，它具有求解规模小、计算效率高等优势。首先借助工程电磁场数值计算软件Magnet，使用有限元法和表面阻抗法对该模型进行仿真,然后基于TEAM Problem 21 基准族中的P21B模型搭建了变压器杂散损耗测试系统，用于测量在不同频率电流激励条件下的变压器杂散损耗。针对现有测量方法的不足，引入温度系数对测量结果进行修正，并采用改进线圈损耗法以得到更准确的杂散损耗测量结果。通过与实验值对比，验证了有限元法与表面阻抗法计算结果的准确性。从计算规模和时间角度分析，表面阻抗法远远小于有限元法，大大节省了计算资源。

摘要:针对调峰背景下火电机组非稳态工况增多，以及常见运行工况偏离设计工况等问题，提出了基于历史运行数据聚类的工况划分模型。首先，考虑到运行数据中非稳态工况与稳态工况并存的情况，以功率作为特征变量，提出基于功率差值期望区间估计的稳态判别算法，筛选出历史数据中的非稳态工况；其次，由于稳态工况下外部边界条件变量的分布差异性，提出改进的多步K均值聚类算法进行稳态工况的划分，并利用silhouette评价准则确定每步条件下的最佳聚类数；最后，采用某实际发电用重型燃气轮机的历史运行数据进行模型验证。通过与传统K均值聚类算法比较，所提出的模型能够有效解决工况分类数目较少以及样本分布不均的问题。

摘要:针对车载以太网在运行时间同步协议过程中存在的不足，提出涉及到主时钟仲裁、启动时间加速、冗余路径选择和故障恢复机制的优化方法并采用实物网络测试验证其可行性和有效性。在保证同步精度的前提下，对这些问题提出优化措施从而使车载时间同步过程始终处于可预测的状态；在运行过程中同步时钟对节点和链路故障具有容错能力并提出同步彻底失效时的容错机制，从而避免同步故障对正常驾驶产生影响。

摘要:针对模拟电路故障诊断中故障类型复杂多样、典型故障信息难以获取以及易受噪声、温度等环境影响的难题，提出一种基于随机投影和朴素贝叶斯网络的模拟电路故障诊断方法。该方法首先提取模拟电路故障信息，并利用随机投影算法降维后获取模拟电路故障特征向量，然后通过朴素贝叶斯分类器诊断模型识别模拟电路各个故障。通过对CSTV滤波器电路、四运放双二次高通滤波器电路和实际SallenKey带通滤波器电路的实验结果分析表明，相对于传统的模拟电路故障诊断方法，该方法表现出更优的故障诊断性能，并具有更强的抗干扰能力。

摘要:针对蚁群算法在复杂环境下收敛速度慢且易陷入局部最优值的问题，提出一种改进的蚁群优化算法。该方法依据起始点和目标点位置信息选择全局有利区域增加初始信息素浓度，提高前期蚂蚁搜索效率；增加避障策略，避免蚂蚁盲目搜索产生大量交叉路径并有效减少蚂蚁死锁数量；采用动态参数控制的伪随机转移策略，提出优质蚂蚁信息素更新原则，自适应调整挥发系数，提高算法全局性；进行二次路径规划，优化路径并降低移动机器人能耗的损失。实验结果表明，该算法有较高的全局搜索能力，收敛速度明显加快，并且可以有效提高移动机器人工作效率，验证了该算法的有效性和优越性。

摘要:智能车在弯道处快速、平稳、准确的行进是循迹行进的关键问题。基于此提出了一种基于CCD摄像头进行路径识别的智能车分阶段全闭环控制方法，智能车在行进中依据导航线的曲率进行直道和弯道的辨识，并在直道和弯道部分采用不同的控制方法，实现弯道提前减速，直道加速通过，在直道与弯道的行进中均采用全闭环控制。视觉系统通过CCD摄像头提取路径中的导航线并计算导航线曲率以及智能车相对于导航线的平行偏移值和航向角偏差；主控系统依据导航线曲率选取控制策略，根据平行偏移值和航向角偏差计算转向角度与行进速度并通过控制执行机构完成转向与速度调节，控制结果通过视觉系统与测速装置反馈给主控系统，实现全闭环控制。以第十五届全国大学生机器人大赛为背景搭建实验系统，经过多次的调试与实验，智能车在赛道上最大运行速度可达35 m/s，全程平均速度约为28 m/s，实际测得最大偏离距离为35 mm，在允许误差范围之内。通过实际的实验系统，验证了智能车分阶段全闭环控制算法的可行性。

摘要:车辆的节能低碳技术是当今的研究热点，针对悬架系统耗散功率大等实际问题，提出了一种基于Halbach永磁阵列的复合式电磁馈能悬架阻尼器，将电涡流发生结构与电磁式能量采集装置结合起来，研究了馈能阻尼性能与电涡流阻尼器的相互关系。建立了电磁式能量采集装置的等效磁路模型，定义了两组永磁体之间位错率，研究位错率对复合阻尼器的输出电性能和电涡流结构涡流损耗的影响。最后制作样机并搭建阻尼测试平台，样机的阻尼系数调节范围约为500~1 270 N·s/m，在位错率γ=1的条件下达到约17 W（频率f=5 Hz、振幅Y=6 mm的简谐振动激励）的最大能量采集功率，最大比质量阻尼系数可以达到1 4270 s-1。该复合式电磁馈能悬架阻尼器为以后的悬架能量回收及电磁阻尼器设计等方面的研究提供了一种新的思路。

摘要:针对地空频率域电磁法（GAFEM）的大范围、快速探测需求，研制了一种适用于GAFEM的高灵敏度、低噪声、低质量的空心线圈传感器（ACS）。首先，根据一维正演计算了收发距10 km处的等效面积归一化响应电压，进而确定传感器灵敏度和噪声水平的指标需求；然后，建立ACS的电路等效模型，并对电路噪声进行分析计算，引进拉格朗日乘子法来优化ACS的设计参数以达到灵敏度、噪声和质量指标要求；最后，根据优化参数设计空心线圈传感器，在电磁屏蔽室对其进行测试，结果显示在噪声参考频率（100 Hz）处，优化传感器噪声为009 pT/Hz1/2，灵敏度为147 mV/nT,总质量为125 kg。野外实验表明，地面同一测点处，本文优化ACS测量的磁场幅度与AMTC30磁棒的测量值一致；且在空中飞行中，该ACS能获得有效磁场信号。

摘要:基于双视场设计的便携式米散射气溶胶激光雷达克服了传统米散射激光雷达盲区和过渡区大的缺点，实现了盲区和过渡区小于55 m的实际观测结果，这对近地面大气气溶胶的时空演变观测非常有效。详细介绍了该激光雷达样机系统的结构设计、技术参数，介绍了该双视场激光雷达双视场的信号拼接方法，既实现了远场的高信噪比探测，也保证了近场近乎零盲区的探测，可更加有效地应用于大气气溶胶的测量研究。通过与传统高能量的米散射气溶胶激光雷达平行比对，二者相关系数R2=095，拟合的斜率为292，截距为0011 a.u.，具有良好的一致性。通过对该激光雷达进行便携式小型化设计，可以方便可靠地将之集成于车载、机载等走航平台，实现对大气气溶胶的遥感测量。通过在线实验，表明该双视场激光雷达可有效应用于距地面10 km以内的大气气溶胶连续观测。

摘要:软体机器人由于具有柔顺性和适应性等特点，在外科手术和狭窄空间等方面具有无可比拟的优势，为了实现微创手术等狭小空间中软体驱动器的姿态传感监测，提出基于植入式光纤光栅的柔性传感方法，首先将光纤布拉格光栅（FBG）植入在软体驱动器中；然后在软体驱动器的不同弯曲状态下，通过实验测试分析FBG点的光谱、波长漂移量和曲率等信息，利用3次样条插值等算法实现软体驱动器的三维形状拟合重构。实验结果表明,驱动器实际弯曲角度和重构算法之间的误差不足45%，传感器重复性的偏差指数不足7%。所提出的基于植入式光纤光栅的柔性传感方法可以实现软体机器人的姿态传感监测，在医疗外科手术领域具有广阔的应用前景。

摘要:在临床手术中，最常用于诊断前列腺癌的方法是经直肠超声的前列腺活检手术。医生在手术期间需要全程手持超声探头进行反复调整，难以保证手术的效率、精度以及安全性。通过对经直肠超声引导下前列腺活检手术流程的分析，设计了一种7自由度被动式经直肠超声探头位姿调整远心机构。基于双平行四边形机构设计的姿态调整模块实现超声探头的定心功能，并对其进行运动学分析，基于SimMechanics对超声探头不同进给距离时的工作姿态和定心效果进行了仿真。研制了被动式经直肠超声探头位姿调整机构的物理样机，并进行了测量实验，实验结果可知超声探头不同进给距离时方位角远心点运动最大误差和俯仰角远心点运动最大误差分别为4和34 mm，均小于肛门处可承受的变形量6 mm。在不同方向下的随机误差相关性较弱，方位角和俯仰角的远心点运动误差置信区间均小于25 mm，最大相对定点误差和最大相对标准误差分别为1473%和1498%。仿真和实验结果以及测量误差的分析均验证了超声探头位姿调整机构定心性能的有效性和稳定性。

摘要:为了改善快速反射镜（FSM）对车载运动平台振动、冲击环境的适应性，设计了一款具有中心和四周两个双轴柔性铰链支撑结构的FSM。在明确车载跟瞄发射系统应用需求的基础上，分别对FSM的平面反射镜、驱动元件、测角元件和柔性铰链进行了详细设计和选择。采用两两差分的方法对四通道电涡流传感器的测量噪声进行抑制，有效保证了FSM的测量精度。采用有限元分析的方法对中心和四周柔性铰链的模态和刚度进行分析与优化设计，有利保证了FSM控制带宽的提高。完成FSM的精密加工、装调后，对系统的指向精度、控制带宽和阶跃响应时间进行了实验测试分析。结果表明，所设计FSM的指向精度优于1″，闭环控制带宽大于200 Hz，阶跃响应时间约为10 ms，满足车载平台系统的应用需求。

摘要:利用全球导航卫星系统(GNSS)接收机输出的秒脉冲（1PPS）信号作为标准信号，对本地振荡器输出的1PPS信号实施同步，实现了时间同步系统。针对GNSS接收机输出的1PPS信号抖动噪声对时间同步系统同步性能的影响，研究了一种抑制抖动影响的滤波器。滤波器采用小波滤波器结合滑动平均滤波器的方式，其中小波滤波采用自定义的阈值及阈值函数。对所实现的滤波器开展了滤波处理实验，实验结果表明，该滤波方案对GNSS接收机输出的1PPS信号的噪声抑制效果优于常用的卡尔曼滤波器，所实现的时间同步系统输出的1PPS信号精度达到117 ns，相比于GNSS接收机输出的1PPS信号精度提高一个数量级。

摘要:关节臂式坐标测量机(AACMM)是一种便携式高精度测量设备，由于测量机末端探头中心坐标的关系且关节的旋转角度非常复杂，有必要建立准确的数学模型以达到所需的精度。其经典的数学模型是DenavitHartenberg（DH）模型，但它在相邻关节轴平行时存在缺陷且忽略了静态柔性误差。为了消除DH模型的不足，研究了一种基于广义几何误差理论的数学模型，并采用非常快速模拟退火算法对广义几何误差参数进行标定。对比实验结果表明，广义几何误差模型进行算法标定后平均误差减小了0500 1 mm，标准偏差减小了0337 3 mm；基于广义几何误差模型的长度测量的平均误差为0045 4 mm，标准偏差为0032 3 mm，均优于采用MDH模型测量的平均误差和标准偏差，验证了方法的有效性。

摘要:基于气象探空运动的动力学理论模型，设计开发了实现“上升1 h-平漂4 h-下降1 h”3阶段约6 h左右的往返平漂式探空系统（即基于长时平漂间隔的上下二次探空）。研究分析了气球平漂运动轨迹，结合地面接收机探测能力进行站网理论设计，以期达到世界气象组织的要求。在此基础上，选择长沙探空站及其周边的2个接受点组成实验网，进行小区域范围的验证对比和分析实验。实验表明系统上升探测相对现有单次气球探空准确度要高，其中温度偏差整体在±20℃内；下降探测实现了在原有单次放球探空基础上的时间加密，结合上升探测可以实现捕获天气细微变化，平漂探测弥补了平流层长时效连续直接探测的资料空白，具有很好的应用前景。

摘要:为了提高中小模数直齿圆柱齿轮视觉测量仪齿距测量精度，分析了在视觉坐标系内齿轮基圆定位偏心对齿距测量误差的影响规律。通过理论分析和仿真计算得出基圆定位偏心导致齿廓初始相位角误差的正弦曲线模型，进而研究了基圆定位偏心对齿距测量误差的影响。根据视觉测量仪相对法测量齿距原理，推导出齿距测量误差增量公式，并在齿轮视觉测量仪上对实际齿轮进行了测量实验。实验结果表明,提出的基圆定位偏心所导致的齿距测量误差增量模型具有较高的计算精度，可以用于齿轮视觉测量仪器研发时的精度分析；当偏心量e≤40 μm，定位误差Δψj≤1°时，可以满足5级精度齿轮的测量要求；对于齿数z≥45的齿轮，可以采用双齿距测量方法来提高视觉测量效率，能够满足5级精度齿轮的测量要求。

摘要:为满足足式机器人跑跳等动态运动对关节柔性及其变刚度特性的迫切要求，借鉴生物关节柔性特征与主被动刚度调节机理，创新地提出了一种基于凸轮机构的新型变刚度仿生柔性关节。基于关节刚度特性分析，构建了关节整体刚度模型，并针对影响关节刚度特性的各结构参数开展了系统优化设计，研制出了一款紧凑型高集成度关节样机。关节样机性能实验结果表明，基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节具备理想的关节输出力矩与刚度调节范围，可通过关节固有刚度特性与动态刚度特性的主被动融合控制，实现关节瞬时刚度的动态非线性精确调节，能够满足机器人动态运动对关节柔性与刚度的需求。

摘要:针对整体多框弱刚性件切削易变形之问题，提出了基于切削力实时测量的进给速度实时调整方法。根据铣削变形仿真数据建立了加工过程中进给速度、切削力与工件最大变形之间的非线性数值模型，并通过非线性求根算法求解最大变形和切削力约束下的进给速度最优解，并在开放式数控系统中开发了相应的控制模块。利用所开发的无线轴式测力装置和控制模块开展了铝合金薄壁框切削变形控制实验，结果说明数值模型预测精度在90%以上，实施进给速度优化功能优化后，切削力和工件最大变形分别降低23%和123%左右。实验结果表明，经过切削力实时约束和弱刚性件加工进给速度自适应调整，可将薄壁框件侧壁变形控制在规定范围内。

摘要:电池均衡技术可有效减小锂电池组串联使用过程中的不一致性。基于此提出了一种使用Cuk斩波电路作为均衡器的新型均衡拓扑，该均衡拓扑使用双层开关选择均衡单体电池连接到Cuk均衡器，同时该均衡器采用零电压导通技术。均衡方案使用单层均衡器实现模组内部单体之间以及不同模组的单体之间均衡能量的同时转移。该均衡方案具有均衡电流连续且波动较小、均衡能量转移效率高等优点。对12节串联的锂电池组进行了充放电均衡实验以及静置均衡对比试验，实验结果表明，该方案可以有效减小单体电池间的不一致性，提升电池组的整体性能。

摘要:针对脉冲电源的功率补偿问题，提出了一种基于带宽控制的有源式超级电容器蓄电池混合型脉冲电源。首先，给出了脉冲负载的定义，分析了其静动态特性；其次，建立了混合型脉冲电源的数学模型，介绍了其工作机理；进而，设计了一种基于Butterworth二阶低通滤波器带宽控制的有源式混合型脉冲电源；最后，在SIMULINK仿真环境下对所设计的脉冲电源进行理论验证，同时搭建实验平台进行实验验证。仿真和实验结果表明，所设计的脉冲电源充分满足了负载对能量和功率的双重需求，超级电容器对蓄电池功率补偿效果明显，在脉冲时刻承担了约17 A电流，优化了蓄电池的放电过程，使得蓄电池电流波动仅为05 A，电流曲线近乎平滑。

摘要:光片上网络是片上网络发展的新方向，微环谐振器是光片上网络中的关键器件，然而由于微环谐振器对制程漂移较为敏感、极易发生故障，如何对制程漂移造成的微环谐振器故障进行容错是提高光片上网络可靠性的关键。针对该问题提出了一种细粒度的微环谐振器制程漂移容错方法，建立微环谐振器制程漂移模型，采用基于樽海鞘群算法的微环谐振器制程漂移容错方法,并结合多策略的冗余微环谐振器进行容错。实验结果证明，所提方法相比整数线性规划等方法，可以最高提高21%的带宽和减少667%的调整功耗，证明了所提方法的有效性。

摘要:现场监测是无线传感网的主要应用领域之一，具有部署周期长、节点电池供电、感知数据实时上传等特点。针对此类数据采集应用的特点，提出了一种基于前导序列唤醒机制的媒体访问控制(MAC)层调度策略。通过对数据上传路径的节点唤醒时间的协调调度，减小了发送节点前导序列的长度，降低了节点的能耗和信道竞争的开销，提高了异常数据上传的实时性。对于多跳树形网络，本策略与现有的低功耗MAC协议进行了能耗分析对比。通过仿真和实验，验证了本策略的有效性，在保证数据实时性和投递率的同时，大大提高了网络寿命。