航空航天电子、通信、电气

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  • 1  “天问一号”火星探测器UHF频段中继通信系统设计
    孙泽洲,强晖萍,韩宇,白帆,张婷,雪霁
    2022, 54(5):817-826. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.007
    [摘要](382) [HTML](542) [PDF 1.66 M](3743)
    摘要:
    “天问一号”火星探测器超高频(Ultra high frequency, UHF)频段中继通信系统作为中国首次火星探测任务实现的重要组成部分,负责为着陆巡视器与环绕器之间在火星进入、下降、着陆阶段(Entry, descent and landing, EDL)与火面巡视阶段提供高效可靠的通信服务。本文对中国火星探测器UHF频段中继通信方案进行了介绍,给出中继通信系统的组成、技术指标及链路设计方法,并对在轨飞行试验数据进行了分析。结果表明,全新研制的“天问一号”探测器UHF频段中继通信系统圆满完成了任务目标,其设计、实现和应用为后续中国深空中继通信系统研制提供了技术参考。
    2  多电飞机电力系统及其关键技术
    张卓然,许彦武,姚一鸣,于立,严仰光
    2022, 54(5):969-984. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.021
    [摘要](598) [HTML](1039) [PDF 6.24 M](4721)
    摘要:
    多电飞机将机载二次能源逐步统一为电能,有效提高了飞机的燃油经济性、可靠性和维护性,已成为航空科技发展的重要方向。作为机载二次能源系统的核心,电力系统在多电飞机发展过程中起到了关键支撑作用。电力系统及其关键技术的创新发展是实现飞机综合性能提升和全局优化的必要基础。本文从多电飞机的基本概念与特点出发,分析对比了典型多电飞机的电力系统架构,在此基础上系统地总结了支撑多电飞机电力系统发展的关键技术,讨论了未来多电飞机电力系统高压、直流和智能化的发展趋势。
    3  地面目标多角度SAR数据集构建与目标识别方法
    朱岱寅,耿哲,俞翔,韩胜亮,杨卫星,吕吉明,叶铮,闫贺
    2022, 54(5):985-994. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.022
    [摘要](554) [HTML](829) [PDF 2.81 M](3288)
    摘要:
    南京航空航天大学雷达探测与成像技术研究团队利用自主研制的无人机(Unmanned aerial vehick, UAV)机载高分辨率微小型合成孔径雷达(Mini synthetic aperture radar, MiniSAR)系统,针对多类具有代表性的地面目标进行全方位回波录取及成像处理,构建了拥有自主知识产权的复杂目标SAR数据集,并依托该数据集开展了基于人工智能的目标识别方法研究。针对无人机运动姿态不稳定、辅助传感器精度受限导致的图像散焦问题,本文提出了新型运动补偿及新型二维自聚焦算法。实验表明,虽然AlexNet、ResNet-18、AConvNet和VGG等经典神经网络在MSTAR十类目标分类问题中取得了接近100%的分类准确率,但将其应用于南航MiniSAR数据集时分类准确率均明显低于90%。由于本文采取的实验方法与SAR目标识别技术的实际应用场景较为接近,该MiniSAR数据集对于面向工程应用的SAR目标识别算法研究将会具有重要参考价值。
    4  直升机卫星通信中高动态低信噪比突发解调
    龚险峰,刘明洋,惠腾飞
    2022, 54(2):219-224. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.02.005
    [摘要](592) [HTML](1127) [PDF 1010.85 K](2905)
    摘要:
    采用突发通信模式的低速直升机卫星通信链路同时存在周期性的旋翼遮挡和较大的多普勒动态,且需要工作在低信噪比下,这些特点对解调提出了很大挑战,需要研究高性能、低复杂度的突发解调方法。本文基于分散导频帧结构提出一种译码辅助解调方法。首先进行频偏分区预补偿,然后进行联合频率变化率估计的突发捕获,最后根据译码软输出目标函数,从多路译码输出中选择最优的一路作为最终结果。在给定的信道模型下,与无遮挡高斯白噪声(Additive white Gaussian noise, AWGN)信道下的理论性能相比,解调门限仅提高1.5 dB。与缝隙通信方式的典型性能相比,前向链路信噪比损失降低1.5 dB,返向链路信噪比损失增大0.2 dB。
    5  L波段数字航空通信系统研究
    朱永文,喻兰辰晖
    2022, 54(4):700-714. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.04.017
    [摘要](567) [HTML](654) [PDF 3.70 M](2499)
    摘要:
    随着全球航空运输的发展,空中交通管制与航空公司运控等航空业务对航空通信系统的数据传输速率、频谱利用率、航空通信网容量等性能提出了更高的要求。虽然现阶段基于甚高频的航空通信系统得到了迅速的发展,但仍受限于标准体制、技术壁垒等因素,难以满足持续增长的运行需求。L波段数字航空通信(L-band digital aeronautical communication system,L-DACS)数据链技术作为新一代航空通信系统的预选方案,是有效解决频谱资源饱和难题、满足高速率传输需求的有效途径。本文在总结L-DACS数据链技术发展现状的基础上,阐述了该通信系统现阶段的技术标准,分析了L-DACS发展所面临的挑战,提出了对应的发展建议,为面向航空宽带通信L-DACS的研究提供了参考与借鉴。
    6  小样本图像分类中的类别信息融合网络
    张玉,尚志华,郭晓楠,黄福玉,刘毅志
    2022, 54(4):715-722. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.04.018
    [摘要](507) [HTML](221) [PDF 1.00 M](1958)
    摘要:
    小样本图像分类任务要求模型仅从少量的图像样本中学到新类别的正确分类方法,是一种特殊的分类任务。然而,以往大多数小样本工作都单独处理来自不同类别的样本,而没有充分利用到不同类别间的信息。本文提出了一种新的类别融合网络(Category-fusion network, CFN),通过融合来自不同类别的样本信息,同时挖掘类别内和类别间的信息。CFN的重要部分是一个融合映射的学习,即如何融合样本中的特征,从而映射出网络参数。其中的一个重要问题是融合映射是否应该随不同的输入样本而改变。本文设计了3个不同的模块:具有固定映射的类无关模块、融合映射仅依赖于期望学习的目标类别的半相关模块和完全相关的模块,其中融合映射完全依赖于输入样本。本文的网络可以通过学习多个类别的样本之间的关系来进行类别概念的学习,并生成融合信息的分类器。实验结果表明,本文网络在广泛应用的MiniImageNet数据集上得到了60.03%的分类精度。
    7  基于联合检测-描述的火星表面特征提取方法
    何超群,胡茄乾,刘洋,李爽
    2022, 54(6):1040-1046. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.06.005
    [摘要](335) [HTML](174) [PDF 3.07 M](3033)
    摘要:
    针对火星着陆光学导航过程中,传统的图像特征点提取算法在相机角度变化、光照条件变化等情况下,序列图像间的特征点提取与匹配鲁棒性差的问题,提出了基于卷积神经网络的联合检测-描述特征提取方法。首先,通过Blender获取模拟火星着陆过程的视频,使用稀疏重建方法,对模拟视频的图像和火星真实图像进行三维重建,建立了神经网络可用的训练数据集。然后搭建了卷积神经网络以处理图像数据,通过改进损失函数,联合特征描述符和特征检测器双重作用,获得了更准确的匹配结果。仿真结果表明,该方法在处理多视角、光照条件多变的火星表面图像方面,具有更好的特征提取结果,并在匹配测试阶段具备优于传统算法的性能。
    8  一种适用于高速动平台的突发OFDM通信同步技术
    魏云龙,刘智成,杨春景
    2022, 54(S):48-52. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.S.008
    [摘要](325) [HTML](390) [PDF 1.08 M](1647)
    摘要:
    针对高速动平台短时突发通信的应用场景下,短帧结构的正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统中训练序列和导频的数量受限,单一同步算法难以同时满足大范围和高精度的符号定时同步和载波相位同步问题。本文提出了一种改进的OFDM通信系统时间、频率快速同步算法,该算法借助短训练序列与导频信息,以粗定时捕获同步,粗频偏估计/校正,精频偏估计/校正,精定时估计/校正的同步流程,实现了大范围和高精度的符号定时同步和载波相位同步。经过仿真校验,该算法能够有效提高高速动平台短时突发通信的OFDM同步精度。
    9  一种基于光谱自适应调控和月壤储热的月夜发电系统
    孙文淦,赵斌,石凌峰,胡茂彬,李木军,裴刚
    2022, 54(S):61-67. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.S.010
    [摘要](264) [HTML](163) [PDF 1.18 M](1655)
    摘要:
    针对月球基地的能量储存及月夜期间能量供应问题,提出了一种基于光谱自适应吸收/发射平板和月壤储热的月夜发电系统。该系统通过使用加工后的月球土壤以实现月昼期间储存太阳辐射能量、月夜期间放热发电的功能。此外,该系统通过使用一种光谱自适应吸收/发射平板,在月昼期间实现太阳辐射波段(0.3~2.5 μm)高吸收和红外波段(3~30 μm)低发射特性、在月夜期间实现红外波段(3~30 μm)高发射特性,将太阳能集热平板与辐射散热平板合二为一,极大地减少了地月运输的有效载荷,降低了发射成本。模拟结果显示,该系统的比功率约为5.12 W/kg,而光伏-锂电池系统的比功率约为0.83 W/kg。此外,与储能总量相同的光伏-锂电池系统相比,该系统的发射总质量降低了约83%。
    10  复合干扰下永磁球形电机的全阶滑模控制
    王松,王群京,李国丽,文彦
    2022, 54(3):489-498. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.016
    [摘要](569) [HTML](378) [PDF 3.29 M](2130)
    摘要:
    针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。
    11  基于形貌优化法的无轴承开关磁阻电机减振降噪
    杨艳,朱伟明,刘泽远,刘程子
    2022, 54(2):332-340. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.02.020
    [摘要](538) [HTML](450) [PDF 2.86 M](2270)
    摘要:
    脉振的径向电磁力作为激励源作用于12/8极单绕组宽转子齿无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor with wider rotor teeth, BSRMWR)的定子齿面并传送至定子轭部及机壳,会引发较大的振动噪声,阻碍其推广应用。针对这一问题,本文从本体结构的角度入手对电机壳体进行优化改进。采用三维多物理场有限元模型,建立了BSRMWR电磁-结构-振动-声场耦合模型。通过对BSRMWR电磁场进行瞬态分析,得到径向电磁力。将模态应变能方法应用于BSRMWR的壳体得到电机外壳结构有较大的应变能,说明电机壳体结构的薄弱。基于此,通过形貌优化的方法对电机的壳体结构进行优化。结果表明,采用形貌优化后机壳结构的BSRMWR,其振动和噪声均有显著改善。
    12  应用于电机轴承和不对中复合故障的RNN诊断方法
    郭子冉,杨明
    2022, 54(S):87-93. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.S.014
    [摘要](292) [HTML](294) [PDF 1.74 M](1814)
    摘要:
    提出一种基于伺服电机转速信号的轴承和不对中复合故障的故障诊断方法。首先,探讨了复合故障励磁引起的电机转速变化,分析了通过转速法实现复合故障诊断的理论可行性。实验表明,复合故障中轴承等微弱故障信号的检测容易受到不匹配安装故障的干扰,这将使传统的诊断算法失效。将预处理后的速度信号和通过FFT得到的信号分别通过循环神经网络(Recurrent neural network, RNN),将输入的时域特征和频域特征融合在一起,作为故障分类的基础。这种时频域特征复合RNN模型(Time-frequency feature compound-RNN, TFFC-RNN)对不对中故障干扰下的轴承故障和正常信号的分类准确率可达90%以上。最后,研究了各RNN变体对于模型准确率的影响。实验结果表明利用门控循环单元进行频域部分的特征提取,模型的诊断正确率最高。
    13  结合局部高清图像的遥感集群目标区域超分辨率重建
    阎菩提,邱实,岳程斐
    2023, 55(6):956-965. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.002
    [摘要](152) [HTML](98) [PDF 5.66 M](390)
    摘要:
    近年来,卫星遥感图像的应用场景越来越广泛。但是由于采集设备有限及其成本限制,卫星传感器获取到的图像通常不具备足够的分辨率且分布不够均匀,同时部分目标聚集成群难以分辨,导致低分辨率遥感图像在目标检测与识别等空间语义理解任务上难以满足准确定位和分类所有目标的要求。相比于一次性采集完整高分辨率遥感图像,已有遥感图像通常在局部区域具有相对清晰的高分辨率,且具备足够的细节信息用于分辨目标群,而传统的遥感图像超分辨率重建方法主要关注遥感图像自身的全局特征,通过图像的全局特征进行分辨率和像素扩充,而忽视了遥感图像的细节信息。为了解决这些挑战,提出了一种将遥感图像局部聚集群目标区域的细节特征信息引入到完整遥感图像的采样重建中的方法,通过多层级的神经网络来提取不同尺度的图像特征,并通过残差学习的方式将这些特征进行融合并重建。在实验中,该方法相比主流现有的遥感图像超分辨率重建方法,在视觉效果和测试实验上都取得了更好的结果,证明该方法可以有效借助局部图像的像素信息,显著地提高全局遥感图像的细节效果和优化集群目标区域的分辨能力,提升了遥感图像的质量和可用性。
    14  基于ORB的交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统
    席鹏航,李京阳,印明威,杨洪伟,宝音贺西
    2023, 55(6):966-976. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.003
    [摘要](142) [HTML](87) [PDF 2.96 M](421)
    摘要:
    为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global positioning system, GPS)信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪,设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统。首先,设计了一种视觉模块,对跟踪目标进行图像处理,利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF, ORB)描述子特征匹配和矩形检测,获取跟踪目标的中心点像素坐标,通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置。然后,设计了一种跟踪控制模块,采用串级比例积分微分(Proportional-integral-derivative,PID)加前馈的控制结构,为了限制极限位置和最大加速度,位置控制中采用平方根控制器,姿态控制中设计了一种交叉双旋翼姿态控制机构。之后,通过飞控地面站搭建仿真环境,对添加视觉模块的飞行控制系统进行仿真验证,结果表明,无人直升机可以很好地跟踪到视觉模块输出的期望位置。最后,进行实验验证,在设定最大飞行速度为1 m/s的条件下,姿态角最大为8°左右,位置与期望位置之间的误差最大为0.08 m,可以实现交叉双旋翼无人直升机对目标的视觉跟踪。
    15  基于改进蝴蝶优化算法的无人机3-D航迹规划方法
    丁敏,夏兴宇,邹永杰,张乐,刘正堂
    2023, 55(5):851-858. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.011
    [摘要](125) [HTML](132) [PDF 1.66 M](330)
    摘要:
    针对基本蝴蝶优化算法(Butterfly optimization algorithm,BOA)在进行无人机(Unmanned aerial vehicle, UAV)三维航迹规划时存在的搜索速度慢、搜索精度低以及易陷入局部最优等问题,提出一种改进的蝴蝶优化算法(Improved butterfly optimization algorithm,IBOA)。在全局搜索阶段提出对数自适应惯性权重策略和动态更新调节策略,提高了算法全局搜索能力和搜索精度。同时,在局部搜索阶段,提出一种动态概率余弦选择策略,增加位置更新多样性,避免陷入局部最优。首先,为检验改进算法与基本算法的寻优性能,在部分标准多元函数上进行仿真对比。对比结果表明,改进算法对复杂函数具有较强的寻优能力,能在更短时间内找到全局最优解。然后,在二维路径规划仿真中对比了改进算法与PSO算法性能,从对比结果看,IBOA具有更优的规划效果。接着,利用山峰模拟函数对UAV三维航迹规划进行建模,将改进算法应用到航迹规划中,利用MATLAB仿真对比了不同复杂度环境下的航迹规划效果。仿真实验表明:相同实验条件下,该优化算法较BOA综合适应度值减小21.9%,具有搜索速度快、搜索精度高等优点,能够有效地指导UAV在三维环境中完成自主导航避障任务。
    16  基于机器学习的机翼气动载荷重构及传感器优化布置
    余柏杨,王明振,王婷婷,虞建,刘学军,吕宏强
    2023, 55(5):798-807. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.006
    [摘要](201) [HTML](126) [PDF 3.16 M](378)
    摘要:
    风洞实验通过在机翼表面布置传感器来测量相应位置的气动载荷,由于传感器布置数量有限,难以直接得到整个机翼全息气动载荷分布。本文采用机器学习方法通过有限传感器数据重构机翼表面全息气动载荷,并提出了利用仿真数据对传感器进行优化布置的方法。从计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算所得的机翼全息气动数据中选取有限位置数据模拟传感器实验数据,对比深度学习模型、高斯过程回归(Gaussian process regression, GPR)、支持向量回归(Support vector regression, SVR)与BP神经网络(Neural network, NN)对气动载荷的重构精度。通过评估由传感器数据重构的全息载荷精度对传感器布置方式进行优化设计。以M6机翼为例在给定的两个工况条件下验证本文所提出的方法。实验结果表明,GPR模型获得了最高气动载荷重构精度;给出了M6机翼在不同传感器总数下最优的截面数和单个截面布点数,最低传感器布置数下的最优布置方式,以及流场变化相对剧烈的前缘区域与展向截面的传感器布置方式。
    17  顾及动态物体感知的增强型视觉SLAM系统
    李佳,李明磊,魏大洲,吴伯春,郭文骏
    2023, 55(5):789-797. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.005
    [摘要](181) [HTML](110) [PDF 3.15 M](369)
    摘要:
    传统的同步定位与制图(Simultaneous localization and mapping, SLAM)系统在复杂环境下工作时,无法分辨环境中的物体是否存在运动状态, 图像中运动的物体可能导致特征关联错误,引起定位的不准确和地图构建的偏差。为了提高SLAM系统在动态环境下的鲁棒性和可靠性,本文提出了一种顾及动态物体感知的增强型视觉SLAM系统。首先, 使用深度学习网络对每一帧图像的动态物体进行初始检测,然后使用多视图几何方法更加精细地判断目标检测无法确定的动态物体区域。通过剔除属于动态物体上的特征跟踪点, 提高系统的鲁棒性。本文方法在公共数据集TUM和KITTI上进行了测试,结果表明在动态场景中定位结果的准确度有了明显提升,尤其在高动态序列中相对于原始算法的精度提升在92%以上。与其他顾及动态场景的SLAM系统相比,本文方法在保持精度优势的同时,提高了运行结果的稳定性和时间效率。
    18  基于上/下行NOMA的卫星通信系统遍历容量分析
    谈苗苗,孔槐聪,黄庶沛,程铭,林敏
    2023, 55(5):780-788. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.004
    [摘要](105) [HTML](71) [PDF 1.15 M](252)
    摘要:
    卫星通信作为实现广域覆盖和泛在连接不可或缺的一种手段,在民航空管、应急通信等实际应用中扮演着重要的角色。为了提升卫星通信系统的频谱效率和传输速率,首先将点波束和非正交多址(Non-orthogonal multiple access, NOMA)技术相结合,提出了一种高效的上/下行NOMA传输方案。其次,在假设卫星链路服从阴影莱斯(Shadowed-Rician, SR)分布,同时接收端采用完美和非完美串行干扰消除(Successive interference cancellation, SIC)的情况下,推导出所提方案的卫星系统遍历容量闭合表达式。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性以及所提方案相较于正交多址方案获得的性能提升,并进一步分析了信道衰落系数、功率分配系数和残余干扰程度等因素对系统遍历容量的影响。
    19  自动飞行模式转换逻辑的形式化建模与验证
    李俊安,胡军,王立松,黄志球,蔡鑫
    2023, 55(5):768-779. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.003
    [摘要](237) [HTML](163) [PDF 2.65 M](452)
    摘要:
    自动飞行控制系统(Automatic flight control system,AFCS)是现代飞机中重要的安全关键系统之一,飞行引导控制系统(Flight guidance control system,FGCS)是其重要的组成部分。FGCS中的飞行模式有数十种,模式转换逻辑十分复杂,在各个模式间转换时易出现模式混淆等问题,难以对其安全性和正确性进行验证。而利用计算机科学中的形式化方法,通过对安全关键系统进行形式化建模和验证,可以提高系统的正确性和安全性。本文以典型 FGCS 中的自动飞行模式转换逻辑作为研究对象,采用自主研制的软件工具ART(Avionics requirement tool)对其进行形式化建模与验证,并与Matlab/Simulink中的Design Verifier工具进行了验证能力和效率的对比分析。实例研究结果表明,采用形式化方法对FGCS的自动飞行模式转换逻辑进行建模、验证可行,所研制的软件平台具有更完善的验证能力和更好的验证效率。
    20  边缘网络下多无人机协同计算和资源分配联合优化策略
    郭永安,王宇翱,周沂,房晶晶,任保全
    2023, 55(5):757-767. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.002
    [摘要](254) [HTML](205) [PDF 1.35 M](478)
    摘要:
    针对边缘网络环境下多人机之间存在计算负载不均,造成卸载任务失败的问题,提出了一种多无人机间协作的智能任务卸载方案。通过联合考虑多无人机任务分配、计算资源分配和无人机飞行轨迹,引入公平性指数建立了无人机公平负载最大化和能量消耗最小化问题。基于多智能体深度强化学习框架,提出了融合轨迹规划和任务卸载的分布式算法。仿真结果表明,所提出的多无人机协作方案可以显著提高任务完成率和负载公平度,并且有效适用于大规模用户设备场景。
    21  面向6G移动通信的可重构智能反射表面技术研究综述
    虞湘宾,于凯,钱盼盼
    2023, 55(5):745-756. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.001
    [摘要](512) [HTML](283) [PDF 1.21 M](831)
    摘要:
    伴随移动通信技术的迅猛发展,复杂多变环境和高能耗将是当前以及未来移动通信面临的主要问题,低能耗、高效通信环境自适应调整将是移动通信技术发展的必经之路。可重构智能反射表面(Reconfigurable intelligent surface, RIS)技术的发展,为移动通信提供了低能耗、通信环境自适应可重构服务,满足了复杂通信场景下多样化设备服务需求。本文首先对RIS技术从原理、特点、优势等方面进行了概述;然后针对RIS具体的应用场景,对RIS技术优势进行总结;最后在现有工作基础上,总结了RIS技术可能面临的技术挑战,并进一步论述与展望RIS技术的发展方向。RIS技术将会进一步推动移动通信技术的变革,助力移动通信技术面向未来复杂、智能化场景应用需求。
    22  结构与纯度结合的新型决策树分裂准则
    杜斐,陈松灿
    2023, 55(3):534-543. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.03.019
    [摘要](93) [HTML](50) [PDF 1.48 M](474)
    摘要:
    决策树(Desision tree, DT)生长关键步骤的分裂或分叉准则通常根据纯度和误分类误差等实现,分裂生长分为轴平行和非轴平行方式。这些分裂准则一般与数据内在结构(如类别是否是多簇或单簇组成)无关。为了弥补这一缺失,本文提出了两种混合分裂准则,分别用加权和两步法将同类内的节点间距(Between-node margin within the same class,BNM)和同一节点内的类紧性(Within-class compactness and between-class separation in the same inner node,CSN)与纯度度量相结合。由于传统决策树以贪婪方式生长,仅能确定出当前的一个局部最优分裂点,为改善这个缺点,本文首先根据纯度确定出前k个候选分裂点,然后通过最大化BNM和最小化CSN确定最终的分裂点,不仅缓和了纯度上的局部最优性,而且引入了数据结构的全局性,因此能较大程度地改进后代节点的分裂,增强树的泛化性和可解释性。将上述两种分裂准则组合还可以进一步提升性能。在21个标准验证数据集上的比较结果表明:新准则下的决策树不仅提高了预测性能、降低了复杂性,而且相比于其他采用混合分裂准则的DTs更具竞争力。
    23  代价敏感惩罚AdaBoost算法的非平衡数据分类
    鲁淑霞,张振莲,翟俊海
    2023, 55(2):339-346. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.02.020
    [摘要](184) [HTML](39) [PDF 1.06 M](756)
    摘要:
    针对非平衡数据分类问题,提出了一种基于代价敏感的惩罚AdaBoost算法。在惩罚Adaboost算法中,引入一种新的自适应代价敏感函数,赋予少数类样本及分错的少数类样本更高的代价值,并通过引入惩罚机制增大了样本的平均间隔。选择加权支持向量机(Support vector machine,SVM)优化模型作为基分类器,采用带有方差减小的随机梯度下降方法(Stochastic variance reduced gradient,SVRG)对优化模型进行求解。对比实验表明,本文提出的算法不但在几何均值(G-mean)和ROC曲线下的面积(Area under ROC curve,AUC)上明显优于其他算法,而且获得了较大的平均间隔,显示了本文算法在处理非平衡数据分类问题上的有效性。
    24  超高速电机电流源逆变器解耦控制优化策略研究
    王晓琳,严廷雄,鲍旭聪,李紫佳
    2023, 55(6):1089-1099. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.016
    [摘要](64) [HTML](59) [PDF 4.40 M](258)
    摘要:
    针对电流源逆变器(Current source inverter, CSI)超高速电机驱动系统控制对象阶数高、耦合强的特点,提出一种基于定子电流反馈有源阻尼的三闭环改进型解耦控制策略。首先,通过在Z域构建考虑控制延时的CSI超高速电机二阶系统等效模型,设计了复矢量解耦电流外环、前馈解耦电压内环构成的分级解耦驱动系统。其次,基于重构模型分析三闭环控制系统在全速域的稳定性,讨论了该解耦策略在高速工况下失稳与二阶系统谐振问题的相关性。本文将定子电流反馈有源阻尼引入电流环调节器,在解决高阶系统谐振问题的同时实现超高速电机在全速域的高性能稳定运行。最后搭建了550 000 (r?min-1)/110 W超高速永磁同步电机的CSI驱动平台,并进行相关仿真及实验验证,证明了所提改进策略的有效性和优越性。
    25  基于正负序分离的无轴承永磁同步电机位置传感器容错控制
    韩冰阳,鲍旭聪,王晓琳,石滕瑞,范臻雪
    2023, 55(5):888-897. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.015
    [摘要](121) [HTML](46) [PDF 3.45 M](317)
    摘要:
    无轴承永磁同步电机(Bearingless permanent magnet synchronous motor, BPMSM)凭借无接触、无磨损的优异性能在工业生产中获得广泛应用,对旋转和悬浮的精确控制是保证其稳定运行的关键,需实时获取高精度的转子位置信息以实现切向力矩和径向悬浮力的解耦。为保证位置传感器故障情况下BPMSM稳定运行,文中提出一种基于正负序量分离的BPMSM传感器容错控制方案。首先,结合BPMSM数学模型,分析传感器故障对电机转矩和悬浮系统的影响。在此基础上,提出一种基于过零点检测的故障诊断函数,实时监测传感器信号故障。其次,引入旋转坐标系分析传感器信号中正序分量和负序分量的特征,分离出正序分量并提取其中的转子位置信息,构建位置检测容错系统完成故障信号到容错策略的切换,实现BPMSM在传感器故障情况下的稳定运行。最后,基于一台BPMSM实验样机对所提方案的有效性进行了充分的仿真与实验验证。
    26  基于相对距离估计的空间非合作目标跟踪方法
    贾森浩,曲伟智,李立斌,方慧,毛晓楠,孙少勇
    2023, 55(6):997-1003. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.006
    [摘要](107) [HTML](54) [PDF 1.31 M](298)
    摘要:
    在采用光学手段的天基目标远距离跟踪过程中,由于仅有测角信息,存在目标跟踪精度随时间累积下降或目标丢失问题。针对该问题提出一种基于相对距离估计的静止轨道空间非合作目标跟踪方法。首先,以主航天器坐标系为参考,构建非合作目标的相对运动模型,基于Clohessy-Wiltshire (C-W)方程建立跟踪方程;然后,以相对距离作为单位量进行归一化处理,将难以观测的相对距离转化为速度与距离之比,并利用空间目标的坐标估计径向分量,从而得到空间非合作目标的相对运动轨迹。最后,对算法进行仿真验证,以空间目标的实际运动轨迹和预测轨迹的偏差角度为指标考核算法性能。仿真结果表明,在实际工程应用中,该跟踪算法可获得较高精度的运动轨迹,同时便于工程实现。
    27  多旋翼混合动力无人机自适应能量管理策略仿真
    杨明堂,胡春明,徐胤泽,杜春媛
    2023, 55(6):1004-1015. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.007
    [摘要](128) [HTML](98) [PDF 3.39 M](407)
    摘要:
    为提高多旋翼混合动力无人机的运行稳定性、输出动力性和能量利用率,利用GT-Power和Simulink进行模型联合搭建,对比基于规则的能量管理策略及等效燃油最小消耗能量管理策略(Equivalent consumption minimization strategy, ECMS),设计开发了基于BP(Back propagation)神经网络优化的自适应ECMS(Adaptive-ECMS,A-ECMS)。仿真研究表明:A-ECMS在运行稳定性上,整体工况转速波动率为7.74%,较基于规则策略和ECMS都有明显降低;A-ECMS在复合扰动下和随机紊流下转速波动率分别为8.32%、7.18%,与基于规则策略和ECMS相比在突发工况下运行更为稳定。A-ECMS能有效提高混合动力系统动力性能,使发动机处于经济工况10 kW;可根据荷电状态(State of charge, SOC)变化实时对电池功率进行调整。A-ECMS平均燃油消耗率为297.585 g/(kW?h),整体燃油消耗量为3 755.31 g,与基于规则策略和ECMS相比明显较低,在各工况下运行时发动机工况点集中于燃油经济区,有效提高了系统经济性。
    28  基于改进回溯法的直升机机载航炮可攻击区研究
    张浩迪,王玉惠,丁淑琳
    2023, 55(6):988-996. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.005
    [摘要](101) [HTML](74) [PDF 1.24 M](303)
    摘要:
    针对机载航炮可攻击区求解问题,提出改进回溯法并应用其进行机载航炮可攻击区的研究。首先,根据直升机机载航炮攻击区的定义,综合考虑直升机和机载航炮的数学模型,基于最小二乘法预测目标轨迹,并针对空对地目标打击问题建立瞄准命中方程。然后,考虑武装直升机和航炮的约束条件,将可攻击区求解问题转化为空间树优化问题,引入剪枝函数和搜索优先级函数,提出改进回溯法对机载航炮可攻击区边界进行求解,略去了可攻击区内部冗余节点的搜索,提高了攻击区搜索效率。最后,通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。
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