基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测

电阻抗层析成像（EIT）是一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）结构状态评估方法。通过将EIT技术应用于一种商用各向异性CFRP层合板,初步研究了EIT的结构损伤检测能力。利用COMSOL软件建立CFRP多种损伤模型,有限元分析获取三维场空间电势分布信息。为改进EIT技术对各向异性CFRP结构损伤的图像重构效果,采用嵌入式电极有效采集材料内部电信号;同时,提出一种改进的基于L1稀疏正则化的图像重建算法。另外建立一套基于数字万用表的嵌入式16电极的EIT硬件系统,利用EIT系统检测平台对简单CFRP损伤进行检测,结果显示损伤材料图像重建效果良好,证明EIT方法在CFRP结构损伤检测中的可行性。      

基于改进MRNSD算法的电阻抗层析成像

电阻抗层析成像（EIT）作为一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）无损检测方法，具有成本低、无辐射、可视化等优点，受到研究者广泛关注。EIT逆问题具有严重的病态性，通常采用正则化算法改善成像质量。基于修正残差范数最陡下降法（MRNSD），利用其在减少图像伪影和保持边界信息方面的优势，针对该算法存在的半收敛性和抗噪声效果差等问题，采用预处理和软闭值方法对MRNSD算法进行改进。通过仿真和实验，对比所提改进算法与几种常用算法的成像效果。结果表明，所提算法有效提高了EIT图像质量和抗噪声能力，并且实现了最佳迭代次数的自动更新，有利于推动EIT方法在CFRP损伤检测中的实际应用。      

基于L1/2范数正则化的塑性回声状态网络故障诊断模型

为了提升储备池的动态适应性能,克服回声状态网络（ESN）输出权值求解的病态不适定问题,平衡其拟合与泛化能力,提出了一种基于L_1/2范数正则化的塑性回声状态网络故障诊断模型。在储备池构建中引入BCM规则对连接权矩阵进行预训练,并在目标函数中添加L_1/2范数惩罚项以提高稀疏化效率,利用一个光滑化的L_1/2正则子克服迭代数值振荡问题,并采用半阈值迭代法对模型进行求解。将模型应用于机载电台的故障诊断问题中,仿真结果证明了模型的有效性和优越性。     

基于SMO—SVR的飞机舵面损伤故障趋势预测

飞机舵面出现损伤时,为了更准确的预测状态参量变化情况,提出了一种改进的序贯最小优化支持向量回归(SMO-SVR, Sequential Minimal Optimization Support Vector Regression)预测方法.采用改进C-C平均方法对多元时间序列进行相空间重构,以确定最优嵌入维数m和延迟时间τ_d.根据所求m和τ_d建立加权SVR预测模型,并调整了SMO算法的停机准则.利用区间自适应粒子群算法(IAPSO, Interval Adaptive Particle Swarm Optimization)优化SVR参数,以提高参数优化速度.为了验证改进算法的有效性,针对飞机方向舵损伤故障趋势进行了预测和分析,并与径向基函数神经网络(RBFNN, Radial Basis Function Neural Network)方法进行了对比,仿真结果表明SMO-SVR预测模型具有很好的预测能力.     

基于能源分解的用户用电行为模式分析

随着智能电网的普及和大数据技术的发展，利用用电数据分析用户的用电行为越来越受到关注，现存的能源分解方法无法满足实际应用中对分辨率和分解准确率的高要求，以及聚类分析方法过于粗糙没有充分挖掘每类电器的用电特点。提出了基于能源分解的用户用电行为分析方法。在判别式稀疏编码算法模型的基础上，针对L₀正则项不易求解、L₁正则项稀疏约束效果不理想的问题，提出用L_1/2正则项稀疏约束进行能源分解，并且把用户之间的同质性作为正则项加入基础模型来修正模型的性能。基于能源分解的结果，使用用户单类电器的用电特征代替总用电特征精细化分析用户的用电行为，并改进传统的K-Mean聚类算法进行实验验证。实验结果表明:所提出的基于L_1/2正则项稀疏约束和同质性约束的能源分解方法相比于传统判别式稀疏编码算法，能够有效提升能源分解的准确率。同时，基于能源分解的用户用电行为聚类分析效果也有明显提升。      

基于BEMD与DCT的彩色图像多重水印鲁棒算法

为解决现有彩色图像水印算法容错性低及宿主图像与水印图像在嵌入时尺寸匹配问题,并提高算法抵御各种攻击的鲁棒性,提出一种基于二维经验模态分解(BEMD)和离散余弦变换(DCT)的彩色图像多重水印鲁棒算法。使用Arnold变换对3幅二值水印图像进行置乱,分别对彩色宿主图像的三通道进行BEMD,得到各通道的内蕴模态函数(IMF)和余量信息,选择各通道的第1个IMF（记作IMF₁）作为水印嵌入层,对每个通道的IMF₁分割成不重叠子块后进行DCT;再将置乱后的二值水印图像依次重复嵌入在各通道子块经过之字形(Zigzag)扫描后的中频系数中,使用逆Zigzag扫描和逆DCT得到各通道嵌入水印信息后的IMF₁,并与每个通道其余的IMF及余量重建得到嵌入水印后的彩色图像。水印提取为嵌入过程的逆过程,算法可以实现彩色图像嵌入水印的盲提取。在水印提取过程中对重复嵌入提取到的水印图像使用投票策略,增强了算法的容错性。大量实验结果表明:嵌入水印后的图像峰值信噪比（PSNR）在34 dB以上,水印信息具有较高的不可见性;对嵌入多重水印后的宿主图像进行大尺寸剪切、椒盐噪声等攻击实验,提取到的水印图像与原始图像的归一化系数均在0.96以上,且可达到1,水印信息提取完整清晰可辨。与现有大量彩色图像水印算法相比,所提算法具有较强抵御各种攻击的能力,同时嵌入水印后图像具有较高的不可见性。      

ICO多学科设计优化方法

协同优化(CO, Collaborative Optimization)算法在应用中存在计算困难的问题.分析了引起CO算法计算困难的原因;使用L₁范数改进了CO算法的学科一致性约束,避免了学科级目标函数导数的不连续性,并从数学理论上证明了改进的学科一致性约束的收敛性;增加系统级罚函数,使系统级优化问题转化为无约束优化问题;使用快速启动方法,在子系统级优化过程中充分合理利用系统级优化求得的最优解;给出了使用改进的学科一致性约束、系统级罚函数和快速启动方法的ICO(Improved Collaborative Optimization)多学科设计优化方法,较好地克服了CO算法存在计算困难的缺点.标准算例实验结果表明,ICO多学科设计优化方法有效提高了算法的稳定性、可靠性和计算效率.      

一种地外天体路标图像的稀疏化表征方法

摘要： 针对用于地外天体着陆视觉导航的路标图像信息存在的计算量大和占用存储空间大等问题,提出一种路标图像的稀疏化表征方法.引入着陆路标图像的尺度估计和尺度变换,采用Harris 算法提取路标特征点,改进了FREAK特征描述子用以稀疏化表征天体路标信息;并针对图像旋转、尺度变化、图像噪声和尺度估计误差4种外界干扰,仿真对比改进算法与原FREAK算法、SURF算法的性能.仿真结果表明：提出的算法大幅减少计算量和特征描述子所占用的存储空间,同时能够正确匹配到更多的路标特征,鲁棒性更好,更适合地外天体着陆任务应用.     

压缩感知在电容层析成像中的应用

压缩感知(CS)理论是在充分利用信号稀疏性或可压缩性的情况下,对信号进行少量采样即可实现信号的精确重建。本文尝试将CS理论应用于电容层析成像(ECT)图像重建中,首先,使用快速傅里叶变换(FFT)基将原始图像灰度信号进行稀疏化处理;其次,将ECT灵敏度矩阵的各行按随机顺序进行排列,得到ECT系统随机观测矩阵;最后,选取当前普遍使用的基于内点法、梯度投影(GPSR)算法以及贪婪算法的CS图像重建算法进行ECT图像重建,并与线性反投影及Landweber迭代算法进行了对比。仿真实验结果表明:基于CS图像理论的ECT图像重建算法,其重建精度有所提高。本文同时分析了3种CS图像重建算法的优缺点及适用范围。     

压电柔性结构振动的鲁棒控制

针对具有多面体型参数不确定性和外界扰动的柔性悬臂梁系统,研究其振动的鲁棒控制问题.基于压电柔性悬臂梁系统的状态方程,利用一种扩展LMI(Linear Matrix Inequality),对柔性悬臂梁的振动提出了改进的 H₂/H_∞ 综合状态反馈鲁棒控制方法.此方法针对多面体型参数不确定性系统引入不同的Lyapunov函数,降低了原来 H₂/H_∞ 综合鲁棒控制方法中由于使用一个公共Lyapunov函数而产生的保守性.通过Matlab分别采用改进和未改进的 H₂/H_∞ 鲁棒控制方法对柔性悬臂梁系统的振动控制进行了数值仿真.仿真结果表明,2种方法都使柔性悬臂梁的振动得到了良好控制,而改进方法的控制效果更好.     

基于改进型Retinex算法的雾天图像增强技术

为增强雾天图像的对比度及颜色和亮度恒常性,提出了一种改进型Retinex算法雾天图像增强算法。使用改进的双边滤波器作为滤波函数,在保持边缘信息的同时去除噪声的干扰;并使用S型函数曲线对Retinex算法中对数域相减去除入射光分量的图像进行颜色恢复处理,增强整幅图像的对比度和感知特性,还原图像的色彩信息。实验结果表明,所提的改进算法能有效提高雾天图像的清晰度和对比度,相较原雾天图像清晰度提升约200%,标准差提升约110%,信息熵提升约10%。同时,可保持更加真实鲜艳的图像颜色,计算复杂度较低,满足实时性要求。      

基于改进Faster R-CNN的SAR图像飞机检测算法

在合成孔径雷达（SAR）图像分析领域,飞机作为一种重要目标,对其的检测越来越受到重视。针对传统SAR图像飞机检测算法需要人工设计特征且鲁棒性较差的问题,提出了一种基于改进Faster R-CNN的SAR图像飞机检测算法。制作了一个SAR图像飞机数据集（SAD）,以Faster R-CNN为检测框架,利用改进k-means算法设计更合理的先验锚点框,以适应飞机目标的形状特点;借鉴inception模块思想,设计多路不同尺寸卷积核以扩展网络宽度,增强对浅层特征的表达;分析残差网络Layer5层的特征输出具有更大的感受野,对其上采样后进行特征融合以利用更多的上下文信息;同时引入Mask R-CNN算法中提出的RoI Align单元,消除特征图与原始图像的映射偏差。实验结果表明:相比原始的Faster R-CNN算法,所提改进的Faster R-CNN算法在SAR图像飞机数据集上平均检测精度提高了7.4%,同时保持了较快的检测速度。      

空间移动小目标的检测算法

空间序列图像中移动小目标检测与轨迹提取是空间目标监视、跟踪及编目的关键技术之一.为了及时有效地处理星载可见光相机输出的多维海量数据,提出了一种基于四邻域二值量化方法和改进概率Hough变换的目标检测及轨迹提取算法.相较于美国空间目标在轨检测(MTI,moving target indicator)算法,改进算法虚警噪声点及候选路径数目明显减少,计算复杂度降低,运行效率提高.实验结果表明,算法可有效检测序列图像中快速移动的弱小目标并提取其直线运动轨迹.     

一种显式构造非奇异对象降阶H∞控制器的算法

目前显式构造降阶H_∞控制器的算法仅适用于奇异H_∞控制情形,为对非奇异情形使用这些算法,将广义对象的矩阵 A 分为 A ₀和 Δ A 2部分,并且使( A ₀, B ₁, C ₂, D ₂₁)或 ( A ₀, B ₂, C ₁, D ₁₂)含有不稳定零点,从而可以使用构造降阶控制器的算法得到可用于构造降阶控制器的解( X , Y ).矩阵 A 的这种改变将使得对象的3个线性矩阵不等式中的1个发生改变,因此该解( X , Y )必须在 A 未改变时,代入发生改变的那个不等式并判断其是否成立,若成立则该解( X , Y )可用于对广义对象构造降阶控制器.数值算例表明了该算法的有效性.     

基于GCF-SB视觉注意模型的红外目标检测算法

针对复杂背景、低对比度条件下的红外目标检测，提出了一种基于灰度对比度特征 相似性贝叶斯(GCF SB)模型的红外显著性目标检测算法.建立了一种灰度对比度特征(GCF)模型，该模型利用两个通道分别提取红外图像的灰度特征和对比度特征，然后通过特征融合获得初级显著图；建立了一种基于相似性的贝叶斯(SB)模型，该模型根据初级特征图分别计算目标和背景的先验概率和似然函数，然后利用贝叶斯公式获得最终显著图，进而实现红外图像的显著性目标检测.实验结果表明，所提出算法能够有效抑制复杂背景、低对比度红外图像的噪声，增强对比度，具有较高的检测精度和鲁棒性.     

航空发动机中气液两相流的可视化检测

针对电阻抗断层成像(EIT)技术中FCM聚类算法的灵敏度系数信息缺失以及测量电压的利用率低两方面问题,提出一种新的成像算法。在该算法中引入灵敏度系数矩阵信息修正各个剖分单元的电压。同时提出了将测量电压数据按照其权系数进行处理的方法,该方法可应用于所有EIT经典反演算法之中。理论和数值仿真结果均表明,与已有的FCM聚类算法相比,优化后算法对两相流型的定位准确度更高,得到的重建图像的空间分辨率与之前相比相对误差降低了5%~15%,相关系数提高了5%~20%。     

基于可靠性的CFRP螺栓连接优化设计方法

螺栓连接是复合材料结构的薄弱环节。因此，螺栓连接部位的设计是先进复合材料结构设计的关键之一。将修正特征曲线方法和随机参数统计模型结合，建立了碳纤维增强复合材料（CFRP）螺栓连接失效载荷的概率分析模型，进而以关键影响参数为设计变量，以可靠度指标为约束，以连接结构质量为设计目标，发展了基于可靠性的CFRP螺栓连接优化设计方法。采用正交试验设计方法建立基于可靠性的螺栓连接优化设计计算方案，优化结果表明:关键影响参数X_C为2 450 MPa、t_ply为0.174 mm、E₁₁为225 GPa时的设计方案为螺栓连接最佳设计方案，该方案使得外载荷为17.5 kN时，螺栓连接可靠度由0.998提高到0.999 999以上，同时使得连接结构的质量下降了6.44%。      

H∞滤波在惯导系统地面快速对准中的应用

阐述了H_∞滤波器的设计过程,并将H_∞滤波方法应用于惯导系统地面初始对准.文中建立了惯导系统的误差模型,并对其进行了可观性分析,利用H_∞滤波方法对可观子系统进行了滤波计算,给出了在噪声统计特性未知方差有界情况下惯导系统初始对准的仿真曲线,仿真结果表明该方法克服了卡尔曼滤波对噪声的苛刻要求,滤波效果能够满足工程需要,进一步说明H_∞滤波应用于惯导系统初始对准是有效的.为提高对准速度,文中给出了方位误差角的一种快速估计方法,结果表明该方法是可行的.     

曲靖地区电离层多参数变化特征

利用电波环境观测网曲靖站电离层垂直探测仪数据（2008－2018）,分析了该站电离层多参数（包括f_min,f₀E_s,h'E_s,f₀E,f₀F₁,f₀F₂,h'F,MUF(3000)F₂等）随太阳活动、季节、地方时的变化特征。结果表明,f_min,f₀E_s,h'E_s随太阳活动变化不明显,f₀E,f₀F₁,f₀F₂,h'F,MUF(3000)F₂与太阳活动变化具有相关性,f₀F₂经常发生日落增强现象,同时各自具有独立性;与拉萨、乌鲁木齐地区f₀F₂,h'F,f₀E_s变化特征对比,发现地方时与月份变化趋势相同,但是极值出现的位置有所不同,这可能与各地区的地理纬度和地形等因素有关;h'F夜间大于白天,在日出日落时段有突然上升现象,冬季的h'F一般都小于其他季节;MUF(3000)F₂与f₀F₂的变化特征相似,白天值高于夜晚值,春秋分季高于夏冬季,太阳活动高年日落后MUF(3000)F₂一直维持较高值并持续到03:00－04:00 LT。      

基于CS的正则化稀疏度变步长自适应匹配追踪算法

压缩感知(CS)能够突破Nyquist采样定理的瓶颈,使得高分辨率信号采集成为可能。重构算法是压缩感知中最为关键的部分,迭代贪婪算法是其中比较重要的研究方向。对压缩感知理论进行了详细分析,并在现有重构算法的基础上提出了一种新的迭代贪婪算法——正则化稀疏度变步长自适应匹配追踪(RSVss AMP)算法,可在信号稀疏度未知的情况下,结合正则化和步长自适应变化思想,快速精确地进行重构。相比于传统迭代贪婪算法,本文算法不依赖于信号稀疏度,并且应用正则化以确保选取支撑集的正确性。此外,应用自适应变化步长代替固定步长,能够提高重构速率,而且达到更高的精度。为了验证本文算法的正确性,选取高斯稀疏信号和离散稀疏信号分别进行仿真,并与现有算法进行比较。仿真结果表明,本文算法相比于现有算法可以实现更加精确快速的重构。