受限资源下制导武器末制导机器视觉技术研究

针对精确制导武器末制导机器视觉技术应用需求,研究了基于卷积神经网络的、针对复杂背景及小目标的自主目标检测识别算法,并分别进行了网络性能评估和硬件资源需求定量评估。针对最优算法,提出了基于嵌入式受限资源下的高精度神经网络压缩算法,并对算法进行了普适性评估。基于GPU嵌入式平台,实现TensorRT路线网络优化,并在速度和精度两方面均衡考虑下,对裁剪与量化算法进行了详细实验验证。实验结果表明,高精度神经网络压缩算法在硬件资源受限条件下,可以有效提升推理速度,最终经算法优化后的网络结构,可以获得3倍以上的速度提升,网络精度损失小于5%。     

基于融合神经网络的航空发动机剩余寿命预测

航空发动机的性能退化是影响飞机飞行安全的重要因素。准确预测发动机的退化过程,对于飞机安全飞行具有重要意义。针对航空发动机剩余寿命预测问题,本文提出了一种将卷积神经网络和长短期记忆网络相融合的数据驱动模型。与常规使用单一的神经网络不同,所提出的融合模型结合了两种神经网络的优点,利用卷积神经网络提取数据中的空间特征并采用长短期记忆网络提取时间特征。实验结果证实,在寿命预测中,所提出的数据驱动模型与已有的方法相比,评分和均方根误差分别下降了32%和6.4%,因此,所提出的数据驱动模型可对数据中所包含的信息进行充分挖掘,其对航空发动机寿命预测精度较高,并具有良好的稳定性。     

基于多头注意力机制的飞机发动机寿命预测研究

针对飞机发动机监测参数多和预测模型不能充分提取监测数据的有效信息等问题,基于一维卷积神经网络（1DCNN）、时序卷积神经网络（TCN）和多头注意力机制,提出一种新的网络结构以实现飞机发动机剩余寿命的准确预测。对多维特征参数分别建立一个1DCNN-TCN模型,利用两层1DCNN对飞机发动机的多元传感器信号进行特征提取,利用TCN对特征量的时序信息进行记忆,通过多头注意力机制对多个1DCNN-TCN的输出分别进行加权处理,并拼接最终结果。分析结果表明,采用本文方法得到的RMSE和Score值比目前文献中最优值分别降低了6.84%,63.41%。该方法显著提升了飞机发动机剩余寿命预测的准确性。     

基于一维卷积神经网络和SoftMax分类器的风电机组行星齿轮箱故障检测

将卷积神经网络引入风机故障检测领域,设计了一种一维卷积神经网络的结构,并和SoftMax分类器相结合构造了一种双层智能诊断架构。一维卷积神经网络用于行星齿轮箱数据的特征提取,SoftMax分类器对提取的特征进行分类。与传统智能算法相比,该方法具有训练样本少,可直接使用原始数据训练网络;计算效率高,可以适应实时诊断的需要。试验结果证明,该方法可以有效地诊断出不同工况下的行星齿轮箱中的齿轮故障。     

基于合成卷积层网络结构的焊缝X射线图片缺陷筛选技术

焊接技术应用于多个领域,近些年焊缝缺陷自动检测技术成为了重要的研究方向。本文基于VGG-16卷积神经网络的良好分类性能,提出一种SC-VGG网络结构,利用合成卷积层替换了单个卷积层,同时改进了训练过程中的损失函数,使网络结构更为关注焊缝缺陷类型预测的结果。经过实验测试,SC-VGG网络结构在训练过程中损失函数曲线可以很好的收敛,与其他网络结构相比对焊缝缺陷特征的提取性能更好,平均准确率和召回率达到了95.86%和98.33%,为焊缝缺陷自动化识别提供了算法支撑。     

基于机器学习的单孔绝热气膜冷却效率分布预测研究

为了研究利用机器学习技术对绝热冷却效率进行直接预测的方法及特点,搭建了基于上采样卷积神经网络的机器学习模型,生成了用于训练以及验证的数值模拟数据集,使用了监督式学习的方法对模型进行了训练。训练使用反向传播算法和基于随机梯度下降的Adam优化算法,输入模型的参数包括吹风比、主流湍流强度、喷射角、孔形状、孔尺寸,模型输出为绝热冷却效率云图。模型的预测结果显示,基于上采样卷积神经网络的模型在回归预测问题上性能表现良好（测试集像素点绝对误差在0.05左右）,同时,给出了此类卷积网络的训练意见。研究表明,对于云图式的回归预测目标,卷积神经网络预测结果可靠,灵活性高,有良好的工程应用价值。     

基于卷积神经网络的冗余机械臂运动学逆解求解

针对7自由度冗余机械臂运动学逆解求解时间过长以及通用性差等问题,通过对LeNet模型进行改进,对卷积核、激活函数、损失函数、优化算法、模型结构与初始参数等进行设计与选择,建立了卷积神经网络模型来进行求解.对卷积神经网络模型进行轨迹跟踪实验验证,结果表明:所得到的机械臂关节角度平滑,轨迹跟踪最大误差小于3 mm;所建立的...     

基于卷积神经网络的图像识别综述

随着工业化进程的迅猛发展，产生了大量的图像信息，传统的图像识别技术难以处理如此庞大的图像数据以及满足速度和精度上的要求，大数据及深度学习技术应运而生，基于卷积神经网络的图像识别方法成为目前图像识别的主流算法。文中首先介绍了传统图像识别技术及存在的问题，引入了卷积神经网络的深度学习方法，重点说明了卷积网络中间层的结构和特点，然后介绍图像识别中经典的卷积神经网络模型及相互间的区别，最后简要综述卷积神经网络在图像识别中的应用，指出了有监督的卷积网络学习缺点及无监督学习的研究方向。     

基于卷积神经网络和多项式混沌方法的翼型鲁棒性优化

在常规的翼型优化设计方法中,设计点处最优翼型的气动性能会在非设计点处有所恶化,因此有必要对翼型鲁棒性优化方法进行研究。提出一种基于卷积神经网络和多项式混沌方法的翼型鲁棒性设计方法,首先搭建基于卷积神经网络的气动力预测模型;其次采用多项式混沌方法对马赫数和攻角进行不确定度量化,构建翼型鲁棒性气动优化设计系统;最后对以 RAE2822 翼型为基准翼型的气动优化设计问题进行优化设计验证。结果表明：本文提出的翼型鲁棒性设计方法可行,优化后翼型的气动性能和鲁棒性气动优化设计效率在较宽的设计范围内都有所提升。     

基于卷积神经网络的结冰翼型气动特性建模

提出了基于卷积神经网络（CNN）的结冰翼型气动特性预测方法，设计了输入层结冰翼型图像规范，克服了复杂冰形在翼面同一位置法线方向存在多值，单值函数难以描述的问题。预测模型可同时预测多个迎角对应的升阻力系数，实现了直接从冰形图像到气动特性的快速预测，对升力系数和阻力系数预测结果的平均相对误差均可控制在8%以内。重点研究了不同卷积层数量、卷积核数量、卷积核尺寸对模型性能的影响规律：CNN的不同层次特征对应不同滤波频率，卷积层数增加会捕获更多高频特征量；增加卷积核数量可提取更多冰形特征，提升模型性能，但数量过多会增加冗余特征，降低模型泛化性能；阻力系数预测模型对卷积核数量的最低要求大于升力系数，其原因在于，相较升力系数，阻力系数不仅受翼面压差影响，还受摩阻特性影响，其建模所需的关键特征数量多于升力系数；增大卷积核尺寸，可扩大卷积操作“视野”，增强对冰形整体特征信息的提取，有利于提升模型泛化性能。相关结论为飞机结冰气动特性实时动态预测与监测提供了新的思路和方法支撑。     

三种用于加工特征识别的神经网络方法综述

加工特征自动识别技术是智能化设计与制造的关键支撑，已有的实用性算法普遍存在学习能力差、识别范围有限和识别速度慢等共性问题。神经网络方法在计算机视觉和模式识别领域获得了巨大成功，其自学习与自适应能力和高速计算等优势也已在加工特征识别中得到初步的展现。对加工特征识别中具有应用潜力的三种不同的神经网络方法进行了研究，剖析了神经网络识别加工特征中的预处理与编码和神经网络结构设计等关键性问题，分析了不同神经网络方法的异同点，总结了当前神经网络识别加工特征的发展方向，为相关领域的研究提供一定的理论指导与技术支持。     

Optimization of beamforming and path planning for UAV-assisted wireless relay networks

Recently, unmanned aerial vehicles （UAVs） acting as relay platforms have attracted considerable attention due to the advantages of extending coverage and improving connectivity for long-range communications. Specifically, in the scenario where the access point （AP） is mobile, a UAV needs to find an efficient path to guarantee the connectivity of the relay link. Motivated by this fact, this paper proposes an optimal design for beamforming （BF） and UAV path planning. First of all, we study a dual-hop amplify-and-forward （AF） wireless relay network, in which a UAV is used as relay between a mobile AP and a fixed base station （BS）. In the network, both of the AP and the BS are equipped with multiple antennas, whereas the UAV has a single antenna. Then, we obtain the output signal~to-noise ratio （SNR） of the dual-hop relay network. Based on the criterion of maximizing the output SNR, we develop an optimal design to obtain the solution of the optimal BF weight vector and the UAV heading angle. Next, we derive the closed-form outage probability （OP） expression to investigate the performance of the dual-hop relay network conveniently. Finally, computer simulations show that the proposed approach can obtain nearly optimal flying path and OP performance, indicating the effectiveness of the proposed algorithm. Furthermore, we find that increasing the antenna number at the BS or the maximal heading angle can significantly improve the performance of the considered relay network.     

New Neural Network Response Surface Methods for Reliability Analysis

This article presents two new kinds of artificial neural network (ANN) response surface methods (RSMs): the ANN RSM based on early stopping technique (ANNRSM-1), and the ANN RSM based on regularization theory (ANNRSM-2). The following improvements are made to the conventional ANN RSM (ANNRSM-0): 1) by monitoring the validation error during the training process, ANNRSM-1 determines the early stopping point and the training stopping point, and the weight vector at the early stopping point, which corresponds to the ANN model with the optimal generalization, is finally returned as the training result; 2) according to the regularization theory, ANNRSM-2 modifies the conventional training performance function by adding to it the sum of squares of the network weights, so the network weights are forced to have smaller values while the training error decreases. Tests show that the performance of ANN RSM becomes much better due to the above-mentioned improvements: first, ANNRSM-1 and ANNRSM-2 approximate to the limit state function (LSF) more accurately than ANNRSM-0; second, the estimated failure probabilities given by ANNRSM-1 and ANNRSM-2 have smaller errors than that obtained by ANNRSM-0; third, compared with ANNRSM-0, ANNRSM-1 and ANNRSM-2 require much fewer data samples to achieve stable failure probability results.     

基于DNET的空中红外目标抗干扰识别算法

复杂空战背景下针对人工干扰的博弈是红外空空导弹精确探测制导技术发展面临的瓶颈和核心技术。针对人工干扰对空中红外目标产生的遮蔽、黏连、相似等干扰现象,以及目标机动和相对运动造成的形状、尺度、辐射特性剧烈变化等实际问题,提出一种基于信息特征提取的深度卷积神经网络DNET空中红外图像目标抗干扰识别算法。首先,DNET网络对大尺度特征图像采用密集连接模块,在前部通道保存每一层的网络输出,在网络末端引入特征注意力机制,获得每个特征通道的信息特征识别权重。然后,加入多尺度密集连接模块,并与多尺度特征融合检测结合,提高对大尺度变化情况下的目标特征提取能力。实验结果表明,在伴随红外诱饵干扰的实时检测条件下,红外目标由点目标变化为成像目标,直至充满视场的整个过程中,本文抗干扰识别算法的识别精确度、召回率及识别速度分别达到99.36%、96.95%、132 fps,具备识别精确度和召回率高、识别速度快等优点,并具有良好的鲁棒性。     

利用试验设计法建立翼型气动特性的人工神经网络模型

建立了翼型气动特性预测的BP(Back Propagation)神经网络模型,重点研究了3种选取训练样本的试验设计(DOE)法:完全析因法、正交设计法和均匀设计法,对BP神经网络预测精度的影响,利用所建立的BP神经网络对FX63-137翼型几何型线进行了优化设计。研究结果表明:在因素数和水平数较少时,完全析因法、正交设计法及均匀设计法的平均测试误差分别为0.002%、0.029%、0.023%;在因素和水平数较多时,完全析因法的样本规模太大而不再适合,正交设计法和均匀设计法的平均测试误差分别为0.42%和0.15%,均匀设计法的预测精度更高,更适合于翼型气动特性预测的人工神经网络模型。优化后翼型的升阻比在迎角为0°~18°范围内均高于原始翼型,在迎角为1°、4°和15°时升阻比分别提高了4.38%、1.38%和5.51%。该研究方法及成果可以应用于翼型的多参数优化设计。     

基于改进Yolov3 算法的舰船目标检测识别系统

针对复杂战场环境下对海目标检测识别的需求,设计了一种基于改进Yolov3 算法的海面舰船目标实 时检测识别系统。使用微调分类网络、增加训练尺度、聚类目标边框维度、二级特征分类等方法对Yolov3 检 测识别网络模型进行了优化,在提高识别精度的同时有效降低了漏检率和虚警率。实验结果表明,优化后的网 络模型在自建的舰船图像数据库中将检测识别平均准确率提高到了79.3%,对真实海上航拍视频中舰船目标识 别的平均准确率达到了81% 以上。     

航空发动机多变量三层神经网络控制

提出了一种发动机多变量神经网络控制方法。采用三层前向神经网络对非线性项进行补偿,神经网络权重自适应律采用在线学习算法。控制系统的设计不需要知道精确模型,适应于全飞行包线。仿真研究表明发动机多变量神经网络控制具有良好的动、静态性能。      

Airborne platform capability assessment

It is expected that the multimode weapons systems of the future will be highly fault tolerant, possessing the ability to perform tactical missions with both full or degraded functional capabilities. The fault-tolerant system characteristics will allow systems with less than the fully specified functional capabilities to be engaging in combat. This design feature will present the operators of these weapons system with the operational challenge of selecting and/or assigning weapons platforms with degraded capabilities to carry out tactical missions. An in-system assessment process is proposed to evaluate the operability for these weapons platforms on the basis of current functional status, the reliability of the hardware resources within the system's avionics, and the resources required by the various application modes to accomplish mission tasks     

A hybrid deep neural network based on multi-time window convolutional bidirectional LSTM for civil aircraft APU hazard identification

Safety is one of the important topics in the field of civil aviation. Auxiliary Power Unit(APU) is one of important components in aircraft, which provides electrical power and compressed air for aircraft. The hazards in APU are prone to cause economic losses and even casualties. So,actively identifying the hazards in APU before an accident occurs is necessary. In this paper, a Hybrid Deep Neural Network(HDNN) based on multi-time window convolutional neural network-Bidirectional Long Short-Term M...