Application of ERA5 Reanalysis to the Construction of Initial Conditions for WACCM Simulations

This study uses ECMWF fifth-generation reanalysis, ERA5, which extends to the mesopause, to construct the Initial Conditions (IC) for WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model) simulations. Because the biases between ERA5 and Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry (SABER) temperature data are within ±5 K below the lower mesosphere, ERA5 reanalysis is used to construct IC in the lower atmosphere. Four experiments are performed to simulate a Stratospheric Sudden Warming (SSW) event from 5 to 15 February 2016. The simulation using the WACCM default climatic IC cannot represent the sharp meteorological variation during SSW. In contrast, the 0~4 d forecast results driven by ERA5-constructed IC is consistent with ERA5 reanalysis below the middle mesosphere. Comparing with WACCM climatology ICs scheme, the ICs constructing method based on ERA5 reanalysis can obtain 67%, 40%, 22%, 4% and 6% reduction of temperature forecast RMSE at 10 hPa, 1 hPa, 0.1 hPa, 0.01 hPa and 0.001 hPa respectively. However, such improvement is not shown in the lower thermosphere.      

基于迁移学习的卷积神经网络SAR图像目标识别

针对卷积神经网络中因网络参数随机初始化和参数过多导致的收敛速度慢及过拟合的问题,提出了一种基于迁移学习监督式预训练的卷积神经网络。首先,引入迁移学习的思想,采用小规模数据集作为源域的训练样本,针对源域中源任务进行监督式训练得到预训练模型;然后,构建一个多层的卷积神经网络作为目标域中目标任务的待训练网络,将源域中获得的预训练模型作为该网络的初始参数,大规模数据作为目标域的训练样本进行网络的微调,通过这种基于特征选择的迁移学习,实现源域到目标域的特征信息迁移;针对卷积神经网络中全连接层参数过多的问题,采用卷积层替代全连接层。试验使用美国国防高等研究计划署的移动与静止目标搜索识别（Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition,MSTAR）数据集中三类目标数据作为源域样本,十类目标数据作为目标域样本,结果表明该算法的十类目标识别精度达到了99.13%,且具有更快的误差收敛速度。     

基于信息隐藏的遥感图像分块压缩

目前JPEG2000等图像压缩方法受制于压缩倍数的限制,无法满足用户对海量遥感数据的实时传输要求,需要进一步减少高分辨率遥感图像产生的数据量,以满足遥感图像数据的空间传输要求。针对此情况提出了一种基于信息隐藏的遥感图像分块压缩方法,利用图像块的相似性判决出基准图像块和相似图像块,将相似图像块的编号隐藏在基准图像块中,只对基准图像块进行JPEG2000压缩。采用标准图像库作为样本图像进行仿真,结果表明,该方法将样本图像压缩前的数据量减少1/3,同时将该样本图像的压缩比提高1.5倍。     

环面蜗轮滚刀螺旋槽前刀面设计及修正方法

为提高环面蜗轮滚刀的切削性能及滚齿效率,将滚刀的容屑槽设计成螺旋槽,减小刀齿两侧前角的绝对值,均衡两侧刃的切削条件。根据齿轮啮合理论和环面蜗杆成形原理,以滚刀基本蜗杆分度环面螺旋线的导程角和前刀面曲线的导程角互余为依据,提出一种由圆柱产形面变传动比展成环面蜗轮滚刀螺旋槽前刀面的方法;计算得到滚刀分度环面处的前角近似为0°,而刀齿左侧的前角从齿顶到齿根由正值变为负值,右侧前角从齿顶到齿根由负值变为正值,并且正前角和负前角的绝对值较大。进一步对滚刀前刀面进行修正,将修正后的滚刀模型导入VERICUT软件中,测量其前角,验证设计方法的正确性。结果表明,该方法能够解决滚刀两侧前角绝对值较大的问题,各刀齿左右两侧的前角控制在-0.6°~0.5°之间。      

基于扩展状态深空探测器任务规划方法

面对深空探测过程中的不确定性,探测器需要利用任务规划技术实现自主控制。针对深空探测器任务规划中复杂系统功能及耦合操作约束,在状态知识框架的基础上,引入了扩展状态的概念。通过分析探测器任务规划中的约束关系,提出了基于扩展状态的任务规划算法。利用扩展状态结构特点削减了搜索空间,优化了搜索过程,提高了规划搜索的速度。数值仿真结果表明,该算法能够缩减近半的规划步数,加速问题求解进程,提高任务规划的效率。     

自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人（Free Floating Space Robot, FFSR）点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程（DSDRE）控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵（GJM）行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。     

自由翻滚故障卫星外包络抓捕及抓捕路径优化

自由翻滚故障卫星抓捕是航天器在轨服务及空间碎片清理的基础。由于难以确定固定抓捕点及目标运动参数不确定,传统机械臂抓捕方法无法适用类似自由翻滚故障卫星的空间非合作目标。提出一种具有鲁棒性的外包络抓捕方法及抓捕路径优化方案。外包络抓捕方式能够适用于自由翻滚故障卫星抓捕问题,其特点在于,第一,由抓捕末端执行器构成的抓捕包络可以包络空间目标,约束其运动并最终实现抓捕,因此不需要固定抓捕点;第二,末端执行器构成的抓捕包络,能够约束故障卫星运动,而两者之间的摩擦可以有效消除两者之间的相对运动最终成功抓捕翻滚目标。进一步,针对外包络抓捕方法,提出了一种最小燃料消耗及最小抓捕扰动的机械臂抓捕路径。为验证外包络抓捕方法的有效性,构建旋转立方星抓捕地面实验,并利用数值仿真验证外包络抓捕机械臂最优路径规划,仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

可编程逻辑器件的竞争-冒险现象

本文分析了可编程逻辑器件出现竞争冒险的原因,介绍了在数字系统设计过程中常用的几种消除竞争冒险的措施.     

如何提高电子信息类大学生的创新素质

面对二十一世纪课程体系的改革，如何培养大学生的创新能力，搞好第二课堂，提高电子信息类大学生的创新素质，是一个有待于探讨的问题。     

6061铝合金超声电弧MIG焊声电特性和工艺

超声电弧焊接技术是一种细化焊缝晶粒和提升接头力学性能的有效手段。为了研究超声电弧MIG焊接过程中超声的激发和作用机制,更好的控制超声电弧,通过高频调制MIG焊接电弧,激发出超声波,在焊接过程中通过信号采集和分析,获得电弧的电信号特征和声激发特性,初步确定了焊接电弧的输入阻抗、受激超声的声压同激励参数之间的近似关系,并研究了超声电弧对焊缝成形和显微组织的作用效果。试验结果表明,外加的超声激励使电弧电压在基值处出现高频振荡现象,MIG焊电弧对超声激励的输入阻抗与激励频率有关,激励频率越大,受激的三角波电流越小,输入阻抗就越大;MIG焊电弧中超声的响应频率与激励频率一致,而超声的声压幅度与激励能量有关,激励频率越小、激励电压越大时,激励能量越大,超声的声压振幅越大。与常规MIG焊相比,超声电弧的引入可以增加焊缝熔深,当U_e=55 V,f=70 kHz时,焊缝熔深增加23%。焊缝金属晶粒得到细化,焊缝金属中的析出相更加弥散分布。