2017年第09期

刊出日期:2017-09-08
邮发代号: ISSN 0258-7998
CN11-2305/TN
邮发代号:2-889
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技术专栏-医疗电子

可穿戴的心率和血氧监测耳机设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.172487

作者:刘艳萍,金 菲,李 杰,胡东阳,刘泽宇

作者单位:河北工业大学,天津300401

摘要: 设计一款穿戴式的心率血氧健康监测耳机系统,完成了硬件设计和软件设计,并实现三个主要功能:信号采集;计算脉搏波输出波形数据以及实时的心率和血氧值;并将数据通过蓝牙模块发送到上位机。测试者通过上位机软件输出的结果,实现对自身健康的实时监测。对比设计的穿戴式健康监测耳机与标准的心率血氧监测仪测试结果,误差在允许范围内,验证了该设计的准确性。
关键词:
穿戴式
监测耳机
心率
血氧

基于ADS1293的穿戴式心电检测装置设计与实现

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.173173

作者:李承炜1,韩俊南2,杜 欣1,王凯曦1,黄义成等

作者单位:1.华南理工大学 材料科学与工程学院生物医学工程系,广东 广州510006; 2.广州双悠生物科技有限责任公司,广东 广州510670; 3.广州市惠爱医院(广州医科大学附属脑科医院)精神科,广东 广州510370; 4.广东省医疗器械研究所国家医疗保健器具工程技术研究中心,广东 广州510500

摘要: 通过对穿戴式心电监护设备与低功耗技术的研究,设计了一款穿戴式心电检测装置。该装置将心电监护设备与背心服饰相结合,心电监护设备采用低功耗、高集成度的模拟前端芯片ADS1293与BLE蓝牙4.0低功耗无线模块进行心电信号的采集与传输,并结合低功耗MCU与电源管理模块可有效地降低系统功耗,然后通过Matlab GUI进行显示分析。通过实验测试验证,本装置体积小、功耗低、精度高,可在静息、行走和慢跑状态下长时间准确地采集心电信号,具有较高的可靠性、准确性和穿戴舒适性,可用于心脏疾病的远程监护与早期预警。
关键词:
ECG
穿戴式
ADS1293
蓝牙4.0
低功耗

可穿戴式人体姿态检测系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.172804

作者:胡小华1,李向攀1,2,祁洋阳1,冷 昊1,韩建海1,2,郭冰菁1,2

作者单位:1.河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳471003;2.河南省机器人及智能系统重点实验室,河南 洛阳471003

摘要: 针对临床康复中人体关节活动度检测评估和康复机器人动作示教不方便、训练参数设置繁琐等问题,设计一种价格低廉、运动数据采集方便直观的人体姿态检测系统。系统采用MPU6050惯性测量单元,利用I2C通信实现多通道传感器数据的采集上传,在上位机LabVIEW环境下基于互补滤波算法实现人体关节角度的检测。通过与某公司生产的三维步态分析及运动训练系统进行比对,证实此系统准确可靠,并利用此系统进行卧式下肢康复训练机器人示教动作采集,实现了机器人示教功能。
关键词:
姿态检测
惯性传感器
互补滤波
LabView

基于自适应滤波的可穿戴式心电信号检测系统

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.173174

作者:彭良广,林金朝,庞 宇,李章勇,李国权,周潜能

作者单位:重庆邮电大学 光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室,重庆400065

摘要: 为了检测公安、消防官兵等高危职业人群的心电信号,以胸带作为穿戴载体,设计一款可穿戴式无线心电检测系统,在智能手机上实现心电、心率的实时传输与显示。考虑到警员日常的活动,基于自适应滤波器原理,将三轴加速度传感器作为参考信号,对比两种自适应滤波算法滤出运动伪迹(Motion Artifact, MA)后的输出波形。结果表明,采用归一化的最小均方算法(Normalized Least Mean Square, NLMS)的自适应滤波器输出心电信号基线平稳且R波定位准确性达99%以上。在正常的人体活动中实时测量的心率值误差在4%以内,心率测量精度较高。
关键词:
自适应滤波器
加速度传感器
心电信号
运动伪迹
穿戴式胸带

基于MSE-PCA的脑电睡眠分期方法研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.172872

作者:刘雪峰1,马州生2,赵艳阳3,余传奇1,范文兵1

作者单位:1.郑州大学 信息工程学院,河南 郑州450001;2.河南省经贸学院,河南 郑州450046; 3.河南工业大学 电气工程学院,河南 郑州450001

摘要: 针对传统的自动睡眠分期准确率不足问题,提出一种将多尺度熵(MSE)和主成分分析(PCA)联合使用的自动睡眠分期方法。以8例受试者睡眠脑电(EEG)监测数据及专家人工分期结果作为样本,首先使用MSE表征受试者脑电信号不同睡眠期的非线性动力学特征;然后使用PCA的前两个主成分向量代替MSE特征进行降维,实现降低数据冗余的同时保留绝大多数EEG非线性特征;最终将新向量的特征参数输入到反馈神经网络(BPNN)分类器中实现MSE-PCA模型的脑电睡眠状态的自动识别分类。实验结果表明,自动分期准确率可达到87.9%,kappa系数0.77,该方法能提高脑电自动睡眠分期系统的准确率和稳定性。
关键词:
自动睡眠分期
脑电信号EEG
多尺度熵MSE
主成分分析PCA
反馈神经网络BPNN

微电子技术

14 nm工艺下基于CUPF的数字IC低功耗物理设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170750

作者:高 华,李 辉

作者单位:中国科学技术大学 信息科学技术学院,安徽 合肥230026

摘要: 随着集成电路生产工艺的迅速发展,功耗作为芯片质量的重要衡量标准引起了国内外学者越来越多的重视和研究。当晶体管的特征尺寸减小到纳米级时,其泄露电流的增加、工作频率的提高和晶体管门数的攀升极大提高了芯片的功耗。同时,传统的基于UPF(Unified Power Format)的低功耗设计流程存在着效率低、可修复性差等缺点。针对以上问题,以14 nm工艺下数字芯片 fch_sata_t模块为例,简要介绍了全新的基于CUPF(Constant UPF)的低功耗物理设计流程,利用门控电源和多电源电压等技术对芯片进行低功耗设计。最终,通过Synopsys旗下PrimetimePX提供功耗分析结果,证明了芯片功耗满足设计要求。
关键词:
数字IC
低功耗
物理设计
CUPF
14nm

一种应用于LTE-A的双功率模式宽带功率放大器设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.171431

作者:黄 亮,李嘉进,章国豪

作者单位:广东工业大学 信息工程学院,广东 广州510006

摘要: 针对LTE-A移动终端应用,采用双功率模式架构设计了一款宽带功率放大器,利用功放工作模式的切换,改善了功放回退区域的效率。该功放还采用了InGaP/GaAs HBT和AlGaAs/InGaAs pHEMT的一体化工艺,将功放电路与控制电路单片集成,实现模式控制的片上切换,能有效提高功放的集成度。该功放在工作电压为3.4 V,频率2.3~2.69 GHz范围内,使用10 MHz LTE调制信号输入,在输出功率为10 dBm时,测得LPM相对于HPM效率提高至少6%,有效提高了功放功率回退时的效率,功放的性能在全频带内满足3GPP协议要求。
关键词:
双功率模式
功率回退
效率提升
功率放大器

GPS中频信号采集及分析系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170792

作者:陶 梦,李金城

作者单位:北京交通大学 电子信息工程学院,北京100044

摘要: 设计了一种GPS中频信号采集及分析系统,系统利用FPGA将NJ1006射频前端输出的数字化GPS中频信号进行字节拼接,然后通过USB上传到上位机,实现了射频前端与PC之间实时高速数据传输;研发的VC++数据处理程序将采集到的GPS信号进行文本转换和数据分析。实验证明该GPS中频信号软硬件采集系统不仅能采集GPS中频信号,而且能数据分析,为GPS基带处理算法的研究提供了可靠的原始数据。
关键词:
GPS中频信号
USB
信号采集
数据分析

一种可编程多路闪存控制器的设计与验证

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170744

作者:张洪柳,张 春

作者单位:清华大学 微电子学研究所,北京1000861

摘要: 介绍了一种可应用于固态硬盘(Solid State Disk)主控芯片中的闪存控制器的设计实现方法。该闪存控制器最大支持4路闪存通路,4路闪存通路共用一个ECC纠错模块,提出一种新型可编程控制方法,CPU可实现4路闪存数据的并发读写,并兼容多种品牌的闪存颗粒。主要介绍了该闪存控制器的硬件架构及关键模块的设计实现思路,并最终给出了闪存控制器的验证结果及综合结果,在多种纠错格式及4路通路的配置下,闪存控制器的性能及成本均能满足一般SSD主控芯片的使用需求。
关键词:
NAND闪存
多通道
可编程
SSD

动态可配置多输出RO PUF

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170750

作者:刘勇聪,王建业,丁 浩

作者单位:空军工程大学 防空反导学院,陕西 西安710051

摘要: 针对已提出的环形振荡器物理不可克隆函数(Ring Oscillator Physical Unclonable Functions)输出位数少和鲁棒性不足的缺点,提出了由多输出环振荡器和动态配置处理模块组成的动态可配置多输出RO PUF。多路输出环振荡器用于提高芯片资源利用率和增加输出位数。动态配置处理模块根据工作环境的变化动态调整振荡器结构,从而增强系统的鲁棒性和可靠性。实验结果表明,相比传统RO PUF和可配置RO PUF, 动态可配置多输出RO PUF展现出更高的片间汉明距离和更低的片内汉明距离,可进一步提取芯片ID的精度。
关键词:
ROPUF
多输出环振荡器
动态配置处理模块
汉明距离

LTE230数字中频接收机的设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170880

作者:周春良1,2,周芝梅1,2,王连成1,2,冯 曦1,2,刘 亮1,2,唐晓柯1,2

作者单位:1.北京智芯微电子科技有限公司,国家电网公司重点实验室 电力芯片设计分析实验室,北京100192; 2.北京智芯微电子科技有限公司,北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心,北京100192

摘要: 针对230 MHz频段频点分布离散、带宽窄、无法直接进行高速数据传输的问题,设计出一种新型的低成本、高可靠性、高性能的数字中频接收机。该接收机采用两级数字下变频、下采样、滤波结构,实现了对230 MHz频段40个离散频点的聚合,从而达到宽带传输的效果。经仿真及FPGA验证通过后,该接收机已应用到LTE230无线通信基带芯片并在试点项目中长时间稳定运行,充分表明数字中频接收机的设计是很成功的。
关键词:
LTE230
数字中频接收机
数字下变频
下采样
滤波器

嵌入式技术

基于STM32的牙医综合治疗椅控制系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170268

作者:许新建,文国军,王玉丹,胡自飞

作者单位:中国地质大学(武汉) 机械与电子信息学院,湖北 武汉430074

摘要: 针对目前国产牙医综合治疗椅控制系统性能不稳定、整合度低等缺点,设计了一种基于STM32的主从式通信模式的控制系统。该系统的主机以STM32F105VCT6为核心控制芯片,实现对各执行机构和检测芯片的控制,从机是STC89C52芯片和按键组成的主机功能控制按键面板,系统通过基于RS-485总线的多机通信协议实现主从机之间的数据传输和协同工作,通过液晶屏实时显示系统运行状态。经实验验证,该系统运行稳定可靠,自动化程度高,人机交互能力强,具有较好的推广价值。
关键词:
STM32F105VCT6
牙医综合治疗椅
STC89C52
主从式
多机通信协议

水下高速激光通信系统及组网技术研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170371

作者:张 军,蔡文郁,温端强

作者单位:杭州电子科技大学 电子信息学院,浙江 杭州310018

摘要: 基于蓝绿波段光线在水下传播的光学特性,设计了一种水下高速激光通信系统。系统以STM32F407为微控制器,以AD9660为激光驱动芯片构成光发射机,以光电探测器、信号调理电路、自动增益控制电路、解调电路构成光接收机,支持10/100 M以太网数据通信。驱动信号调制方式采用DPIM(Digital Pulse Interval Modulation)技术,光接收元件使用PIN光电二极管为光接收器,将光信号转换为电信号,经过信号调理,通过解调电路采集解调后的数据,控制单元处理还原初始信号。实验证明,该系统可以实现水下点到点距离50 m、1 Mb/s速率的高速低误码率通信,为水下设备间的数据采集与组网通信提供了一种新的技术方案。
关键词:
激光通信
激光驱动
光电探测
水下组网

PC104故障监控平台FPGA程序设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170644

作者:周治虎1,2,张 凡1,2,武明虎1,2,孔祥斌1,2,刘 聪1,2,代 松1,2

作者单位:1.湖北工业大学 太阳能高效利用湖北省协同创新中心,湖北 武汉430068; 2.湖北省电网智能控制与装备工程技术研究中心,湖北 武汉430068

摘要: PC104总线是专为嵌入式控制系统定义的一种工业控制线,其应用广泛,但是内部结构复杂,出现故障不易检测。设计了一种基于FPGA的PC104总线故障自动监控平台,对PC104总线信号进行实时监控和故障检测。该平台利用FPGA程序采集和处理总线信号,并传至上位机处理显示。系统中利用FPGA程序实现其功能模块,包括捕获POST上电自检指令和BIOS自检端口代码、监测总线电压水平、监控时钟和复位等关键信号的质量、控制PC104的自动复位和BIOS设置模式等功能。给出上位机监控结果和FPGA实时检测得到的时序图,反映了该FPGA程序在本系统中满足PC104总线检测的技术要求。
关键词:
总线监测
POST上电自检
自检端口监测
时钟测量

窄带噪声主动控制系统的FPGA实现

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170182

作者:姜宇程,关 添,王佳飞

作者单位:清华大学深圳研究生院 生物医学工程研究中心,广东 深圳518055

摘要: 基于FPGA的窄带噪声主动控制系统,采用并行计算能力强的FPGA作为核心处理器,能够应对多频率、多通道情况下计算量成倍增加的情况;系统实现了并联结构的窄带前馈FxLMS算法,可以针对噪声中的不同频率分量分别进行主动控制。并联结构算法对于乘法器资源的消耗极大,因此提出了一种乘法器资源复用技术。实现三通道的算法所用的乘法器资源降低到原来的33.3%,极大降低了系统成本,便于该系统的广泛应用。
关键词:
声学
窄带ANC
FPGA
并联FxLMS算法
资源复用

基于DSP的逆变器系统代码生成方法及实现

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170020

作者:安永军,帕孜来·马合木提

作者单位:新疆大学 电气工程学院,新疆 乌鲁木齐830047

摘要: 逆变器系统属于混杂系统,智能控制及故障诊断的DSP代码开发周期长、效率低、实现比较繁琐。针对这一问题,提出利用Embedded Coder工具辅助DSP实现逆变器智能控制及故障诊断研究。Embedded Coder将建模工具Simulink、集成开发环境CCS以及DSP目标板完美链接,在Simulink仿真环境下即可实现DSP的操作与开发。介绍了逆变器结构和PWM触发控制原理,以及Embedded Coder实现PWM代码的生成方法。利用Simulink设计PWM代码生成模型,并利用Embedded Coder工具生成PWM执行代码,实现Simulink环境下DSP程序调试与逆变器系统开发。
关键词:
逆变器
EmbeddedCoder
PWM
代码自动生成

测控技术与仪器仪表

基于MSP430的便携式哮喘智能监测系统

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.171773

作者:赵明剑,郭珊山

作者单位:华南理工大学 电子与信息学院,广东 广州510640

摘要: 为了满足哮喘病患者日常家用监测需求,以及将来为智慧、远程监护哮喘病患者提供关键节点监测技术,提出了一种小型化、便携式、智能哮喘监测系统。该系统设计了Big-Little双传感器前置放大结构结合分量程16 bit采样技术,实现宽范围、高精度监测目的;基于Mallat以及神经网络算法完成信号去噪,并构建电压与气流标定曲线,最终通过生理指标处理算法得到呼气峰值流速(PEF)、一秒钟用力呼气量(FEV1)以及FEV1与用力肺活量比值(FEV1%)关键生理指标。测试结果表明,系统稳定性好,PEF最大相对级差低于5%,PEF最大相对示指误差低于10%。该监测系统具有移动便携、智能、低功耗等应用优势,特别适用于哮喘病患者日常家用监测,对哮喘病患者病情管控与监护具有重要价值。
关键词:
哮喘监测
移动便携
远程医疗
智慧医疗

基于多特征和BP神经网络的脑-机接口研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.171826

作者:刘光达,王 灿,李明佳,孙瑞辰,蔡 靖,宫晓宇

作者单位:吉林大学 仪器科学与电气工程学院,吉林 长春130061

摘要: 研究了一种基于运动想象识别的脑-机接口(BCI)系统,通过提取想象过程中的脑电信号(EEG)中Alpha波特征,采用多特征分类的方法,以提高脑-机接口系统运动想象识别的正确率。针对脑电信号单特征分类精确度低、耗时长等缺点,采用自回归模型法、统计特征提取和频域分析的方法对Alpha波提取多个特征值,利用BP神经网络进行分类,对运动想象进行识别。通过实验验证了其识别率较高,取得了预期的效果,证明了多特征融合结合BP神经网络运用于脑机接口系统的可行性。
关键词:
多特征
BP神经网络
脑-机接口
运动想象
Alpha波

基于eMMC的128路数据采集系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170310

作者:侯天喜,李锦明,马 林,降 帅

作者单位:中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西 太原030051

摘要: 针对水下模拟船舱相关参数的高速多次采集存储任务,设计了一种基于eMMC的多通道数据采集系统。该系统以FPGA为主控芯片,控制8个通道模拟多路复用开关和8个AD转换器来实现128路信号同时采集。与传统采集系统相比,该系统以eMMC为存储单元,解决了传统的以Flash为存储模块的复杂的坏块检测与系统管理等问题。试验证明,128路数据采集存储系统的误差可控制在0.1%范围内,能够确保已存的数据可靠、有效。
关键词:
128通道
FPGA
数据采集
数据存储
eMMC

基于FPGA的EtherCAT协议链路冗余研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.179010

作者:黄 兵,丰大军,刘云龙,王 皓

作者单位:华北计算机系统工程研究所,北京100083

摘要: EtherCAT是一种实时工业以太网协议,使用链路冗余技术是实现链路稳定性和可靠性的重要手段。介绍了基于FPGA的EtherCAT链路冗余原理,设计通过FPGA实现主站与从站、从站与从站之间的通信链路与冗余链路的自动切换,从而实现EtherCAT的链路冗余。通过测试验证了此方法的可行性,增加了EtherCAT系统的可靠性与可维护性。
关键词:
EtherCAT
FPGA
冗余

动爆环境下的多增益冲击波存储测试系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170059

作者:孟 博1,王文廉1,2

作者单位:1.中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西 太原030051; 2.中北大学 电子测试技术国家重点实验室,山西 太原030051

摘要: 弹药动爆威力测试中,测点处冲击波压力值动态范围大,固定单一的增益可能无法获得完整、准确的冲击波信号,而冲击波信号的瞬态变化特性使得自动增益控制(AGC)难以实现。针对上述问题,设计了一种多增益存储单增益读取的测试方案。通过不同增益倍数的调理电路并联,实现对同一个冲击波信号的多增益放大;对存储器进行分区,相同增益的数据存放到同一分区,读取数据时,从多组数据中选取最优数据发送给上位机。实验结果表明,相对单一增益的测试系统,设计的多增益测试系统可以方便地在动爆试验环境中应用,能更加可靠准确地获取冲击波信号。
关键词:
动爆威力测试
冲击波
存储器分区
多增益

基于改进EKF算法的锂电池SOC预估研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.171403

作者:李世光,汪 洋,王建志,高正中,李 莹

作者单位:山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛266590

摘要: 电池荷电状态(SOC)是描述电池性能的重要指标之一。针对磷酸铁锂电池(LiFePQ4)的特性,选用了能够较真实地反应电池内部状态的PNGV电路模型,提出了改进模型的方法。采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF),说明了扩展卡尔曼滤波估算荷电状态的原理并将内阻R0看作状态变量进行同时预估更新,改进形成新的卡尔曼滤波算法。在仿真时对充电电流加入了噪声模拟实测数据。结果表明,该方法能够适应电池特性的动态变化,保证较高的SOC估算精度,减小误差,提高实用性。
关键词:
荷电状态
改进PNGV模型
新扩展卡尔曼滤波
磷酸铁锂电池

热电堆型总辐射传感器设计与温漂误差修正

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170485

作者:牛雅迪1,2,3,刘清惓1,2,3,曹鸿霞1,宿恺峰1

作者单位:1.南京信息工程大学 电子与信息工程学院,江苏 南京210044; 2.江苏省气象探测与信息处理重点实验室,江苏 南京210044; 3.江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,江苏 南京210044

摘要: 总辐射是气象探测、太阳能资源利用等领域中的一种重要测量参数。针对环境温度会影响总辐射测量准确度的问题,提出了一种基于热电效应的总辐射传感器设计,利用计算流体动力学方法对该传感器探头进行了流-固耦合传热分析。设计了一种高精度温度测量电路,搭建了测试平台,对-20 ℃~40 ℃范围的传感器温度特性进行了测试,并提出了一种利用BP神经网络算法消除环境温度引起的总辐射测量误差的方法。实验结果表明,该热电堆型总辐射传感器的读数精度可达2.79%,在气象探测、光伏电站等领域具有一定的应用潜力。
关键词:
总辐射传感器
热电堆
BP神经网络算法
计算流体动力学

通信与网络

对消处理技术在宽带频谱感知中的应用研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170121

作者:朱晓梅,赵 磊,包亚萍,王天荆

作者单位:南京工业大学 计算机科学与技术学院,江苏 南京211816

摘要: 在高斯噪声背景假设条件下,能量检测的频谱感知性能最优且易于工程实现,但在非高斯噪声背景下,其感知性能大大下降甚至无效。针对这一问题,利用对消处理方法来提高能量检测在非高斯噪声下的频谱感知性能,通过将检测统计量与先验背景噪声进行对消预处理,在降低噪声非高斯度的同时提高了统计量的信噪比,从而提高了检测概率,并进一步提高了宽带频谱感知性能。利用USRP、GNURADIO和MATLAB设计并实现了频谱感知平台,同时验证了该算法的可行性。
关键词:
频谱感知
USRP
GNURADIO
对消处理

基于跨平台的实时数据处理系统的设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.179011

作者:徐一凤,丰大军,张瀚文,张 湾,赵德政

作者单位:华北计算机系统工程研究所,北京100083

摘要: 设计实现了一款实时数据处理系统,是SCADA(数据采集与监视控制系统)的数据核心。在基于国产软硬件平台的基础上,采用跨平台的架构设计,介绍了实时数据处理系统的功能及设计实现。该实时数据处理系统采用在共享内存中创建多个队列的方式存放输入和输出的数据,既方便多个进程同时存取数据,又保证了数据处理的实时性。
关键词:
跨平台
数据采集与监视控制系统
实时数据处理

基于参考信号接收功率预测和负载的切换算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170248

作者:尹生华,唐 伦,沈海强,陈前斌

作者单位:重庆邮电大学 移动通信技术重点实验室,重庆400065

摘要: 针对密集异构网络中用户更容易发生频繁切换的问题,提出了一种基于参考信号接收功率(Reference Signal Received Power,RSRP)预测和负载的自适应切换算法,它不仅从用户的角度考虑了RSRP,而且从网络的角度考虑了基站的负载,同时还针对切换过程中用户的移动性和信道的时变性对RSRP产生的影响,对RSRP进行预测,从而使用户切换到更加合适的目标基站。仿真结果表明,相比于当前的切换算法,所提的切换算法能够获得更低的中断概率和乒乓切换率以及更高的吞吐量。
关键词:
密集异构网络
切换
吞吐量

密集WiFi网络环境网络分配矢量优化与性能分析

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170232

作者:何明泰,李 可,刘 恒

作者单位:西南交通大学 信息科学与技术学院,四川 成都611756

摘要: IEEE 802.11协议利用RTS/CTS帧交换来设置设备的网络分配矢量(NAV)。现有NAV方案未考虑密集部署场景,可能存在误清除的情况。提出一种简便可行的可计数NAV(C-NAV)设置方案,通过统计NAV设置信息的个数并进行实时更新以防止误清除,从而更有效地利用传输机会。对所提C-NAV方案进行了理论分析和仿真验证,证明在密集部署WiFi场景中,该方案能有效避免现有设置方案NAV时长浪费和错误清除等问题,提升网络的整体吞吐量。
关键词:
网络分配矢量
密集部署场景
传输机会
重叠的基础服务集

基于FPGA的LMS自适应滤波器设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166527

作者:陈明霞1,邹文斌1,刘玉县2

作者单位:1.桂林理工大学 机械与控制工程学院,广西 桂林541004;2.广东顺德创新设计研究院,广东 佛山528300

摘要: 提出一种基于LMS(Least Mean Square)自适应算法的滤波方法,介绍该方法在低频信号滤波上的应用及在FPGA平台上实现。传统数字滤波器FIR、IIR滤波器针对不同的系统和干扰信号,其滤波参数不固定。因此,在窄带信号的滤波处理中,传统滤波器对信号滤波降噪的效果往往受到衰减增益限制。提出的方法先以CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法产生的正弦信号来调制采样信号,根据采样信号与基准信号误差使其权向量沿负梯度方向终止于维纳解。该方法在类直流输入及带宽窄的情况下仍能有效过滤高频噪声,读取低检测信号幅值。理论分析和实验结果表明,与传统滤波方法对比,该滤波方法在处理窄带信号的滤波上更具有优势。
关键词:
LMS
自适应
数字滤波器
FPGA

一种认知智能电网中频谱接入策略选择机制

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166774

作者:陆 川,杨 超,陈 新

作者单位:广东工业大学 自动化学院,广东 广州510006

摘要: 针对智能电网中频谱资源短缺问题,认知无线电技术被引入到智能电网中,构建认知智能电网。然而,认知无线网络中频谱资源的不确定和智能电网中节点通信环境的不确定性直接影响到系统性能。为此,提出一种认知智能电网中频谱接入策略优化选择机制。电网节点根据自身的实时传输需求和实时可用频谱资源状况,选择不同的频谱接入策略,以最大化节点的有效传输范围。仿真结果验证了所提选择机制的有效性。
关键词:
智能电网
认知无线电
频谱接入策略

基于节点编码感知的机会转发路由协议

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166813

作者:姚玉坤,王 宇,吕盼成

作者单位:重庆邮电大学 移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065

摘要: 针对现有考虑节点编码机会的编码感知路由协议ExCAR(a coding-aware routing protocol termed extended coding aware routing)在无线链路不稳定的情况下转发节点集内的节点在计算编码机会时可能产生误判,以及在转发节点集内选择最优编码节点时需要交换大量的数据包缓存信息会导致较大的端到端时延和网络开销等问题,提出一种适用于多跳无线网络的节点编码感知机会转发路由协议NAOFP(node network coding aware opportunistic forwarding routing protocol)。NAOFP协议通过引入基于侦听概率的附加ID信息添加机制和转发节点集的最优转发节点选择机制,提高了网络吞吐量和编码包的解码成功率,减小了数据包的平均端到端时延。仿真结果表明,与ExCAR协议相比,NAOFP协议在网络吞吐量、平均端到端时延、编码包的解码成功率等方面的性能均得到了有效的改善。
关键词:
多跳无线网络
网络编码
编码感知
机会转发
侦听概率

计算机技术与应用

基于分形理论的直升机雷击附着位置数值分析

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166974

作者:顾超超1,陈晓宁1,黄立洋2,林 楚1,王淑敏1

作者单位:1.解放军理工大学 国防工程学院,江苏 南京210007; 2.解放军理工大学 电磁环境与电光工程国家级重点实验室,江苏 南京210007

摘要: 进行飞机防雷设计的第一步即为确定飞机的雷击附着位置。提出了一种基于分形先导发展模型的直升机初始雷击附着位置数值分析方法。首先对先导发展模型进行了描述,分析了雷电下行先导电荷分布及发展规则、迎面先导起始判据及发展规律、最终击穿条件等;并根据分形理论,采用电介质击穿模型中的概率发展方式来决定下行先导的发展方向。然后,根据标准SAE-ARP 5416A中规定的相关试验方法对仿真环境中各项参数的选择进行了讨论,包括极板尺寸、直升机与极板之间的距离等。最后,利用所提出的方法对UH-60“黑鹰”进行仿真,得到了其初始雷击附着位置。
关键词:
直升机
初始雷击附着位置
先导发展模型
电介质击穿模型

基于EKF的四旋翼姿态解算仿真与设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166667

作者:金舒灿1,2,胡越黎1,2,3,张 贺1,2

作者单位:1.上海大学 机电工程与自动化学院,上海200072;2.上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072; 3.上海大学 微电子研究与开发中心,上海200072

摘要: 随着电子技术的发展,四旋翼上的控制芯片处理速度越来越快,使得运行较复杂的姿态处理算法成为可能。扩展卡尔曼滤波(EKF)在无人机姿态解算领域也得到了应用。推导了四旋翼的传感器和EKF的数学模型,并对其进行了MATLAB仿真。仿真结果表明,扩展卡尔曼滤波器能解算出比较好的姿态数据。最后在实际无人机上进行了验证。
关键词:
四旋翼
传感器
扩展卡尔曼滤波
MATLAB仿真

基于MapReduce的并行抽样路径K-匿名隐私保护算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166881

作者:刘 杰1,沈微微1,戈 军1,2,王学军1

作者单位:1.宿迁学院 信息工程学院,江苏 宿迁223800;2.江苏大学 计算机科学与通信工程学院,江苏 镇江212013

摘要: K-匿名算法及现存K-匿名改进算法大多使用牺牲时间效率降低发布数据信息损失量的方法实现数据的匿名化,但随着数据量的急剧增长,传统的数据匿名化方法已不适用于对较大数据的处理。针对K-匿名算法在单机执行过程中产生大量频繁项集和重复搜索数据表的缺点,将MapReduce模型引入到抽样泛化路径K-匿名算法中对其进行优化。该方法兼具MapReduce及抽样泛化算法的优点,高效分布式匿名化数据集,降低发布数据集信息损失量,提高数据的可用性。实验结果表明:当数据量较大时,该优化算法在时间效率及数据精度方面有显著提高。
关键词:
MapReduce
K-匿名
抽样

一种改进的航拍图像序列自动排序算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166289

作者:李校林1,2,李 银1,何 强1

作者单位:1.重庆邮电大学 通信新技术应用研究中心,重庆400065;2.重庆信科设计有限公司,重庆400065

摘要: 为实现无人机航拍图像中图像序列自动排序,提出了一种基于相位相关法改进的图像序列自动排序算法。该算法利用对数极坐标的方式来表示图像间的平移、旋转、尺度缩放的关系,并利用最大相关度准则以及峰值坐标判断相邻图像的位置关系。实验结果表明,此算法能有效地解决全景图像拼接中序列图像混乱的问题,避免了人工干预,增强了算法的应用范围,具有很强的实用价值。
关键词:
航拍图像
自动排序
相位相关法
对数极坐标
全景图像

结合本征分解和抽样学习的快速SVM分类器

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170174

作者:武海燕1,李卫平1,2

作者单位:1.铁道警察学院 公安技术系,河南 郑州450000;2.武汉理工大学 信息工程学院,湖北 武汉430070

摘要: 为了提高经典支持向量机(SVM)分类器的运算效率,提出一种改进的快速SVM分类器。针对低维空间向高维空间变换时核矩阵运算效率低的问题,采用本征分解方法对核矩阵进行降维处理,得到核矩阵的近似表示;同时,对训练子集进行划分,随机抽样训练样本进行学习,进一步提高SVM分类器的运算效率。图像分类实验结果表明,改进的SVM分类器不仅分类正确率高于经典SVM、随机森林和神经网络分类器,而且训练耗时最少,平均分类耗时也低于经典SVM分类器。
关键词:
支持向量机
本征分解
核矩阵
径向基函数
图像分类

电源技术与应用

新型不对称三电平四桥臂Z源逆变器的SVPWM算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166390

作者:周殿祖,魏金成,邱晓初,马 黎,刘虹利,居 同

作者单位:西华大学 电气与电子信息学院,四川 成都610039

摘要: 为了简化三电平逆变器结构,提出了一种新型不对称三电平四桥臂Z源逆变器拓扑结构。与常规对称三电平四桥臂Z源逆变器相比,减少了功率器件的数量,且无需二极管或电容进行箝位,结构简单,有效降低三电平Z源逆变器的成本。针对不对称三电平拓扑结构的逆变器在进行空间矢量调制时因开关矢量缺失,无法通过冗余矢量进行中点电位控制的问题,根据Z源特有的上下直通状态对中点电位的影响,提出了一种基于abc坐标系下的不对称三电平四桥臂逆变器最优SVPWM控制策略,通过控制上下直通时间,在实现直流升压的同时有效抑制了中点电位的偏移。仿真验证了该方法的可行性和有效性。
关键词:
Z源
三相四线制
不对称拓扑
中点电位
abc坐标系

基于现场总线的氙气灯多级调光安定器设计与实现

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166350

作者:郑贵林,贺凌昊

作者单位:武汉大学 动力与机械学院自动化系,湖北 武汉430072

摘要: 传统的氙气灯安定器多是固定功率的输出,导致氙气灯的亮度无法改变,这在很多场合造成了很大的浪费和不便。为解决这个问题,设计了一种基于现场总线的氙气灯多级调光系统,该调光系统可通过RS485总线与基于Modbus协议的私有通信协议,使用氙气灯控制软件与板内MCU进行通信,利用MCU对氙气灯进行多级调光,实现节能。实验结果表明,该氙气灯调光系统满足本文所设计的多级调光要求,且调节过程平滑、稳定可靠。
关键词:
氙气灯
安定器
多级调光
RS485总线
Modbus

具有有源滤波功能的UPS电源设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.166164

作者:王素娥,王科磊,郝鹏飞

作者单位:陕西科技大学 电气与信息工程学院,陕西 西安710021

摘要: 为了提高离线式UPS的利用率并改善其所在场合的电网电能质量,研究了具有有源滤波功能的UPS电源。其本质是对离线式UPS的一种改进,在基本不增加硬件成本的情况下,同时实现不间断供电和有源滤波功能。系统可根据电网状况,分别工作于APF模式和UPS模式。阐述了APF模式下并网关键技术及谐波检测方法,并采用了一种快速的电压跌落检测算法,最后利用MATLAB/SIMULINK搭建系统,通过仿真验证了系统的可行性及实用性。
关键词:
UPS
APF
谐波检测
谐波补偿
电压跌落检测