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海洋电磁信号超低噪声同步采集系统设计 被引量:4
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作者 刘兰军 周亚涛 +3 位作者 陈家林 黎明 强嘉晨 谢鹏 《现代电子技术》 2022年第14期17-22,共6页
针对海洋电磁采集系统的低频超低噪声信号采集和高精度时钟同步,文中设计一种基于“ARM+FPGA”的海洋电磁信号低噪声同步采集系统(LNS-MEM)。针对低频微弱电场信号的采集需求,设计“低噪声斩波放大+低噪声A/D转换”的信号采集电路;针对... 针对海洋电磁采集系统的低频超低噪声信号采集和高精度时钟同步,文中设计一种基于“ARM+FPGA”的海洋电磁信号低噪声同步采集系统(LNS-MEM)。针对低频微弱电场信号的采集需求,设计“低噪声斩波放大+低噪声A/D转换”的信号采集电路;针对电磁采集系统的高精度分布式同步需求,设计“GPS授时+高精度温度补偿时钟”的时钟同步方法。系统主控采用“低功耗ARM+FPGA”方案,低功耗ARM负责系统任务管理,FPGA实现多通道信号同步采集。最后,开展实验室和海洋环境测试。测试结果表明,电场前置放大通道为一个低通滤波通道,通带增益为61 dB,-3 dB上限截止频率约为100 Hz,电场通道本底噪声为3nV√Hz@1Hz,时钟同步误差小于1.5 ms/d,海洋CSEM勘探的有效探测范围可达7.5 km,可以满足海洋电磁探测的需求。 展开更多
关键词 海洋电磁信号 噪声信号采集 系统设计 时钟同步 低噪声斩波放大 系统测试
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海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计 被引量:2
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作者 刘兰军 周亚涛 +3 位作者 陈家林 黎明 强嘉晨 谢鹏 《电子技术应用》 2022年第2期91-95,100,共6页
针对海洋电磁勘探中微弱动态电场信号的宽测量范围需求,提出了一种电场信号程控增益超低噪声采集(Programmable Gain Ultra-Low Noise Acquisition,PGULNA)方法,给出了系统设计实现。设计的程控增益超低噪声采集电路以低噪声运算放大器... 针对海洋电磁勘探中微弱动态电场信号的宽测量范围需求,提出了一种电场信号程控增益超低噪声采集(Programmable Gain Ultra-Low Noise Acquisition,PGULNA)方法,给出了系统设计实现。设计的程控增益超低噪声采集电路以低噪声运算放大器为核心,将D/A转换器内部电阻网络作为可编程反馈电阻,通过改变D/A转换器数字控制量进行电路增益调整。给出了所设计的PGULNA电路的理论噪声分析,本底噪声密度理论分析结果为1.84 nV/√Hz@1 Hz。开展了实验室环境测试,测试结果表明,电路通道之间一致性良好,本底噪声密度约为2.6 nV/√Hz@1 Hz,程控增益为1~128倍8挡可调,能够满足海洋电磁勘探中微弱电场信号的宽测量范围采集需求。 展开更多
关键词 海洋电磁 电场信号 程控增益 超低噪声放大 测量范围 本底噪声密度
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带有输入时延的多无人艇系统固定时间编队控制
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作者 李健翔 张文乐 黎明 《水下无人系统学报》 2025年第1期24-36,共13页
近年来,固定时间编队控制是多无人艇(USV)系统的研究热点,而输入时延问题是多USV系统固定时间编队过程中亟待解决的关键科学问题之一。鉴于此,在一般的有向交互拓扑结构下,文中针对含有输入时延的多USV系统的固定时间编队控制问题开展... 近年来,固定时间编队控制是多无人艇(USV)系统的研究热点,而输入时延问题是多USV系统固定时间编队过程中亟待解决的关键科学问题之一。鉴于此,在一般的有向交互拓扑结构下,文中针对含有输入时延的多USV系统的固定时间编队控制问题开展了深入研究。首先,应用Artstein约简方法将带有输入时延的多USV系统转化为具有2阶积分形式的含有扰动的控制系统。其次,为了克服系统扰动影响,仅使用USV的相对位置信息,构建固定时间状态观测器对系统状态进行估计。在此基础上,结合反步法,提出了一种分布式固定时间编队控制协议,实现了含有输入时延的多USV系统固定时间编队控制。最后,通过仿真实验验证了所提理论结果的正确性。 展开更多
关键词 多无人艇系统 固定时间编队控制 状态观测器 输入时延
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海洋实时电磁探测采集系统设计
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作者 刘兰军 陈俊 +1 位作者 陈家林 黎明 《现代电子技术》 2023年第15期1-8,共8页
海洋电磁探测是水下目标非声探测的研究热点。针对水下目标电磁探测的实时计算和高速传输需求,提出一种基于SoC FPGA的海洋实时电磁探测采集系统(ROEM/SoC FPGA)。系统主控采用内嵌ARM Cortex⁃A9处理器的SoC FPGA,包括HPS端和FPGA端。HP... 海洋电磁探测是水下目标非声探测的研究热点。针对水下目标电磁探测的实时计算和高速传输需求,提出一种基于SoC FPGA的海洋实时电磁探测采集系统(ROEM/SoC FPGA)。系统主控采用内嵌ARM Cortex⁃A9处理器的SoC FPGA,包括HPS端和FPGA端。HPS端搭建基于嵌入式Linux操作系统的系统软件,实现多通道电磁数据的时频分析和实时传输,时频分析采用短时傅里叶变换方法,实时传输采用基于MQTT和TCP/IP的网络传输;FPGA端搭建数字逻辑实现多通道电磁数据同步采集;FPGA端与HPS端通过AXI总线互联。与传统的“低功耗MCU+FPGA”电磁探测采集系统相比,具有较强的数据实时计算和传输能力,测试结果表明,设计的ROEM/SoC FPGA系统能够有效完成多通道电磁数据的时频分析和网络传输,对采样率为125 Hz的10 min单通道电磁场数据的时频分析计算耗时约为2634 ms,网络传输速率可达14.5 MB/s,可以满足水下目标电磁探测的应用需求。 展开更多
关键词 海洋电磁探测 水下目标探测 SoC FPGA LINUX操作系统 时频分析 短时傅里叶变换 网络传输 实时计算
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一种基于PILCO算法的智能浮体运动控制方法
5
作者 张尚 杨睿 +1 位作者 陈震 黎明 《水下无人系统学报》 2021年第5期541-549,共9页
随着人们对海洋探索的不断深入,开发一种自主性强、灵活度高、可重构的智能浮体(ASV)至关重要。文中以四推进器ASV为研究对象,建立了其动力学模型,基于概率推理的学习控制算法设计了控制器,并进行了定点控制和轨迹跟踪的仿真实验。仿真... 随着人们对海洋探索的不断深入,开发一种自主性强、灵活度高、可重构的智能浮体(ASV)至关重要。文中以四推进器ASV为研究对象,建立了其动力学模型,基于概率推理的学习控制算法设计了控制器,并进行了定点控制和轨迹跟踪的仿真实验。仿真结果表明:ASV仅需进行少量的实验即可获得自主学习控制策略,在有水流扰动或采用近似动力学模型时,能够实现对其的运动控制,从而验证了文中算法的有效性。 展开更多
关键词 智能浮体 基于概率推理的学习控制 定点控制 轨迹跟踪
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基于HCOPSO算法的USV舵向PID控制参数整定方法 被引量:1
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作者 陈明志 刘兰军 +2 位作者 陈家林 杨睿 黎明 《水下无人系统学报》 2023年第3期381-387,397,共8页
高速无人艇(USV)舵向控制要求同时满足调节时间短、超调量小,针对USV舵向比例积分微分(PID)控制的参数整定需求,将混合均值中心反向学习粒子群优化(HCOPSO)算法与PID控制结合,提出一种基于HCOPSO算法的USV舵向PID控制器参数整定方法。利... 高速无人艇(USV)舵向控制要求同时满足调节时间短、超调量小,针对USV舵向比例积分微分(PID)控制的参数整定需求,将混合均值中心反向学习粒子群优化(HCOPSO)算法与PID控制结合,提出一种基于HCOPSO算法的USV舵向PID控制器参数整定方法。利用HCOPSO对PID控制器参数进行寻优,有效解决寻优过程的局部最优解问题。对比研究了粒子群(PSO)算法、线性惯性权重递减粒子群(LDIWPSO)算法、HCOPSO算法的PID控制器参数整定效果,结果表明, HCOPSO算法参数整定的USV舵向PID控制器具有更好的控制效果,相比于PSO、LDIWPSO,调节时间分别缩短22%、15%,超调量分别降低89%、74%,迭代次数分别减少40%、30%。基于研制的“久航750”USV开展了海洋环境测试,测试结果表明了文中设计方法应用于小型高速USV舵向控制的有效性。 展开更多
关键词 无人艇 比例积分微分控制 粒子群优化 舵向控制 参数整定
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基于四元数反馈的UVMS滑模控制器设计 被引量:1
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作者 杜晓玮 侯冬冬 +1 位作者 王红都 黎明 《水下无人系统学报》 2021年第4期407-414,共8页
随着水下机器人-机械手系统(UVMS)向轻量化、敏捷化方向发展,对高精度水下姿态控制的需求日益突出。传统方法多使用欧拉角表示姿态,其在特殊姿态下求运动学逆解会产生奇异,不能满足特殊姿态作业的要求。因此,文中采用四元数表示水下机... 随着水下机器人-机械手系统(UVMS)向轻量化、敏捷化方向发展,对高精度水下姿态控制的需求日益突出。传统方法多使用欧拉角表示姿态,其在特殊姿态下求运动学逆解会产生奇异,不能满足特殊姿态作业的要求。因此,文中采用四元数表示水下机器人本体姿态,建立基于四元数的运动学模型,避免了欧拉角的万向锁问题。同时,进一步构建了UVMS的动力学模型,构造基于四元数误差的滑模面,设计了位置、姿态滑模控制器,并通过广义Lyapunov理论分析了系统的稳定性。为了实现更好的控制效果,利用时间误差绝对值函数设计适应度函数,采用遗传算法优化了控制器参数。仿真结果验证了控制器的有效性。 展开更多
关键词 水下机器人-机械手系统 四元数反馈 滑模控制 遗传算法 参数优化
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