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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
1
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。
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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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职称材料
海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计
被引量:
2
2
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。
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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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职称材料
带有输入时延的多无人艇系统固定时间编队控制
3
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。
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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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职称材料
海洋实时电磁探测采集系统设计
4
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。
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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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职称材料
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。
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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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职称材料
基于HCOPSO算法的USV舵向PID控制参数整定方法
被引量:
1
6
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。
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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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职称材料
基于四元数反馈的UVMS滑模控制器设计
被引量:
1
7
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。
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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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职称材料
题名
海洋电磁信号超低噪声同步采集系统设计
被引量:
4
1
作者
刘兰军
周亚涛
陈家林
黎明
强嘉晨
谢鹏
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《现代电子技术》
2022年第14期17-22,共6页
基金
国家重点研发计划资助项目(2019YFC1408101)
青岛海洋科学与技术试点国家实验室开放基金资助项目(QNLM2016ORP0414)
国家高技术发展计划资助项目(2012AA09A201)。
文摘
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。
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
Keywords
marine electromagnetic signal
noise signal acquisition
system design
clock synchronization
low-noise chopper amplification
system testing
分类号
TN911.23-34 [电子电信—通信与信息系统]
P631.3 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计
被引量:
2
2
作者
刘兰军
周亚涛
陈家林
黎明
强嘉晨
谢鹏
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《电子技术应用》
2022年第2期91-95,100,共6页
基金
国家重点研发计划项目(2019YFC1408101)
青岛海洋科学与技术试点国家实验室开放基金项目(QNLM2016ORP0414)
国家高技术发展计划项目(2012AA09A201)。
文摘
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。
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
Keywords
marine electromagnetism
electric field signal
programmable gain
ultra-low noise amplification
measurement range
background noise density
分类号
P631.3 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
带有输入时延的多无人艇系统固定时间编队控制
3
作者
李健翔
张文乐
黎明
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《水下无人系统学报》
2025年第1期24-36,共13页
基金
山东省重点研发计划(重大科技创新工程)(2023ZLGX04)
山东省自然科学基金面上项目(ZR2023MF086)资助。
文摘
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。
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
Keywords
multi-unmanned surface vessel systems
fixed-time formation control
state observer
input delay
分类号
TJ630.33 [兵器科学与技术—武器系统与运用工程]
U674.91 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
海洋实时电磁探测采集系统设计
4
作者
刘兰军
陈俊
陈家林
黎明
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《现代电子技术》
2023年第15期1-8,共8页
基金
国家重点研发计划资助项目(2019YFC1408101)。
文摘
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。
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
Keywords
marine electromagnetic detection
underwater target detection
SoC FPGA
Linux operating system
time⁃frequency analysis
short⁃time Fourier transform
network transmission
real⁃time calculation
分类号
TN03-34 [电子电信—物理电子学]
P631.3 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
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
陈震
黎明
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《水下无人系统学报》
2021年第5期541-549,共9页
基金
国家自然科学基金项目资助(51709245)
国家重点研究发展计划项目资助(2017YFC1405203).
文摘
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。
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
Keywords
autonomous surface vehicle(ASV)
probabilistic inference learning to control(PILCO)
fixed-point control
trajectory tracking
分类号
U674.38 [交通运输工程—船舶及航道工程]
TP242.6 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于HCOPSO算法的USV舵向PID控制参数整定方法
被引量:
1
6
作者
陈明志
刘兰军
陈家林
杨睿
黎明
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《水下无人系统学报》
2023年第3期381-387,397,共8页
基金
国家重点研发计划项目资助(2017YFC****203)。
文摘
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。
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
Keywords
unmanned surface vehicle
proportional integral derivative control
particle swarm optimization
rudder steeringcontrol
parameter tuning
分类号
TJ630 [兵器科学与技术—武器系统与运用工程]
U664.82 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
基于四元数反馈的UVMS滑模控制器设计
被引量:
1
7
作者
杜晓玮
侯冬冬
王红都
黎明
机构
中国
海洋
大学
工程
学院
河南省水下
智能
装备
重点实验室
山东省海洋智能装备技术工程研究中心
出处
《水下无人系统学报》
2021年第4期407-414,共8页
基金
河南省水下智能装备重点实验室开放基金(KL02A1802)
中央高校基本科研业务费专项(201964012).
文摘
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。
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
Keywords
undersea vehicle manipulator system
quaternion feedback
sliding mode control
genetic algorithm
parameters optimization
分类号
TP241 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
TJ630.32 [兵器科学与技术—武器系统与运用工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
海洋电磁信号超低噪声同步采集系统设计
刘兰军
周亚涛
陈家林
黎明
强嘉晨
谢鹏
《现代电子技术》
2022
4
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职称材料
2
海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计
刘兰军
周亚涛
陈家林
黎明
强嘉晨
谢鹏
《电子技术应用》
2022
2
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职称材料
3
带有输入时延的多无人艇系统固定时间编队控制
李健翔
张文乐
黎明
《水下无人系统学报》
2025
0
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职称材料
4
海洋实时电磁探测采集系统设计
刘兰军
陈俊
陈家林
黎明
《现代电子技术》
2023
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
5
一种基于PILCO算法的智能浮体运动控制方法
张尚
杨睿
陈震
黎明
《水下无人系统学报》
2021
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
6
基于HCOPSO算法的USV舵向PID控制参数整定方法
陈明志
刘兰军
陈家林
杨睿
黎明
《水下无人系统学报》
2023
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
7
基于四元数反馈的UVMS滑模控制器设计
杜晓玮
侯冬冬
王红都
黎明
《水下无人系统学报》
2021
1
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职称材料
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