空中无线传感网复杂路径自主部署技术研究

为了能够完成对真实环境中复杂目标路径的监测,提出了一种基于虚拟力的三维空中无线传感器网络复杂路径自主部署算法,该算法创新性地采用由复杂路径产生的"引力曲线"构建虚拟力场,使无线传感器网络中的节点能够自适应地完成对复杂目标路径的覆盖。仿真实验表明,与传统的虚拟力算法相比,该算法的部署过程更为迅速,路径覆盖率、均匀度均有较大提升。     

基于改进人工鱼群算法的输电塔塔腿拓扑优化

为了解决输电塔塔腿的优化问题,提出了基于改进人工鱼群算法的拓扑优化方法。建立了输电塔结构拓扑优化的计算模型,采用罚函数形式确定了人工鱼群算法的目标函数,并提出了拓扑变量的判定规则。采用人工鱼群算法对输电塔塔腿进行了拓扑优化研究。考虑到基本人工鱼群算法易陷入局部优化解,提出了视野和步长的变化策略,以及觅食行为的加速策略。数值算例结果表明,采用基本人工鱼群算法可以较好的优化输电塔塔腿,而在此基础上利用改进人工鱼群算法可以更有效地优化输电塔塔腿,并且其优化效率明显优化基本人工鱼群算法和差商算法。     

基于力导向量子粒子群算法的气体源点定位研究

根据有风时气体浓度衰减模型,采用量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization,QPSO)算法实现无线传感网络中的气体源点定位,考虑到传感器节点测量气体浓度时存在门限值的实际情况,引入力导向思想,通过使传感器节点产生虚拟力来影响QPSO算法的位置更新过程,使粒子移动更有目的性,引...     

基于改进人工鱼群算法的机械故障聚类诊断方法

发展新的理论或方法快速准确地实现机械故障信号的聚类诊断是众多学者研究热点。由于人工鱼群优化算法具有结构简单,良好的并行性、快速性等特点,把人工鱼群优化算法引入机械故障诊断中。基于人工鱼群算法的基本原理提出了一种改进的人工鱼群追尾聚类算法,定义了相似度因子和聚类判别因子,建立了模拟人工鱼群追尾行为的机械故障聚类诊断模型,并将之应用于机械故障特征信息的聚类分析。实例分析表明了本文方法的有效性。     

面向机械振动信号采集的无线传感器网络节点设计

针对现有无线传感器网络节点的不足和机械振动信号采集的需求,设计了一种可实现机械振动信号采集和片上处理的无线传感器网络节点。该节点采用MEMS加速度传感器拾取振动信号,以低功耗FPGA芯片为控制核心,采用了可编程片上系统技术,将数据采集、存储、处理和传输等控制功能模块集成到单个FPGA芯片中。本文着重介绍了节点数据采集、存储和传输部分的硬件电路和控制逻辑设计,对比实验表明该节点能有效采集和监测机械振动信号。     

基于PSO算法和移动Agent的WSN路径优化研究

研究了基于PSO(particle swarm optimizing)算法对无线传感器网络中移动Agent迁移路径进行优化的方法.针对传统C/S模型网络中传感器节点需要直接发送数据给Sink节点导致节点能量消耗过大等问题,提出一种采用移动Agent根据路径选择访问节点并将融合后的数据发送给Sink节点的方法,并给出了一种通过PSO算法对路径进行优化的改进方法.实验证明:该方法能够有效降低网络能耗和提高网络生存时间.     

基于模糊逻辑控制器的WSN移动节点导航算法

为了实现含有移动节点的混合无线传感器网络中的网络覆盖优化,提出了一种点对点的基于模糊逻辑控制器的移动节点导航算法.该算法通过移动节点选择、移动节点向盲区填补坐标径直移动、避让固定节点、避让其他移动节点四个主要步骤,实现移动节点对覆盖盲区的弥补.该算法可以优化网络覆盖,延长网络生命周期,并且在导航过程中兼顾节能与网络负载...     

基于混合拓扑的机械无线传感器网络多信道数据传输方法

针对机械振动无线传感器网络节点因信道带宽窄导致网络传输速率过低,在大量原始数据传输需求下实时性较差的问题,提出一种基于簇树星型混合拓扑的多信道数据传输方法。对各传感器网络节点进行树间通信干扰最小化信道分配,避免邻频干扰影响树间并行通信,在数据同步采集结束后,各节点以分配信道组建簇树星型混合拓扑网络进行数据传输;采用树间通信握手机制和树间通信优先级抢占机制解决簇树星型混合拓扑带来的树间互盲问题;将各采集节点短地址作为调度信息载入信标进行广播,各采集节点根据调度信息决定进行数据传输或者休眠,实现树内通信能耗最小化时序调度。将提出的多信道数据传输方法与载波侦听多路访问/冲突避免机制进行对比,实验结果表明该方法能有效提高机械振动无线传感器网络数据传输速率。     

高速凸轮NURBS廓线改进人工鱼群多目标动力学优化

为改善高速凸轮机构动力学性能,首先采用非均匀有理B样条（NURBS）重构凸轮廓线,建立高速凸轮单自由度弹性动力学模型,进行高速凸轮机构多目标动力学优化设计。然后利用改进人工鱼群算法求解该模型,获取系统Pareto最优解从而得到优化后的NURBS廓线。最后,分析和比较高速凸轮机构在NURBS和修正正弦两种廓线下的动力学响应。结果表明：改进人工鱼群算法可以有效解决多目标优化问题,优化后NURBS廓线运动学特性与修正正弦廓线相差不大,在一定程度上降低了高速凸轮机构的残余振动幅值,提高了高速凸轮机构的定位精度和动力性能,减少了振动和冲击的噪声。     

无线传感器网络几类拓扑控制及其抗毁性应用简述

无线传感器网络的拓扑结构随着网络中节点的增加、减少和移动实时变化,为保证网络的连通性和覆盖性不被影响,拓扑控制技术所要解决的问题正是传感器节点如何更好地自组织构建全局网络拓扑．本文首先概述了四类拓扑控制算法的理论基础及算法步骤．然后,对提高网络抗毁性的两类拓扑演化算法进行了详细叙述,即无标度网络生长与构建$k$连通网络,分别构建了基于节点位置偏好的移动网络拓扑模型和基于$k$连通的节点调度优化模型．最后,分别从移动节点的引入、折中控制算法的探索、复杂网络理论的应用和传统算法与智能算法的结合这四方面对拓扑控制算法的前景进行了阐述．     

子结构传感器位置优化和响应重构

提出了一种子结构传感器位置优化和未测点结构响应重构的方法。按照结构体系,将整体结构划分为多个子结构,减少研究对象的自由度数目,然后对每个子结构单独进行传感器位置优化和响应重构。由于每个子结构的自由度数目都远小于整体结构,该方法有利于提高传感器位置优化和响应重构的效率。以最小化重构误差为目标方程,确定子结构传感器的位置和数目,并利用优化位置上的测量信息重构未测点的响应。数值算例和试验分析结果显示,利用有限测点测量信息重构的结构响应,在时域和频域里均能与计算或测量响应吻合良好。该方法不需要分割隔离各子结构和考虑复杂的边界条件,有利于该方法在大型土木工程结构中的使用。     

环境振动试验传感器布置优化方法研究

为了快速获得最优的加速度传感器布置位置,依据电动振动台多点控制原理和夹具传递函数特性,建立了传感器布置优化计算模型。以一夹具为实例建立有限元模型,利用nastran软件求出传递函数,然后,根据所建优化模型获得传感器最优布置位置,最后,通过夹具振动试验测试夹具与试品连接部位处的响应。测试结果表明优化方法所得的响应加速度均方偏离度明显小于传统方法,证明了该优化方法是实用和可行的,并能为环境振动试验中的传感器布置和夹具设计提供实践与理论指导。     

环境噪声场中二阶组合水听器的空间相关性

二阶组合水听器同步测量空间一点处的声压、振速和振速梯度,由此得到的信息有利于改善声纳的检测和估计性能。对各向同性噪声场中振速梯度的自相关特性,及其与声压、振速的互相关特性进行了研究。推导了各向同性噪声场中二阶组合水听器输出相关性的理论表达式;并分析了一种简单的各向同性噪声的数值模拟方法。利用该方法仿真出的二阶组合水听器的输出相关曲线与理论值基本吻合,验证了理论结果和模拟方法的有效性。该结果对二阶组合水听器阵列设计、性能分析和系统仿真有应用价值。     

PZT和磁致伸缩孤立波传感器的性能研究与分析

孤立波方法被证实可用于测量均匀与非均匀材料的杨氏模量,而用于采集信号的孤立波传感器的性能直接决定测量结果的精度。介绍了两种基于不同原理的孤立波传感器,分别为采用压电材料制成的圆柱传感器,与基于维拉里与法拉第效应的磁致伸缩传感器。利用两种传感器分别测量了同一批水灰比分别为0.42、0.45与0.50的混凝土样本,将两者100次的测量结果均值与标准参考值相对比,从而对比两种传感器测量的精度。同时,分别分析了两者测量值的标准偏差,对比两者的可重复性强度。实验结果表明,三种水灰比样本的测量值相对于标准参考值,圆柱压力传感器的偏差率分别为6.48%、5.04%与1.85%,磁致伸缩传感器的偏差率分别为0.78%、3.08%与4.94%,因此两种传感器的误差率均低于10%,均可用与实际测量中,但后者的精度略高于前者,同时后者的标准偏差低于前者,因此具有更高的可重复性。     

基于跨层设计的机械振动WSNs同步采集多跳累积误差控制方法

针对机械振动无线传感器网络跨层同步采集精度随网络深度增加而急剧降低的问题,建立同步采集关键同步信息传输模型,分析多跳同步误差累积机理,得出嵌入式软件调度实时性不高、晶振随机抖动及无线链路随机迟滞是多跳误差累积主要原因。由此提出基于跨层设计的机械振动无线传感器网络同步采集多跳累积误差控制方法:提出多路硬件跨层设计消除嵌入式软件调度迟滞影响,提高同步任务实时性;采用高精度有源晶振抑制晶振随机抖动;建立无线链路跨层传输随机迟滞数学模型,采用回归分析方法校准由此导致的同步信息随机抖动及传输时延计算误差,提升同步采集精度。最后组建4跳网络进行同步采集对比试验,实验结果表明多跳累积误差得到有效抑制。     

圆柱结构声辐射估计中的振动传感器数目要求

使用近似Kirchhoff积分法估计点力源激励下圆柱壳体的辐射声压和声功率,研究壳体表面速度传感器均匀布放时传感器数目对估计精度的影响。单个场点声压估计和声功率估计误差给定的情况下,随着频率的升高,所需的传感器越来越多,但在场点声压级曲线或辐射声功率级曲线的峰值频率附近,需要的传感器数目会出现谷值;且激励源位置对单个场点声压估计时的传感器数目要求影响不大。进一步研究了全空间声压估计时的传感器数目需求,发现此时传感器需求数目曲线比单个场点声压估计时的传感器数目需求曲线平滑,不会在曲线峰值频率附近出现谷值。     

基于稀疏信号功率迭代补偿的矢量传感器阵列DOA估计

针对现有稀疏信号功率迭代算法对方位相近目标分辨概率与估计精度较低问题,提出了一种稀疏信号功率迭代补偿的矢量传感器阵列波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。基于稀疏信号补偿原理和加权协方差矩阵拟合准则,构建了关于稀疏信号功率与补偿权重的目标函数。推导了稀疏信号功率迭代更新表达式的闭式解。通过对稀疏信号功率进行谱峰搜索获得DOA估计值。理论分析表明,所提算法通过对离散网格点上的信号功率进行补偿提高了方位相近目标的分辨率概率与估计精度。仿真结果表明,相较于经典子空间算法与现有稀疏功率迭代算法,所提算法对方位相近目标具有较高的分辨概率与估计精度。     

大型建筑结构健康监测的海量数据处理与数据库开发研究

在大型建筑的结构健康监测中,要对大量不同类型的传感器采集到的数据信号进行处理。基于Oracle数据库开发平台,根据各传感器的分类、采集的时间,建立相应的数据库系统。该系统能有效地对采集到的海量数据进行存储、管理、查询及异常数据的预警处理。将着重介绍该数据库系统的功能、特点、结构以及系统的框架组成,并以振弦式应变传感器采集到的数据信号的实例描述该系统处理海量数据的特点。