一种基于MATLAB的CMUT阵列设计与成像仿真方法

为了分析阵列设计参数与成像效果的关系,提高微电容超声传感器(CMUT)阵列设计的可靠性,提出了一种仿真CMUT阵列水下成像方法。设计了一种CMUT结构,振膜厚3μm,振动单元边长1.16 mm,ANSYS仿真得出中心频率为464 kHz。讨论了阵列参数与声束指向性关系,以空间脉冲响应理论为基础提出了一种可显示CMUT阵列成像效果图的仿真设计方法。通过MATLAB对该方法的仿真,模拟了不同结构的CMUT线阵在不同激励形式下的水下成像。仿真结果表明,64阵元且阵元中心距0.5λ的CMUT线阵在单脉冲激励下成像效果最好。该仿真方法的实验结果与理论一致,且相比单纯理论分析该方法结论更直观,考虑成像影响因素更全面。     

空气耦合电容式微超声换能器线阵设计与测试

电容式微超声换能器(CMUT)作为一种新型的MEMS器件,在空气耦合无损检测领域具有较大的研究价值;设计了一种在空气介质中使用的电容式微超声换能器阵列,阵列由8个阵元组成,每个阵元包含16个CMUT敏感单元;介绍了CMUT换能器的原理和设计方法,利用FieldⅡ仿真了不同参数下的阵列指向性;对加工出的CMUT阵列进行了表面形貌测试和声学实验测试.实验结果表明:所加工的CMUT阵列满足设计要求,实验结果同仿真结果一致.     

基于硅硅键合的电容式微超声波换能器设计与测试

通过测试电容值的变化来分析电容式微超声波换能器(CMUT)的发射性能。介绍了CMUT的工艺过程,关键工艺为硅硅键合。利用硅硅键合工艺制作的CMUT误差小、工艺流程简单且能进行量产。利用E4990A阻抗分析仪测试CMUT电容值得到CMUT初始电容值为680 p F,阵列内电容值一致性良好,误差为0. 62 p F,并对所设计的CMUT进行带宽测试,得出其在-6 d B时归一化带宽为200%,远远优于现有的传感器。     

基于动态二进制翻译技术的仿真器研究

以动态二进制仿真器QEMU为平台,分析动态二进制翻译技术在仿真器开发中的应用,研究QEMU的翻译机制、优化策略、关键技术,并对相关重要代码进行解析。对仿真CPU的性能进行测试,结合分阶段的测试结果,从中找出制约仿真CPU性能的关键阶段,为后续的优化工作提供参考依据。     

基于形态学串行运算的CMUT水下扇形扫描探测

针对水下扇形扫描范围广、图像数据量有限引起的重建图像远场末端"裂缝"问题,本文在双立方漏点像素插值处理的基础上,提出了一种线性元素开运算和椭圆体元素闭运算的形态学串行算法,用于对重建图像的填充滤波.为了验证优化方法的性能,制定了CMUT阵列水下扫描探测方案,并搭建了相应探测系统,实验验证了该形态学串行运算算法实现了重建图像的填充,提高了信噪比和连续性,为水下探测目标识别提供有力依据.     

水下制导多用途仿真实验平台

文章分析了水声环境下水下制导仿真实验的特点,提出了适合该环境的水下制导多用途仿真实验平台的设计思想和设计方法,建立了一个模块化的仿真实验平台.该平台不仅可用于测试制导新技术的性能,而且可以通过接口程序连接相关实物构成水下制导半实物水池实验系统,验证新方法的实时性,并考核参试实物的有效性和可靠性.该平台为水下制导新技术的研究可提供灵活配置、对数字仿真和半实物仿真通用的研究型实验平台.     

基于ARM的实时调整型电子负载的设计与实现

针对电力机车LCU测试系统需要对被测试对象的动态运行性能进行实时仿真测试的要求,开发了一种能实时地控制负载电流变化的电子负载模块;以PHILIPS公司的LPC2119为主控芯片,采用其内嵌的CAN控制器设计了CAN通信网络;对并联功率MOS-FET器件在驱动电压动态变化条件下的均流特性进行了研究与试验分析,同时对采用数模转换器件作为其驱动器件的驱动电路进行了研究与设计;以此电子负载模块作为仿真负载的LCU测试系统,实现了对负载电流的在线实时调节,达到了对被测试对象的动态运行性能进行仿真测试的目的。     

基于UE的水下机器人动态仿真平台设计与实现

仿生水下机器人需要大量的训练数据来模仿水下生物的各种任务；然而，真实物理环境中的高成本使得仿真成为应对这一挑战的可行工具；目前，多数的仿真平台对于仿真环境的设计较为简单，缺乏在保证模拟真实性的条件下构建大型复杂场景的能力；为了解决仿真平台环境建模能力的不足，提高仿真效果的可视化程度，采用虚幻引擎（Unreal Engine，UE）、AirSim和分布式算法仿真平台（Distributed Algorithm Simulation Platform, DASP）相结合的方案，设计了一款应用于仿生水下机器人的动态交互仿真测试平台；并通过LQR控制器控制仿生机器鱼跟踪目标轨迹对仿真平台的可视化和有效性进行了测试；仿真结果表明该仿真平台在交互性、真实性、可视化和仿真效果等方面表现出较高的优势。     

水下无线传感器网络信道研究

水下无线传感器网络通信信道是一种环境噪声高、传播时延长、误比特率高、多径干扰、多普勒效应严重的时、频、空变复杂的随机信道。水下声信道的复杂性和多变性严重限制了水下声通信的性能。本文使用Matlab软件研究、仿真分析了上述因素对水下无线传感器网络通信性能的影响,为更好地设计无线传感器网络信道模型、合理的水下无线传感器网络拓扑结构以及低功耗、高性能的路由协议提供一定的参考依据。     

低噪声电容式超声传感器的结构与电路设计

本文提出了一种紧凑的可动浮栅型电容式超声传感器(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer,CMUT)器件结构和低噪声高频电路。该结构包含通常CMUT上下电极和MOS晶体管。建模对浮栅型CMUT器件进行了直流分析和时变电容的瞬态分析,模拟结果表明该传感器结构比传统CMUT具有更低的寄生电容和输出阻抗。在1.5Pa超声声压下进行Cadence和ANSYS仿真,输出信号为40.1mV,在1MHz等效输出噪声为16.59nV/Hz1/2,直流增益为74.73dB,单位增益带宽为488MHz。指标优于传统的CMUT结构,具有医学三维成像的应用前景。     

基于IAP15F2K61S2的 门禁控制系统的设计与实现

基于IAP15F2K61S2设计了一种低成本门禁控制系统,以IAP15F2K61S2为核心控制器,分别利用了传感器FM70和MFRC522门禁卡模块以及4x4的矩阵键盘来接收外界信息,利用AT24C02芯片来存储信息,使用液晶显示器12864来进行显示。当输入正确密码或者指纹信息以及1C卡感应时就会启动开门程序,多次输入错误的密码时会报警。实验表明,设计的门禁系统可以较快准确地识别密码等信息,从而进行相应的开门动作或报警。系统成本低,适用于民间普及。     

具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分传感系统

土壤水分是现代精准农业中的重要检测对象,目前常用的土壤水分传感器大多使用高频测量方法,电路制作成本较高无法满足大范围布设的要求。基于土壤水分含量变化影响土壤介电常数的原理,设计了利用电导率特性进行校正的低频电容土壤水分传感器,详细介绍了传感器的原理、组成以及含水量计算混合模型,并将传感器应用于低盐度、低有机物含量的黄土土样中进行了重复测试。测试结果表明,传感器的最大误差小于3.30%,平均绝对误差小于2.0%,能够满足农业生产对土壤水分检测的精度要求。     

基于扩展传染病模型的异质传感网恶意程序传播建模与分析

为揭示异质传感网恶意程序传播规律,提出一种基于扩展传染病理论的异质传感网恶意程序传播建模与分析方法。依据异质传感器节点状态的分析,扩展传统SIR(Susceptible-Infected-Removed)传染病模型,得到异质传感器节点状态转换关系模型。以一个异质传感器节点与其通信的节点数反映其异质特性,使用微分方程形式建立能反映异质传感网恶意程序传播过程中具有不同度的异质传感器节点状态动态变化的HSIORD(Heterogeneous Susceptible-Infected-isOlated-Removed-Deceased)模型。依据稳定点的数学特性,计算该模型的稳定点。采用下一代矩阵法计算该模型的基本再生数,并证明该模型稳定点的稳定性。通过实验仿真,验证了异质传感网恶意程序消亡的理论依据,为管理员有效抑制异质传感网恶意程序传播提供理论指导。     

一种新的电子罗盘校准算法研究

针对复杂磁环境下磁强计误差补偿算法效果不理想而导致电子罗盘精度较低的问题,本文对磁强计的误差来源进行了详细分析与建模,提出了一种基于模拟退火算法(SA)的空间椭球磁强计校正方法,采用模拟退火算法,对磁强计测量数据进行空间椭球拟合,用估计的参数进行刻度系数与软磁干扰、硬磁干扰与零点偏移的整体误差补偿。最后,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差补偿。最终利用设计的算法对某电子罗盘系统进行了航向角误差对比试验,实验结果表明该方法能准确计算出磁强计的误差参数,实测航向角精度从4.5°提高到0.4°,提高了一个数量级。该方法在电子罗盘的校准中具有了一定的工程参考价值。     

改进的卡尔曼滤波在MEMS陀螺仪信号处理的应用

针对MEMS陀螺仪的输出随机漂移误差影响测量精度的问题,提岀一种改进的卡尔曼滤波方法进行MEMS陀螺仪误差补偿。传统的卡尔曼滤波方法是针对时域内的随机序列采用统计特性进行递推估计,从而得到测量所需要的信号。本文在传统卡尔曼滤波算法的基础上引入衰减因子和差分控制项,以此自适应地估计卡尔曼滤波量测噪声方差,并结合硬件系统将该算法进行静态性能试验和动态性能试验,使用Allan方差分析法对原始陀螺仪信号以及误差补偿后的陀螺仪信号进行对比分析。对比数据结果表明,陀螺仪静态随机误差得到了有效的抑制,从而验证了该算法在陀螺仪静态数据处理方面具有一定的应用价值。     

基于单壁碳纳米管的压阻式柔性传感器

一维纳米材料与微结构结合的纳器件制造过程,实现了微纳加工工艺上的创新升级,有可能突破微米级器件的性能极限。首先利用传统的硅微加工技术,在综合性能优异的聚酰亚胺PI(Polyimide)薄膜上制作金(Au)微电极,形成排列有序的平行电极对;然后通过交流介电电泳的方法在微电极对间实现单壁碳纳米管SWNTs(Single-Walled Carbon Nanotubes)一维定向排布;接着采用区域选择性电沉积技术定域沉积Au压覆SWNTs,改善SWNTs与电极的接触特性。最后,针对基于SWNTs的柔性微纳传感器进行了力电特性测试。结果表明:在环境温度为(23±5)℃,湿度为65±15%RH,0.1 V工作电压下,压阻因子约为443,精度约为5.16%。上述研究结果在柔性微纳器件的制作方面显示了一定的应用前景,为实现超微型化和高功能密度化的柔性器件铺平道路。     

基于深度信念网络的高维传感器数据异常检测算法

越来越多的物联网数据呈现高维度特征,针对目前传感器数据异常检测算法对高维数据在线检测的困难,提出一种基于深度信念网络的高维传感器数据异常检测算法。首先利用深度信念网络对高维数据进行特征提取,降低原始数据维度,再对降维后的数据进行异常检测。在检测过程中将QSSVM(Quarter-Sphere Support Vector Machine)与滑动窗口模型相结合,实现了在线式的异常检测。通过在四组真实传感器数据上的大量实验,与先前的异常检测算法做了对比,实验结果表明,新算法相对于OCSVM(One-Class Support Vector Machine)仅利用原有算法50%的计算时间,将检测准确度提高了约20%。     

单帧图像下的环境光遮蔽估计

环境光遮蔽(ambient occlusion)被广泛用于近似计算低频全局光照、消除间接光照和阴影等计算机图形学和视觉应用中.已有算法直接通过场景的3维几何,或不同光照下的多幅图像计算每个点的环境光遮蔽,存在着对光照和输入图像数量要求高等问题.针对以上不足,提出了一种基于单张图像的环境光遮蔽估计算法.算法利用一个在大量仿真图像数据集上训练的卷积神经网络,直接从自然光照条件下场景的单张图像中恢复每个点的环境光遮蔽.提出并比较了3种不同的神经网络结构设计,实验分析验证了端到端的设计方案可以获得最佳的结果.和已有的环境光遮蔽算法方法比较,所提出的方法不仅计算速度快,而且在数值和视觉上具有更好的结果.     

极地多点低温低功耗高精度柔性温度链的设计

为有效提高极地冰盖低温环境下温度测量的精度,设计了一款基于Pt1000的多点低温低功耗高精度铂电阻柔性温度链。温度链由主机和多个从机组成,主机用于读取整条温度链的数据并与外界进行数据交互,从机用于采集和上传温度数据,主机和从机之间采用RS485总线通讯方式。每个单点铂电阻温度测量单元都采用软件校正,单点测温误差不超过0.006 9℃。室内低温实验和现场试验表明,该温度链对低温环境下多点同时测温整体可靠性较高,适用于在极地环境下对冰川冰雪的温度场剖面检测。     

A Novel Computer Architecture to Prevent Destruction by Viruses

In today‘s Internet computing world,illegal activities by crackers pose a serious threat to computer security.It is well known that computer viruses,Trojan horses and other intrusive programs may cause sever and often catastrophic consequences. This paper proposes a novel secure computer architecture based on security-code.Every instruction/data word is added with a security-code denoting its security level.External programs and data are automatically addoed with security-code by hadware when entering a computer system.Instruction with lower security-code cannot run or process instruction/data with higher security level.Security-code cannot be modified by normal instruction.With minor hardware overhead,then new architecture can effectively protect the main computer system from destruction or theft by intrusive programs such as computer viruses.For most PC systems it includes an increase of word-length by 1 bit on register,the memory and the hard disk.