多小波系数增强动态聚合联邦深度网络的多工况故障诊断

针对分布式场景下单节点样本有限、多节点间工况分布不平衡等导致的深度学习故障诊断精度低的问题,提出一种多小波系数增强动态聚合联邦深度网络用于分布式小样本下的多工况机械故障诊断。提出多小波系数增强动态聚合联邦深度网络的诊断框架,单终端节点从本地样本中提取小波系数特征,提出多小波系数深度网络融合的特征增强方法,局部模型从多样性小波系数集合中提取更具判别性故障特征;聚合节点通过对多终端节点局部模型的聚合以构建全局联邦深度网络模型,并用于多工况故障诊断;为降低多节点间数据非独立同分布的影响,提出平衡模型贡献度的联邦动态加权聚合算法。轴承振动数据分析结果表明,所提方法能在分布式小样本条件下实现高精度的多工况故障诊断。     

测量噪声方差未知的多传感器组合导航集中融合算法

目前,多传感器组合导航系统的信息融合方法是建立在测量噪声方差已知的基础上,然而测量噪声方差会随着内部及外部的干扰而发生变化。为此,本文首先将基于变分贝叶斯逼近的自适应卡尔曼滤波(variational Bayesian approximation based adaptive Kalman filter, VB-AKF)从单一组合导航系统扩展到多传感器组合导航系统;然后,提出了多传感器组合导航系统的两种集中融合算法,即基于VB-AKF的增广式集中融合算法及基于VB-AKF的序贯式集中融合算法,以解决测量噪声方差未知情况下的多传感器组合导航的信息融合问题;最后,通过SINS/GNSS/CNS/ADS多传感器组合导航系统对上述算法进行了仿真验证。实验结果表明,本文所提两种算法滤波精度相同、且接近于测量噪声方差已知情况下的理想集中融合算法(ICKF)。在整个仿真时段内,相对于传统集中式卡尔曼滤波器(TCKF)及具有容错功能的联邦卡尔曼滤波算法(FT-FKF),本文算法可提高位置精度分别为32%和90%、提高速度精度分别为38%和71%。     

基于偏振信息图像增强的多目标检测

偏振是光的重要特性之一,偏振成像技术能够获取场景中目标的强度信息和偏振信息,偏振信息能够反映出目标物体表面的材质特征。本文针对雾霾天气状况下道路场景中常见目标识别结果的准确性要求,提出了两种基于偏振信息的图像增强方案。首先经过多次采集实验,经过数据清洗、图像标注构建偏振数据集,共4 649张图像和31 877个标签。针对雾霾轻度污染的场景,通过区域自动生长算法分割出偏振强度图像中的天空区域,根据天空区域的偏振度和偏振角信息以及大气物理散射模型反演出目标反射光,从而实现图像去雾。针对雾霾重度污染的场景,使用小波变换的方式对图像进行增强,利用偏振度图像来增强强度图像中的目标轮廓。使用图像灰度方差和图像信息熵作为图像质量评价指标,使用YOLO v5s深度学习网络进行目标检测。实验结果表明,雾霾轻度污染的情况下,图像质量和目标检测准确性均有所提升,图像信息熵提升了3.36%,灰度方差提升了40.27%,目标检测mAP达到了76.40%,提升了12.69%;雾霾重度污染的情况下,目标检测mAP提升约1.69%。     

基于自校准技术的半球谐振陀螺正交误差的辨识补偿

在静电刚度校正技术的基础上,结合自校准算法,该文提出了一种实时辨识补偿正交误差的理论模型,并在两件套平面电极的半球谐振陀螺上进行了理论仿真和实验验证。结果表明,该方法不仅适用于半球谐振陀螺的力平衡和全角两种工作模式,还适用于虚拟进动的情况。此外,该文提出的补偿方法不会影响正交环路的控制精度,且对陀螺检测和驱动电路的增益和相位误差不敏感。     

边缘负载FBAR谐振器有限元仿真分析

外部激励施加于薄膜体声波谐振器(FBAR)时会激发纵向与横向剪切的振动,引发能量损耗,为了减少寄生谐振,降低FBAR器件的工作损耗,提高器件的品质因数,故需要抑制横向剪切振动。该文采用有限元仿真法讨论了顶电极边缘负载参数对FBAR器件横向寄生的影响,并通过COMSOL仿真软件实现且制备了结构完整的谐振器。测试结果表明,负载结构可有效提升器件品质因数约10%。     

基于HSV的乳腺癌细胞识别方法

乳腺癌是女性致死率最高的疾病之一,严重威胁女性的身体健康。目前,病理医生判断病症等级,仍通过观察病理切片中的增殖细胞个数,具有很大的主观性。本文提出了一种将RGB彩色空间和HSV彩色空间模型结合的方法,采用各分量的色度特征,通过量化分析建立色度特征方程,实现从病理图像中检测识别乳腺癌增殖细胞。经20组乳腺癌病理切片图像验证,准确性达到了94.2%,优于单色彩空间模型方法约4%,本文提出方法能够更精确识别乳腺癌细胞,为乳腺癌细胞识别提供了一种新方法。     

基于余弦-指数混沌映射的分块图像加密算法

为平衡混沌映射中结构与性能的关系,保证加密系统安全性,提出一种基于余弦-指数混沌映射的分块图像加密算法。首先,通过非线性指数项对引入了Tent种子映射的余弦映射进行调制,构造新型余弦-指数混沌映射,并利用SHA-256函数产生与明文相关的密钥,生成随机性较强的混沌序列,实现一次一密;然后,基于拉丁方和位级转换,通过两轮拉丁方索引和比特位拼接,分别设计双重拉丁方和扩展比特位算法,并结合二维约瑟夫序列,对块间预置乱后的明文进行块内置乱,实现不同分块的差异化置乱;最后,基于Zig-Zag变换,采用环状仿Zig-Zag变换设计交叉Zig-Zag变换方法,将中间密文与混沌序列进行双向非线性扩散,实现同时改变像素位置与大小,完成图像加密。实验结果表明,该算法密钥空间大,能有效抵御差分分析和统计分析等典型攻击,具有较好的加密效果。     

风电调频补偿水锤效应的频率特性分析

水轮机在云南电网中占比很大,为了解决水轮机的水锤效应带来的功率反调现象,提出了一种考虑风电调频特性补偿水锤效应的分析方法。首先,建立了含风、水、网、荷的简单系统数学模型。其次,使用直流潮流法得到水轮机及其调频策略、风机及其调频策略所对应的代数微分方程和系统网络方程。并在此基础上进行线性化处理,推导出负荷扰动时水轮机和风机并网节点频率响应的频域解析式。根据解析式分析调频控制参数等对系统频率的影响。最后,通过以双机系统及实际电网的仿真分析对风机补偿水轮机水锤效应的有效性和可行性进行了验证。     

Photomultiplication-Type Organic Photodetectors with High EQE-Bandwidth Product by Introducing a Perovskite Quantum Dot Interlayer

A photomultiplication (PM)-type organic photodetector (OPD) that exploits the ionic motion in CsPbI₃ perovskite quantum dots (QDs) is demonstrated. The device uses a QD monolayer as a PM-inducing interlayer and a donor–acceptor bulk heterojunction (BHJ) layer as a photoactive layer. When the device is illuminated, negative ions in the CsPbI₃ QD migrate and accumulate near the interface between the QDs and the electrode; these processes induce hole injection from the electrode and yield the PM phenomenon with an external quantum efficiency (EQE) >2000% at a 3 V applied bias. It is confirmed that the ionic motion of the CsPbI₃ QDs can induce a shift in the work function of the QD/electrode interface and that the dynamics of ionic motion determines the response speed of the device. The PM OPD showed a large EQE-bandwidth product >10⁶ Hz with a −3 dB frequency of 125 kHz at 3 V, which is one of the highest response speeds reported for a PM OPD. The PM-inducing strategy that exploits ionic motion of the interlayer is a potential approach to achieving high-efficiency PM OPDs.     

Versatile Hypoxic Extracellular Vesicles Laden in an Injectable and Bioactive Hydrogel for Accelerated Bone Regeneration

Extracellular vesicles (EVs) derived from mesenchymal stem cells (MSCs) have emerged as an appealing alternative to cell therapy in regenerative medicine. Unlike bone marrow MSCs (BMSCs) cultured in vitro with normoxia, bone marrow in vivo is exposed to a hypoxic environment. To date, it remains unclear whether hypoxia preconditioning can improve the function of BMSC-derived EVs and be more conducive to bone repair. Herein, it is found that hypoxia preconditioned BMSCs secrete more biglycan (Bgn)-rich EVs via proteomics analysis, and these hypoxic EVs (Hypo-EVs) significantly promote osteoblast proliferation, migration, differentiation, and mineralization by activating the phosphatidylinositide 3-kinase/protein kinase B pathway. Subsequently, an injectable bioactive hydrogel composed of poly(ethylene glycol)/polypeptide copolymers is developed to improve the stability and retention of Hypo-EVs in vivo. The Hypo-EVs-laden hydrogel shows continuous liberation of Hypo-EVs for 3 weeks and substantially accelerates bone regeneration in 5-mm rat cranial defects. Finally, it is confirmed that Bgn in EVs is a pivotal protein regulating osteoblast differentiation and mineralization and exerts its effects through paracrine mechanisms. Therefore, this study shows that hypoxia stimulation is an effective approach to optimize the therapeutic effects of BMSC-derived EVs and that injectable hydrogel-based EVs delivery is a promising strategy for tissue regeneration.