2023年第1期目次

超分辨率(SR)是一类重要的数字图像处理技术,其根据一个观测者得到的低分辨率(LR)图像重 建并输出一个相应的高分辨率(HR)图像,从而提高现代数字图像的分辨率。SR 在数字图像压缩与传输、医学 成像、遥感成像、视频感知与监控等学科中的研究与应用价值巨大。随着深度学习的快速发展,结合最新的深 度学习方法,可以为 SR 问题提供创新性的解决方案。首先回顾 SR 的背景意义、发展过程以及将深度学习应 用于 SR 的技术价值。其次简要介绍传统 SR 算法的基本方法、分类和优缺点;按照不同的实现技术和网络类 型对基于深度学习的 SR 方法进行了分类介绍,重点分析对比了卷积神经网络(CNN)、残差网络(ResNet)和生成 对抗网络(GAN)在 SR 中的应用。然后介绍主要评价指标和解决策略,并对不同的 SR 算法在标准数据集中的 性能表现进行对比。最后总结基于深度学习的 SR 算法,并对未来发展趋势进行展望。     

少样本深度学习算法赋能二维衍射超材料逆向设计

二维衍射超材料是研究高阶衍射光束的光学手性响应的理想材料。随着计算机软硬件技术的发展,越来越多的深度学习算法应用于超材料这一领域。当前,深度学习算法大多需要大量训练数据作为支撑,造成了较大时间开销,并且其模型的可解释性通常较弱。针对以上情况,本文提出一种基于数据增强的迭代少样本深度学习算法,利用少量的仿真数据,训练正向预测的网络模型,进而生成大量“伪数据”,再使用扩充后的混合数据集进行逆向设计模型训练,通过多次迭代得到超材料结构参数的准确值。与以往大多数深度学习方法相比,本文方法将仿真数据集规模缩小了至少一到两个数量级,有效降低了对仿真光谱的依赖,且设计成功率不低于96%。同时,从数据的角度,根据二维衍射超材料的几何参数对光学响应的影响解释了实验结果,增强了模型的可解释性。结果表明,本文方法为超灵敏、可调控偏振光电子器件的研发提供了新思路。     

简化单机水电系统负阻尼时频率振荡的类Hopf非光滑分岔分析

该文从切换型振荡角度,分析负阻尼情形下死区或限幅参与的频率振荡,说明负阻尼下超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的机理之一是切换型振荡,并揭示了含死区和限幅的单机水电系统在突变负荷扰动下的超低频频率振荡可对应分段光滑连续系统的单次穿越型类Hopf非光滑分岔。首先,介绍分段光滑连续系统边界平衡点分岔(boundary equilibrium bifurcation,BEB)、类Hopf分岔和单次穿越型类Hopf分岔;其次,给出单水电机组电力系统的非光滑动力系统模型;然后,对比分析有/无死区和限幅(切换边界)时,单机系统负阻尼时频率振荡的差异,初步说明稳定的持续振荡与限幅和死区切换边界相关,无法单纯使用负阻尼或传统Hopf分岔来解释;进一步,借助广义Jacobi矩阵,说明有死区或限幅边界作用的切换型振荡对应的是发生单次穿越型类Hopf分岔;最后,分析突变负荷扰动下单机系统的平衡点、扰动后轨迹的非光滑分岔特性,说明单次穿越型类Hopf分岔是伴随着稳定结点穿越边界变为不稳定焦点的类Hopf分岔。     

基于扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型滑模控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)控制系统采用传统 PI 控制算法时因参数摄动而导致电机控制性能下降的问题,提出一种转速环改进型无模 型 滑 模 控 制 方 法 (improved model-free sliding mode control,IMFSMC)。首先,建立 PMSM 在参数摄动时的新型超局部模型。其次,采用一种改进趋近律设计转速环无模型滑模反馈控制器;同时利用扩展滑模扰动观测器(extended sliding mode disturbance observer,ESMDO)估计超局部模型中的未知部分,并通过 Lyapunov 稳定性理论证明了该控制器和观测器的稳定性。最后,与 PI 控制以及传统无模型滑模控制的仿真和实验对比,结果证明所提方法能有效改善 PMSM 在发生参数摄动时的暂稳态性能,降低对电机模型的依赖,提升系统鲁棒性和抗干扰性能。     

考虑超调的虚拟同步发电机暂态功率振荡抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡和稳态偏差的问题。控制中增加暂态阻尼环节可以抑制振荡、避免稳态偏差,但存在较大超调问题。通过建立VSG在2种扰动下的有功闭环小信号模型,依据根轨迹分析振荡抑制效果,进一步结合零点分析超调,得到暂态阻尼策略下VSG超调的原因和特性,并提出2种基于有功暂态补偿的VSG功率振荡抑制策略：暂态前馈补偿和暂态反馈补偿。2种改进策略均可以提升系统的暂态阻尼,有效抑制VSG有功振荡,既不会增大稳态偏差,又能大大减小超调。通过MATLAB/Simulink仿真及StarSim硬件在环半实物实验验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于数字孪生的虚拟仿真系统研究与应用

为解决全实物平台开发环境搭建困难、不便于测试与维护等问题,在研究PowerPC 处理器的实时嵌入式开发的基础上,采用数字孪生技术的设计思想,完成了一种拥有故障模拟与注入、协同仿真与模块化编程等功能的超实时虚拟仿真系统;提出了一种全数字仿真系统的设计与实现方法,基于数字孪生技术把硬件主板上的处理器以及外围设备虚拟化,集成到数字模型当中;各模型之间相互协同控制,实现CPU控制外部设备与动力学模型等设备之间的通信,以及数据收发、内存读写、串口输出等行为,最终实现与物理设备相同的功能;另外,采用了虚实结合的方法验证了运行结果的准确性,加快了软件执行效率,便于快速全面的系统开发与测试,从而更好地运用到各个领域当中。     

太赫兹超材料阵列中耦合模式的动态控制

利用二氧化钒的可逆金属-绝缘相变特性,在开口谐振环组成的超材料阵列中引入 “杂质”单元.研究发现 “杂质”单元的出现对超材料阵列间中各谐振单元之间的耦合作用具有很大的影响,造成超材料阵列中谐振模式发生转变.通过对 “杂质”单元的动态控制实现了超材料阵列对太赫兹波的动态电磁调控.     

光伏电站增容改造工程技术分析

由于组件功率衰减、电站设备老化等问题,运行多年的光伏电站系统效率 PR越来越低.而随着新能源行业设备技术和设计技术的更新和提升,将提升容配比的设计思路运用到存量电站必然可以提升旧电站的发电量,从而降低度电成本.针对效益型光伏电站增容改造工程,结合提高容配比、主动超配的思路,对增容技术改造中可能出现的问题及发电量的提升和损失进行分析和探讨。     

基于超分辨率与在线检测DSST的红外小目标跟踪

红外小目标的相关研究在军事领域的制导、预警和边防间谍无人机检测中极其重要。针对红外小目标的跟踪研究,本文提出了一种基于超分辨率增强与在线检测DSST(Discriminative Scale Space Tracker)的小目标跟踪算法。首先,基于融入红外图像特征的超分辨率重建算法对原始图像进行更新,增强了弱小目标,然后,增强的图像被用作基于在线检测DSST算法的输入,得到响应映射,估计目标位置。实验结果表明,与几种最新算法相比,该算法在准确性方面表现出色。