基于非参数方法的DNA序列信噪比阈值研究

基于人类、鼠类及其他哺乳动物的基因数据,共计1264个外显子、1553个内含子进行基因预测,对DNA序列信噪比阈值进行判断.提出基于Mann-Whitney检验、符号检验、Wilcoxon符号秩和检验的非参数置信区间法计算信噪比阈值,得到人类的阈值为1.108,鼠类的为1.0971,其他哺乳动物的为1.1754,与均值平均法、带标准差加权平均法、定义阈值为2的方法比较判断的正确率,结果表明利用非参数置信区间法计算的阈值在基因预测中具有最高的正确率.     

配网导线绝缘漆喷涂机器人及控制系统设计

综合嵌入式系统、自动化、虚拟样机、无线通信、智能控制等技术、模块化设计及嵌入式系统方法,设计了配网导线自动喷涂机器人系统;该系统包括线上行走机器人机械移动本体、机载控制系统及地面站三部分,机械本体采用模块化结构形式,机载控制系统采用ATmega128A 8位MCU;地面站软件采用TurboDelphi设计,与机载控制系统之间采用433 MHz无线通信形式,系统工作电压为24 V;实验表明,该系统最大运行速度约12 m/s,最大涂漆厚度2 mm,鲁棒性强,可稳定、高效地实现配网导线的绝缘漆自动喷涂作业。     

捷联式光学图像导引头视线角速率估计

为准确估计捷联导引头视线角速率,建立了捷联式光学图像导引头数学模型,根据弹目运动相对关系进行视线角速率估计算法研究。定义了估计算法所需坐标系并建立了导引头与陀螺数学模型;根据弹目相对运动学及姿态关系建立视线角速率估计非线性状态方程;针对滤波精度与实时性应用的问题,提出无迹Kalman滤波(UKF)方法估计视线角速率,并建立半物理实验系统进行算法验证,实验结果表明:视线角及视线角速率的最大估计误差分别为0.37°与0.68°/s,估计精度分别为0.1008°与0.2116°/s;数字信号处理器(DSP)中算法运行时间约为3.8ms,视线角速率估计算法同时能满足制导系统对精度与实时性的要求。基于UKF的视线角速率估计算法为捷联式光学图像导引头的工程应用提供理论依据。     

两片式远距结构消热差红外物镜

为解决光学消热差技术镜片多且结构复杂的问题,提出了一种两片式远距结构消热差光学设计方法。该光学系统由前折衍混合正透镜和后负透镜组成,衍射面补偿系统的大部分色差和小部分热差,剩余色差和热差由负透镜平衡。设计了用于非制冷红外探测器的长波红外物镜,焦距为120mm,F数为1.2,远距比为0.9。调制传递函数(MTF)的设计值接近衍射极限,轴上30lp/mm处MTF的实测结果优于0.45,成像质量优良。环境温度实验测试结果表明,-40℃~60℃温度范围内,靶标边缘锐利,无温度离焦。两片式远距结构消热差红外物镜适用于机载或弹载的轻量化光电系统。     

红外共形整流罩热噪声分析与修正

飞行器在大气层中超音速飞行时,被气动加热的光学整流罩产生强的红外辐射,降低了红外目标的跟踪识别能力。分析了共形光学系统整流罩热噪声的产生机理,利用红外黑体,对320K~460K的整流罩热噪声进行了测试。利用二元非线性回归分析法确定了二次曲面作为噪声修正模型,其曲面拟合的决定系数均值达到0.8683。在整流罩温度从460K下降至320K的过程中,对1K温差的靶条成像,图像信噪比均值为7.2dB。利用噪声修正模型对图像进行噪声修正后,图像信噪比均值提高至13.7dB,使红外图像信噪比提高了6.5dB。该结果为导引头目标识别跟踪系统的设计和光学系统的优化提供了部分依据。     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

修正的TV-Stokes模型的新快速算法

基于Tai等人的前期工作,本文研究修正的TV-Stokes图像去噪模型,提出一些新的求解该两步模型的快速算法.我们利用对偶形式和多重网格方法得到一个求解第1步的快速算法.给出另外一种新的求解光滑的切向量场的保不可压性质的算法.在第2步中,我们提出一类有效的全新算法:首先通过计算Poisson方程得到具有光滑法向量场的函数g,然后利用Jia和Zhao的方法得到恢复的图像.新算法的运算速度非常快,用于图像恢复的CPU时间少于0.1 s.数值结果显示新的快速算法是有效的和稳定的,恢复图像的质量也超过了一般去噪方法.     

基于像散与理想光源成像原理的高亮度半导体激光器光纤耦合设计方法

运用像散原理和理想光源成像原理,讨论了半导体激光器消像散设计.提出了一种基于消像散的高亮度半导体激光器光纤耦合系统的设计方法.以波长为808 nm,输出功率为10 W的半导体激光器的光纤耦合为例,给出了详细的计算方法和设计步骤.结果表明:采用该方法将半导体激光器光束耦合入数值孔径为0.22,芯径为50 μm的光纤中,耦合后输出功率为9.712 W,耦合效率为97.12%,功率密度为1.1224×10⁶ W/cm².该方法不仅原理简单,而且设计的耦合系统耦合效率高、体积小,具有较强的实用价值.     

基于谐振器激励的轴承故障动力学建模研究

考虑轴承故障动力学中的高频共振以及故障激励特点,提出一种模拟系统高频共振和过渡式故障激励的轴承故障动力学建模方法。基于赫兹接触理论,将轴承部件之间的连接简化为弹簧-阻尼结构,并加入谐振器以模拟故障的宽频激励所引起的系统高频共振,从而建立轴承六自由度动力学模型。另外,传统的故障瞬变激励方法难以反映滚动体经过滚道故障的过程,考虑到滚动体与故障接触的实际情况,给出一种过渡式的故障激励方法。以传动链平台上的6304深沟球轴承为例,对轴承外圈故障下的振动响应特性进行仿真和数据处理,其仿真结果与轴承故障实测信号对比相符,仿真信号故障一阶特征阶次与理论值误差约为0.016 7%,表明模型具有一定的准确性和可靠性。     

钢筋混凝土烟囱爆破拆除的下坐及早期断裂预测

为分析钢筋混凝土烟囱在爆破拆除时发生下坐与空中断裂现象的机制并对其进行预测,对一高180 m烟囱的下坐和空中断裂过程进行了观测和分析。基于混凝土的压缩全应力-应变曲线特征,分析了烟囱支撑区的破坏过程,构建了烟囱失稳下坐的判别模型。通过建立烟囱下坐冲击作用下爆破切口以上烟囱的动力响应模型,分析了下坐冲击附加动应变波在烟囱中的传播特征。研究结果表明,考虑混凝土全应力-应变曲线特征和支撑区横截面应力和应变分布特征时,倾覆力矩与抵抗力矩的比值f可作为失稳下坐的判别条件之一;烟囱发生下坐的必要条件是支撑区最小残余承载力小于烟囱的重量。烟囱在下坐结束阶段,获得一定初速度的烟囱冲击基础时将产生冲击荷载,并在烟囱中部引起大于底端应变的应变,即产生动应变高程放大效应,该效应是导致烟囱发生早期断裂的主要原因。烟囱越高,下坐冲击历时越短,动应变高程放大效应越显著,发生断裂的风险也越大。随着烟囱高度的增加,烟囱最危险截面的位置也越高:由烟囱中下部移至烟囱中上部。