摘要：相对状态的精确估计通常依赖参考平台准确的角加速度,在航天场景由外力矩计算,而在日常环境中由于未知阻力普遍存在,准确的外力矩难以获取,角加速度一般由角速度差分近似,导致相对状态估计精度下降.对此,本文构建一种仅依赖惯性测量的相对运动模型,称为混合运动模型,其将恒定加速度模型与向量运动学结合,在独立于力矩和惯性状态的情况下,精确预测相对状态.此外,本文设计扩展卡尔曼滤波器(EKF),将该运动模型与视觉相对观测结合,实现高精度相对状态估计,并以仿真和实际数据评估其性能.仿真实验从轨迹动态特性和相对观测丢失的角度对比该EKF和目前先进的方法,结果证明本文提出的方案具有较高的精度和稳定性.实际实验利用本方法实现虚拟现实应用中的六自由度手柄视觉跟踪,验证其具备先进的毫米级定位精度,演示链接见https://*** ***/video/BV1mv4y1d7iD/.

摘要：现有针对炼化装置的振荡传播分析方法构建的振荡传播因果模型中冗余、错误因果关系较多,为此,提出基于时间模式注意力的炼化装置振荡传播分析方法。考虑到时间模式注意力对数据的周期性特征提取能力较强的特点,将其与格兰杰因果分析相结合进行振荡传播因果模型构建,该方法构建的因果模型冗余、错误因果关系较少。同时利用设计结构矩阵对炼化装置的过程变量进行分组处理,以降低所提方法的计算复杂度。所提方法的有效性在催化裂化分馏塔动态仿真模型上得到了验证。

摘要：准确预测固井循环阶段井筒温度场有助于水泥浆性能参数的设计和井筒压力的计算,为此,基于井筒流动机理和传热学理论,考虑不同区域差异对传热过程的影响和不同流体热力学参数差异及其随井深变化的特点,结合流体界面位置描述方程,建立了适用于深水固井循环阶段的井筒温度场预测模型。利用2口井的实测数据对模型进行了验证,并进行了关键因素的影响规律分析。结果表明:注入水泥浆之前,钻井液应循环2~4周,以降低注入过程中循环时间改变对井底循环温度的影响;注入水泥浆过程中,排量越大,周围环境的升温或降温作用越不明显;计算过程中,若不考虑温度对比热容的影响,则预测的井底循环温度会偏高2~4℃;水泥浆密度对温度的影响规律与传热方向有关。研究结果对深水固井具有一定的指导作用。

摘要：作为一项新兴的神经调控技术,经颅聚焦超声技术目前广泛应用于脑深部的神经调控与治疗中。颅骨的异形和声参数的极大差异性是导致聚焦超声穿透颅骨后实际焦点的偏移和焦域散焦的主要原因。本研究以合成孔径技术为基础,由相控阵发射超声信号并接收于颅骨内外轮廓反射的回波信号,同时计算得到颅骨轮廓点坐标,实现对颅骨轮廓的快速测量。建立仿真模型,并利用颅骨仿体对算法进行仿真与实验验证。仿真结果表明,颅骨模型外轮廓中心区域的最大探测误差为0.15 mm,边缘区域为0.4 mm;内轮廓中心区域最大探测误差为0.3 mm,边缘区域为0.5 mm。实验结果表明:颅骨仿体外轮廓中心区域的最大探测误差为0.4 mm,边缘区域为0.8 mm;内轮廓中心区域最大探测误差为0.6 mm,边缘区域为0.9 mm。所设计的颅骨轮廓快速测量算法能够实现在2 min内完成颅骨内外轮廓的精确测量,并控制最大测量误差在1 mm以内。与核磁共振扫描(MRI)以及电子计算机断层成像(CT)相比,降低了治疗成本和治疗时间,同时为下一步调整相控阵阵元发射延时,实现在颅内的实时精确聚焦,提供了新的方法和思路。

摘要：为解决控压固井注入阶段入井流体密度及流变性预测难的问题,设计了流体密度和流变性测量试验,基于试验结果优选了流变模式,建立了考虑不同流体性能差异的温压耦合模型,提出了流体密度和流变参数的分段预测方法。以川北地区X井为例进行了模拟计算,模拟结果表明:采用分段方法可将赫巴模式、四参数模式等多种流变模式作为优选对象,能更精确地描述流体的流变性;控压固井注入阶段采用常规计算方法,井口回压值偏低,大大增加了地层气侵风险,且不同方法预测的环空温度场相差不大;温度和压力的耦合作用对于流体密度和流变性及其变化规律的影响较大,也会对环空浆柱结构的设计及固井施工效果产生重要影响。研究结果为控压固井设计施工提供了理论依据。

摘要：传统正电子发射断层成像(PET)系统采用模拟电路对信号进行处理,通过符合电路实现符合事件甄别,软件算法多集中于处理投影数据和图像数据,损失了生成图像前的大量信息,算法可扩展性相对较差。全数字PET系统利用精确采样和全数字处理带来硬件极简化和软件极大化的设计理念,将更多操作交由软件算法完成,具有过程数据完整、算法丰富且替换优化方便的特点。把探测器和算法当作“积木”,即插即成像(PnI)平台构建成像协议层、成像算法层和成像设备层,实现了成像过程定义、成像算法扩展和多种设备定义,从而支持动物、临床和各种应用专用型全数字PET系统的搭建。而且,全数字PET配合PnI平台可以将信息挖掘的入口从图像层面提前到闪烁脉冲数据层面,支持更多算法的灵活接入。基于以上背景,本文综述PnI即插即成像软件的研究进展,具体说明全数字PET系统结构、成像过程、软件架构以及应用案例,旨在提高科学家搭建数字PET科研仪器的灵活性,为开发快速高效搭建不同PET系统与软件算法提供参考。

摘要：随着水下潜艇隐身技术的迅速发展,水面舰艇面临的挑战日益严峻,对水下目标的主动探测提出了新的要求和挑战。将爆炸声源作为发射声源,设计了一套基于FPGA的主动声源控制系统。该系统以FPGA作为控制核心,采用RS232串口通信,收到上位机发送的起爆指令后进行引爆。与传统的主动声纳发射换能器相比,除了成本、功耗与体积降低以外,声源级更高,具有爆炸声源的全指向性,更便于小平台搭载。仿真与水下实验结果表明,该系统在接收到上位机发送的起爆指令后可实现水下爆炸声源有序可控的引爆,同时通过MEMS矢量水听器进行爆炸声源数据采集,经计算可得爆炸声源级为193.93 dB。

摘要：为减少组织碳化,提高微波消融治疗的有效性,本研究根据现有水冷法的原理,设计了一款基于双层不锈钢真空管的无水冷微波消融针。利用离体猪肝实验,验证了真空管隔热的有效性;根据有限元仿真方法建立了微波消融仿真模型,并通过实验验证,达到了更好的消融效果。仿真和实验结果表明,无水冷真空管微波消融针无消融尾迹;与传统带水冷的消融针相比,在相同剂量下,无水冷真空管可得到更大的消融区域和更小的碳化区域。本研究证明了真空管用于无水冷消融的可行性,可为后续设计微波消融针提供新的思路。

摘要：电容式微机械超声换能器(CMUT)具有良好的电声特性、体积小、容易制作阵列等优势,在医学和船舶领域具有广泛的应用前景。论文针对自主研制的一种密排结构CMUT超声换能器的驱动需求,设计了基于FPGA和以MAX14808芯片为核心的驱动电路。用该电路产生方波脉冲,在单端时钟、差分时钟、透明模式下进行了相差角、延迟时间、CMUT收发测试,比较了优缺点。测试结果表明,驱动电路的输出与INP1/INN1输入之间的相差角一致、单端和差分时钟模式下输出与INP1/INN1输入之间的延迟时间差距较小。收发测试时,接收信号随着距离的增加呈指数型衰减,随着输入电压的增加基本呈线性增加且有较小弧度,单端时钟模式的稳定性最好。驱动电路的时钟模式设计,能够重新同步主控芯片的所有数据输入,以减少与FPGA输出信号相关的相位噪声。论文为水下和医疗的超声成像系统提供了硬件支持,为CMUT测试研究提供方法。

摘要：复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及高科技民用事业的发展。然而,复杂曲面光学元件对面形精度要求较高,如何对其面形进行高精度检测从而指导加工成为限制该类元件大范围应用的瓶颈。文章对10余种常用的复杂曲面光学元件面形检测方法进行了分类梳理,按照是否采用干涉原理,将检测方法分为非干涉检测法和干涉检测法两大类,分别介绍了各种检测方法的原理和适用范围,回顾了各方法的发展历程,着重分析了几种典型方法进行面形检测的特点,并对未来复杂曲面光学元件高精度面形检测技术的发展趋势加以展望。