摘要：随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通常存在极化失配、多径效应等问题,选择多极化而不是圆极化作为近地卫星天线的工作状态能更好地适应复杂的工作环境,保证通信质量,将等通量波束天线和多极化可重构技术结合起来有很大的应用前景。基于一对正交圆极化波能合成线极化波的设计原理,文中提出了一种具有等通量波束的多极化可重构天线,该天线由可重构馈电网络和带扼流环的隔片极化器圆波导组成。馈电网络中嵌入单刀四掷开关(SP4T)与单刀双掷开关(SP2T),通过改变开关的工作状态,馈电网络将给圆波导提供不同的馈电条件,在圆波导内隔片的作用下天线实现两种圆极化与两种线极化的可重构。通过在圆波导口引入扼流环以及波导口作“T”型开槽处理,实现波束赋形,并且保证天线在不同极化状态下辐射等通量波束。实测结果显示,天线在不同的极化状态下-15 dB重叠阻抗带宽14.7%,覆盖4.80~5.56 GHz,方向图顶部在θ为-24°~+24°范围内具有平坦效果,圆极化状态下空间轴比覆盖-51°~+50°,覆盖范围大于方向图顶部平坦范围。天线实测结果与仿真结果有较好的一致性,具有多极化和方向图顶部平坦的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

摘要：随着机器人技术的发展,仿人机器人在多个领域展现出应用潜力和价值。针对仿人机器人,基于机器视觉进行自主抓取研究,旨在提高仿人机器人在自然环境中的抓取适应能力和动作仿人性。在机器视觉方面,硬件采用Realsense-D435深度摄像头,利用YOLO(You Only Look Once)物体检测模型实现目标物体的识别、空间定位、深度图裁切和目标点云生成,并根据目标点云与标准点云的配准算法(ICP)获取物体的姿态,通过D-H法对机器人头部进行建模,将物体的位置和姿态由相机坐标系转换为机器人坐标系。在运动规划上,参照人手臂的抓取规律,将抓取过程分为9个基础动作:初始位、移动至预抓取位、抓取物体、提起物体、搬运物体、移动至放置位、放置物体、退出位和回到初始位,针对不同物体确定对应抓取姿态,以提高抓取成功率,根据视觉获取的抓取点和放置点,自主计算余下的关键点,并以空间弧形作为抓取轨迹,通过Matlab仿真,验证抓取过程机械臂末端运动轨迹和关节轨迹的合理性。最后进行物体抓取实验,结果表明,仿人机器人在自然环境中能够快速准确地识别和定位不同物体,并能成功进行抓取和搬运,成功率均在80%以上,并且能够兼顾动作的仿人性,验证了所提出方案的有效性。本研究可促进仿人机器人在人类日常生活中的应用和普及。

摘要：针对复杂水下环境焊接过程对焊接电源超高动特性与精确控制需求,设计基于SiC模块的快频脉冲焊接电源功率主电路,开发全数字化控制系统,研制出局部干法水下快频脉冲MIG焊电源(local dry underwater fastfrequency pulsed MIG,LDU-FFPMIG).研制的LDU-FFPMIG焊接电源额定输出电流为400 A,能精确输出多种0~30 kHz的快频脉冲电流波形,快频脉冲电流幅值高达200 A.提出LDU-FFPMIG焊接新工艺,将快频脉冲应用到304不锈钢局部干法水下MIG焊接,探究快频脉冲对传统局部干法水下脉冲MIG焊的影响.结果表明,研制的LDU-FFPMIG焊接电源能够实现稳定的局部干法水下MIG焊,可获得良好的焊缝成形;快频脉冲电流的引入可显著提高电弧能量密度和焊接稳定性,减小熔宽(B)、增大熔深(H),焊缝成形系数(B/H)减小约30%,并且可以细化晶粒.

摘要：针对难变形金属小模数齿形件采用传统滚齿及插齿方法制备时,存在材料利用率低、强韧性不足等问题,提出采用分形旋压方法实现此类小模数齿形件的完整近净成形。以模数为0.3的30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件为研究对象,设计制作了难变形金属小模数齿形件分形旋压成形工艺装备,并基于旋压成形试验进给研究了渐进式进给、主轴正反转进给和间歇式进给3种不同成形方式及有/无电流辅助条件对难变形金属小模数齿形件分形旋压的影响规律。结果表明:采用渐进式进给成形方式时,旋压成形缺陷最少,但所获得的轮齿饱和度仅为70.2%;采用正反转式成形方式时,成齿区易出现预成形齿顶与旋轮轮齿啮合错位而导致被两次分形的缺陷;采用间歇式进给式成形方式时,成齿区齿顶部分出现大量毛刺;采用渐进式成形方式,相同试验条件下,通入脉冲电流后,材料塑性变形能力显著提升,轮齿饱和度提高到95.7%。采用电流辅助分形旋压成形获得的小模数齿形件齿廓偏差为0.029 mm、齿距偏差为0.015 mm。

摘要：为了减少水产养殖污染,保证养殖生态系统的安全,提高生态环境质量,利用物联网技术设计并实现一种水产养殖智能监控系统。该系统通过智能传感器终端实现对养殖区域水质的溶氧、pH、水温、光照度、环境温度、环境湿度等参数的实时采集、远程显示和自动控制,实现远程智能养殖。同时,系统利用树莓派作为边缘算力设备,从感知层、传输层、边缘计算层、应用层四个主要方面对系统进行说明,通过智能算法实现实时精细化管理资源的目标,使数据可视、可信,进一步探究水产养殖方面进行智能化协同化的可行性。研究表明,该系统在实物模型上运行稳定、感知准确、控制及时和扩展性强等优点,可在水产养殖中进行推广和应用。

摘要：为充分利用移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)系统的计算资源,本文设计了双MEC服务器协同与计算通信资源联合优化方案。通过建模双服务器协同多用户任务计算优化问题,以系统计算时延和用户能耗的加权和最小化为准则,优化设计多用户计算卸载发射功率和计算任务分割。提出一种较低计算复杂度的联合设计方案,将原问题解耦为计算卸载优化和计算任务分割设计的2个子问题,分别通过内点法和单纯形法实现快速数值求解。仿真结果表明,本文所提算法的系统性能优于已有启发式基准算法方案,且在较少的算法运行时间下,联合优化算法方案能取得与最优拉格朗日乘子法基准方案相同的系统性能。

摘要：为解决计算密集型应用的终端物联网用户设备微电池能量难题,研究绿色可再生能量收集技术和双重构智能反射面技术赋能边缘计算,构建双智能反射面辅助的绿色物联网边缘计算系统,有效延长终端物联网用户设备计算寿命,提高系统计算吞吐量。首先,建立双智能反射面辅助的多用户级联衰落信道模型,建立绿色可再生能量收集的多时隙随机到达模型,建模物联网终端设备的能量供需因果约束条件。其次,以系统计算吞吐量最大化为准则,建模终端设备本地计算速率、边缘计算卸载功率、智能反射面相位的联合优化设计问题;该设计问题隶属一类复杂的非凸优化问题。为此,采用轻量级的多阶段优化技术,快速迭代设计本地计算、计算卸载、智能反射面相移等变量,完成绿色物联网边缘计算系统设计。实验结果表明,在较少的系统计算时间下,本文所提方案与基于半定松弛算法的性能增益相当,且优于已有的基准方案。

摘要：本文研究基于无线供电的空中计算系统,其能量发射器采用能量波束形成技术为多个低功耗传感器提供能源,基于无线多址接入信号叠加的空中计算原理,传感器将感知数据同时传输至无线接入点,无线接入点应用接收滤波技术直接完成感测数据的函数值计算。本文考虑一个先采能后感知再传输的工作协议,建模满足传感器能量收集约束条件和计算均方误差约束条件的能量发射器发射能量最小化问题,以及对能量发射器的能量波束形成向量、无线接入点的接收波束形成向量和传感器终端的发射系数进行联合优化。由于复杂的变量耦合性,基于发射能量最小化的空中计算系统设计问题属于一类非凸优化问题。为降低计算复杂度,本文提出一种交替优化求取次优解的方案。仿真结果表明该设计方案具有快速收敛性和优越性。

摘要：文本验证码具有友好和易于理解的特点,被广泛应用于众多互联网应用的安全防御机制中。传统的文本验证码通过将字符扭曲变形或者增加背景噪声来提高安全性,但随着深度学习技术的发展,其安全性难以为继且过度变形的字符会对人类用户识别带来新的难题。为了解决上述问题,本文提出了一种带有随机化策略的扰动优化框架(Perturbation Optimization Network with Randomization for Text-based CAPTCHAs Generation,PORG),用于生成对人类友好但机器难以破解的文本验证码图像。该框架基于先进的扰动方法设计出扰动生成网络(Perturbation Generation Network,PGN),构建丰富的图像扰动因子并应用随机化策略生成多样化的验证码图像。现有方法所生成的扰动因子容易破坏验证码图像传递的视觉信息,对人类用户的识别造成负面影响,违背了验证码设计的初衷,因此本文提出了一种扰动优化网络(Perturbation Optimization Network,PON)对生成的扰动因子进行优化,通过在图像特征层面上扩展距离并在全局层面上缩小差距,使得所生成的验证码在保持人类友好性的同时有效地对抗攻击者模型。本研究在8个真实世界数据集上进行的大量实验,证明了所提出框架模型的优越性,例如在CNKI数据集上,攻击模型的准确率从90.03%降至0.12%。

摘要：无人机辅助移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)系统利用无人机部署灵活和能与地面设备建立起高质量通信链路的优势,可以提高边缘计算的性能。已有的无人机辅助MEC系统研究通常假设计算任务卸载通信的数据包较长,其结果无法直接用于对计算时延具有严格要求的MEC应用场景。本文考虑了一个具有超可靠低时延通信(Ultra-Reliable and Low-Latency Communication,URLLC)任务卸载的无人机辅助MEC系统,其中一架配备计算服务器的无人机为多个地面设备提供MEC服务,地面设备将部分计算任务通过URLLC的方式向无人机卸载。通过联合优化无人机的部署位置、卸载通信的带宽和无人机与地面设备的中央处理器(Central Processing Unit,CPU)计算频率来最小化系统的计算时延。针对形成的非凸优化问题,采用块坐标下降方法将该问题分解为无人机部署位置优化子问题和任务卸载带宽与CPU频率优化子问题,并交替求解这两个子问题直到收敛。在求解两个子问题的过程中,使用对数函数非线性近似方法对URLLC卸载通信速率表达式进行化简,并通过连续凸逼近方法将每个子问题转换成易于求解的凸优化问题。仿真结果表明,与其他基准算法相比,所提算法能够有效平衡系统的通信能力和计算能力,从而降低系统时延。