2024年, 第46卷, 第02期　
刊出日期：2024-06-28

  

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  基于智能超表面的电磁涡旋能量效率最大化

  朱启标, 肖祥忠, 魏隆, 罗斌

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 135-141. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.013

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  针对电磁涡旋通信系统能量效率受限的问题，提出了基于智能超表面的电磁涡旋通信的传输方案。建立了基于智能超表面的电磁涡旋通信的系统模型，基于该系统模型推导了能量效率的数学表达式。为实现能量效率最大化，采用了一种交替优化算法进行求解，考虑到目标函数和约束条件的非凸性，问题被分为2个子问题，即通过分别优化基站的功率分配和智能超表面的相移系数来实现能量效率最大化。数值仿真结果表明采用智能超表面可以提高电磁涡旋通信系统的能量效率，并且所采用的优化算法可以有效地实现能量效率最大化。
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  一种基于GABP神经网络的RIS辅助近场无线定位方法

  洪升, 曾俊宏, 郑朝丹, 许朋振, 李铭晖

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 142-147+161. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.014

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  可重构智能表面(RIS)是6G潜在关键技术，将其部署在无线通信系统中，可辅助基站对用户进行定位，并提高定位性能。在毫米波频段，由于频率较高，RIS面板的阵列孔径及反射单元个数较大，近场区域范围扩大，用户将大概率处于RIS的近场区域中。为此，考虑RIS辅助的无线通信系统在近场条件下对用户进行定位，将用户定位问题建模为参数估计问题，并利用最大似然估计来实现对用户三维坐标参数的估计。为求解所建立的最大似然估计问题，结合遗传算法与反向传播算法神经网络的优势，提出了一种计算效率更高的GABP算法。仿真结果表明，所提GABP算法比传统的遗传算法计算效率更高。
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  OFDM系统物理层关键技术研究与FPGA实现

  李子雄, 鄢秋荣, 汪奥, 杜华, 邱国振

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 148-155. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.007

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  为在复杂环境下实现高效抗干扰无线通信，基于IEEE802.11a协议设计了正交频分复用(OFDM)系统物理层，并利用现场可编程门阵列(FPGA)实现了3种OFDM系统设计中涉及到的物理层关键技术，包括基于短训练序列自相关性的分组检测算法、依据短训练序列循环特性的频偏估计算法和长训练序列特性的信道估计算法。在MATLAB上对3种算法原理进行了仿真实验，结果表明3种关键技术在算法上的可靠性强，在FPGA上实现的可行性强。对3种算法进行模块化设计，编写RTL Verilog代码进行FPGA实现，在Modelsim软件上进行仿真调试，并通过Xilinx生产的Zedboard开发板上板验证了其功能及性能表现，设计了处理系统端以太网传输协议，在PC上通过网口调试助手进行数据传输，接收机正确接收到数据，证明该系统能正常进行无线数据传输。
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  紧凑型全介质宽带宽入射角线-圆极化转换器

  秦锴, 闫中慧, 余孝胜, 文品

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 156-161. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.20240506.002

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  提出了一种基于全介质的宽带宽入射角线-圆极化转换器，其由x和y方向的两块介质材料垂直组合而成。通过对两块介质材料分别进行弯折设计，有效减小了圆极化器的横向和纵向高度，使得圆极化器的结构更加紧凑，同时相互垂直结构也可以提高入射角稳定性。为验证所提方法和结构的可行性，设计了一款工作频段为2.00～3.30 GHz的线极化到圆极化的转换器，其3 dB轴比相对带宽为52.0%,且在0°～55°入射角度范围内仍具有较宽的3 dB轴比带宽和极化纯度。
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  一种时空特征融合的端到端自动驾驶方法设计

  吴武飞, 李文波, 柏迪, 喻军

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 162-169. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.010

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  针对现有的端到端自动驾驶模型复杂度高、参数多、计算量大且仅由卷积神经网络组成的网络模型无法处理时间特征等问题，提出了一种融合时空特征的端到端自动驾驶模型M-GRU。该模型由改进的MobileNetV2网络和门控循环单元(GRU)网络组成。其中改进的MobileNetV2网络是在MobileNetV2基础上添加注意力模块，其通过加权处理与驾驶决策密切相关的特征信息，进而提升网络对重要特征的关注。M-GRU模型中的2个网络模块分别提取图像的空间特征和时间特征，通过行为克隆的方式，实现对自动驾驶行为的预测。在模拟器中对M-GRU模型进行训练和测试，并与NVIDIA提出的PilotNet模型进行对比，结果显示M-GRU的损失函数值比PilotNet低，M-GRU模型控制的小车能在道路上完成直行、转弯、加减速任务，同时完成简单和困难模式下的驾驶任务，具有更好的性能。
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  多源数据融合的历史建筑数字孪生系统关键技术

  贾东峰, 张立朔, 刘燕萍

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 170-176. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.009

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  随着数字孪生技术的快速发展，其在历史建筑活化利用领域有着巨大的潜力。如何根据历史建筑的特点，建立全生命周期数字孪生运维系统是近年的研究热点。通过对数字孪生技术的论述，介绍了面向用户、面向专家、面向管理的历史建筑数字孪生系统构建模式，同时详细列述了数字孪生系统的主体架构和模块功能，介绍了设备层、数据层、平台层、应用层、决策层的关系。并通过融合多源空间数据和在线逻辑数据，构建了显灵堂数字孪生系统，通过项目实例介绍了数字孪生系统的功能组成。
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  多客户端云通信远程监护系统设计与实现

  蔡洪和, 何朝珠, 刘继忠

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 177-184. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.012

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  为了实现对老人、卧床患者的远程实时照护和有效交互，利用云服务器和云通信技术设计出了一种面向老人和卧床患者的多客户端数据共享的护理床监护系统。基于多功能护理床，系统使用多生理参数监测仪采集生理数据，通过云通信将生理数据传输至远程监护平台或接收远程控制指令。用户可以在多种客户端查看患者的多生理参数信息以及实现远程控制护理床姿态。实验测试结果表明：系统具有可行性。
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  基于MetaCrypto平台的SM4密码算法实现

  肖超恩, 许弘可, 郑玉崝, 王建新, 张磊, 程心雨

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 185-192. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.015

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  针对现有通用编程语言在实现密码算法时存在编程难度大和可维护性差等问题，提出了一种基于MetaCrypto平台的密码算法实现方式。基于MetaCrypto平台的MCL元语言和映射原理，实现了SM4密码算法模型和Python语言映射接口，完成了从SM4密码算法模型到Python语言的代码生成；对映射为Python平台的SM4算法进行正确性验证和加/解密速率测试，并比较了x86架构、ARM架构、LoongArch架构下的加/解密速率。实验结果显示MetaCrypto平台输出的SM4密码算法结果与官方参考文档的测试向量完全相同，验证了其正确性；在实现加/解密速率方面，基于64 Kbit的数据量在x86架构CPU下达到了0.327 Mbit·s^-1,在ARM架构CPU下达到了0.254 Mbit·s^-1,在LoongArch架构CPU下达到了0.145 Mbit·s^-1,与GMSSL-Python实现库基本一致。
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  单相并网储能双向变流器线性时间周期模型的稳定性分析

  聂晓华, 占美娟, 刘一丹, 熊旺

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 193-202. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.20240529.001

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  针对传统线性时不变模型无法描述储能双向变流器多频次谐波间交互耦合现象的问题，提出了一种单相并网储能双向变流器的线性时间周期模型，并进行稳定性分析。基于线性时间周期理论对单相并网储能双向变流器进行建模，得到非线性时间周期模型；围绕周期轨道将该模型线性化，得到储能双向变流器的线性时间周期时域模型；通过傅里叶展开推出了储能双向变流器的线性时间周期频域模型；利用李雅普诺夫第一方法分析比例积分控制器在不同参数下的储能双向变流器小信号模型的稳定性及稳定边界。MATLAB/Simulink仿真实验结果表明：建立的单相并网储能双向变流器的线性时间周期模型具有准确性和稳定性，稳定性边界正确。
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  多冗余模式下综合能源系统两阶段优化配置

  杨晓辉, 梅凌昊, 张钟炼, 刘康

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 203-211. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.20240506.001

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  在综合能源系统向复杂化、高耦合度发展的过程中，设备单元运行可靠性降低与高昂的设备运维成本问题难以忽视。针对上述问题，从内部配置结构优化的角度，将系统工程中主、被动冗余思路引入综合能源系统，完成子系统单元的冗余设计。提出了一种针对冗余设备逻辑最优工况匹配的两阶段流程，以实现全系统整年运行优化。从经济、能源和环境3方面建立评价指标，基于蜜獾算法对两建筑、四系统进行案例研究。结果表明：所提3种冗余系统均实现了可靠性与各性能指标的明显提升；主动冗余系统年度总运行成本最低，热备用系统可靠性表现最好，冷备用系统综合性能最佳。
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  考虑多能源同台竞价的电力中长期融合交易机制设计与实践

  夏永洪, 陈文睿, 赵永嘉, 李昀衷, 顾婧婧, 乐琴

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 212-219+226. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.001

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  新能源的入市可加速新型电力系统建设，针对新能源发电的随机性和波动性而导致上网电量与市场交易电量偏差较大的问题，设计了一种多能源同台竞价的融合交易机制。通过设计融合交易机制的组织流程与出清方式构建了新能源发电商(NEP)在不同交易模式下的结算模型，以江西电力中长期市场为背景设置算例参数，对NEP在几种交易模式下的收益进行分析，并对采用融合交易机制的江西电力中长期市场运行情况进行了对比分析。结果显示所提交易机制能促进新NEP达成交易，明显提升NEP的经济效益，有效推动新能源的入市进程并显著减少交易偏差率。
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  计及激励型需求响应的有源配电网可靠性分析

  王飞, 王淳, 赖正海, 钟俊勋, 连泽, 刘彪

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 220-226. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.005

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  需求响应可以降低峰值负荷，改善配电网的可靠性。为分析激励型需求响应对有源配电网可靠性的影响，在分层电力市场结构下，以电网运营商、负荷聚合商和用户为主体建立了激励型需求响应模型，以负荷聚合商和用户收益最大为目标，在峰时段引导用户削减负荷，从而改善负荷曲线。建立储能系统充放电模型，采用蒙特卡罗模拟对含激励型需求响应的有源配电网进行可靠性计算，得出可靠性指标。算例分析结果表明：激励型需求响应以及光伏和储能的接入能有效提高配电网的可靠性。
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  铝材极板冲压成形晶体塑性有限元仿真分析

  戴国南, 熊君星, 刘建胜

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 227-232+238. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.002

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  为研究双极板微成形过程中的尺寸效应问题，采用多通道结构，选用0.1 mm厚的1060纯铝片作为研究材料，通过Neper软件建立不同晶粒尺寸的多晶Voronoi模型，利用Python脚本为每个晶粒赋予随机取向，以模拟微冲压变形过程。通过晶体塑性有限元仿真成形研究晶粒尺寸对微冲压过程和质量的影响，包括极限成形深度、载荷-行程关系、尺寸精度以及成形厚度分布等方面。研究结果表明：随着晶粒尺寸的增加，板材极限成形深度在减小，最大变形载荷逐渐减小，厚度分布也更加不均匀，尤其是在拐角区域出现最薄的位置。
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  核准制下超超临界火电机组NO_x排放特性的数值模拟

  李俊, 敖琳瑛, 邓冰, 屈广林, 余廷芳

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 233-238. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.003

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  围绕新建火电项目核准制度，以某新建超超临界火电机组1 000 MW四墙切圆燃煤锅炉为研究对象，运用FLUENT数值计算软件对其进行1:1实体建模，选择对应的数学模型，采用数值模拟的方法对燃煤锅炉在不同过量空气系数、磨煤机组合方式以及锅炉负荷率下的NO_x生成特性规律进行了研究。结果表明：炉内过量空气系数在1.1～1.15时可取得较低的NO_x排放及较高的燃烧效率。6层燃烧器全部投运工况下，锅炉燃烧NO_x生成量较多，投运5层燃烧器时，磨煤机组合方式为ABCDE可取得最低的NO_x排放，组合方式为BCDEF时NO_x排放浓度最高。随负荷减小炉内温度下降，NO_x生成量减少，而气流组织和燃尽度较差。
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  基于遗传算法的鱼骨布局多目标路径规划

  易光涛, 刘建胜

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 239-246. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.006

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  针对鱼骨布局多目标路径规划问题，建立了以多车协同拣货总移动距离最短和负载不平衡最小的两目标路径规划模型；通过距离检测的方法在帕累托前沿面上寻找knee点，并将该knee点作为偏好信息带入r支配中，引导算法快速搜索到偏好区域，形成更好的帕累托解集，提出一种基于knee点的r支配多目标遗传算法；引入自适应交叉和变异算子，依次提高算法全局搜索能力，加速种群收敛速度，同时防止陷入局部最优，基于标准测试函数测试算法的性能，最后通过实验数据验证了该算法在鱼骨型仓库布局拣选路径优化问题上的有效性。
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  基于U-Net卷积神经网络的焊缝激光条纹提取

  干王杰, 翟翊君, 詹礼新, 赵迎泽, 李渭, 潘平吉

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 247-254. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.004

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  针对钢件焊缝激光条纹图像中存在强眩光、强弧光和飞溅遮盖等干扰问题，提出了一种基于U-Net卷积神经网络的焊缝激光条纹特征提取方法。该方法融合底层卷积的细节特征与高层卷积的抽象特征信息，生成紧凑的焊缝激光条纹图像特征。在采集到的数据上测试，检测准确率达到99.80%,平均交并比达到82.67%。该网络构建的参数少(大小为22.58 MB),且在与传统方法的对比中获得了更好的效果。因此，构建的网络模型检测准确率高，抗干扰能力强，能够满足自动化电弧焊接中检测焊缝激光条纹的要求。
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  基于D-S证据理论的无监督异常检测算法

  衷卫声, 吴自望, 张强

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 255-261. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.008

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  在实际应用中，当数据集缺少真实标签或正常点数据量不足时，可能导致一分类支持向量机处于无监督情况。此外，当训练集中包含异常数据时，一分类支持向量机生成的决策边界将偏斜至异常数据区域。上述问题降低了异常数据的检测率，并导致分类器的性能变差。为了解决上述问题，基于K近邻算法将数据集分为可疑正常点数据集与可疑离群点数据集。其中，可疑正常点数据集用于一分类支持向量机训练与建模，对于可疑离群点数据集则采用D-S证据理论来识别其中的正常数据。实验结果表明：基于D-S理论的无监督异常检测算法可以有效地分离正常点与异常点，该算法在整体数据集上A_uc均值达到了0.83,且在可疑离群点数据集上A_uc均值达到了0.883。
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  双应力恒加寿命试验可靠性评估模型

  刘亚成, 刘君

  南昌大学学报（工科版）. 2024, 46(02): 262-268. https://doi.org/10.13764/j.cnki.ncdg.2024.02.011

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  为了更加有效地评估高可靠长寿命产品的可靠性，针对传统双应力恒加寿命试验加速模型中只考虑各应力之间独立的问题，采用综合双应力之间相互影响的加速模型，探讨Gompertz分布型产品的可靠性评估问题，给出了产品的可靠性评估模型。基于定数截尾双应力恒加寿命试验下的数据，利用极大似然理论，计算了参数的极大似然估计，获得了与似然函数相关的Fisher信息矩阵和协方差矩阵，由此利用渐近似然理论构建了参数和可靠度的渐近置信区间。算例结果表明了所使用的方法具有可行性。