为提高飞秒激光制备高反射率 FBG(Fiber Bragg Grating)的边模抑制比, 提出了一种基于组合二分之一波片和格兰棱镜调节激光能量的加工方法, 制备出了高反射率和高边模抑制比的切趾光纤光栅。 通过上位机输入切趾函数模型, 实时精确调节步进电机速度, 机械旋转二分之一波片位置, 实现激光能量沿光纤方向呈切趾函数分布, 从而在光纤纤芯中折射率调制区域呈切趾函数分布, 获得参数可调的切趾光纤光栅。 实验表明,该方法制备的切趾光栅在 1 550 nm 处反射率可达 70% , 边模抑制比超过 20 dB, 半高峰宽度 0. 35 nm。 对其温度和应力传感特性研究显示, 其温度灵敏度为 1. 529*10^-2nm/ K, 应力灵敏度为 1. 61 nm/ N。 该种方法制备的高反射率切趾光纤光栅有望应用于大功率、 窄线宽的光纤激光器以及高速精确传感解调系统中。

随着光伏可再生能源越来越多地并入电力系统, 传统的确定性潮流无法准确描述电力系统的实际运行状态。 为此, 提出了一种将半不变量法、 Copula 理论和高斯混合逼近法相结合的概率潮流分析方法。 该方法克服了现有的级数展开法无法逼近多峰概率分布的缺点, 考虑了输入总线功率的高斯型、 非高斯型和离散型概率分布的混合, 在不使用任何级数展开方法的情况下, 精确地得到了与这些相关输入的多模母线电压和线路功率流的概率分布。 同时, 考虑了多输入相关性, 在 IEEE14 和 IEEE57 节点系统中验证了该方法的性能。 实验结果表明, 该方法精确地建立了期望随机变量的多模态分布, 与 Gram-Charlier 法相比, 运行时间降低了 76% 。

为提高学生实验课的学习效率, 结合单管放大电路实验, 基于电路仿真软件 Multisim 10, 从单管放大实验电路的基本组成入手, 针对实验电路中静态工作点的设置及测量问题, 利用仿真软件易于上手、 方便操作的特点, 引导学生自主探索, 进行调整参数, 验证实验机理。 结果表明, 通过启发式教学能使学生独立思考,从而培养学生的分析能力, 为实物实验夯实基础, 加强学生解决问题的能力。

为解决一类含有时滞的分数阶系统控制问题, 提出了一种 Smith 预估分数阶 PI(Proportion Integral)控制策略, 在不消除分数阶系统中的时滞项的情况下, 实现了时滞系统的稳定控制。 通过对分数阶时滞系统进行特性分析, Smith 预估控制能有效克服时滞对分数阶控制系统的不利影响, 并给出了分数阶 PI 控制器参数整定的简单规则, 具有一定的实际应用价值。 同时分析了该分数阶系统的阶次对系统收敛时间的影响, 最后仿真验证了结论的正确性。

传统工艺制作梯度材料十分困难, 为此, 设计开发了用于梯度分布材料的 3D 打印工艺与实验设备,包括梯度建模、 控制系统及打印机械装置。 基于图像灰度变化, 建立了材料成分梯度的建模方法。 基于运动控制器设计了包括 X、Y、Z 三维空间位置轴和 U、V、W 3 种材料挤出轴的 6 轴联动系统, 具有运动轨迹规划及连续插补等功能。 开发了控制系统软件和硬件, 实现了材料比例输送与三维运动协调控制。 采用活塞挤出、 动态混合及直线三维平台设计, 构建了 3D 打印机械装置。 使用开发的实验设备, 采用不同颜色材料进行了梯度分布打印试验, 验证了开发实验设备打印梯度分布材料的可行性。

为了改善免耕播种机的作业性能, 提高播深控制精度, 设计了一套主动作用式智能调节系统。 采用 3 个呈 120°安装在限深轮内壁的 Flex 传感器实现播种单体对地压力的监测。 同时, 采用空气弹簧作为对地压力调节机构, 并以 Mamdani 模糊算法建立了其智能调节模型, 可实现播种单体对地压力的调节, 进而确保播深适宜。 Simulink 仿真结果表明, Mamdani 模糊模型具有良好的播种单体对地压力变化跟随性, 满足播深调控需求。田间试验结果表明, 作业速度为 9 km/ h 时, 系统的播深控制误差较被动调节方式降低了 40% , 实现了播深作业性能的改善。

为解决心电信号采集过程易受噪声干扰、 电路复杂等问题, 设计了低成本高精度心电采集电路, 采用芯片 AD8232 采集并放大心电信号, 引入 100 Hz 低通滤波器、 0. 05 Hz 高通滤波器及 50 Hz 陷波电路。 实验表明,高频干扰衰减 60 dB(10 倍频), 50 Hz 噪声衰减了 41. 08 dB。 该电路有效地滤除了单导联心电信号中掺杂的共模干扰、 肌电干扰、 基线漂移和工频干扰等, 提高了单导联心电采集精度, 可应用于家用医疗监护、 便携式可穿戴式心电监测设备。

为解决实时分析处理的海洋 Argo 浮标剖面观测数据特有的数据密度较高、快速响应且需要识别任意形状簇等问题, 提出了一种可通过单次扫描数据集进行有效处理的低复杂度聚类算法 DBIRCH( Density-BasedBalanced Iterative Reducing and Clustering Using Hierarchies)。 该算法通过使用新引入的参数密度阈值修正因子,动态的更新限制 CF(Clustering Feature)树生长的约束系数子空间阈值, 同时结合密度关联思想在不同邻域内多次建立 CF 树且合并, 最终以核心 CF 树子节点为聚类结果输出, 避免了 BIRCH(Balanced Iterative Reducing and Clustering Using Hierarchies)算法对参数的过度依赖, 同时因能处理任意形状簇从而提升了数据处理的整体鲁棒性, 提高了处理 Argo 剖面监测数据的时效性和算法的整体吞吐速度。 为测试算法的综合性能, 使用真实 Argo浮标剖面实时监测数据集, 并根据不同的参数对算法做出多组对比实验, 同时使用不同评价指标对算法从运行时间和聚类准确率上进行综合评估, 从全局角度分析该算法在 DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)、 BIRCH 及 DBIRCH 3 种不同算法中综合聚类性能最优。 实验结果表明, 在3 种算法中,BIRCH 算法运算速度最快, 但准确率最低; DBSCAN 算法聚类性能高于 BIRCH 算法, 但运算速度最慢; 改进的DBIRCH 算法运算效率略低于 BIRCH 算法, 但聚类准确率最高。

为提升基本教学优化算法的搜索能力, 通过融合量子计算原理, 提出了一种量子教学优化算法。 该方法采用教师自学和学生向教师学两种学习机制搜索全局最优解。 个体采用量子比特编码, 搜索过程在 Bloch 球面上进行, 个体的更新通过量子比特的绕轴旋转实现, 然后将其解码为量子比特的 Bloch 球面坐标。 由于该方法将基本教学算法中每维变量的搜索都扩展到 Bloch 球面进行, 可使搜索过程更为精细, 从而加强了对解空间的遍历性。 不同维度标准函数极值优化的仿真结果表明, 此方法的寻优能力不仅超过基本教学优化算法, 同时也超过其他经典群智能优化算法, 验证了将量子计算的某些机制和智能优化相融合可提升其优化性能。

为解决天然气管道运行过程中采集到的泄漏声波信号含有大量噪声的问题, 通过研究小波、 经验模态分解、 变模态分解等常见去噪算法, 分析了泄漏声波信号的特点, 将改进小波阈值去噪和变模态分解去噪相结合, 提出了变模态分解-小波变换(VMD-Wavelet: Variable Mode Decomposition-Wavelet) 联合去噪算法。 利用该算法对典型信号进行去噪运算仿真, 结果表明, 该联合去噪算法性能优于常见算法。 最后, 将 VMD-Wavelet 联合去噪算法应用于实际采集的油气管道泄漏声波信号去噪处理, 研究发现, 该去噪算法对强背景噪声下的泄漏声波信号能取得很高的信噪比改善和很小的均方误差。

当前大数据交互的不透明性以及数据文件访问形式的不合理性, 导致大数据存储存在存储延时长、 安全性较差的问题, 为此提出基于区块链的非结构化大数据动态安全存储技术。 构建多用户规则调度模型, 利用存储数据包生成独立的行向量与 n 阶矩阵, 基于列不满秩概率完成存储算法设计; 采用区块链非对称加密技术的公私钥, 实现透明与完整的数据交互, 对次要信息与数据访问形式实施记录。 引入分布式文件系统, 将其与Mongo DB 非关系型数据库有效结合, 从而使非结构化大数据得到安全存储。 仿真实验结果表明, 该方法不仅具有理想的存储速率, 而且使大数据的完整性得到了保证, 具有理想的有效性与实践性。

为了优化当前通信系统运行参数、 提高通信性能, 提出基于 Matlab 的数字通信系统原理与控制仿真实验方法。 构建数字通信系统仿真模型, 并分析其运行的基本特性。 将数字通信系统仿真程序划分为仿真建模、实验以及分析 3 个步骤, 并分别进行分析。 在数字通信系统和通信仿真技术基础上, 引入 Matlab 实现数字通信系统原理与控制仿真实验。 依据 Matlab 软件中通信工具箱设计界面, 将 Matlab 的仿真实验划分为基于Simulink 平台的时间流仿真实验和基于 Matlab 工作空间的数据流仿真实验。 选择数字信号基带在传输过程中的误码率作为实例开展数据流仿真实验。 将自适应天线研究作为实例开展时间流仿真实验。 实验结果表明,Matlab 工具能在数字通信系统仿真测试中灵活调整系统参数, 使系统运行效果达到最优。

为解决假负例和零损失问题, 将 Transformer 网络结构用于提取知识库中的实体描述信息, 用带有约束性的自注意力机制寻找最能表达实体意义的表示子空间以增强实体的表示能力, 引入对抗生成网络思想生成负样本, 提升了知识表示能力。 该方法在公共计算机课程知识图谱的构建中, 清楚描绘了课程知识点间的内在关系, 对于指导课程设置与进度安排, 引导学生学习具有十分重要的意义。

为了解决科技报告评价问题, 提出了竞争力评价指标体系的指标选取和指标权重, 给出科技报告竞争力评价指标体系的评价公式; 根据设计的竞争力评价公式模型, 结合科技报告竞争力评价系统设计, 采用计算机手段实现了吉林省科技报告竞争力评价系统。 评价实例证明, 该评价系统真正地实现了自动化的单篇科技报告评价或多篇科技报告对比评价, 为科研项目管理提供一定的参考依据。

为有效提高网络课程中视频编辑的质量和效率, 分析了多媒体制作软件 Edius 6. 5 系列的实用性, 提出一种基于 EDIUS6. 5 技术的非线性编辑技术, 通过对实际课程编辑制作过程的试验, 指出了基于 EDIUS6. 5 技术的非线性编辑技术的应用方式和技巧, 为网络课程制作提出了较好的参考价值和借鉴意义。

为提高遥感图像对农作物的预估精度和农业种植效率, 设计了基于卫星遥感图像的农作物分类算法。 以2018 年 7 月 30 日哨兵二号(Sentinel-2)卫星拍摄的高分辨率哈尔滨市农业示范基地卫星影像为实验数据, 在不同光谱波段内(含红边波段), 通过使用最大似然法、 支持向量机法、 神经网络法分别对影像中水稻、 大豆、玉米、 高粱等农作物特征进行提取、 分类, 获得到农作物分类图;将统计结果与真实的参数进行比较, 分析了相同算法下使用不同数据源, 不同算法使用相同数据源, 这两种情况下的分类精度与可靠性。 实验结果表明,通过神经网络法得到的分类结果精度最高, 可靠性最强, 适合于全国范围内推广。