电子科学与技术

• 柔性一体式测深侧扫水声换能器设计

  陶小龙;仲超;秦雷;

  为适应水下无人潜航器（unmanned underwater vehicle,UUV）小型化、集成化的发展需求，开发轻薄水声换能器成为必然趋势。基于1-3型压电复合材料，提出了一种柔性一体式测深侧扫水声换能器的设计方案。该换能器由柔性衬底、柔性支撑结构、柔性水密结构以及测深侧扫敏感元件构成。基于辐射声场理论，对测深换能器在弯曲过程中的声场辐射特性进行了分析。制备了换能器样机，并对其性能进行了测试。结果表明，柔性一体式测深侧扫水声换能器能够在0°～40°的范围内弯曲，可适应多种UUV型号；侧扫换能器谐振频率为624 kHz，发射电压响应级达到170.9 dB；柔性测深换能器谐振频率为508 kHz，最大发射电压响应级达到172 dB。

  2025年03期 v.40;No.165 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 2277K]
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• 多层异质集成的LTCC基板力学性能测试与有限元仿真分析

  李秀丽;曹丽莉;李振松;

  具有多层异质结构（金属布线层与陶瓷层等）的低温共烧陶瓷（low temperature co-fired ceramic, LTCC）基板是一种重要的集成封装部件，对其力学性能进行深入研究具有重要科学意义。针对6种具有不同异质集成结构的LTCC基板断裂行为进行了测试，获得了其极限弯曲强度。在此基础上，通过有限元仿真方法对其变形模式进行了探讨，并确定了最大主应力位置以及最先发生断裂行为的应力分布规律。研究结果表明，仿真结果与实测数据相对误差均在5%以内，具有良好一致性；当压载荷存在时，多层异质集成LTCC基板的裂纹扩展位置不同，其中，空腔四角处应力最大，具有该结构的基板极限弯曲强度最差。该研究为多层异质集成LTCC基板机械强度的提升提供了有效的实验和理论基础。

  2025年03期 v.40;No.165 8-13+28页 [查看摘要][在线阅读][下载 2359K]
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控制科学与工程

• 精准静电力驱动的金属微谐振陀螺激励方法

  夏连喜;刘宁;苏中;杨学思;赵辉;

  针对金属微谐振陀螺在高材料阻尼、残余机械应力以及低品质因数等因素影响下难以实现有效起振的问题，提出一种频率、幅值可调的静电激励电路方案，并研究静电力与金属微谐振子振动特性的关系。首先，分析金属微谐振陀螺的工作原理，建立其动力学模型，并结合环形极板电容器理论推导微谐振子唇沿振动特性，确定静电力与激励幅值之间的定量关系。其次，根据直接数字频率合成及高压放大原理，设计信号频率、幅值可精确控制的静电激励电路，并搭建陀螺样机。样机激光扫频及转台试验结果表明：金属谐振子唇沿振动幅度与激励源电压幅值成正比；当施加频率为8.87 kHz、电压幅值为99.7 V的激励作用时，陀螺样机存在陀螺效应。

  2025年03期 v.40;No.165 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1994K]
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• 基于改进CBAM-ResNet18的六安瓜片茶智能分级系统

  王成蹊;马洁;贾文珅;毕亮;陈冬冬;刘青伟;

  六安瓜片茶的品质分级长期依赖人工感官评估或电化学分析方法，存在效率低和成本高等局限。针对现有加入注意力机制的神经网络模型在茶叶细粒度分类中的局限性，提出了基于改进嵌入卷积注意力模块（convolutional block attention module, CBAM）的残差网络（residual network, ResNet）模型CBAM-ResNet18的智能评级系统。首先，将CBAM-ResNet18输入层中的最大池化层替换为卷积层，在降低空间维度的同时保留更多茶叶表面微观结构细节。其次，对CBAM-ResNet18的通道数进行压缩，使模型聚焦于不同等级茶叶间差异的关键区域，在提高模型分类精度的同时实现模型轻量化。实验结果表明，在涵盖4个主流品牌、4类等级的自制六安瓜片茶数据集上，所提模型的Top-1准确率达95.0%，媲美现有主流先进注意力网络。而模型总参数量和每秒可执行的浮点运算次数较原CBAM-ResNet18分别下降约83%和30%。在同步开发的低成本便携设备上部署后，采用FP32精度的推理时间约为1.5 s/帧，量化为INT8精度后的推理时间约为0.9 s/帧，证明了系统在六安瓜片茶质检领域的应用潜力。

  2025年03期 v.40;No.165 20-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 2116K]
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• 基于双重注意力网络的马铃薯晚疫病分类模型

  刘雨琛;张巧杰;

  传统马铃薯晚疫病检测方法在捕捉微小病斑和准确定位病害边缘时往往存在局限性，导致分类模型对病斑的识别精度有限。提出了一种基于双重注意力网络的马铃薯晚疫病分类模型。该模型以2D、3D结合的混合卷积神经网络为主干网络，结合3D并行空间和通道压缩激励（3D concurrent spatial and channel squeeze&excitation,3DscSE）模块，从通道和空间2个维度对特征进行加权，以增强模型对重要特征的关注能力。为增强边缘像素与中心像素的关系，融入十字交叉注意力（criss-cross attention,CCA）机制捕捉微小的病变区域。实验结果表明，该模型在马铃薯晚疫病叶片检测上能够捕捉病变区域的边界和细节，模型分类总体精度为91.16%。

  2025年03期 v.40;No.165 29-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1823K]
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• 考虑天气因素的GRA-LightGBM多模式交通流量预测

  王昕;王玥;袁柯楠;

  运用数据挖掘技术进行城市交通网络的多模式流量预测及影响因素分析，对于提高交通系统的效率和安全性，支持城市的可持续发展具有重要意义。提出一种基于轻量级梯度提升机（light gradient boosting machine, LightGBM）的多模式交通流量预测算法。根据历史流量数据及多种天气因素，使用灰色关联分析（grey relation analysis, GRA）和Shapley加性解释（Shapley additive explanation, SHAP）对不同交通模式下的天气特征进行筛选，完成城市交通网络中铁路、公交车等6种模式交通流量的鲁棒性预测。仿真试验结果显示，除民航外，GRA-LightGBM组合模型的预测精度在其余5种交通模式的流量预测中均优于极端梯度提升（extreme gradient boosting,XGBoost）模型、支持向量回归（support vector regression, SVR）模型和差分自回归移动平均（autoregressive integrated moving average, ARIMA）模型，表明GRA-LightGBM组合模型兼具时序感知和天气特征融合能力。

  2025年03期 v.40;No.165 36-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2547K]
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机械工程

• 前列腺穿刺辅助机器人建模与定位精度测量

  杨浩;张勤俭;

  设计了一款基于光学导航定位跟踪仪的轻量化前列腺穿刺辅助机器人。机器人由底座和滑台组成，整体质量小于3 kg。基于蒙特卡洛方法求解其工作空间，确保穿刺针的可达范围满足手术需求。搭建精度测量实验平台，利用光学导航定位跟踪仪测量针尖位置并转换坐标，通过计算理论值与实际穿刺点距离获取误差数据。实验结果表明，X、Y、Z轴方向均方根误差分别为0.593 3、1.321 9、1.352 0 mm，整体定位均方根误差为2.015 1 mm，基本符合临床手术精度要求。

  2025年03期 v.40;No.165 46-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1811K]
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• 基于Fluent的自由活塞膨胀机-直线发电机结构优化设计

  邬鸿霏;钟建琳;彭宝营;

  为了提高自由活塞膨胀机-直线发电机装置的活塞行程利用率和功率，引入Fluent中的动网格技术，分析温度、气缸直径、通口孔径、缓冲区直径对气缸内气体运动情况和活塞运动特性的影响。基于正交试验，研究多因素耦合对活塞运动特性的影响，并确定最佳结构参数。试验结果表明：气缸直径对活塞位移、速度的影响最大，其次为通口孔径；温度、缓冲区直径对活塞位移、速度的影响相对较小。

  2025年03期 v.40;No.165 54-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2270K]
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• 基于响应曲面法的Ti₂AlNb基合金微铣削表面粗糙度研究

  庞英杰;彭宝营;王鹏家;高俊;

  针对Ti_2AlNb基合金在微铣削加工中表面粗糙度控制难题，采用中心复合设计响应曲面法开展微铣削试验，构建了主轴转速、每齿进给量与铣削深度对表面粗糙度的二阶预测模型。方差分析结果显示模型的多重拟合系数（R~2）为0.978 1，微铣削试验结果显示模型的平均误差为10.21%，验证了模型的可靠性与准确性。参数交互作用分析显示，每齿进给量与铣削深度的交互作用对表面粗糙度的影响最大。

  2025年03期 v.40;No.165 62-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1490K]
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仪器科学与技术

• 基于卡尔曼估计观测器的振镜控制方法

  孔祥灿;吕勇;夏润秋;

  激光精密加工领域中，振镜高速扫描系统的动态性能是决定加工效率与质量的核心要素，其控制精度直接关联工业制造应用场景下的可靠性。为满足高速高精度加工需求，设计开发了一种基于卡尔曼估计观测器的加速度估计与控制方法，通过实时估算加速度参数实现精准闭环控制。实验结果表明，相较于基于位置二阶微分获取加速度的传统方法，基于卡尔曼估计观测器获取的加速度信号相位准确且波形平滑无毛刺，实现了更高的测量稳定性与精确度；并且引入加速度控制后，系统阶跃响应时间显著缩短，动态响应速度大幅提升。

  2025年03期 v.40;No.165 67-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1808K]
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• 类人足球机器人场地线交叉点检测及全局定位

  谢意林;燕必希;王君;孙鹏;

  针对类人足球机器人在图像模糊、小目标检测与资源受限条件下的交叉点检测与全局定位问题，提出了一种融合深度学习与粒子滤波的定位方法。在YOLOv11中引入空间与通道协同注意力（spatial and channel synergetic attention,SCSA）和多尺度卷积模块（multi-scale convolutional block,MSCB），提升场地线交叉点检测精度与鲁棒性。结合机器人坐标系下的交叉点定位模型构建观测输入，并在粒子滤波算法中引入观测置信约束、自适应采样与遗传优化重采样策略，提升粒子多样性与状态估计精度。实验结果表明，改进YOLOv11模型的mAP_(50)达97.3%，计算量降至19.8 GFLOPs；实机定位误差最大为45.9 mm，算法在不同区域均保持稳定性能，整体精度满足机器人世界杯（robot world cup,RoboCup）类人组比赛对全局定位的需求。

  2025年03期 v.40;No.165 73-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 2288K]
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• PCB型电感式编码器信号误差补偿方法

  罗石宝;吕勇;王艳林;

  印制电路板（printed-circuit board, PCB）型电感式编码器在其安装过程中的偏心、倾斜会导致输出信号存在直流偏置、幅值不等及中心点偏移等误差，严重影响测量精度。为修正上述误差，提出一种双周期复合补偿方法。通过分析传感器的误差来源，对输出的正余弦信号幅值自校准，采用补偿公式拟合出周期误差曲线，与原始误差相减，进而抑制误差。对比补偿前后的实验结果表明，误差由±0.070°降至±0.015°，传感器测量精度显著提高，验证了补偿方法的有效性。

  2025年03期 v.40;No.165 83-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2338K]
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• 人和猴MRA图像脑血管图谱构建方法

  王歆雨;娄小平;

  脑血管统计图谱对理解脑血管结构和功能意义重大，目前研究主要集中在人类脑血管图谱和脑组织图谱构建，猕猴脑血管统计图谱相关研究尚属空白。为此，提出了一种适用于人和猕猴的脑血管统计图谱构建方法。经去颅骨、去噪、偏置场校正等预处理过程，结合快速模糊c均值聚类和马尔可夫随机场（fast fuzzy c-means clustering and Markov random field, FFCMMRF）血管分割方法，基于ANTs (advanced normalization tools)的配准方法，将个体图像配准到人和猕猴各自的标准空间，以此来构建脑血管统计图谱；并比较人类数据的跨中心一致性，验证该方法在猕猴数据上的适用性。使用来自多中心的包括290名人类健康受试者和4只猕猴的时间飞跃法-磁共振血管造影（time of flight-magnetic resonance angiography, TOF-MRA）脑血管图像数据进行实验。结果表明，人类数据的脑血管统计图谱在不同中心间具有一致性，表明图谱构建方法跨中心可行；该方法在不同物种间也表现出良好适应性，为跨物种研究提供了可能。

  2025年03期 v.40;No.165 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 2055K]
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计算机科学与技术

• 基于遗传算法的“数据结构”智能组卷系统构建与优化

  刘城霞;

  为研究既能根据课程特点进行题目组织，又能高效快速生成考试试卷的考试系统，构建了基于遗传算法的“数据结构”智能组卷系统。首先，基于“数据结构”课程题目特性，提出了一种新的自动组题方法。根据不同数据自动生成多样化图形，结合题目类型，在题干不变的情况下创造出多个难度相同的不同题目，增加了组卷时选题的灵活性，并确保试卷难度均匀性。其次，采用基于难度方差适应度函数的遗传算法，优化题目的选择和组卷过程。优先选取分值较高的主观题作为初始种群，并采用轮盘赌算法进行选择和变异，通过迭代使适应度尽快收敛，确保题目在试卷中均匀分布。研究成果已应用于“数据结构”课程的在线考试系统。

  2025年03期 v.40;No.165 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1779K]
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• 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》征稿启事

  <正>《北京信息科技大学学报(自然科学版)》是北京信息科技大学主办的学术期刊,双月出版,国内外公开发行,为中国期刊全文数据库、中国核心期刊(遴选)数据库、国家科技学术期刊开放平台、维普网、超星数字图书馆、Ulrichsweb美国乌利希期刊指南(网络版)、JST日本科学技术振兴机构数据库等多家数据库来源期刊,为《中国学术期刊影响因子年报》统计源期刊,被评为中国高校优秀科技期刊、Caj-cd规范获奖期刊。本刊长期面向校内外专家、学者、研究生征稿,期待您的支持。

  2025年03期 v.40;No.165 105页 [查看摘要][在线阅读][下载 238K]
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