1 上海海事大学, 上海 201000
2 东南大学, 南京 211000
针对三自由度直升机系统, 研究了基于自适应观测器的故障估计问题。首先, 建立了三自由度直升机的非线性模型, 研究了基于比例型自适应观测器的故障估计方法;进一步, 为了提高三自由度直升机系统故障估计的动态性能, 构造了比例-微分型自适应观测器;通过引入H∞性能保证了所提出的故障估计方法的鲁棒性, 并且利用线性矩阵不等式计算观测器增益;最后, 通过三自由度直升机仿真系统对所设计的故障观测器进行仿真验证。结果表明, 与比例型自适应观测器相比, 比例-微分型自适应观测器具有更好的故障估计精度和速度。
三自由度直升机 故障估计 自适应观测器 执行器故障 3-DOF helicopter fault estimation adaptive observer actuator fault
江苏大学食品与生物工程学院, 江苏 镇江 212013
三文鱼是一种营养丰富且味道鲜美的海水鱼种, 近年来, 我国三文鱼消费市场需求旺盛, 进口量不断增加, 而进口方式主要包括冰鲜和冷冻两种。 相比于冷冻三文鱼, 冰鲜三文鱼能更好的保留其优良品质, 但同时成本更高, 售价更贵。 因此存在部分不法商贩将冷冻三文鱼解冻后作为冰鲜三文鱼售卖, 以此谋取更多利润。 这种欺诈行为不仅严重损害了消费者的利益, 也不利于我国三文鱼消费市场的健康发展。 为建立一种快速、 无损的三文鱼品质检测方法, 以冰鲜和冻融三文鱼为研究对象, 对冰鲜和冻融三文鱼的高光谱光谱差异和图像差异进行了分析, 并结合化学计量学方法对冰鲜和冻融三文鱼进行快速鉴别。 三文鱼在冷冻运输过程中, 受冷链条件等因素的影响, 可能存在多次冻融的情况。 因此为提高检测方法的通用性, 制备不同冻融次数的三文鱼作为冻融组。 首先通过高光谱成像系统采集样本的高光谱图像数据。 然后利用ENVI 4.5软件提取样本高光谱图像中感兴趣区域(ROI)的平均光谱, 同时利用灰度共生矩阵法(GLCM)对前三个主成分图像的纹理信息进行提取。 原始光谱信息经过多元散射校正(MSC)等方法预处理后, 利用主成分分析法(PCA)、 竞争性自适应重加权算法(CARS)、 连续投影算法 (SPA)和CARS-SPA对光谱进行降维和变量筛选。 最后基于光谱信息、 图像信息以及融合光谱-图像信息分别结合反向传播神经网络(BPANN)、 线性判别分析(LDA)、 极限学习机(ELM)和随机森林(RF)建立冰鲜与冻融三文鱼鉴别模型。 结果显示基于MSC预处理光谱的CARS-ELM模型对冰鲜与冻融三文鱼识别效果最佳, 其校正集和预测集的识别率分别为100.00%和95.00%。 此外, 在对三文鱼的冻融次数鉴别研究中, 基于MSC预处理光谱建立的CARS-ELM模型对三文鱼冻融次数识别效果最佳, 其校正集和预测集的识别率分别为97.50%和91.67%。 研究结果表明, 基于高光谱成像技术能够对冰鲜与冻融三文鱼进行快速鉴别。
高光谱成像技术 冰鲜与冻融三文鱼 冻融次数 波长筛选 模式识别 Hyperspectral imaging technology Chilled and frozen-thawed salmon Frozen-thawed times Wavelength screening Pattern recognition 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3530
江苏大学食品与生物工程学院, 江苏 镇江 212013
生鲜调理牛排超过货架期时, 其散发的腐败气味易被调料气味掩蔽, 使消费者难以分辨。 挥发性盐基氮(TVB-N)是表征肉品新鲜度的有效指标。 由于测定TVB-N含量的化学方法繁琐耗时, 利用高光谱对生鲜调理牛排中TVB-N含量进行预测, 并讨论了不同波长选择算法所建模型的预测效果。 分别在第0, 2, 4, 6, 8天取出制备好的生鲜调理牛排, 进行高光谱数据采集和TVB-N含量测定。 采用1st Der, 2nd Der, MC, MSC, SG和SNVT六种光谱预处理方法对光谱数据进行预处理, 并建立偏最小二乘模型(PLS)优选出最佳预处理方法。 采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、 变量组合集群分析法 (VCPA)、 间隔随机蛙跳(iRF)、 iRF-CARS、 iRF-VCPA等方法对预处理后的光谱数据进行波长选择, 建立特征波长下的预测模型。 将CARS和VCPA重复运行50次考察其稳定性, 并选择频次较高波长建模与单次运行比较。 结果表明: 在六种光谱预处理方法中, 1st Der为最佳预处理方法。 CARS和VCPA单次运行时分别选择了21和11个波长, 其中VCPA选择波长建模预测效果更好, 模型的RC和RP分别为0.944和0.931, RMSECV和RMSEP分别为1.12和1.28 mg·(100 g)-1。 统计CARS和VCPA重复运行50次时各波长被选择频次, 结果表明VCPA因其二进制矩阵采样法(BMS)为每个变量提供相同的采样机会而有更好的稳定性。 同时发现两种方法有共同的高频次波长: 694.9, 696.6, 761.8, 763.5, 811.5和813.3 nm等。 将波长被选频次降序排列, 选择与单次运行数量相同的较高频次的波长建模, 所得模型性能较差。 将iRF分别与CARS和VCPA联用, 其中iRF-CARS表现出较强的预测能力, 选择了24个波长建模, 模型的RC和RP分别为0.966和0.938, RMSECV和RMSEP分别为0.91和1.22 mg·(100 g)-1。 这说明将波长区间选择和波长点选择联用可以实现它们的优势互补。 高光谱技术结合波长选择方法可以很好地预测调理牛排中TVB-N含量, 研究可为波长选择算法联用策略和调理牛排新鲜度快速检测提供理论参考。
高光谱成像 生鲜调理牛排 挥发性盐基氮 竞争性自适应重加权采样 变量组合集群分析 Hyperspectral imaging Freshprepared steaks Total volatile basic nitrogen Competitive adaptive reweighted sampling Variables combination population analysis 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3224
江苏大学食品与生物工程学院, 江苏 镇江 212013
牛肉丸是一种口感独特的肉类深加工食品。 不法商贩为了谋取利益, 在牛肉中掺入猪肉、 鸡肉等廉价肉制作肉丸冒充纯牛肉丸售卖。 传统的肉品掺假检测方法费时费力, 成本高昂。 高光谱成像技术具有快速无损、 低成本等优点, 因此对牛肉丸中掺假猪肉和鸡肉进行高光谱成像检测。 首先分别制作纯牛肉丸和混有掺假肉猪肉和鸡肉的牛肉丸, 掺假肉占原料肉质量比例分别为5%, 10%, 15%, 20%, 25%。 采集所有肉丸样本的高光谱信息并提取光谱数据。 分别采用1st Der, 2nd Der, MC, MSC, SG和SNVT六种预处理方法对所提取光谱进行预处理, 建立全波段下偏最小二乘(PLS)掺假含量预测模型, 并比较模型预测效果得出最佳预处理方法。 对最佳预处理方法处理后的光谱数据进行特征波长的筛选, 筛选方法有: 连续投影法(SPA)、 竞争性自适应重加权算法(CARS)、 联合区间偏最小二乘法(siPLS), 并创新性地联用siPLS与CARS的联合区间偏最小二乘-竞争性自适应重加权算法(siPLS-CARS)。 最后比较不同波长筛选方法下的模型预测效果。 研究表明, 牛肉丸掺猪肉和鸡肉PLS预测模型最佳预处理方法分别为MSC和1st Der。 SPA, CARS和siPLS-CARS分别筛选了掺猪肉样品光谱中的13, 51和32个特征波长, siPLS将全光谱分为14个子区间, 联合第1, 3, 7, 13子区间进行建模, 其中CARS筛选波长后的PLS预测模型效果最好, RC和RP分别为0.981 4和0.972 1, RMSECV和RMSEP分别为0.016 3和0.020 3。 SPA, CARS和siPLS-CARS分别筛选了掺鸡肉光谱中的15, 61和28个特征波长, siPLS将全光谱分为15个子区间, 联合第7, 8, 11, 12子区间进行建模, 最佳波长筛选方法也是CARS, 此时PLS预测模型RC和RP分别为0.990 2和0.987 8, RMSECV和RMSEP分别为0.012 3和0.012 6。 siPLS-CARS相比于siPLS不仅缩减了特征波长数量, 且提高了模型预测的精度； 相比于CARS筛选出的波长更少, 但精度略低。 掺鸡肉样品预测模型效果整体优于掺猪肉样品。 研究结果表明高光谱成像技术可以实现牛肉丸中掺假的含量预测, 为牛肉丸掺假快速检测提供理论基础。
高光谱成像 牛肉丸掺假 特征波长 偏最小二乘 Hyperspectral imaging Beef meatball adulteration Characteristic wavelength Partial least squares 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2208
1 上海海事大学，上海200135
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
针对遥感图像由于较大仿射变换关系、相似图案和多源性等导致图形匹配时出现伪同构现象，提出了一种基于双向邻域过滤策略的图形匹配方法.本方法采用双向邻域的图形特征描述子来表示特征点的邻域关系.当误配点的双向邻域任意顶点在后期迭代中被视为误配点时，将与匹配点集具有稳定双向邻域结构的点恢复至匹配点集，同时剔除伪同构中残留的误配点.通过与Random Sample Consensus (RANSAC)、Graphing Transformation Matching(GTM)算法以及提出的双向邻域匹配方式比较得出，基于双向邻域过滤策略的匹配方式能够处理空间顺序匹配时存在的伪同构问题，同时获得更高的召回率和匹配率.
图像配准 图形匹配 遥感图像 伪同构 image registration graph matching remote sensing images pseudo isomorphic
1 西安应用光学研究所, 西安 710100
2 中国科学院物理研究所, 北京 100080
3 陕西师范大学物理系, 西安 710062
利用表面增强喇曼散射(SERS)在灰银胶体系中研究了KCl对尿嘧啶分子吸附状态的影响,并将实验结果与Oh等人在黄银胶体系中的实验结果进行了详细比较.对这一实验现象进行了定性解释.
表面增强喇曼散射 尿嘧啶 吸附 灰银胶 黄银胶
