本实用新型提供一种流场实时精确测量系统，包括示踪粒子发生器，用于产生示踪粒子并释放到待测流场；图像处理子系统，包括激光发射单元和图像采集单元，用于照亮示踪粒子并且采集示踪粒子图像；PIV 测量子系统，用于接收示踪粒子图像数据，测量全流畅速度矢量，并按照流场情况调整采集图像时间间隔和实现空间分辨率自适应测量；示踪粒子发生器设置在待测流场上游，图像处理子系统采集流场中示踪粒子图像，传递给 PIV 测量子系统。本实用新型提供的流场实时精确测量系统，对于流速高，尤其是高超音速流场、变化剧烈的流场进行实时测量

随着反射面天线口径不断增大和频段不断升高，日照温度效应对天线的电性能的影响已经越来越引起工程界的重视。露天工作的大口径反射面天线因日照温度场而产生较大的温度梯度，导致结构产生明显变形，进而严重影响天线的电性能。针对天线所在地理位置及气候环境，通过仿真与实测相结合的方法实时预估天线温度场和热变形，结合天线实际结构，提出了相适应的温度传感器布局方案，设计了电性能实时自适应补偿流程，开发了一套反射面天线温度场实时监测与热变形实时补偿系统，实现了天线的电性能的实时补偿，为提高大口径反射面天线复杂环境下的服役性能提供了技术支撑。 主要技术指标 研制的热变形补偿系统的调整量计算精度优于反射面天线控制系统调整量最小分辨率，电性能补偿的实时性良好，该系统通过了总装专家联合测试组的测试，测试结果表明热变形补偿系统设计可行，能够修正热变形导致的指向误差，在对星动态测试中，能够提高天线接收射电星的功率。 相关成果 研制了一套大口径天线热变形实时补偿软硬件系统一套，包含温度传感器最优布置方法、数据采集硬件系统、温度传感器的误差分析与补偿算法、大口径天线热变形实时补偿系统综合软件平台。

新型混沌介质偏振信息实时探测系统以场景目标光与散射光偏振特性的差异为基础，结合渥拉斯顿棱镜的分光原理，设计的一种新型混沌介质偏振信息实时探测系统。偏振是独立于光强、光谱和相位之外的另一维信息，本系统考虑并利用光的偏振特性及其包含的混浊介质信息，以去除云、雨、雾霾等混浊介质的影响为目的，实现云、雨、雾霾天气条件下清晰图像的重建，保证恶劣条件下精确观测。该系统具有以下优势：² 拓展探测维度：提高探测精度：反应物质自身特性：增强环境适应性

项目背景 授时、定位、导航是以北斗卫星为核心建立的 PNT 服务的三大要素，在国民经济、国家安全和科学研究诸多领域发挥广泛的支撑作用，是国家重要的基础设施。目前，时间比其他物理量要高出至少四个数量级，是当今测量准确度最高、应用最广泛、唯一实现全球高精度传递的基本物理量。 西方国家在高精尖技术领域对我们实行封锁和禁运，2019 年 8 月，美国国防部发布了其公开版《国防部定位、导航与授时体系战略》报告。报告明确了以授时为核心的定位、导航与授时体系建设。近年来国内外花费大量的财力和人力所建立的不同的卫星导航定位系统的基础工作，其中最关键的设备---精密时频设备（原子钟）远程实时在线计量、测试和校准工作的必要性也日渐展现出来。 目前国内外技术仍存在一些问题：时频系统之间的高精度时间同步特别是纳秒量级、亚纳秒量级时间同步一直无法解决，一定程度上制约了时频系统的建设和发展，也会给用户造成很大的困惑。原子频率标准的频率校准与计量，特别是在线校准与计量一直无法解决。 我国有若干个时频实验室和若干个时间统一系统，按照规定，每间隔一定的周期，需要对这些系统的时间同步能力和守时能力进行计量、校准和评估，因此，急需建立一种远程计量校准平台对时频系统时间同步、守时能力进行计量、校准和评估。 本项目基于 NTSC 现有硬件和软件资源，开展基于卫星共视/卫星双向的时频设备远程在线计量、测试和校准方法研究，解决各卫星测控基地、雷达站、各武器试验靶场及海军长河二号系统守时实验室等全军武器装备建设中的精密时频设备（原子钟）的远程实时在线计量、测试和校准困难的问题，为军用时频体系建设中高精度时频系统计量校准研究做铺垫。 （二）项目简介 本项目要对时间频率进行测量，根据时间频率量值传递基本方法，可采用直接与已知的标准信号进行比较和通过接收机接收参考标准信号然后比较两种方法。要实现时间频率的计量校准，根据相关国军标规定，在对频率稳定度进行测量时，标准频率源的频率稳定度应优于待测频率源频率稳定度的 3 倍，对频率准确度、频率漂移率等其它指标进行测量时，标准频率源的相应指标应优于待测频率源一个数量级。 据此要求，我们拟研制基于卫星共视的远程时频计量校准平台，共视主站外接国家授时中心钟房主钟信号，共视副站外接一台铷原子钟，根据时间频率量值传递要求，通过共视接收系统接收 BDS/GPS 卫星信号，一方面通过 BDS/GPS 共视比对实现对时频设备的校准。另一方面可利用共视比对数据对副站的铷原子钟进行驯服，使其通过 BDS/GPS 共视比对同步到UTC(NTSC)，作为待测时频系统远程在线计量校准可靠的参考频率源。 时频系统实时在线计量和校准示意图如图 1 所示，时间频率基准采用中国科学院国家授时中心保持的标准时间和标准频率，在国家授时中心放置卫星共视设备和卫星双向设备，在主要节点的时频系统放置卫星双向设备，在次要节点的时频系统放置卫星共视设备，使各个时频系统与国家授时中心之间建立远程的高精度时间比对，然后根据钟差比对结果完成时频系统的远程实时在线计量和校准功能。 图 1 时频系统实时在线计量和校准示意图 时频系统实时在线计量和校准装置包括 GNSS 接收机模块、卫星双向传递终端设备、卫星共视比对数据处理软件、卫星双向远程比对数据处理软件及远程在线计量和校准软件，接收机天线等模块组成。 时间频率源远程校准采用共视比对法，原理如图 2 所示。主要指标包括频率准确度和频率稳定度、频率漂移率。 图 2 共视比对法原理框图 本项目中远程用户时频系统本地时间向 UTC（NTSC）（或 UTC（CMTC））的溯源采用 BDS/GPS 共视时间比对与传递方法实现。卫星共视比对数据处理软件最后将 GNSS 卫星的星历数据、电文信息、相位测量值、GNSS 共视数据及共视比对结果以文字、图形显示。 我们利用已有条件搭建了如图 3 所示的卫星双向高精度时间比对与传递平台的调制解调器部分，并进行了 100 米电缆自环试验，得到了初步结果。 图 3 卫星双向高精度时间比对与传递平台的调制解调器 （三）关键技术 本项目涉及到的关键技术包括以下七个方面： 1.时频系统的溯源方法 2.单点对多点的远程实时在线计量技术 3.单点对多点实时在线计量和校准的 C/S 结构设计 4.自适应同步校准驯服算法 5.多线程技术研究 6.时频系统实时在线计量和校准系统 7.基于 UTC（NTSC）远程时频校准方法

本系统是基于计算机图像处理技术的 X 射线实时成像检测系统，对工业生产中关键部件实现无损检测。该系统分为动态检测和静态处理两大部分。在动态检测中，系统可以根据图像检测算法，对图像中的缺陷进行实时检测和评判。在静态处理中，系统除了可以进行图像的边缘检测，长度、面积的自动测量，灰度直方图统计等操作外，更为重要的是可以根据内置的算法及标准，对缺陷的性质和等级进行自动评定。该系统具有成像质量高、测量精确、操作简便、稳定性好的优点。

项目成果/简介:本项目开发了一套 32 吨级工业自动吊车系统，相关技术处于国际领先地位。本展品可使吊车运送效率比当前主流方法提高 77%以上，行程 6 米时，最大定位误差不超过 5 毫米，精度非常高。同时，本展品可确保事故率降低 50%以上，使操作人员工作效率提高 2-3 倍。本展品已在天津起重设备有限公司生产的吊车上进行了大量的推广应用。 这项成果符合《中国制造 2025》的战略目标，具有非常显著的经济效益。它定位精度高，有助于实现核废料运送与处理等操作。无人式的操作方式可以使桥式吊车在各种危险环境下作业，从而进一步拓宽了其工作范围，在先进制造行业产生了非常积极的影响。 这项成果在创新性方面处国际领先水平。在吊车控制方面，国际上近 5 年来引用数排名前十名的论文中，这项成果占到 4 篇；成果第一完成人方勇纯教授应邀前往波兰华沙参加第 11 届机器人运动与控制研讨会并做大会报告（其他三位大会报告人分别来自美国，法国，葡萄牙）。2016 年，成果入选国家自然科学基金委资助项目优秀成果选编（六），信息科学部 5 年共入选成果 25 项，其它入选成果的第一完成人分别为高文院士，杨学军院士，钱锋院士，房建成院士，郝跃院士等著名专家。应用范围:吊车是应用领域最广的设备之一，我国在基础设施建设上的持续投入，为吊车类起重机械的蓬勃发展提供了非常好的机会。随着产业转型升级和战略性新兴产业发展，智能起重机是起重机行业的大势所趋，也是当前智能制造业的迫切需求。具体体现在：（1）新兴产业促使起重机趋向大吨位、高效率、自动化、智能化及多用途方向发展。（2）用户对起重机性能的要求不断提高，为此必须借助于新兴的智能技术来研制智能型起重机。（3）随着全球经济一体化，制造企业需要借助于智能起重机来提升装配水平和生产效率，增强在国际市场的竞争力。 本自动化吊车可以为地方经济和社会发展注入活力，可望形成重要的产业基地。主要体现在：（1）本自动吊车科技水平高，可以提高相关制造业的技术水平和产品竞争力。（2）本自动吊车本身及衍生产业可以提供就业机会，缓解社会压力。（3）本自动吊车主要用于具有智能化生产流程的核电、码头、建筑行业等，可带动上下游企业的发展。（4）本自动吊车具有良好的市场前景，更便于带动产业的发展，在实施地区可形成重要的产业基地。效益分析:特色 1：本展品的自动化吊车包括机械部分与电气部分，还开发了吊车自动控制软件系统。具体而言，为了实现高性能自动控制，提高实时性，设计了基于 DSP 的多轴控制板。手/自动操作可由遥控器上三个按钮进行设置，DSP 可以实时监测对应的三路信号来判断吊车的手/自动状态，以便在变频器操作模式无变化的情况下，通过 PLC实现吊车手/自动控制状态的平滑切换，自动模式由 DSP 提供控制信 号，手动模式由单片机提供。 特色 2：建模、轨迹规划、跟踪及自动快速消摆技术。提出了一种精确的多吊绳吊车模型与一种基于鱼群行为的 RNA 遗传算法的建模方法。可更为准确地刻画实际工业吊车特性，为后续控制方法设计与分析奠定坚实的基础。提出了多种便于台车跟踪的自动消摆轨迹，简单易行，效果良好。此外，提出了一种增强耦合非线性消摆控制技术、一种鲁棒滑模控制方法以及一种考虑轨道约束的自适应消摆控制技术，能充分考虑外界干扰与未建模动态的干扰，取得良好的防摆与定位控制效果。此外，考虑吊车执行器的饱和约束、部分信号不可测量等实际问题，还设计并提出了一系列行之有效的自动控制方法。 特色 3：运动体检测与三维场景重建技术。具体而言，项目组搭建了一种彩色点云获取设备，可以准确获取实际工况下带有颜色信息的三维点云。提出了一种三维的正态分布变换算法，在实际应用中取得了稳定有效的结果。为防止桥式吊车现场危险事故的发生，设计了一种智能监控系统来发现进入吊车操作现场的人，并在可能发生危险时进行警报。经大量测试，所提技术能很好地完成预定任务。 特色 4：持续扰动抑制。针对野外工作的吊车系统，设计了一种适用于持续扰动情况下的非线性复合消摆方法。除此之外，针对周期性干扰的不利影响，项目组还提出了一种重复学习与部分反馈相结合的控制方法。两种方法均可有效抑制持续干扰对吊车系统的影响。 特色 5：竖直起降技术。针对负载的起吊、落吊、水平传送过程，提出了一种非线性跟踪控制方法，该方法能保证台车及绳长变化的跟踪误差始终地保持在任意设定的范围内并收敛于零，同时能有效地消除负载的摆动，大幅提高系统的工作效率。

本项目开发了一套 32 吨级工业自动吊车系统，相关技术处于国际领先地位。本展品可使吊车运送效率比当前主流方法提高 77%以上，行程 6 米时，最大定位误差不超过 5 毫米，精度非常高。同时，本展品可确保事故率降低 50%以上，使操作人员工作效率提高 2-3 倍。本展品已在天津起重设备有限公司生产的吊车上进行了大量的推广应用。 这项成果符合《中国制造 2025》的战略目标，具有非常显著的经济效益。它定位精度高，有助于实现核废料运送与处理等操作。无人式的操作方式可以使桥式吊车在各种危险环境下作业，从而进一步拓宽了其工作范围，在先进制造行业产生了非常积极的影响。 这项成果在创新性方面处国际领先水平。在吊车控制方面，国际上近 5 年来引用数排名前十名的论文中，这项成果占到 4 篇；成果第一完成人方勇纯教授应邀前往波兰华沙参加第 11 届机器人运动与控制研讨会并做大会报告（其他三位大会报告人分别来自美国，法国，葡萄牙）。2016 年，成果入选国家自然科学基金委资助项目优秀成果选编（六），信息科学部 5 年共入选成果 25 项，其它入选成果的第一完成人分别为高文院士，杨学军院士，钱锋院士，房建成院士，郝跃院士等著名专家。

随着空分装置朝着大型化，稀有气体全体区和全面计算机控制的发展，对空分操作人员的素质及操作技能提出了极大的挑战。要在生产实践中培养出一个合格的熟练的操作人员一般需要5年左右的时间。 当前，操作仿真技术在操作人员培训方面有着特殊的功能，目前已经有用于各种运载工具（如飞机、船舶等）以及各种复杂设备系统（如电站、电网、大型化工系统等）的仿真训练机，在提高效率、节约能源、安全训练等方面起了十分重要的作用。为此，我们开发了大型空分装置操作仿真培训系统。该系统可用于对运行人员进行培训，促进其对设备运行特点、操作动态响应特性的了解，提高操作技能和应变能力，从而最大限度地提高设备运行的安全性和可靠性，减少运行事故的发生。 目前，该技术已应用于我国几个大型冶金企业的制氧厂，取得了良好的效果。