最新刊期
2025年第33卷第17期
- “聚焦光学元件超精密制造，分析了表面误差形成机理和检测技术挑战，为高性能光学元件国产化提供技术参考。”摘要：极紫外光刻作为半导体制造领域的核心技术，对光学元件表面质量提出了原子级精度的严苛要求，并要求光学元件近乎为零的表面/亚表面损伤。本文聚焦光学元件超精密制造，介绍了光学元件材料特性与制造工艺引起的表面误差形成机理，剖析了不同空间尺度误差检测的技术挑战与研究进展。针对低频面形误差检测，重点分析了绝对检测技术与子孔径拼接检测技术。对于粗糙度检测，分析了白光干涉显微技术、原子力显微技术，超分辨白光干涉技术的研究进展。针对光学元件表面/亚表面缺陷的多模态表征需求，对比了各类电镜、干涉、探针、散射等检测方式的优缺点。最后，基于当前技术瓶颈与高性能光学元件需求，展望了光学元件检测技术向智能化、多物理场耦合表征及原位监测等方向的发展趋势，为关键装备部件国产化提供技术参考。关键词：先进光学制造;光学测量;面形检测;粗糙度检测;缺陷检测2|0|0更新时间：2025-09-30
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大跨度高精度光斑质心提取 AI导读
“在合作靶标特征点成像领域，提出了自适应光斑质心提取方法，有效提升了测量精度和实时性。”摘要：针对合作靶标特征点成像在大跨度动态测量中的特征提取精度下降、实时性不足问题，提出了一种融合帧间运动预测与改进亚像素边缘检测的自适应光斑质心提取方法。基于合作靶标测量运动连贯性特性，构建了动态感兴趣区域（Region of Interest， ROI）特征参数模型，以帧间运动预测实现ROI的快速定位，结合大律法阈值优化策略实现自适应Canny边缘检测，在提升计算效率的同时有效解决了不同测量距离下的降噪问题。然后，采用多方向Sobel算子与强度斜坡改进的Zernike矩相结合改进了边缘点定位算法，并基于高斯牛顿迭代改进鲁棒最小二乘圆拟合法，实现质心坐标计算。实验结果表明：在仿真测试中，本方法在不同噪声水平下的质心定位误差为0.001~0.025像素；实际测试中，ROI预测算法可满足加速度8.75 m/s2以内的测量场景需求，10~30 m测量距离内的光斑重复性定位误差稳定在0.016~0.040像素，优于传统方法；光斑提取速度提升约75.5%，显著增强了系统的实时处理能力。本研究可为合作靶标的测量应用提供有效技术保障。关键词：合作靶标检测;自适应光斑质心提取;帧间运动预测;改进的Sobel-Zernike矩2|0|0更新时间：2025-09-30 -
长角融合空间坐标测量系统误差建模和标定 AI导读
“在高端装备制造和大科学装置领域，专家完善了长角融合空间坐标测量系统，提出了高精度控制场标定方法，有效满足了实时天文观测对主动面面形精度控制的需求。”摘要：面向航空、航天等高端装备制造和大型射电望远镜等大科学装置建造、运行过程中多目标、自主并行测量需求，针对前期研究所提出的长角融合空间坐标测量系统，完善了几何结构误差模型，提出了一种基于自适应加权优化算法的高精度控制场标定方法，实现了长角融合空间坐标测量系统误差参数精准标定。室内标定实验24个标定点的点位坐标平均偏差为0.098 1 mm，接近单次测量仿真的理论平均偏差值。室外天文观测环境下10个观测点的点位坐标测量标准差优于0.021 mm，反射面切向位移最大比对偏差为0.022 mm，重力方向位移最大比对偏差为0.040 mm。实验结果表明，本文方法有效标定了长角融合坐标测量系统的误差参数，满足实时天文观测对主动面面形精度控制的需求。关键词：坐标测量;误差建模;误差标定;多目标2|0|0更新时间：2025-09-30 -
反射/折反射式变焦光学系统综述 AI导读
“在光学设计领域，反射/折反射变焦光学系统的研究进展为高分辨率成像提供新方向。”摘要：变焦光学系统通过对光学元件的主动可控调节，可以在单一光学系统内实现多个焦距数值，具有光学成像模式灵活的特点。反射/折反射变焦光学系统具有可实现大口径、长焦距的优势，在高分辨率成像场景中具有重要的应用潜力。本文系统地梳理了反射/折反射式变焦光学系统的发展历程，总结了各阶段的演进特征，并对典型系统的构型特征进行了梳理归纳，分析了其技术特点与指标数据。最后，对反射/折反射变焦光学系统的发展前景进行了展望，供光学设计领域研究人员共同探讨。关键词：变焦光学系统;反射式变焦;折反射式变焦;光学系统设计1|0|0更新时间：2025-09-30 -
沙氏激光雷达植物叶绿素荧光探测与验证 AI导读
“在植物生理研究领域，科学家基于Scheimpflug原理开发新型激光雷达系统SLiDAR，实现植物叶绿素含量的非接触、高精度遥感测量和三维结构信息同步获取，为植物生理状态监测提供创新技术手段。”摘要：植物叶绿素含量的精准监测对农业生产和生理研究至关重要，但传统方法存在需要近距离接触测量，效率较低等局限，且难以同时获取植物的三维结构特征。为解决这一问题，基于Scheimpflug原理开发了一种新型激光雷达系统（SLiDAR），旨在实现植物叶绿素荧光信号的非接触、高精度遥感测量和三维结构信息的同步获取。该系统采用连续波激光（450 nm）和倾斜CMOS传感器架构，通过红光通道荧光信号与蓝光通道弹性散射信号的归一化处理，以消除环境干扰并提升信噪比。实验通过对比SLiDAR系统与手持叶绿素仪（SPAD-502PLUS）对多种叶片的测量数据，结果显示两者具有极强的线性相关性（R²>0.98），验证了系统在5~10 m内毫米级空间分辨率和叶绿素反演中的可靠性。研究表明，SLiDAR系统兼具高光谱灵敏度与空间分辨率，通过获取叶绿素荧光信号间接实现叶绿素含量的高效、无损监测，为植物生理状态监测提供了创新技术手段，未来可通过多波长激发和算法优化进一步提升其在农业遥感中的应用潜力。关键词：沙氏激光雷达;荧光成像;三维点云;叶绿素荧光2|0|0更新时间：2025-09-30 - “在无人机目标探测领域，研究者设计了长波红外偏振成像系统，通过最优步进角参数和自适应检偏角度估计算法，提升了系统偏振响应稳定性，满足了红外强杂波背景下无人机目标探测需求。”摘要：针对分时型红外偏振成像系统在快速成像过程中的偏振响应稳定性问题，设计了一种长波红外偏振成像系统，用于无人机目标在红外强杂波背景下的目标探测。对偏振步进角度进行最优分析，通过角度误差模型仿真确定系统的最优步进角参数，从而减少偏振误差；设计了自适应检偏角度估计算法，通过时变参数型卡尔曼滤波算法实现角度的准确估计，以满足该系统在高转速下输出稳定偏振响应的需求。实验结果表明：在50 Hz的工作成像帧率下，经过滤波算法处理后的系统偏振响应波动降低91%，系统的偏振度精度达到了0.50%，偏振角精度达到了1.52°，相较于红外图像，偏振图像中的目标区域对比度可提升3~10倍。该成像系统能够提升无人机目标的对比度，满足红外强杂波背景下无人机目标的探测需求。关键词：成像系统;红外偏振成像;卡尔曼滤波;对比度提升;背景抑制2|0|0更新时间：2025-09-30
现代应用光学
- “在光学元件抛光领域，专家构建了硫化锌材料的超声辅助抛光理论与工艺体系，通过实验验证了修正去除函数的准确性，并发现超声辅助抛光技术能显著提升硫化锌的面形精度和表面粗糙度。”摘要：为实现硫化锌光学元件高质量抛光，开展了机器人超声辅助抛光的理论建模与实验研究，构建了适用于硫化锌材料的高精高效超声辅助抛光理论与工艺体系。首先，建立机器人超声辅助抛光过程中磨粒-工件接触模型，通过运动学分析超声振动作用下磨粒的三维轨迹特征；其次，基于Preston材料去除理论，引入超声振动产生的动态压力分量与相对速度分量，修正材料去除函数，构建考虑高频振动效应的硫化锌材料去除模型；然后，开展超声辅助驻点抛光实验，揭示抛光预压力和主轴转速对硫化锌材料去除深度（Material Removal Depth， MRD）和材料去除率（Material Removal Rate，MRR）的影响规律，并结合实验数据验证修正去除函数应用的准确性；最后，基于修正的去除函数及优化的抛光工艺参数，开展硫化锌平面超声辅助与非超声辅助抛光对比实验，采用白光干涉仪与轮廓仪对抛光前后的面形精度及表面粗糙度进行定量分析。结果表明：机器人超声辅助抛光下，材料面形精度PV值及表面粗糙度Sa均低于非超声辅助机器人抛光。在超声辅助作用下，表面粗糙度Sa值由2.632 nm降至1.782 nm，面形精度PV值由0.206λ（波长为632.8）降低至0.149λ。机器人超声辅助抛光技术相较于非超声辅助抛光效果更好，通过超声振动与抛光轨迹的协同作用可以实现硫化锌的高品质加工。关键词：机器人抛光;超声辅助抛光;硫化锌;去除函数;表面质量2|0|0更新时间：2025-09-30
- “在极端温度环境下，研究人员设计了新型工业CT原位加载装置，成功捕捉复合材料内部损伤演化过程，为航空航天等领域提供实验基础。”摘要：传统工业CT原位加载装置在高温/低温工况下均存在温控不稳定、控制响应迟滞以及热梯度伪影等问题，以导致复合材料热-力耦合行为观测失真。基于现有原位拉伸试验平台基础上，设计了一台适用于工业CT系统的双向温控原位加载装置。该装置通过优化夹具结构、设计上下对称布置的双向温控模块以及构建一套高适配性的原位拉伸控制系统，在-20~150 ℃受控温度环境下实现工业CT系统对复合材料样品微观结构的动态演化过程无损表征。利用该装置对碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer， CFRP）板状试样开展不同温度条件下的原位拉伸实验，并结合工业CT三维重构技术，捕捉CFRP的内部细观损伤演化过程。实验结果表明：在-20~150 ℃的温度条件下，随着拉伸位移的增加，工业CT扫描能够实时清晰记录试件从微观损伤到宏观失效的全过程。高温条件下，CFRP基体发生软化，界面脱黏与热膨胀失配显著，力学性能降低；低温则诱发树脂脆化、微裂纹萌生与界面应力集中等问题，导致性能劣化。该装置在-20~150 ℃内具备良好的温度控制性和加载稳定性。该装置的成功研制为深入揭示复合材料在极端温度环境下的内部损伤机制与结构演化规律提供了重要技术手段，也为其在航空航天、交通运输等领域的工程应用奠定了实验基础。关键词：工业CT;原位拉伸加载装置;双向温控;碳纤维增强聚合物;内部损伤演化2|0|0更新时间：2025-09-30
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仿生子母机器人的设计与运动控制 AI导读
“在两栖机器人领域，研究者提出了仿生子母机器人系统，为两栖任务提供技术路线。”摘要：针对传统单体机器人在复杂两栖任务中显现出的适应性较差、功能单一等问题，提出了一种仿生两栖子母机器人系统。其中，母机器人采用可开合的龟壳形球体，集成了四条机械腿及喷水推进器；子机器人则为微型流线型舱体，配备螺旋桨推进器和水下近距离可见光通信模块。此外，还设计了齿轮啮合的挂载释放结构，用于实现子机器人的释放与回收。为了避免欧拉角奇异性，建立了基于单位四元数的六自由度全耦合动力学模型，并提出了一种UQ-PID算法，实现了母机器人的8个伺服电机和4个喷水推进器的协同控制。流体仿真表明，球形结构能够有效减少水流扰动并提高稳定性。实验表明，母机器人在陆地上能够在20 s内前进约60 cm，并且在水下能够保持较为精确的直线运动轨迹，偏差较小且推进力平稳。子机器人在水池中的轨迹误差波动为-0.30~0.30 m，速度峰值为32.51 cm/s。该研究为两栖子母机器人协同作业提供了可行的技术路线。关键词：仿生两栖球形母机器人;子机器人;运动控制;流体仿真4|0|0更新时间：2025-09-30
微纳技术与精密机械
- “在天文图像领域，专家提出了HADN-Net，显著提升了暗弱天体目标检测能力，为深空探测等任务提供新方案。”摘要：针对暗弱天体目标具有像素占比小、与背景对比度低、内部信息稀缺等特点，提出面向暗弱天体目标检测的一种层次化注意力密集嵌套网络HADN-Net，首先提出了多分支Ghost-空洞注意力模块Mul-GDAM，采用多感受野特征提取策略增强目标局部邻域的上下文信息建模能力，结合轻量化Ghost卷积与空间因式分解卷积，在降低计算开销的同时能有效抑制背景噪声并强化暗弱目标的特征表示能力；然后提出层次化特征聚合模块HiFAM，采用跨空间-通道维度特征交互实现多尺度特征图的自适应加权融合，通过空间重加权与通道自适应融合提高暗弱目标信息在融合特征图中的表征质量。HADN-Net显著提升了暗弱目标的检测能力，在真实地基光学图像上进行实验，HADN-Net实现了94.648%的召回率、95.518%的检测精度和95.081%的F1分数，均达到SOTA性能，优于现有的5种先进方法，特别在召回率上，较次优方法性能提升2.855%，证实了HADN-Net在暗弱天体目标检测方面的有效性。该方法为天文图像中的暗弱天体目标检测提供了一种新的解决方案，对深空探测、太空资源开发等任务具有实际应用意义。关键词：计算机视觉;地基光学天文图像;暗弱天体;目标检测;神经网络2|0|0更新时间：2025-09-30
- “在空间目标运行状态判断领域，专家提出了基于自适应窗长STFT算法的特征频率反演方法，实现了窗长参数与信号非平稳特性的自适应匹配，具有重要的应用价值。”摘要：针对传统的短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform，STFT）处理窗长固定，导致时频分辨率不足，在目标分类、识别中应用效果受限的问题，提出一种基于自适应窗长STFT算法的特征频率反演方法，以最小信息熵、峰值能量差异、底噪水平相结合构建混合损失函数，建立动态窗长调整策略，实现了窗长参数与信号非平稳特性的自适应匹配。设计了空间目标运行特性模拟时序光度信号采集装置，通过动量轮转动状态变化模拟目标在轨稳定运行、姿态调整等工况，获取目标振动引起的目标表面高速时序光度信号，实验及处理结果表明，本算法具有较高的频率分辨率，特征频率反演精度达到0.4 Hz，可动态调整窗长以兼顾多尺度时间分辨率，动量轮稳态特征频率估计误差小于0.3 Hz，精确分辨工况变化过程的起止点。在空间目标运行状态判断、健康状态评估、姿态控制系统早期故障预警等方面具有重要的应用价值。关键词：空间目标;时序光度;自适应窗长;短时傅里叶变换;频率特性反演2|0|0更新时间：2025-09-30
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基于卫星星光观测的星惯组合导航技术 AI导读
“在拒止环境下，提出了基于卫星星光观测的星敏感器/惯导组合导航技术，有效修正惯导输出位置信息，具有高工程应用价值。”摘要：针对拒止环境下，载体惯性导航设备性能受限严重的问题，提出了一种基于卫星星光观测的星敏感器/惯导组合导航技术。通过星图进行预处理，识别星敏感器视场中的恒星及卫星；利用观测的恒星信息确定系统当前姿态，根据卫星星历计算观测当前时刻卫星在地心地固系下的位置信息，确定载体与卫星位置之间的矢量关系，建立测量方程；最后结合惯导误差模型建立的系统状态方程，利用卡尔曼滤波算法实现对惯导输出的位置信息进行修正。与恒星相比，卫星与观测者之间距离有限，因此卫星观测可提供位置信息，实现导航位置误差不会随时间增加而发散，具有较高的工程应用价值。通过仿真分析了不同星敏感器测星误差及不同卫星星历误差对系统导航精度的影响，结果表明该方法具有较高的精度。最后通过静态导航试验验证导航系统的有效性，结果显示组合导航2 h位置误差优于41.42 m，对于不同的初始位置误差，导航位置精度均优于150 m。关键词：卫星观测;星光惯性组合导航;卡尔曼滤波;误差分析0|0|0更新时间：2025-09-30
信息科学
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