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最新刊期
2012 年 第 4 期
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应用800 nm飞秒激光制备长周期光纤光栅
摘要：利用800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备了长周期光纤光栅,并实验验证了长周期光纤光栅的高温特性。基于摄像头和电动位移平台设计了激光精确对准光纤纤芯的方案;以计算机控制1.3 mW飞秒激光,使用逐点曝光法在未经载氢处理的光纤上刻写了长周期光纤光栅,实验显示该光栅在1 200~1 700 nm波段的主谐振峰值可达-17 dB。利用高温箱对长周期光纤光栅进行高温传感特性实验,在300~800 ℃得到的主谐振峰温度响应灵敏度为0.056 nm/℃,线性度为0.992。实验结果表明,提出的以800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备长周期光纤光栅的方法稳定可靠,写制的光栅在高温环境下变化均匀,不易退化,响应特性良好,适用于高温检测。关键词：长周期光纤光栅;飞秒激光;光栅制备;高温传感- 77
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发布时间：2020-08-12 -
基于正弦波磁光调制的空间方位失调角传递技术的改进
摘要：为了扩大基于正弦波磁光调制的方位传递系统的传递范围并提高传递精度,对传统的方位失调角传递方法进行了改进。在分析当前方位失调角传递原理的基础上,引入二倍角公式来扩大失调角的传递范围;通过分析失调角与磁光调制后光强信号中横坐标不变的极值点的关系,建立了失调角测量模型,并利用信号中极值点的对比细化了测量模型。提出了大角度查表和小角度近似逼近的方法,解决了测量模型中反正切函数的具体实现问题。仿真结果表明:失调角的理论传递范围明显扩大,精度较高;实验结果表明:实际的失调角可在-64~64°传递,传递误差在10"以内,优于当前方法。提出的方法可为大范围、高精度传递空间方位失调角提供参考。关键词：方位传递;空间失调角;二倍角公式;磁光调制- 94
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多零件选区激光熔化成型效率的优化
摘要：对多零件选区激光熔化的成型效率进行了优化。首先,分析了多零件选区激光熔化成型过程的时间消耗,并以减少时间消耗为目标建立了3维零件在3维成型空间中的2.5维排料优化规则。然后,研究了2.5维自动排料,提出利用3维零件模型在2维平面区域的投影将2.5维排料转化为2维排料的简化方法和一种利用切片数据进行投影生成的算法。最后,为验证所述方法的有效性,以手术模板模型为例,在虚拟选区激光熔化系统VDemetal280上进行了优化实验。与优化前相比,优化后的成型次数从4次降为3次,在扫描速度为600 mm/s、切片层厚为0.035 mm、扫描间距为0.08 mm的工艺参数下,总铺粉次数从3 892次降为2 231次,预计加工时间从约91 276 s降为69 918 s,时间消耗有明显减少。关键词：激光技术;选区激光熔化;多零件;成型效率;2.5维排料- 59
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基于星点图像的小像差复原
摘要：提出了一种基于星点图像的小像差光学系统像差复原方法。应用标量衍射理论和Bessel级数,推导了以波像差的Zernike系数为参量的小像差光学系统点扩散函数的解析计算公式,利用该公式给出了基于星点图像的小像差复原问题的目标函数及梯度函数的表达式,并采用最优化方法进行求解。分别在理想情况和噪声情况下数值模拟了光学系统的像差复原,验证了本文提出的像差复原方法的有效性,并分析了星点目标尺寸对复原效果的影响。该方法以波像差的Zernike系数为优化变量,并利用推导得到的解析表达式计算目标函数及其梯度值,避免了常用像差复原算法中所需的傅里叶变换和有限差分等数值运算,提高了复原算法的运算速度。关键词：小像差复原;Zernike多项式;点扩散函数;星点图像- 56
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基于小波包特征提取及支持向量回归机的光纤布拉格光栅冲击定位系统
摘要：以光纤布拉格光栅(FBG)为传感网络,构建了复合材料冲击载荷实时在线监测系统,研究了基于小波包特征提取及支持向量回归机的光纤-碳纤维复合材料结构冲击定位方法。针对同一冲击点,分析不同传感信号,获得了冲击响应信号小波包能量谱,分析结果表明小波包能量谱中特定阶数对冲击敏感。改变冲击点位置研究小波包能量谱与冲击位置之间的关系,提出将第6阶小波包能量值作为冲击定位的特征向量。采用支持向量回归机建立样本数据的回归模型,预测冲击载荷位置,并对支持向量机的相关调整参数进行了优化。实验表明,支持向量机的网络测试误差为4.81%。研究结果可为碳纤维复合材料(CFRP)层状结构的冲击性能评估提供可行的实验方法。关键词：光纤光栅传感器;复合材料构件;冲击载荷定位;小波包能量谱;支持向量回归机- 67
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数控非接触式超光滑光学元件加工机床的设计
摘要：基于数控技术,提出了一种非接触式光学元件表面超光滑液体抛光方法。通过磨头中心孔为抛光表面提供抛光液,抛光液在磨头自转的带动下与光学元件表面相互作用,实现光学元件表面材料的微量去除,利用计算机控制抛光磨头的运动轨迹完成对光学元件表面的抛光。根据上述原理,设计和研制了数控非接触表面超光滑光学元件加工机床样机,样机直线运动轴最低进给速度为0.000 1 m/s,定位精度为0.008 mm;摆动轴最低转速为0.002 8 r/min,定位精度为15″。抛光实验结果表明,经过20 min的超光滑加工,熔石英材质光学元件上两点的表面粗糙度Ra值分别由加工前的1.03 nm和0.92 nm提高到加工后的0.48 nm和0.44 nm,显著提高了加工精度。关键词：光学制造;非球面;非接触加工;超光滑抛光;液体抛光;加工机床- 42
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接触式大型非球面镜面形测量中测量点分布的确定
摘要：为准确有效地检测大型非球面光学元件的面形,研究了接触式测量光学元件的测量点分布方式。使用不同密度的径向分布及均匀分布的测量点分别对以不同Zernike多项式表示的面形偏差进行采样,然后计算采样所得面形相对给定面形PV值及RMS值的最大相对误差,并对计算结果进行了分析。对1.8 m抛物面镜面形实测结果表明:在镜面加工的成型及粗磨阶段,由于面形偏差主要呈旋转对称分布,低密度径向分布测量点即可满足继续加工的检测需求;在精磨及初抛阶段,面形偏差主要为像散或其它非对称面形偏差,测量点均匀分布是提升测量精度的有效手段。此分析方法可以指导测量点的排布方式,从而确保由测量点分布引入的测量误差小于镜面本身面形误差的1/5,提高检测效率。关键词：光学面形检测;非球面;接触式测量;测量误差;Zernike多项式- 86
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光子计数法测量类针孔成像光斑照度
摘要：为了精确测量三代微光像增强器的信噪比,采用光子计数法研制了瞬态类针孔弱光照度计来实现微光像增强器阴极面上Ф0.2 mm类针孔成像光斑的1.08×10-4 lx照度测量。首先, 分析了色温为2 856 K的光源形成的类针孔弱光光斑的光子分布概率及光子数涨落偏差等光子统计特性,计算了平均光子通量。然后, 针对类针孔弱光光斑的光子通量特点及成像特性,研究了光子计数法测量弱光照度原理。最后,介绍了瞬态类针孔弱光照度计的组成及测量方法。对三代微光像增强器的信噪比进行了测量实验,结果显示:三代微光像增强器信噪比测量装置的照度测量偏差为0.4%,像增强器信噪比测量不确定度为5.0%,表明基于光子计数法研制的瞬态类针孔弱光照度计有效提高了类针孔光斑极弱照度测量的准确度。关键词：弱光照度;光子计数;类针孔光斑;像增强器- 23
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小型可见光双视场光学系统的研制
摘要：基于光学设计基本理论,设计了一种体积小,跟踪范围可以达到整个前半球的可见光双视场光学系统。系统由前部集束系统,中间光路转折系统及后部成像系统3部分组成。集束系统采用望远镜式结构,用于改变光束的口径;光路转折系统采用库德光路,由4片反射镜组成,用于转折光路及扫描;成像系统由长焦成像系统和短焦成像系统组成,分别形成两个视场的像,用于目标识别与跟踪。光学系统焦距分别为60 mm和120 mm,设计传递函数在58 lp/mm处均大于0.5。加工装调后进行了成像试验验证,结果表明,该系统能够同时完成大视场及小视场的图像获取,在可视范围内成像质量满足系统总体要求。关键词：双视场光学系统;可见光镜头;库德光路;光学设计- 42
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强湍流下并行中继自由空间光通信的中断分析
摘要：在大气强湍流条件下,对并行中继自由空间光通信系统的中断概率进行了研究。考虑大气衰减、大气湍流和指向误差对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了自由空间光通信系统的复合信道模型。基于此信道模型,推导了并行中继自由空间光通信系统端到端中断概率的解析表达式。最后,通过计算机仿真分析了发送功率、指向误差及通信距离对通信系统中断概率的影响。仿真结果表明,并行中继传输技术可以有效提高自由空间光通信系统的中断性能。此外,所推导中断概率的解析表达式可准确地评估并行中继自由空间光通信系统的传输性能,为未来自由空间光通信系统的设计提供理论依据。关键词：自由空间光通信;中断概率;并行中继;指向误差;大气湍流- 80
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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高速点阵式脉冲喷射发生器的无传感器控制
摘要：为提高标识设备关键部件-高速点阵式脉冲喷射发生器的性能以改善喷印效果,在建立喷射器数学模型的基础上,设计了滑模观测器。通过观测器构成反馈系统,在不增加硬件成本的前提下实现对高速脉冲喷射器的无传感器控制,使其能够准确跟踪理想轨迹,降低阀芯与静铁的冲击速度,并消除振动和噪音。实验结果表明,喷射器工作过程中阀芯与定位静铁的冲击速度由开环控制的0.55 m/s降到了闭环控制的0.02 m/s,振动和噪音基本消失,喷射效果明显改善。对钢铁产品进行的喷码实验显示,设计的喷射器的性能可以满足实际生产需要。研究过程为高速脉冲喷射器控制单元的设计提供了理论基础。关键词：点阵式脉冲喷射发生器;滑模观测器;无传感器控制;喷印- 70
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悬臂梁式硅纳米谐振器的量子压缩效应
摘要：分析了厚度分别为12 nm和38.5 nm的悬臂梁式硅纳米谐振器内由海森堡不确定原理所决定的零点位置不确定度,分析结果表明,零点位置不确定度与悬臂梁的厚度和宽度成反比、与悬臂梁的长度成正比,12 nm厚的悬臂梁其零点位置不确定度为4.1×10-3 nm。结合参量泵量子压缩技术,分析了不同厚度的悬臂梁式硅纳米谐振器的量子压缩系数与器件结构尺寸、温度、泵激电压之间的关系,结果显示,量子压缩系数与温度成正比、与泵激电压成反比。当温度为0.01 K、泵激电压为4 V时,12 nm厚的悬臂梁式硅纳米谐振器的量子噪声降低了26.56 dB。该项研究有助于提高极薄悬臂梁式硅纳米谐振器在量子噪声影响下的极限检测精度。关键词：纳米谐振器;悬臂梁;量子噪声;量子压缩;零点位置不确定度- 46
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三坐标机测量齿轮齿廓的不确定度评价
摘要：介绍了坐标测量中几种常用的不确定度评价方法。指出传统的三坐标测量机的测量不确定度评价方法大都不适用于评价坐标测量中面向对象的测量不确定度,并对使用蒙特卡洛方法评价测量不确定度进行了研究。首先,根据三坐标测量机详细标定文件及补偿策略说明建立测量模型。然后,将测量中的采样点通过测量模型生成大量测量结果,并以此评价测量不确定度。在齿廓评价实验中,评定齿廓误差的测量不确定度为0.96 μm时,多次评价结果之间的最大差值不超过0.03 μm,具有可靠的理论依据和较稳定的评定结果。文章指出,目前商用三坐标测量机大都不能为特定的测量对象提供测量不确定度报告,使用蒙特卡洛方法有希望改变此现状。关键词：坐标测量机;齿轮齿廓;蒙特卡洛方法;不确定度- 89
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管道机器人无线电磁自适应定位技术
摘要：针对金属管道机器人跟踪定位问题,提出了一种改进的自适应无线电磁定位方法,在未知管道几何尺寸和周围环境电磁参数的情况下实现了管道内机器人的三维定位。首先,通过磁偶极子模型分析了管道外极低频电磁场分布规律。其次,建立了六传感器接收天线的自适应定位模型,设计了电磁发射和接收电路,基于该模型推导出了含有6个未知数的非线性方程组,并分别采用3种算法对其进行了仿真分析。最后,分别对不同壁厚及不同埋藏深度管道进行了试验研究。试验结果表明,在管道壁厚为5.74 mm,埋藏深度为0.8~2 m的情况下,总位置误差的平均值小于18.7 cm,即比原模型减少了3.4 cm,满足机器人实际工作中的定位需要。关键词：管道机器人;磁偶极子模型;阵列式传感器;跟踪;定位- 56
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3-PSS并联机构正解及其在坐标测量机中的应用
摘要：针对传统坐标测量机和关节臂测量机存在的技术局限,基于3-PSS并联机构原理,提出了只需一只长光栅、一条精密导轨即可实现三维空间精密测量的坐标测量机,并研究了测量系统的测量模型、测量误差模型及并联机构误差平均效应。根据并联机构基本理论建立了测量机的六杆测量模型,在此基础上进行了杆长制造、装配误差和光栅读数误差的理论分析。然后,从理论上展示和说明了并联机构存在误差平均效应的数学本质和依据。最后,介绍了样机的设计及制造,并给出初步的实验结果。在没有进行误差修正和系统标定的前提下,该样机在X,Y,Z 3个坐标方向上的测量误差分别为0.029 mm,0.045 mm和0.058 mm。得到的结果可指导新样机的优化设计。关键词：并联机构;坐标测量机;测量模型;误差平均效应- 45
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分体式激光扩束系统平行度测量装置的设计
摘要：为精确测量强激光发射系统中高功率激光经分体式扩束系统后光束的传输方向,设计了一种新型分体式扩束系统输出光平行度测量装置。根据高功率激光分体式扩束系统及红外激光的特点,该装置采用高分辨率红外CCD作为监测成像设备。采用轻质高刚度的优质铝合金对装置的机械结构进行了设计,切换部件搭载在高精度线性位移平台上。基于高分辨率CCD和精密线性位移平台,该装置可较好地完成动态和静态测量。测试结果表明,该平行度测量装置工作稳定、可靠,测量精度优于2.0″;装置设计合理,实用,可为扩束系统的装调及应用提供可靠依据。关键词：高功率激光系统;分体式扩束系统;平行度测量装置;装调- 54
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计量型原子力显微镜的位移测量系统
摘要：针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量。为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量。一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜。两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置。样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动。另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差。由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm。关键词：原子力显微镜;纳米计量;位移测量;多倍程干涉仪;非线性- 94
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航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿
摘要：在航空相机镜筒速度内环设计了自抗扰控制器,以减小镜筒内偏心凸轮机构的运动对镜筒的扰动。采用扩张状态观测器对扰动进行实时估计,并生成扰动补偿量抵消扰动的影响。首先,分析了凸轮机构的运动对镜筒扰动的特点。然后,建立了镜筒的数学模型,基于带宽的单参数化设计思想设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制律,设计了镜筒位置控制器。最后,在镜筒上对控制器的抗扰动性能进行了验证,并与目前航空相机常用的一阶平方滞后超前校正法进行了比较。结果表明,采用自抗扰控制能将凸轮机构对镜筒的扰动偏差减小为传统方法的50%左右。在提高系统抗扰动性能的同时,控制器增益减小约2个数量级,大大降低了对控制器增益的要求,提高了系统的稳定性,对改善航空相机控制系统的抗扰动性能及降低控制器设计难度具有较高的实用价值。关键词：航空相机;镜筒;自抗扰控制;扰动估计;扰动补偿;扩张状态观测器- 57
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微小等离子体反应器的制作及性能测试
摘要：设计了基于并行探针驱动的扫描刻蚀加工系统,用于微纳米尺度的刻蚀加工。研究了系统的核心器件-微小等离子体反应器的电学特性和发射光谱特性,以了解反应器中产生的反应等离子体性能的变化规律。基于微机电系统(MEMS)加工工艺制备了中间带有倒金字塔形状微型空腔的金属-绝缘体-金属3层结构的微小等离子体反应器。搭建了可测量等离子体伏安特性和发射光谱特性的实验系统,对放电气体为SF6,工作气压在5~12 kPa,直流驱动模式下的微小等离子体反应器的电学和光谱特性进行了测试。实验结果表明,放电电流随着放电电压的增加而近似线性递增, 放电电流由5 kPa时的2.1~2.82 μA递增到12 kPa时的3.6~4.2 μA,表明所产生的微小等离子体处于异常辉光放电模态。当器件特征尺寸由150 μm减小至30 μm时,微小等离子体发射光谱中氟原子特征谱线(703.7 nm)峰值增大了约56%,表明微小等离子体的浓度随尺度缩小而增强。实验结果表明,设计的微小等离子体反应器基本满足扫描刻蚀加工所需的高浓度等离子体源的性能要求。关键词：微小等离子体反应器;扫描刻蚀加工;伏安特性;发射光谱- 66
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发布时间：2020-08-12
微纳技术与精密机械
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应用径向基函数神经网络的经纬仪跟踪误差建模
摘要：提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络建立光电经纬仪等效跟踪误差模型的方法来评价光电经纬仪的跟踪性能。分析了光电经纬仪存在的非线性因素,说明了采用理论建模方法难以准确描述其全部过程的原因。然后,介绍了RBF神经网络和靶标系统,基于一组靶标参数建立了RBF神经网络模型,并更换靶标参数进行模型验证。最后,对更换后的靶标参数进行重新训练建模,并改变参数周期,对模型进行了验证。实验结果表明:所建的神经网络模型精度与靶标参数有关,当动态靶标的半椎角a为21.2°,倾角b为43.8°,靶标匀速运行周期T为8.5 s时,网络模型在靶标速度最大时误差也达到最大为3.18',其它时刻均小于0.6'。 当a为16.6°,b为37.5°,T为13 s时,模型最大误差为1.8'左右,在此模型下真实输出与网络模型输出的最大偏差为2.4'左右,其它时刻均小于1.2'。结果表明,采用RBF神经网络所建立的跟踪误差模型能够反应真实系统的情况,是可行实用的,且具有较高的精度和泛化能力。关键词：径向基函数(RBF)神经网络;光电经纬仪;非线性;跟踪误差;模型验证- 53
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云杂波成像背景的时序多帧投影抑制
摘要：为提高空间目标天基实时监视能力,对美国在空间中段实验卫星上搭载的空间目标在轨检测与跟踪信号处理器采用的基于时序多帧投影策略的MTI (Moving Target Indicator)算法进行了深入研究,并提出了一种基于时序差分标准化最大值投影的云杂波背景抑制算法。系统地阐述了时序多帧投影算法的思想与典型投影算子的设计方法;针对云杂波成像场景,对MTI算子提出了两点改进方法,即引入相邻帧差分算子与次序统计量中值估计算子来提高对云杂波成像背景的抑制能力,增强背景抑制算法的稳健性;最后,利用实际获取的云层背景图像数据库,仿真比较了不同投影算法的性能差异及影响算法性能的主要因素。仿真实验结果表明:对于输入信杂比小于2.0的弱小目标图像,本文算法的输出信杂比达到5.8以上,比MTI算法平均提高了1.0左右,有效解决了云杂波成像背景的弱小目标检测问题。关键词：云杂波背景抑制;时序多帧投影;图像序列;运动目标- 50
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改进遗传算法与拟随机序列结合评定自由曲线轮廓度误差
摘要：为了高效率、高精度检测自由曲线和曲面零件并计算轮廓度误差,提出将改进遗传算法与拟随机序列结合来评定自由曲线轮廓度误差。首先,针对自由曲线因没有已知的解析表达式而常用离散点表示其轮廓的特点,采用非均匀有理B样条(NURBS)来表示自由曲线,并用改进遗传算法优化重建自由曲线;然后,应用拟随机Halton序列均匀产生参数值精确计算点到曲线最短距离。阐述了自由曲线重建时控制顶点及目标函数值的计算方法,确立了改进遗传算法重建自由曲线及采用拟随机序列生成参数值求解点到曲线最短距离的具体步骤。最后,针对仿真实例计算并实测零件曲线轮廓度误差。结果显示,自由曲线轮廓度误差评定精度高于99%,表明提出的方法算法简单、计算速度快、精度高,适于在工程计量中推广应用。关键词：自由曲线;轮廓度误差;改进遗传算法;拟随机序列- 77
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激光雷达目标三维姿态估计
摘要：针对现有激光雷达目标姿态估计算法对遮挡较为敏感的问题,提出了一种新的三维姿态估计算法。分析了现有算法的内在本质和地面装甲目标固有的表面结构特性,提出了投影点云密度熵(PDE)特征,研究了PDE特征与目标姿态的内在关系,给出了对目标点云迭代地进行旋转投影并寻找PDE最小值以实现三维姿态估计的方法。采用25类地面装甲目标的激光雷达点云数据进行仿真实验,分析了自遮挡、遮挡以及噪声下的估计性能,讨论了参数选择对估算结果的影响。实验结果表明,本文方法在自遮挡下的估计误差小于3°,在遮挡率达到80%时的估计误差小于10°。实验显示,本文方法对遮挡和噪声具有很强的稳健性,且收敛迅速,能很好地实现激光雷达目标三维姿态估计。关键词：三维姿态估计;激光雷达;目标识别;遮挡;投影点云- 40
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光束平差在激光跟踪仪系统精度评定中的应用
摘要：对自主研制的激光跟踪仪的精度评定进行研究,以期解决大尺寸空间坐标测量系统的空间坐标精度难于评定的问题。 考虑现场环境条件、仪器状态和操作者技能等因素对测量精度影响都很大,提出了基于光束平差原理对激光跟踪仪系统进行精度评定的方法。通过Matlab软件对激光跟踪仪的精度评定进行了仿真,仿真结果显示光束平差法能客观地反映激光跟踪仪的测量精度。另外,使用Faro生产的激光跟踪仪进行了实物实验,实验结果显示其水平角精度σH为1.97″,垂直角精度σV为2.61″,测距精度σD为3.75×10-6,对比Faro生产的激光跟踪仪精度(σH=2.0″;σV=2.0″;σD=4 μm)可证明采用光束平差法评定自主研发的激光跟踪仪测量精度是正确、可行的。该方法为探索激光跟踪仪新的应用技术、开展面向对象的测量不确定评定奠定了基础。关键词：激光跟踪仪;空间坐标测量;精度评定;光束平差- 26
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基于Rodrigues参数的多线阵CCD外姿态测量系统的姿态解算
摘要：提出了一种以Rodrigues参数作为姿态描述参数的线阵CCD外姿态解算算法用于多线阵CCD空间目标外姿态测量系统,以解决传统姿态解算算法约束条件多、计算量大、实时性差等缺点。利用Rodrigues参数简洁高效的特点,根据多点合作目标组成的线段间的相交矢量关系推导出了一种新的基于Rodrigues参数的多线阵CCD外姿态解算模型。算法结合Rodrigues参数集切换理论避免了奇异性的发生,并给出了这种姿态解算方法的流程。仿真结果表明,与四元数算法相比,该算法在未损失计算精度的前提下,计算消耗时间减少了37.6%,实时性优于四元数法,并且避免了奇异性问题。关键词：外姿态测量;CCD测量系统;Rodrigues参数;参数切换;奇异性- 44
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利用像素移动技术提高液晶光阀投影图像分辨率
摘要：为了提高薄膜场效应晶体管液晶显示器(TFT-LCD,以下简称液晶光阀)投影图像的分辨率,提出了一种利用压电陶瓷驱动的平台拖动液晶光阀做X、Y方向上的精确移动,实现液晶光阀像素移动的方法。介绍了液晶光阀硬件结构的特点,基于这些特点提出了利用像素移动技术提高投影图像分辨率的原理。根据计算得出X、Y方向精确位移运动的精度要求为10 nm量级,进而选择了实现这样高精度运动的机械结构。提出了3种检测试验结果的方案,绘制了整体试验方案的结构框图。最后,搭建试验平台验证了试验原理的正确性和有效性。采用像素移动技术后,利用液晶光阀投影得到的图像的分辨率在X、Y方向上分别提高到原来的2倍,总像素个数为原来的4倍,突破了星模拟器的分辨率完全受限于显示器件分辨率的状况。关键词：像素移动;液晶光阀;压电平台;投影图像;分辨率- 50
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发布时间：2020-08-12 -
自适应滤波在近红外无创生化分析中的应用
摘要：提出用血流容积差光谱相减法来消除近红外无创生化分析中组织背景的干扰。为提高光谱相减中所需获得的脉搏波近红外光谱信号的信噪比,研究了自适应滤波处理方法。介绍了最小均方算法(LMS)自适应滤波的基本原理,在此基础上提出了一种适用于处理本实验脉搏波光谱信号的自适应滤波方法;采用实验室自行研制的16元近红外脉搏波采集系统,获得人体脉搏波光谱信号;最后,利用提出的自适应滤波方法处理脉搏波光谱信号并分析其滤波效果。结果表明,利用该方法处理采集的脉搏波信号,可使血流容积光谱相减后血液光谱吸光度噪声由800 μAU降低至12 μAU,相邻波长的脉搏波相关系数由0.994 0提高至0.999 9。分析结果说明该自适应滤波方法可以有效地应用于近红外无创生化分析中。关键词：自适应滤波;最小均方算法;脉搏波;近红外光谱;无创生化分析- 40
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发布时间：2020-08-12 -
微型铣刀外径视觉测量的不确定度
摘要：建立了基于机器视觉的测量系统,实现了微型铣刀外径的在线测量,并对测量不确定度进行了分析。测量系统由背光源、夹头与旋转平台、旋转编码器、摄像机和相应的测量软件组成。系统运行时,铣刀匀速旋转,由旋转编码器触发相机对其进行采样拍照并完成测量。从照明光源平行性、摄像机的镜头畸变与CCD噪声、调焦效果、待测物体表面几何特性、算法设计5个方面分析了测量结果不确定度来源及其影响。实验表明,当系统采样率不足时,对于铣刀外径测量不确定度影响最大的是待测物体表面几何特性;在采样率足够大的情况下,外径测量不确定度主要由光源平行性确定。本文系统采样率为33 frame/circle,系统测量不确定度为4 μm,可满足生产要求。关键词：机器视觉;微型铣刀;外径测量;不确定度- 72
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发布时间：2020-08-12 -
相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进
摘要：针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法。分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略。提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相。仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm。实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距。关键词：相位式激光测距;谱分析鉴相;希尔伯特变换;估计偏差- 72
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发布时间：2020-08-12 -
低码率下任意形状感兴趣区域编码
摘要：针对任意形状感兴趣区域(ROI)编码算法在低码率下ROI重建质量差、编码时间长等问题,在优化的集合分裂树算法(SPIHT)基础上提出了一种适用于低码率的任意形状ROI编码方法。利用小波系数之间的空间位置相似性和所用小波滤波器的特征,以极少的码率实现了任意形状ROI掩模的描述,为提高算法效率奠定了基础;利用改进后的空间方向树结构以集合的形式测试ROI区域中更多的节点,提高了SPIHT中分类排序的扫描效率;以小波子带为单位的量化方法通过为每个小波子带选择合适的量化阈值优化了码流的输出,提高了低码率下ROI的重建质量。实验表明,提出的方法支持对多个任意形状ROI的编码;在不到0.04 bit/pixel的码率下描述出了整幅图像中任意形状ROI的掩模信息;在码率小于0.5 bit/pixel时,ROI的峰值信噪比(PSNR)比基于JPEG2000的多子带位平面平移(MSBShift)方法提高了2~7 dB,编码时间缩短了30%以上。该方法具有ROI的重建质量高、编码速度快等特点,适于在低码率下应用。关键词：任意形状感兴趣区域;感兴趣区域掩模;空间方向树;量化方法;Huffman编码- 42
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发布时间：2020-08-12 -
基于多波段预测的高光谱图像分布式无损压缩
摘要：提出了一种基于分布式信源编码的高光谱图像无损压缩算法,用于星载高光谱数据的有效压缩。为充分利用高光谱图像较强的谱间相关性,引入多波段谱间线性预测方案获取当前编码块的预测值,有效降低了编码块的最大预测残差值。在此基础上,根据最大预测残差值确定编码块各像素所属陪集的索引,通过传输每个像素所属陪集的索引代替预测残差,实现高光谱图像压缩。对星载可见/红外成像光谱仪(AVIRIS)获取的高光谱图像进行实验,并与已有的典型算法进行比较,结果显示该算法能够取得较好的无损压缩效果,同时具有较低的编码复杂度,适用于星载高光谱图像的无损压缩。关键词：高光谱图像;无损压缩;分布式信源编码;多波段预测- 52
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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