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最新刊期
2014 年 第 5 期
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固态体积式真三维立体显示发光二极管投影光源
摘要：针对固态体积式真三维立体显示对高亮度和色温可调的要求，设计了采用大功率、单芯片发光二极管（LED）的投影光源。理论计算了投影光源的亮度，结合液晶光阀对不同波长透过率的影响，对理论设计结果进行了修正。考虑寿命、散热等影响因素，提出了采用大功率红绿蓝LED加白光LED的投影光源方案。针对选取的LED发光特性，采用混合集光方法设计了准直器，并进行了仿真和实际测试。测试结果表明：采用准直器后，LED的发散角从±75°减小为±20°。搭建了真三维显示系统样机，测试其屏前亮度达到149cd/m2，且无闪烁，立体感强，但存在视角较小的问题。实验显示，设计的投影光源满足固态体积式真三维立体显示的要求。关键词：真三维立体显示;固态体积式显示;发光二极管;投影光源- 47
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发布时间：2020-08-13 -
电离层远紫外日辉辐射反演O/N2技术
摘要：探索了如何从空间对远紫外日辉辐射进行遥感观测，以便为检测高层大气状态提供新的监测方法。针对风云三号（FY-3）气象卫星有效载荷观测结果的数据处理，研究了利用140~180nm波段的LBH（Lyman-Birge-Hopfield）日辉辐射与OI135.6nm日辉辐射进行O/N2反演的方法。通过研究这两个远紫外日辉观测信号的辐射特性，验证了二者的柱辐射率之比135.6/LBH与太阳活动呈相关关系。检验了太阳活动对O/N2反演曲线的影响，结果表明：太阳活动的变化会造成O/N2反演曲线之间存在比较大的偏差，因此在O/N2的反演技术中必须考虑如何消除太阳活动的影响。本文的工作为FY-3载荷仪器的O/N2图像反演技术的研究奠定了基础。关键词：大气光学;远紫外辐射;135.6/LBH日辉辐射;O/N2反演- 57
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发布时间：2020-08-13 -
集成封装发光二极管光提取效率的计算及优化
摘要：基于蒙特卡罗方法模拟、计算并分析了芯片类型、大小、间距、数量以及布局对GaN基发光二极管（LED）集成封装器件COB（ChipOnBoard）能效的影响。计算结果表明：在芯片间距小于200μm且芯片尺寸或布局等参数相同的条件下，正装LEDCOB的能效最低，其次为倒装LEDCOB，垂直结构芯片的能效最大。当芯片间距大于200μm，3种LEDCOB的能效趋向饱和。芯片尺寸增加或数量减少可使正装和倒装芯片COB的能效上升，而垂直结构COB的能效基本保持不变。加入图形衬底可提高同样尺寸或布局的正装芯片COB封装器件的能效，但使倒装芯片COB的能效恶化。分析表明：芯片的侧面出光量占整个芯片出光量的比值以及相邻芯片材料的吸收对3种类型COB封装器件的能效有决定性影响。文中还针对正装芯片COB设计了新型菱形芯片布局，与常规正方形芯片布局的COB相比，其能效提高了6.2%。关键词：发光二极管;集成封装;COB（ChipOnBoard）;光提取效率;蒙特卡罗方法- 55
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发布时间：2020-08-13 -
纳秒声光调Q光纤激光器产生超连续谱
摘要：根据现有生成超连续谱方案的不足，搭建了一台全光纤结构的纳秒声光调Q激光器。该激光器中心波长为1064.3nm，重复频率为20kHz，脉冲宽度为250ns；经过一级放大得到的输出功率为13.02W。将信号光耦合进自行研制的高功率模场适配器（MFA），得到了10.7W的信号光输出，耦合效率高达82.2%。将MFA与光子晶体光纤（PCF）熔接，得到了平均功率为5.43W的超连续谱输出，光谱覆盖为900~1700nm。由于实验采用的声光调制器（AOM）脉宽较宽，导致泵浦光峰值较低，非线性效应较弱，未能使超连续谱向可见光展宽。因此，建议采用较窄脉宽的AOM作为调Q元件来实现高峰值功率输出，以改善纳秒脉冲PCF产生的超连续谱特性。关键词：声光调Q;光子晶体光纤;超连续谱;光纤激光器- 60
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发布时间：2020-08-13 -
Ge薄膜性能及其在光子计数成像探测器中的应用
摘要：为改善光子计数成像探测器电荷感应层的性能，提高光子计数成像系统的成像质量，分别用直流磁控溅射法（DC）与射频磁控溅射法（RF）制备了不同厚度的Ge薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、表面轮廓仪、四探针表面电阻测试仪对两种方法所制备的薄膜进行了结构特征与电学性能的表征。结果表明：两种方法所制备的薄膜均为非晶态结构，DC制备的Ge薄膜比RF制备的Ge薄膜稀疏，其不同膜厚下的电阻率均大于RF所制备的薄膜。实验显示，薄膜越厚其电学性能受氧化影响越小，电学性能越稳定。实验对比了不同方阻下Ge薄膜应用于探测器的成像性能，结果表明：方阻在百兆级范围内时成像效果较好，且方阻变化时成像效果变化不大，但方阻大到2GΩ/□时会导致系统分辨率下降。关键词：光子计数成像;磁控溅射;非晶Ge薄膜;电荷感应层- 70
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冷轧生产线硅钢激光辅助切割有限元模拟
摘要：研究了激光加热辅助圆盘剪高速切割技术，以解决现有冷轧生产线硅钢切边技术存在的微裂纹、应力、毛刺和边浪等问题。建立了激光加热温度场有限元分析模型，根据生产线上圆盘剪加工的实际过程，探讨了数值模拟中热源的加载形式，研究了激光对板材进行辅助加热时各个工艺参数如激光功率、光斑尺寸以及激光入射角度对切割工艺的影响，并通过实验对工艺参数进行了优化。最后，进了验证实验。实验结果显示：当激光加热点运动至圆盘剪刃口位置时，温度为100℃左右，此时材料硬度降低到原有硬度的70%~80%，降低了切削力，减少了圆盘剪的磨损，可有效提高圆盘剪的寿命。关键词：激光辅助切割;硅钢;高速切割;有限元模拟- 86
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偏振态、相位和振幅对受激辐射损耗中损耗光焦斑的影响
摘要：针对受激辐射损耗（STED）超分辨显微术分辨率不够高的问题，研究了损耗光偏振态、相位和振幅多种物理量对焦斑的影响，以形成半峰全宽窄的圆环形损耗光焦斑。根据Richards-Wolf矢量衍射理论，建立了偏振态、相位和偏振态作用下的损耗光焦斑模型；计算了不同偏振态、不同相位振幅调制参数下损耗光焦斑的分布情况；通过优化各参量得到有效激发荧光的分布。计算结果表明，应用切向偏振时的损耗光焦斑半峰全宽优于应用径向偏振和圆偏振；相位和振幅的调制作用均能减小半峰全宽；优化后有效激发荧光的理论半峰全宽仅为13.2nm。采用损耗光的偏振态、相位和振幅对损耗光焦斑进行整形，能够有效减小半峰全宽，获得较高的理论分辨率，比仅使用单一物理量的效果更好；应用切向偏振光能够获得高质量的损耗光焦斑和超衍射极限的分辨能力，根据不同实际情况选择相位或振幅调制的方法可进一步提高分辨率。关键词：超分辨率显微术;受激辐射损耗;偏振;相位;振幅- 96
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大尺度钢板的三维测量和拼接
摘要：提出了基于投影的三维测量拼接方法，用于测量大尺度钢板表面的三维形状。首先，利用光学扫描仪、背景投影仪两种装置实现大尺度钢板的三维测量。其中，三维光学扫描仪负责测量大尺度钢板不同部分的三维数据，背景投影仪用于向被测钢板投射背景纹理；然后，利用基于随机抽样一致性算法（RANSAC）的拼接算法，将不同时刻测量的局部三维数据进行拼接，得到完整的钢板三维数据；最后，提出了一种拼接误差的评价方式来检验拼接精度。实验结果表明：所提方法的单次拼接精度为0.5mm左右；测量一个7.5m长的钢板，其累计拼接误差为2mm左右。得到的结果基本满足船舶外板加工的精度要求，具有较高的实用价值。关键词：三维测量;三维拼接;计算机视觉;结构光;大尺度钢板- 55
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30m望远镜三镜镜面面形误差的斜率均方根评价
摘要：由于传统的均方根方法在评价大口径反射镜时难以精确表达光学表面的中空间频率误差，本文提出了基于斜率均方根（SlopeRms）的误差评价方法来评价光学表面面形。该方法先以Zernike多项式拟合光学表面面形，在此基础上求解不同空间间隔上的斜率均方根。这种评价方法可以很好地区分小尺寸磨削工具造成的误差和大口径反射镜在多点支撑下造成的面形误差。文中建立了SlopeRms的数学模型，推导了SlopeRms的计算方法，并以此方法为基础对30m望远镜（TMT）三镜面形进行了评价。结果显示，采用斜率均方根的评价方法得到的光学表面面形值达到0.9μrad，优于传统的RMS评价方法（RMS=115nm），满足设计要求。结果显示，基于斜率均方根的误差评价方法能更加全面和客观地评价大口径反射镜面形，具有实际意义。关键词：光学检测;30m望远镜;表面面形;面形误差;斜率均方根;均方根- 56
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可变载频径向剪切雅敏干涉仪
摘要：基于雅敏干涉装置，提出一种新的可变载频（条纹频率可调）的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成；双光楔用于调节条纹周期，以获取最佳干涉图；两扩束镜的扩束比例可变，以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致，同时所有光楔来源于同一楔板，参数一致，两扩束镜的性能参数也完全相同，光路对称，严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量；并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节，获得了最佳条纹图。最后，对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示：通过调节双光楔和扩束比，此干涉仪可获得较好的条纹图，为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。关键词：雅敏干涉仪;径向剪切干涉仪;条纹图;非球面模具- 62
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空间相机成像参数配置功能检验
摘要：介绍了空间相机成像参数配置的基本组成和作用，讨论了成像参数配置功能缺陷对相机成像质量的影响，应用数学方法分析了成像参数配置功能抽样检验的测试风险。基于自动测试系统，提出了一种空间相机成像参数配置功能全面检验的方法来解决测试覆盖性和测试效率之间的矛盾。应用本文提出的测试系统和检验方法对空间相机成像参数配置功能进行了全面检验。结果表明：本方法实现了成像参数配置功能的100%覆盖检验；每条参数测试判读时间缩短为40ms；完成相机成像参数全面检验的测试时间大约为50min。该方法能够有效测试出成像参数配置功能故障，满足了空间相机高效测试、零质量缺陷的要求。关键词：空间相机;成像参数配置;功能检验;抽样测试- 58
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单目三点位置测量精度分析
摘要：通过理论推导，对影响三点单目视觉位置姿态测量系统的6个因素（标志器与相机的相对距离，标志器尺寸，相机量化误差，相机内参数标定误差，特征点的中心提取精度，姿态解算算法精度）以及这些因素对系统精度的影响程度进行了分析，然后通过数值仿真和成像试验验证了理论推导的正确性。实验结果表明，对测量精度影响最大的因素是测量距离，像平面方向的测量误差与靶标和相机的相对距离成正比，光轴方向的测量误差与相对距离的平方成正比；图像中提取的特征点的位置误差是测量系统误差的主要来源，位置误差包括特征点提取误差和由于镜头畸变等引起的特征点成像位置偏移；长焦距和小像元有助于减小相机的量化误差；焦距的标定误差和靶标尺寸主要影响光轴方向的距离测量精度，对其余两个方向的精度影响不大；测量系统的解算算法不是引入误差的主要因素。关键词：单目视觉;三点测量;位置姿态测量;误差分析;精度分析;合作目标- 100
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发布时间：2020-08-13 -
Mg含量对N掺杂MgZnO薄膜的光电性能和N掺杂行为的影响
摘要：利用射频磁控溅射技术，在相同流量的氮气、氩气混合气体条件下，在石英基片上溅射获得了不同Mg含量的N掺杂MgxZn1-xO薄膜，并研究了Mg含量对N的掺杂行为和薄膜光电性能的影响。结果显示，在N掺杂MgxZn1-xO薄膜中，随着Mg含量的增加，薄膜的电阻率增加，载流子浓度下降；X射线电子能谱中位于395eV左右的N1s峰强逐渐减弱、甚至消失；Raman光谱中与受主NO相关的位于272cm-1、642cm-1左右的振动峰也随之减弱、消失。得到的结果表明：在N和O的化学势相同的条件下，薄膜中Mg含量对N的掺杂行为有一定的影响，随着Mg含量的增加，受主NO的掺杂浓度降低，N的掺杂状态发生变化；N掺杂MgxZn1-xO薄膜中Mg含量低时，存在NO与（N2）O两种状态；Mg含量高时，薄膜中只存在（N2）O一种形式。关键词：MgZnO薄膜;N掺杂;掺杂浓度;光电性能- 53
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星地相干激光通信中的自适应光学系统边界参数设计
摘要：分析了星地相干激光二进制相移键控（BPSK）通信系统中自适应校正波前残差与相干效率的关系；讨论了自适应校正下相干效率和误码概率的动态特征；然后，研究了大气闪烁对相干效率和通信误码率的影响。在假设接收强度均匀分布的前提下建立了波前残差均方根值与相干效率的理论关系，采用频率直方图方法仿真了相干效率以及相应的误码概率的概率分布函数，计算了不同校正残差和闪烁条件下的通信平均误码率。结果表明：波前残差大于1rad时，相干效率主要受波前残差影响，自适应校正性能达到衍射极限时才能获得10-8的误码率，但此时大气闪烁可能会使误码率增大两个数量级。关键词：相干激光通信;大气湍流;自适应光学系统;波前误差;大气闪烁;误码率- 85
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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基于ADAMS和Simulink的太阳跟踪器联合仿真
摘要：为了了解太阳跟踪器的具体性能，提高设计效率，采用ADAMS和Simulink软件对太阳跟踪器的工作过程进行了虚拟仿真分析。首先利用ADAMS软件建立了系统的动力学模型；利用Simulink软件建立了基于速度闭环的双轴控制系统。然后搭建了机-电联合仿真模型，并进行了仿真研究。分析了太阳跟踪器双轴控制系统的基本性能，确定了太阳跟踪器的目标输入曲线，完成了联合仿真计算。联合仿真结果表明：系统对太阳高度角输入曲线具有较好的跟踪能力，开始跟踪1.5s后系统跟踪非常稳定，跟踪误差小于目标幅值0.1%。得到的结果表明：所建的动力学模型和控制系统模型能够准确地描述跟踪器的工作过程，提高设计效率，可为实际物理样机的开发提供可靠依据。关键词：太阳跟踪器;虚拟样机;联合仿真;ADAMS;Simulink- 78
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发布时间：2020-08-13 -
聚合物微结构热辅助超声波压印成形
摘要：提出了基于硅模具的热辅助超声波压印成形方法，用于高效率、高精度地复制热塑性聚合物微结构。该方法利用作用于聚合物基片与模具间的超声波振动，快速升高界面温度，以达到聚合物的成形温度。为了降低破坏模具的风险，将模具预热到低于玻璃点转化温度（Tg）以下35℃至50℃之后再施加超声波进行成形。最后，通过正交实验研究了超声振幅、超声波压力、超声波时间、热辅助温度以及聚合物基片厚度对压印结果的影响，揭示了超声波压印工艺的成形机理。实验结果表明，热辅助温度对压印影响最大，其次为超声波振幅，而超声波压力是影响复制均匀性的最重要的参数；薄的聚合物基片在同样的超声波参数和模具结构下更容易成形。通过优化参数，对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基片的深度复制精度达到了99%，复制周期小于50s。研究表明，热辅助超声波压印成形效率高，是一种具有批量制造潜力的聚合物微结构成形方法。关键词：热辅助超声压印;聚合物微结构;压印参数;正交实验- 41
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平行双关节坐标测量机的标定及不确定度评价
摘要：借鉴国外ScanMax测量机所具有的优势，研发了RRP结构（即两个转动和一个直线运动）的平行双关节坐标测量机，并研究了该仪器的误差模型、标定方法和不确定度评定方法。首先，根据平行双关节坐标测量机的机械结构建立了仪器的数学模型和误差模型。然后，基于全误差分析技术设计了仪器的标定方案并分别介绍了对重力和扭矩变形、平行度、臂长、零位等参数的标定。最后，根据国家坐标测量机校准规范，提出了通过评价测量重复性和长度测量精度的方法来评定测量不确定度。实验结果表明：在1000mm×250mm（直径×高度）的测量范围内，平行双关节坐标测量机的测量不确定度可达到12μm（k=2）。得到的结果验证了平行双关节坐标测量技术及全误差分析技术的可行性，为非正交坐标测量机的标定探索了新的方法。关键词：平行双关节;坐标测量机;全误差分析;不确定度;标定- 67
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发布时间：2020-08-13 -
谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装
摘要：为了提高传感器的品质因数，有效保护谐振器，提出了一种基于绝缘体上硅（SOI）-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统（MEMS）压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术（DRIE），分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜；然后，通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后，利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔，通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接，成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明：该真空封装方案简单有效，封装气密性良好；传感器在10kPa~110kPa的差分检测灵敏度约为10.66Hz/hPa，线性相关系数为0.99999542。关键词：微电子机械系统;谐振式压力传感器;绝缘体上硅（SOI）;阳极键合;真空封装- 80
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扁簧式起落架柔性变形的实时状态空间描述
摘要：根据无人机地面动力学分析对扁簧式起落架动力学模型的要求，提出了该起落架柔性变形的建模方法。首先，基于模态分析相关理论，通过调整刚度矩阵等效边界约束条件，获得扁簧式起落架的约束模态数据，并采用模态缩减简化模型；然后，采用模态坐标变换解耦振动微分方程，建立状态空间模型描述扁簧式起落架的动力学特性；最后，设计了静力学、动力学仿真测试以及扁簧落震实验对所建扁簧状态空间柔性模型进行验证。结果表明：静力条件下，状态空间模型与有限元软件静力分析结果仅有0.07%的误差，验证了柔性模型计算的准确性；另外，包含柔性状态空间模型的落震仿真模型的仿真步长为1ms，与落震实验结果的误差小于5%，满足飞行仿真的要求。实验显示，提出的柔性建模方法可为多体动力学刚柔混合模型中柔性模型的建立提供参考。关键词：扁簧式起落架;模态分析;约束边界条件;状态空间方程;实时描述- 54
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逐层微细电阻滑焊工艺制备三维微结构
摘要：采用飞秒激光切割和微细电阻滑焊组合的方法制备了高深宽比的三维微结构。为了提高每层二维微结构的叠加精度和连接强度，用逐层微细电阻滑焊对每层二维微结构进行滑焊以获得较好的工艺参数。对上述工艺参数所制备的微结构进行了抗剪切能力测试，测试结果显示：随着滑焊放电次数的增加，微结构的极限剪切力由8.04N逐渐增加至65.97N。而后，通过能量分散光谱仪（EDS）对电极的沉积效应进行了研究。最后，在120mW的飞秒激光，50μm/s的切割速度，0.21V的焊接电压，0.2MPa的焊接压强，100ms的预压时间，10ms的焊接时间以及160次的滑焊放电次数等工艺参数下制备了基本尺寸为50μm×50μm的微方孔阵列以及微齿轮结构。实验结果表明：通过逐层微细电阻滑焊制备的微结构表面质量良好，各层微结构之间叠加较好，显示逐层微细电阻滑焊可以较好地保证三维微结构中各层二维微结构的连接强度和叠层精度。关键词：三维微结构;飞秒激光切割;逐层微细电阻滑焊;沉积效应- 60
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TiAlCN涂层界面扩散机理与结合强度
摘要：利用阴极弧离子镀在Cr12MoV钢表面制备了TiAlCN涂层，通过扫描电镜（SEM）、能量分散光谱法（EDS）、X射线衍射术（XRD）等手段分析了TiAlCN涂层的表面-界面形貌、化学元素分布和物相特性，并对其界面结合机理进行了探讨。结果表明，Al原子第一电离能低于Ti原子，容易从靶材上气化电离出来沉积在基体上，使得涂层中Al元素含量较高；涂层中TiN、AlN和AlTiN为硬质相，其中涂层中高含量的Al原子有利于提高抗磨损性能，无定形C原子有利于降低摩擦系数；Ti、Al、C、N等原子在涂层中产生富集现象，在结合界面处发生扩散，是形成冶金结合的主要机制。另外，用划痕法测得涂层界面结合强度为76.9N，具有较高的抗剥落能力。文中的结果为TiAlCN涂层在冷作模具表面改性处理中的应用提供了实验基础。关键词：TiAlCN涂层;阴极弧离子镀;线扫描;面扫描;结合强度- 63
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分步插层法制备高倍膨胀石墨及其微观结构
摘要：为获得密度小，漂浮性能好的膨胀石墨，采用分步插层法，依次以硝酸与磷酸的混酸、硝酸与乙酸的混酸为插层剂，高锰酸钾为氧化剂制备了高倍膨胀石墨。利用正交试验和平行试验确定了最佳工艺条件。在确定的工艺条件下制备出了膨胀体积为450ml/g的膨胀石墨。分析了用分步插层法制备高倍膨胀石墨的主要影响因素，提出其按影响大小依次为：第一步插层中高锰酸钾用量和第二步插层中乙酸、高锰酸钾和硝酸的用量。采用扫描电镜（SEM）分析了膨胀石墨微观结构随膨胀体积的变化。结果表明：随膨胀体积的增大，膨胀石墨片层被充分打开，几何截面增大，形成更大散射体，从而有利于红外辐射和毫米波的衰减。关键词：膨胀石墨;膨胀体积;微观结构;分步插层法- 79
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斜视航空相机的斜距离焦补偿
摘要：针对斜视航空相机成像时产生的离焦，设计了相应的调焦机构以补偿斜距离焦量。分析了斜距离焦原理，得出了斜距离焦补偿量的计算公式，并提出采用凸轮机构对斜距离焦量进行补偿。考虑传统的基于偏心凸轮的斜距调焦机构的理论模型具有数学近似的缺点，设计了理论模型没有进行数学近似的基于圆柱凸轮的斜距调焦机构。由于斜距调焦机构设计时是基于某一典型高度，当相机工作于其他高度时会产生剩余离焦量，文中分析了剩余离焦量产生的原因、处理方法和处理流程，从而使斜距离焦量在相机所有工作高度和扫描角范围内均得到补偿，为相机获得高质量图像提供了条件。最后，在实验室利用平行光管模拟了不同物距的成像，验证了提出的斜距调焦机构的有效性和准确性。关键词：航空相机;斜距离焦;凸轮;剩余离焦量;补偿- 38
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利用恒星与地磁场确定卫星自主轨道
摘要：提出一种适用于低轨道卫星的自主导航方法。与以往采用星光角距作为观测量的方法不同，该方法利用卫星平台中常见的星敏感器和地磁敏感器确定卫星实时轨道参数；通过对星敏感器的观测数据进行适当转换，将卫星位置单位矢量观测方程转换为线性化方程；对地磁场强度与轨道高度的关系进行拟合，利用磁强计观测数据求取地心距；采用拉格朗日差值算法确定卫星初轨，为滤波器提供初值。由于二体轨道动力学模型的一阶线性化近似引入的系统模型误差影响了滤波器性能，而一阶导数函数值的线性组合可替代高阶导数的函数值，并降低计算量，所以本文在扩展KALMAN滤波器的设计过程中，对状态方程进行了高阶线性化处理，从而提高了滤波器状态方程的离散化精度。最后，用仿真实验验证了这种低轨卫星轨道确定方法的有效性与实用性。关键词：低轨道（LEO）卫星;自主轨道确定;星载敏感器;最小二乘法;卡尔曼滤波- 63
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SiO2/CeO2复合磨粒的制备及在蓝宝石晶片抛光中的应用
摘要：采用均相沉淀法制备了SiO2/CeO2复合磨料，并利用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）等对样品的相组成和形貌进行了表征。将所制备的SiO2/CeO2复合磨料用于蓝宝石晶片的化学机械抛光，利用原子力显微镜检测抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度。结果表明：所制备的SiO2/CeO2复合磨粒呈球形，粒径在40-50nm；在相同条件下，经过复合磨料抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度为0.32nm，材料去除速率为16.4nm/min，而SiO2抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度为0.92nm，材料去除速率为20.1nm/min。实验显示，复合磨料的材料去除速率略低于单一SiO2磨料，但它获得了较好的表面质量，基本满足蓝宝石作发光二极管（LED）衬底的工艺要求。关键词：蓝宝石晶片;化学机械抛光;表面粗糙度;SiO2/CeO2;复合磨料- 54
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发布时间：2020-08-13 -
悬臂式压电双晶片振子夹持长度变化对其动态特性的影响
摘要：以惯性压电驱动器的关键部件——悬臂式压电双晶片振子为研究对象，探讨了悬臂式压电双晶片振子的夹持长度变化对其动态特性的影响规律。首先，建立了悬臂式压电双晶片振子静态参数方程和动力学模型。然后，应用matlab软件仿真分析了夹持长度变化对悬臂式压电双晶片振子的端部位移幅值和惯性加速度幅值的影响。最后，分别测试了悬臂式压电双晶片振子在不同夹持长度下的端部位移幅值以及惯性加速度幅值。结果显示：驱动电压为10V，频率为11Hz，悬臂式压电双晶片振子的夹持长度在9~20mm内变化时，其端部位移幅值最大为66.2μm，产生的惯性加速度幅值最大为10.2ms-2。仿真和试验结果表明：激励电场相同时，随着悬臂式压电双晶片振子的夹持长度增大，其端部位移幅值会变小，而其产生的惯性加速度会变大。关键词：压电双晶片振子;悬臂式双晶片振子;夹持长度;动态特性- 45
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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神经网络辅助卡尔曼滤波在组合导航中的应用
摘要：为使基于微机电系统的捷联惯性导航/全球定位（MEMS-SINS/GPS）组合导航系统在GPS接收机无法正常工作时，仍能提供满足精度要求的导航信息，提出了径向基函数神经网络（RBFNN）辅助自适应卡尔曼滤波（AKF）的信息融合方法。首先，基于该方法设计了由神经网络训练与预测两种模式构成的组合导航系统。在GPS可用时，对RBFNN进行在线训练；在GPS失锁时，由RBFNN预测AKF更新过程的量测输入。然后，建立了RBFNN与AKF的数学模型，并设计了RBFNN的训练策略与AKF的自适应算法。最后，通过跑车实验验证了该信息融合方法的有效性。实验结果表明，在GPS断开时间为40s和100s时，系统的位置精度分别优于15m和90m。该信息融合方法能在GPS失锁时对导航误差发散进行有效阻尼，是适用于小型无人机、制导炸弹与车辆的一种低成本、高鲁棒性、中等精度的导航方案。关键词：径向基函数神经网络;自适应卡尔曼滤波;信息融合;微电子机械系统;组合导航- 53
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发布时间：2020-08-13 -
基于同质区域自动选取的各向异性扩散超声图像去噪
摘要：提出一种自适应选取各向异性扩散滤波器扩散参数的方法，以提高滤波器的有效性和稳定性。首先，使用最大类间方差二值化算法确定超声图像的最优二值化阈值，并将该阈值作为区域均匀性标准对超声图像进行四叉树分解。然后，按从大到小的顺序从分解结果中取出所有当前最大分块，根据最优同质区域分块判决依据进行优选。最后，使用最优同质区域选取结果计算扩散参数，对超声图像进行各向异性扩散滤波。结果表明，本方法优于斑点降噪各向异性扩散（SRAD）和细节保留各向异性扩散（DPAD）两种典型的自动选取扩散参数方法，能在显著减少运算时间的同时使平均图像佳数较前两种方法分别提高0.029和0.129。本方法避免了对人工同质区域选取的依赖，可准确计算扩散参数，在噪声消除和边缘保护上达到有效的平衡，是一种有效的超声图像降噪方法。关键词：超声图像;斑点噪声;图像滤波;同质区域;各向异性扩散- 59
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发布时间：2020-08-13 -
高效视频编码的快速编码单元深度遍历选择和早期编码单元裁剪
摘要：为了降低新一代高效视频编码（HighEfficiency Video Coding，HEVC）标准的编码复杂度，提出了一种基于四叉树结构类型分析和早期编码单元（Coding Unit，CU）裁剪的HEVC快速编码新算法。首先，通过分析已编码的最大编码单元（Largest CU，LCU）四叉树结构类型，确定其深度遍历区间（Depth Range，DR）类型。然后，利用相邻已编码的LCU以及前向参考帧和后向参考帧中坐标位置相同的LCU的DR类型来预测当前LCU的DR类型，并根据预测得到的DR类型对当前LCU设定CU深度遍历区间。最后，采用贝叶斯决策原理获取阈值，并利用该阈值在CU分割过程进行早期CU裁剪。实验结果表明：相对于原始HEVC编码结构，本文算法在随机访问模式下编码时间平均减少41.55%，BDBR（Bjontegaard Delta Bit Rate）只增加约1.94%，BDPSNR（Bjontegaard Delta Peak Signal-to-noise Rate）只降低了0.06dB；与Shen方案相比，该算法可以降低12%左右的计算复杂度，BDBR只增加约1.09%，BDPSNR只降低了0.03dB。关键词：高效视频编码;编码单元（CU）;CU深度遍历选择;CU裁剪;四叉树结构类型分析- 41
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发布时间：2020-08-13 -
用于非金属地雷探测的声-地震耦合识别方法
摘要：研究了用于非金属地雷探测的声-地震耦合识别方法。介绍了基于声-地震耦合的声共振探雷技术的基本原理，讨论了如何利用声学参量表征地雷的机械特征以及综合利用声波共振和反共振的作用。设计了车载式声波探雷实验系统，测量了埋藏地雷时的地表振动速度。最后，根据扫描探测结果，研究了地雷的声学振动特征。结果显示：埋藏有地雷的位置会呈现振动特征的明显凸起，在给定实验条件下，地雷中心振动强度是无雷区域的15倍，利用提高信噪比的方法还可使该值提高到20倍。实验表明：基于地雷振动强度和扫描探测的方法可研究地雷掩埋位置的振动特征，而且所设计的实验系统具有操作简便、成本较低的优点。关键词：声-地震耦合;声共振;地雷探测;非金属地雷- 52
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发布时间：2020-08-13 -
变圆域罗盘特征图像匹配
摘要：针对现有图像匹配算法特征算子计算复杂度高，关键点描述过程中点对选取存在不确定性等问题，提出了变圆域罗盘特征匹配（VCDCM）方法。该方法首先利用罗盘检测法对图像进行关键点检测，采用变圆模式接受域选取理想点对，根据接受域内点对之间的距离将点对分为长点对集和短点对集；然后用长点对集描述关键点方向，短点对集构建关键点描述符。最后采用Hamming距离代替传统的欧式距离进行匹配，并采用随机抽样一致（RANSAC）方法精炼匹配点以避免由于噪声和物体位置移动等原因产生的误匹配。从鲁棒性和实时性两个方面对本文提出的方法与尺度不变特征变换（SIFT）和二元加速鲁棒特征（BRIEF）方法进行了对比试验分析，实验结果表明，本文提出的方法具有匹配速度快、准确性高、稳定性好等特点。关键词：图像匹配;变圆域;关键点描述符;加速分割检测特征（FAST）- 42
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任意相移最小二乘法迭代的在线三维检测
摘要：为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术（PMP）在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度，同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度，提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中，任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面，采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图，其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后，采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明：在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下，该系统的测量结果稳定，均方根误差均不高于0.1699mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件，提高了测量的灵活程度，使在线PMP更具普适性。关键词：在线检测;相位测量轮廓术;满周期等相移算法;像素匹配;最小二乘法迭代- 50
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基于改进支持向量机的目标威胁估计
摘要：针对信息融合中目标威胁估计的特点，分析了传统目标威胁估计方法和支持向量机（SVM）的不足。采用粒子群算法（PSO）对SVM中惩罚参数c和核函数g进行优化，建立了改进的SVM（PSO_SVM）目标威胁估计模型及算法。介绍了粒子群算法和支持向量机的原理，建立了一种新的PSO_SVM目标威胁估计模型；基于该模型，实现了PSO_SVM目标威胁估计算法。为适应该算法，对数据进行了预处理，包括数据量化和归一化。交叉验证寻找最佳参数时，采用PSO算法进行优化。采集75组原始数据用于仿真实验，其中60组作为训练集，15组作为测试集。仿真实验表明，该算法预测误差为0，达到了预期目标。实验结果真实、准确地反映了实际情况，证明了该方法的有效性。关键词：信息融合;目标威胁估计;粒子群算法;支持向量机- 70
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无人机侦察图像压缩
摘要：为了减少图像数据的存储空间并高质量恢复侦察目标区域，提出了一种基于感兴趣区域分割压缩重构的新方法。首先，利用侦察目标具有规则性的特点，识别提取出感兴趣区域。然后，采用基于区域的分割算法将原图像分割成感兴趣区域（ROI）和背景区域（BG）。最后，选用基于小波变换的压缩方法，采用多级树集合分裂算法（SPIHT）嵌入式编码对分割开的ROI和BG用不同的编码比特率进行编码压缩。仿真试验证明，在同样环境下，采用本文提出的算法，感兴趣区的压缩效果比较好，恢复后图像更符合人眼视觉特性。和其他算法的处理结果比较，本文算法的图像峰值信噪比有所提高，很好地解决了高压缩比和目标图像质量之间的矛盾。关键词：感兴趣区域（ROI）;小波变换;图像压缩;无人机- 97
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基于人脸画像的伪照片合成及修正
摘要：提出一种基于人脸画像的伪照片合成及修正方法，该方法包括人脸伪照片的合成、增强以及局部修正3个部分。首先，应用局部本征变换（LET）方法合成人脸伪照片的初始估计。然后，提取人脸画像的边缘和纹理信息对人脸伪照片进行增强以改善合成结果的视觉效果。最后，通过移动最小二乘法对伪照片局部合成错误进行修正。在CUHKstudent人脸画像库上进行了实验，对转换结果与真实人脸照片进行了比较。结果表明：提出的方法可以有效地合成人脸伪照片，对人脸伪照片能够进行有效增强和修正，且在修正局部合成错误的同时能够保证整体相似度不会下降。由于本文的方法只涉及到局部区域的变形，所以不需要依靠神经网络来预测输出结果中控制点的目标位置，从而降低了计算的复杂度。关键词：人脸画像;人脸伪照片;伪照片处理;局部本征变换;移动最小二乘法- 72
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发布时间：2020-08-13 -
基于运动恢复的双目视觉三维重建系统设计
摘要：对基于双目立体视觉的一种三维重建系统进行了改进和扩展。将视差细化处理环节引入现有系统，使原视差及相邻视差的匹配代价拟合为一条二次曲线，并为该曲线重新寻找更加精确的视差。进一步将运动恢复计算环节引入系统，通过估计当前视角的摄像机运动矩阵和以跟踪点和摄像机运动矩阵为参数构造能量函数，对能量函数进行优化来有效缩小误差，恢复出准确的运动矩阵。实验结果表明：新增的视差细化处理环节有效提升了重建点云的精度，使细化前后三维重建结果误差平均减少了16.3%，避免了片状点云现象；新增的运动恢复优化环节，能够精确地恢复摄像机的运动矩阵，优化后三维重建结果平均重投影误差减少了95.5%；重构后不同视角的点云之间不再孤立，重建模型整体拼接自然。关键词：立体视觉;双目视觉;三维重建;视差细化;运动恢复- 62
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三维颅骨特征点的自动标定
摘要：提出了颅骨特征点的全自动标定方法，该方法利用分区统计可变模型及模型相似性匹配的方法来标定颅骨特征点。首先，对颅骨分区样本进行统计建模；利用统计模型的形变控制生成基准模型和生成模型，并建立基准模型和生成模型间的映射关系。然后，定义了模型之间相似性。最后，利用模型相似度和映射关系，间接得到待测模型的特征点。实验结果表明：该方法定位眼眶模型特征点的位置平均误差值为3.2325 pixel；当距离阈值为10pixel（模型大小的3%）时，有90%的特征点的位置准确率达到100%。与现有方法相比，本文方法标定的颅骨特征点的准确度和精确度都更高，并且可以标定颅骨模型平滑区域的特征点。关键词：医学图像;特征点标定;统计可变形模型;相似性匹配- 74
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分段正则化正交匹配追踪算法
摘要：为了使压缩感知重构算法在实际重构信号时不需要稀疏度先验信息，本文提出了分段正则化正交匹配追踪算法。该算法根据信号重构残差量设计阈值，构建候选集。通过正则化候选集提取出用于表示信号的原子，并将其存入支撑集；当候选集为空集时，选择相关系数最大的原子加入支撑集。最后，针对支撑集中的原子求解最小二乘问题实现信号的逼近和残差量的更新。实验结果表明：针对长度为256的高斯信号和二值信号，提出的算法在稀疏度分别达到50和40时，精确重构率可达90%以上；在信号稀疏度相同的条件下，重构效果和速度整体优于现有的同类算法，具有速度快、稳定性好的特点。关键词：压缩感知;重构算法;分段正则化;匹配追踪- 53
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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