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远距离目标激光精密跟踪控制系统设计

激光与光电子学进展 2024年

作者：陈本永赵梓辰裘天峰杨晔严利平谢建东楼盈天浙江理工大学信息科学与工程学院

针对目前激光跟踪测量技术中测量距离与跟踪控制参数的精确匹配问题，研制了一套基于距离自适应跟踪策略的远距离目标激光精密跟踪控制系统。根据在不同距离处所标定的电机跟踪控制参数，构建了基于最小二乘法多项式拟合的距离自适应参... 详细信息

针对目前激光跟踪测量技术中测量距离与跟踪控制参数的精确匹配问题，研制了一套基于距离自适应跟踪策略的远距离目标激光精密跟踪控制系统。根据在不同距离处所标定的电机跟踪控制参数，构建了基于最小二乘法多项式拟合的距离自适应参数模型，获得标定距离范围内与任意距离匹配的跟踪控制参数，实现了远距离目标的稳定跟踪；对所研制系统装置进行了跟踪控制参数标定实验、圆轨迹跟踪性能验证实验及目标轨迹坐标测量实验。实验结果表明，所设计跟踪系统可实现50m范围内运动目标的稳定跟踪测量，且跟踪速度均不低于500mm/s，可应用于远距离动态目标的精密跟踪测量。

关键词：激光跟踪自适应控制跟踪策略最小二乘法

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一种小型激光跟踪测量系统的研制

计量学报 2024年第3期45卷 340-348页

作者：顾超伟缪东晶严利平刘洋李建双浙江理工大学纳米测量技术实验室浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029

为实现大尺寸范围内的坐标跟踪测量,研制了一种小型激光跟踪测量系统。设计了光机电一体化的机械结构,实现减小系统体积与提高抗干扰能力。设计了系统的光学模块,通过优化基于位置敏感探测器的目标偏差量采集部分的光路,实现目标允许最... 详细信息

为实现大尺寸范围内的坐标跟踪测量,研制了一种小型激光跟踪测量系统。设计了光机电一体化的机械结构,实现减小系统体积与提高抗干扰能力。设计了系统的光学模块,通过优化基于位置敏感探测器的目标偏差量采集部分的光路,实现目标允许最大偏差量的增大。通过开展位置敏感探测器的标定实验,完成位置敏感探测器的线性区间与偏差比例系数的测量,为跟踪控制算法开发提供了关键参数。进行了跟踪控制模块的设计,并完成跟踪控制算法的开发,实现系统的快速跟踪测量。开发了系统三维可视化测量软件,实现用户对系统与目标的空间位置及运动状态的实时掌控。实验结果表明,系统的跟踪稳定性与位移分辨力分别为20μm和40μm,系统的跟踪速度最高可达480 mm/s,加速度最高可达506 mm/s^(2),跟踪距离范围不小于70 m,具有三维坐标测量与三维可视化功能,与现有跟踪仪相比具有体积、重量以及测角范围上的优势,具有良好的跟踪性能与应用前景。

关键词：几何量计量激光跟踪三维坐标测量三维可视化跟踪控制标定大尺寸测量

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东海日本鲭年龄与卵径和繁殖力的关系

中国水产科学 2022年第8期29卷 1189-1197页

作者：周翰林严利平张辉李建生上海海洋大学海洋科学学院中国水产科学研究院东海水产研究所农业农村部东海渔业资源开发利用重点实验室

为合理利用日本鲭(Scomberjaponicus)资源并深入了解其资源补充规律,利用2021年3—4月在东海中部采集的日本鲭繁殖群体样本,研究了其年龄与卵径和繁殖力的关系。结果表明：雌性日本鲭繁殖群体由1+～5+龄构成,1+和2+龄占优势(68.54%)。根... 详细信息

为合理利用日本鲭(Scomberjaponicus)资源并深入了解其资源补充规律,利用2021年3—4月在东海中部采集的日本鲭繁殖群体样本,研究了其年龄与卵径和繁殖力的关系。结果表明：雌性日本鲭繁殖群体由1+～5+龄构成,1+和2+龄占优势(68.54%)。根据Logistic方程拟合得到其50%性成熟叉长为256.98 mm。独立T检验结果表明,不同的性腺发育程度与卵径存在极显著性正相关关系(P平均绝对繁殖力为(358202.06±185914.39)粒/ind;平均叉长相对繁殖力为(1101.70±492.21)粒/mm;平均体重相对繁殖力为(881.13±311.46)粒/g。绝对繁殖力和叉长相对繁殖力均随着年龄的增加而逐渐升高,且均与年龄存在极显著正相关关系(P<0.001);体重相对繁殖力与年龄存在显著正相关关系(P=0.017<0.05)。回归分析表明, 3种繁殖力指标与年龄之间均符合幂函数关系。绝对繁殖力贡献率随着年龄的增加而下降,绝对繁殖力年增长量及增长率随着年龄的增加先持续降低其后至5+龄又略有回升。虽然高龄日本鲭所产出的卵子质量更高,繁殖力更强,但高龄个体数量较少,因此绝对繁殖力群体贡献率小于低龄鱼。在制定日本鲭资源管理和保护措施时,对于高龄日本鲭的保护问题尤其值得重视。

关键词：日本鲭东海年龄繁殖力卵径

东黄海日本鲭资源和群体结构的年代际变化研究

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海洋渔业 2023年第5期45卷 513-521页

作者：李建生严利平张辉中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090 农业农村部东海渔业资源开发利用重点实验室上海200090

为了解东黄海区域内日本鲭(Scomber japonicus)的资源动态,利用1980—2019年东黄海日本鲭渔业统计产量、机轮围网平均单位船组年产量(CPUE)和生物学测定数据,对该群体捕捞产量、资源量指数和群体结构之间的年代际变动关系进行了研究。... 详细信息

为了解东黄海区域内日本鲭(Scomber japonicus)的资源动态,利用1980—2019年东黄海日本鲭渔业统计产量、机轮围网平均单位船组年产量(CPUE)和生物学测定数据,对该群体捕捞产量、资源量指数和群体结构之间的年代际变动关系进行了研究。结果表明:东黄海各年代日本鲭的平均产量以20世纪80年代最低,21世纪10年代最高为42.39×104 t,随着年代的推移表现出持续增加的趋势,其中东海区持续增加,黄渤海区先增加后降低。机轮围网平均CPUE前期在波动中上升,至1999年达到高峰值3776.00 t·单位船组^(-1),其后呈下降的趋势;20世纪80年代为1954.60 t·单位船组^(-1),20世纪90年代升高至2839.80 t·单位船组^(-1),21世纪00年代又急剧降低至1701.10 t·单位船组^(-1),21世纪10年代继续降低为1372.00 t·单位船组^(-1)。日本鲭的平均叉长、平均体质量和优势叉长组均随年代的推移表现出持续减小的趋势:平均叉长从1982年的337.15 mm减小为2009年的309.67 mm,到2019年再继续减小至265.90 mm;平均体质量从1982年的547.21 g减小为2009年425.55 g,其后到2019年又减小至226.40 g;优势叉长组从1982年的320~360 mm减小为2009年的290~330 mm,然后到2019年继续减小至250~280 mm。20世纪80—90年代,机轮围网平均CPUE可以作为指示日本鲭捕捞产量变化的依据,但21世纪以后已经不能作为判断日本鲭捕捞产量变化的依据。日本鲭捕捞产量维持在高位水平是捕捞强度的增加造成的,而非其自身资源量的增加所致。建议今后从科学层面建立日本鲭综合评价指数,合理评估资源量,在此基础上提出每年的最大可持续产量;渔业管理层面,建议在特定水域设立日本鲭种质资源保护区,同时制定针对日本鲭不同生长阶段的管理措施,尽快出台日本鲭总可捕量(total allowable catch,TAC)管理制度,达到资源可持续开发利用的目的。

关键词：东黄海日本鲭捕捞产量群体结构年代际变化

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东海中部日本鲭繁殖群体年龄与生长特征

中国水产科学 2022年第4期29卷 608-617页

作者：周翰林严利平张辉李建生中国水产科学研究院东海水产研究所农业农村部东海渔业资源开发利用重点实验室上海海洋大学海洋科学学院

根据2021年3-4月在东海中部采集的日本鲭(Scomber japonicus)繁殖群体样本,通过耳石轮纹判读、生长逆算和生长方程拟合分析了其群体结构与生长特征。结果表明:日本鲭繁殖群体中雌雄个体之间的叉长和体重关系不存在显著性差异(F=0.376,P=... 详细信息

根据2021年3-4月在东海中部采集的日本鲭(Scomber japonicus)繁殖群体样本,通过耳石轮纹判读、生长逆算和生长方程拟合分析了其群体结构与生长特征。结果表明:日本鲭繁殖群体中雌雄个体之间的叉长和体重关系不存在显著性差异(F=0.376,P=0.54>0.05);雌雄合计的年龄结构为1～7龄,优势年龄组为1～2龄,占比73.63%;3龄及3龄以下,雌性数量多于雄性;3龄以上,雌雄数量基本相当,但雌性缺少高龄个体。叉长与体重关系式为:W=0.8837×10–6FL3.47。线性函数关系是叉长和耳石半径关系的最优解,其关系式为FL=184.09R-112.73。利用4种模型逆算出的叉长和年龄数据来拟合vonBertalanffy、Gompertz和Logistic等3种生长方程并进行比较,其中用Dahl-Lea模型逆算的vonBertalanffy方程的AIC值和BIC值均最小,因此选择其作为最佳生长方程,得到的von Bertalanffy叉长生长方程为FLt=427.18[1-e~(–0.23(t+2.5))];体重生长方程为Wt=1187.20[1-e~((–0.23(t+2.5))]。经过二阶求导,得到拐点年龄为2.91龄,对应的拐点体重和叉长分别为365.03g,304.09mm,可以作为今后制定日本鲭开捕规格的重要参考依据。

关键词：日本鲭繁殖群体耳石逆算模型生长方程

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一种小型激光跟踪测量系统的研制

计量学报 2023年

作者：顾超伟缪东晶严利平刘洋李建双浙江理工大学纳米测量技术实验室中国计量科学研究院

为实现大尺寸范围内的坐标跟踪测量，研制了一种体积小、重量轻的小型激光跟踪测量系统。设计了光机电一体化的机械结构，采用光学模块、机械结构、电控模块集成一体的方式，实现系统体积的减小与抗干扰能力的提高。设计了系统的光学模... 详细信息

为实现大尺寸范围内的坐标跟踪测量，研制了一种体积小、重量轻的小型激光跟踪测量系统。设计了光机电一体化的机械结构，采用光学模块、机械结构、电控模块集成一体的方式，实现系统体积的减小与抗干扰能力的提高。设计了系统的光学模块，通过优化基于位置敏感探测器的目标偏差量采集部分的光路，实现目标允许最大偏差量的增大。通过开展位置敏感探测器的标定实验，完成位置敏感探测器的线性区间与偏差比例系数的测量，为跟踪控制算法开发提供了关键参数。进行了跟踪控制模块的设计，并完成跟踪控制算法的开发，实现系统的快速跟踪测量。开发了系统三维可视化测量软件，实现用户对系统与目标的空间位置及运动状态的实时掌控。实验结果表明，系统的跟踪稳定性与位移分辨力分别为20μm和40μm，系统的跟踪速度最高可达480 mm/s，加速度最高可达506 mm/s2，跟踪距离范围不小于70m，具有三维坐标测量与三维可视化功能，同时与现有跟踪仪相比具有体积上、重量上以及测角范围上的优势，具有良好的跟踪性能与应用前景。

关键词：激光跟踪三维坐标测量三维可视化跟踪控制标定

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黄海南部小黄鱼种群动态和开发模式

中国水产科学 2022年第7期29卷 960-968页

作者：严利平刘尊雷金艳程家骅熊瑛胡翠林中国水产科学研究院东海水产研究所农业农村部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室江苏省海洋水产研究所浙江省海洋水产研究所

小黄鱼(Larimichthyspolyactis)在中国的海洋渔业中占据重要的地位,其种群动态和开发模式的信息更新对指导可持续管理至关重要。本研究利用2018年在黄海南部海域采集的小黄鱼长度-频率数据,获取小黄鱼生长、死亡和种群状况的基础生物学... 详细信息

小黄鱼(Larimichthyspolyactis)在中国的海洋渔业中占据重要的地位,其种群动态和开发模式的信息更新对指导可持续管理至关重要。本研究利用2018年在黄海南部海域采集的小黄鱼长度-频率数据,获取小黄鱼生长、死亡和种群状况的基础生物学参数,其中,总死亡系数源于长度转换渔获曲线的估算,生物学参考点通过单位补充量渔获量或单位补充量生物量分析来预估;利用渔获长度指标研判小黄鱼的开发模式。结果显示,小黄鱼von Bertalanffy生长方程的渐近体长BL∞=29.26cm,生长系数K=0.26/a,理论初始年龄t0=-0.6326a;总死亡系数Z、自然死亡系数M和捕捞死亡系数F分别为2.83/a、0.52/a和2.31/a,现行渔业开发率(E=0.82)超过估算的生物学参考点(Emax=0.67),证实小黄鱼种群超过了最佳开发水平,处于过度开发状态。渔获长度指标进一步分析显示,45.18%的渔获是在性成熟之前捕捞,而巨型亲体占比仅为0.47%,表明该种群同时遭受生长型和补充型过度捕捞。Logistic选择曲线分析表明,小黄鱼渔获概率在50%的选择全长为13.75 cm。可持续的渔业管理需要提高首次开捕全长Lc,以接近最适捕捞全长Lopt(19.2 cm)为目标。

关键词：小黄鱼生长死亡过度捕捞长度指标

基于卷积神经网络智能识别吸收峰的激光稳频方法

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中国激光 2023年

作者：陈本永赵勇楼盈天严利平谢建东于良唐健钧浙江理工大学精密测量技术实验室

针对饱和吸收光谱激光稳频技术中多吸收峰难以自动识别、误差信号灵敏度低的问题，提出一种基于卷积神经网络(CNN)智能识别铷原子吸收峰的激光频率锁定方法。首先设计了大小卷积核相结合的五个“卷积-Re LU-最大池化”模块+两层全连接... 详细信息

针对饱和吸收光谱激光稳频技术中多吸收峰难以自动识别、误差信号灵敏度低的问题，提出一种基于卷积神经网络(CNN)智能识别铷原子吸收峰的激光频率锁定方法。首先设计了大小卷积核相结合的五个“卷积-Re LU-最大池化”模块+两层全连接层的一维CNN，然后对激光器线性扫频获得包含24个饱和吸收峰的铷原子光谱信号Ssa(t)，提取每个吸收峰的位置序号，将其与Ssa(t)作为CNN训练的标签和数据，再利用训练后的CNN实现吸收峰智能识别；采用正交解调技术精确提取Ssa(t)相位，使本振信号相位与其自动匹配，提高误差信号的灵敏度。设计了基于上位机CNN智能寻峰+现场可编程门阵列(FPGA)实时信号处理的激光频率锁定系统，锁定后的激光频率与光频梳拍频结果表明，在7500 s内，激光频率波动标准差为7.94 kHz，平均时间为64 s时，相对阿伦方差达3.50×10-12。该方法可被广泛应用于饱和吸收光谱激光稳频领域。

关键词：饱和吸收光谱激光频率锁定卷积神经网络吸收峰智能识别铷原子

波片阵列对准误差对激光干涉非线性误差的影响

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中国激光 2022年第9期49卷 52-60页

作者：张博严利平刁晓飞浙江理工大学纳米测量技术实验室浙江杭州310018 中国计量科学研究院几何量计量科学研究所北京100029

提出了一种基于四象限探测器和波片阵列的集成式干涉信号探测系统。波片阵列的对准误差是激光干涉测量非线性误差的主要来源之一。首先分析了波片阵列对准误差对测量结果的影响机理,然后利用琼斯矩阵建立了波片阵列对准误差引入的非线... 详细信息

提出了一种基于四象限探测器和波片阵列的集成式干涉信号探测系统。波片阵列的对准误差是激光干涉测量非线性误差的主要来源之一。首先分析了波片阵列对准误差对测量结果的影响机理,然后利用琼斯矩阵建立了波片阵列对准误差引入的非线性误差模型,并搭建实验系统进行验证和研究。实验结果表明,波片阵列引入的非线性误差会随着对准误差的增大而增大,在-20°~20°范围内,四分之一波片引入的非线性误差在0~13nm之间,二分之一波片引入的非线性误差在0~2.4nm之间。研究结果对单频激光干涉测量系统的集成化及非线性误差的分析和消除具有重要的参考价值。

关键词：测量位移测量激光干涉波片琼斯矩阵非线性误差纳米测量

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