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一种用于景象匹配导航的新型图像配准算法

工程科学学报 2025年第3期47卷 496-503页

作者：杨鸿睿朱启举曹培贤顾浩赵东东西安现代控制技术研究所西安 710065 中国科学院自动化研究所北京 100083 航空工业西安飞行自动控制研究所西安 710065

高精度定位与导航技术是实现无人机自主飞行的核心要素之一，当在卫星拒止条件下，卫星导航无法进行准确定位时，景象匹配视觉导航技术因其设备结构的简洁性和被动式定位的高精度而备受关注，当它与惯性系统结合时，能够构建出一个高度... 详细信息

高精度定位与导航技术是实现无人机自主飞行的核心要素之一，当在卫星拒止条件下，卫星导航无法进行准确定位时，景象匹配视觉导航技术因其设备结构的简洁性和被动式定位的高精度而备受关注，当它与惯性系统结合时，能够构建出一个高度自主且精确的导航系统. 在景象匹配系统中，最为关键的步骤是将实时拍摄到的图像与预先装载的基准图进行精确配准. 然而，这一过程面临着无人机高速飞行和基准图多源性的双重挑战，这要求图像配准在确保精度的同时，还必须具备快速响应和强鲁棒性. 为了克服这些难题，本文提出了一种名为Dimensionality reduction second-order oriented gradient histogram（DSOG）的描述子，该描述子通过描述图像定向梯度信息的像素特征，有效地实现了图像特征的提取. DSOG描述子采用区域特征的特征提取策略，实现对不同传感器采集到的图像数据进行精准匹配，满足飞行器在全天候的条件下实现高精度导航的需求. 在此基础上，还设计了一种优化后的相似度度量匹配模板，该模板在频域上对传统的基于快速傅里叶变换的特征表示快速相似度度量算法进行了优化，减少了匹配过程中的冗余计算. 本文提出的匹配框架经过对不同类型多模态图像的广泛评估，实验数据包括可见光-可见光、可见光-合成孔径雷达、可见光-高光谱等异源图像对，同时，将提出的算法于目前主流的图像配准算法进行了对比，结果显示，与当前主流方法相比，在保持匹配精度的前提下，显著提升了计算效率，同时相比于深度学习算法，本文提出的算法无需经过大量的数据训练即可得到实际使用所需的泛化性. 具体来说，本文提出的算法在多模态图像的平均匹配时间仅为1.015 s，不仅满足了无人机景象匹配导航对实时性和鲁棒性的要求，而且为无人机的广泛应用提供了强有力的技术支持.

关键词：卫星拒止景象匹配导航图像配准无人机图像区域特征

不同面密度的PVDF电纺纳米纤维膜对CF/EP复合材料层压板的层间断裂韧性的实验研究与数值模拟

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复合材料科学与工程 2025年

作者：彭焱韦廖贤曾塘玉马传国桂林电子科技大学材料科学与工程学院广西电子信息材料构效关系重点实验室

本研究探讨了不同面密度的聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜作为增强材料，对碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料层压板层间断裂韧性的提升效果。为此，分别制备了三种不同面密度(9 g/m2、15 g/m、28 g/m)的PVDF电纺纳米纤维膜，并将其插入... 详细信息

本研究探讨了不同面密度的聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜作为增强材料，对碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料层压板层间断裂韧性的提升效果。为此，分别制备了三种不同面密度(9 g/m2、15 g/m、28 g/m)的PVDF电纺纳米纤维膜，并将其插入层压板的层间以进行实验分析。结果显示，面密度为15 g/m的PVDF纳米纤维膜对层压板层间断裂韧性的提升最为显著，相对于未引入纤维膜的层压板，分别提升了I型和II型断裂韧性67%和13%。SEM分析发现，PVDF纳米纤维膜的增韧机制主要包括纤维桥接、拔出和断裂等过程。此外，基于内聚力模型的有限元模拟方法对I型和II型层间断裂行为的数值模拟发现，PVDF纳米纤维膜的加入并未显著改变层间区域的界面强度，而是通过纤维骨架作用有效阻碍了层间裂纹在树脂中的扩展。数值模拟结果与实验结果较为吻合，从而验证了内聚力模型在模拟PVDF纤维膜插层增强CF/EP复合材料层压板层间断裂行为的可行性。

关键词：复合材料层间断裂韧性静电纺丝内聚力单元

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基于深度学习的非均匀网格噪声预测

四川大学学报(自然科学版) 2025年

作者：刘佳鑫姜屹秦嘉贤邓小刚四川大学计算机学院四川大学天府工程数值模拟与软件创新中心军事科学院系统工程研究院

本研究提出了一种新颖的方法，利用U-Net卷积神经网络求解声波方程.传统的基于卷积神经网络的方法通常受限于卷积核，要求输入域必须是均匀网格.为了克服这一限制，本文引入了雅可比矩阵，将非均匀物理域转换为均匀计算域.在此计算域中... 详细信息

本研究提出了一种新颖的方法，利用U-Net卷积神经网络求解声波方程.传统的基于卷积神经网络的方法通常受限于卷积核，要求输入域必须是均匀网格.为了克服这一限制，本文引入了雅可比矩阵，将非均匀物理域转换为均匀计算域.在此计算域中，神经网络通过有限差分残差约束来学习声波方程.本文的方法可以处理不同非均匀网格下的声波方程，解决了之前一些工作中卷积神经网络的方法无法在以非均匀网格为计算域的情况下预测噪声传播的问题.其次，将非均匀输入域变形为可以应用卷积核的统一均匀网格，模型在不同的输入域下学习求解声波方程.最后，针对不同的非均匀网格物理域输入，利用收敛后的模型进行预测.本文的方法较有限差分法效率约提升12.5%，较传统的卷积神经网络求解声波方程，拓展了其在非均匀网格上求解的能力.

关键词：深度学习卷积神经网络声波方程计算流体力学数值模拟有限差分

驼源天然噬菌体纳米抗体文库的构建及抗CD22纳米抗体的筛选

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细胞与分子免疫学杂志 2025年

作者：何婉钧崔愷张西倩蒋丹徐广贤广东医科大学医学技术学院广东医科大学附属东莞第一医院精准医学中心广东医科大学广东省医学免疫与分子诊断重点实验室

目的筛选出抗CD22特异性纳米抗体，为其作为免疫治疗制剂提供基础。方法构建天然噬菌体纳米抗体展示文库，分析其多样性。以生物素化CD22抗原为靶点，进行3轮生物素链霉亲和素液相筛选法，初步通过ELISA和基因测序鉴定抗CD22纳米抗体... 详细信息

目的筛选出抗CD22特异性纳米抗体，为其作为免疫治疗制剂提供基础。方法构建天然噬菌体纳米抗体展示文库，分析其多样性。以生物素化CD22抗原为靶点，进行3轮生物素链霉亲和素液相筛选法，初步通过ELISA和基因测序鉴定抗CD22纳米抗体序列。结果经测定，构建的噬菌体纳米抗体展示文库容量为3.89×109CFU/mL，插入有效片段高于85%。基于此文库，初步筛选出7条抗CD22纳米抗体，其氨基酸序列比对结果显示，整体相似性为70.34%，均为亲水性蛋白。蛋白-蛋白复合物对接预测结果表明，5条纳米抗体序列的模拟蛋白都可以配对连接到CD22，主要作用力为疏水相互作用和氢键。结论本研究为靶向CD22的嵌合抗原受体T细胞的研究提供基础，成功构建天然噬菌体纳米抗体展示文库，获得5条抗CD22特异性的纳米抗体。

关键词： CD22 纳米抗体噬菌体展示文库

高分辨率全波形地震成像研究——进展、挑战与展望

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中国科学:地球科学 2025年

作者：杨顶辉董兴朋黄建东方志龙黄雪源刘少林刘梦雪蒙伟娟清华大学数学科学系中国地震局地质研究所电子科技大学资源与环境学院北京工商大学数学与统计学院应急管理部国家自然灾害防治研究院

全波形反演(FWI)是一种基于波动方程约束的具有统一数学理论框架的成像方法.利用FWI方法可以获得多种高分辨率的地震学参数(速度、各向异性、黏弹性、衰减等)模型,有助于深入理解和认识地球的内部结构和物质组成、地震的孕育和发生、板... 详细信息

全波形反演(FWI)是一种基于波动方程约束的具有统一数学理论框架的成像方法.利用FWI方法可以获得多种高分辨率的地震学参数(速度、各向异性、黏弹性、衰减等)模型,有助于深入理解和认识地球的内部结构和物质组成、地震的孕育和发生、板块运动和动力学过程等重要科学问题.随着地球物理学、应用数学和计算机科学等相关学科的发展及其交叉融合, FWI成像理论和方法不仅在揭示地球内部构造、动力学演化和地震发生机理等方面发挥重要的作用,而且在地球资源探测、医学成像、工程检测、二氧化碳地质封存、地震灾害预测等领域显示出广泛的应用潜力.本文系统回顾和分析了FWI方法的发展历程和面临的诸多问题,指出了高分辨率FWI成像在理论和方法及其应用中存在的挑战性问题、未来发展方向以及可能需要重点开展的研究内容,并总结提出了新的见解和展望,旨在进一步推动FWI在地球科学及其他领域高分辨率成像研究与应用的新发展.

关键词：全波形反演高分辨率成像地球内部结构地震孕育机理多学科融合

融合快速边缘注意力的Transformer跟踪算法

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计算机工程与应用 2025年第1期61卷 221-231页

作者：薛紫涵葛海波王淑贤安玉杨雨迪西安邮电大学电子工程学院西安710121

针对长期目标跟踪中出现模型退化和跟踪漂移的问题,提出了一种融合快速边缘注意力的Transformer跟踪算法TransFEA(fast edge attention on Transformer)。使用ResNet-50作为Siamese网络的骨干网络,并在其每个残差块后端引入注意力网络... 详细信息

针对长期目标跟踪中出现模型退化和跟踪漂移的问题,提出了一种融合快速边缘注意力的Transformer跟踪算法TransFEA(fast edge attention on Transformer)。使用ResNet-50作为Siamese网络的骨干网络,并在其每个残差块后端引入注意力网络进行特征提取,增强目标的关键信息和全局信息;边缘注意力网络(edge attention network,EA)提取模板与搜索区域的特征向量,快速注意力网络(fast attention network,FA)计算注意响应值,确定两个区域的相似度,以此调整目标位置。设计多层感知器预测边界框,避免过多超参数,使跟踪器实现了准确性与轻量化的平衡。实验结果表明,TransFEA在LaSOT数据集上成功率和准确率分别为65.3%、69.1%,运行可以达到90 FPS,提高了长期跟踪的成功率和准确率。

关键词： Transformer网络边缘注意力网络快速注意力网络多层感知器

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季节尺度毛乌素沙地黑沙蒿的叶片性状网络特征及驱动因素

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植物生态学报 2025年

作者：徐铭泽赵洪贤李成李满乐田赟刘鹏查天山北京林业大学水土保持学院自然资源部重庆典型矿区生态修复野外科学观测研究站(重庆地质矿产研究院) 中路高科交通科技集团有限公司

明晰植物性状的网络特征是功能生态学的研究热点,目前对于季节尺度植物的性状网络（PTN）以及驱动因素的认识仍十分有限。该研究采用LI-6400便携式光合仪定期测量了黑沙蒿（Artemisia ordosica）生长季（5–9月）叶片光响应、CO2响应曲... 详细信息

明晰植物性状的网络特征是功能生态学的研究热点,目前对于季节尺度植物的性状网络（PTN）以及驱动因素的认识仍十分有限。该研究采用LI-6400便携式光合仪定期测量了黑沙蒿（Artemisia ordosica）生长季（5–9月）叶片光响应、CO2响应曲线及关键的叶片结构性状和生化性状指标,探究25个叶性状间的相关性及其PTN特征。结果显示:季节尺度,叶性状间存在显著的相关关系,最紧密的性状耦合关系发生在光合生理性状间,共有67对生理-生理性状组合显著相关。PTN边密度、直径、平均路径长度和模块度分别为0.58、3、1.51和0.08,叶组织密度、单位面积叶氮含量和蒸腾速率的介数相对较高,是PTN中的“桥梁”。PTN并没有绝对的中心性状,生理性状整体表现出了较高的度、特征向量中心度和聚类系数,表明该PTN由生理性状共同主导。进一步的分析结果表明:季节尺度25个叶性状可以被压缩为两大类性状维度,一类是受空气温度和土壤水分调控的性状,一类是受光合有效辐射调控的性状。研究结果强调,在评估不同性状功能组对气候波动的潜在反应时,需要区分环境因素对不同性状的影响程度。如果将植物性状对环境的季节反应纳入一个统一的范式,将会错误地评估植物的性状适应性结果。

关键词：叶片性状网络季节动态黑沙蒿性状变异

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地下爆炸硐室震塌规律的理论与试验研究

岩石力学与工程学报 2025年

作者：李杰徐天涵范鹏贤李干纪玉国赵跃堂陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

震塌破坏是地下硐室在爆炸波作用下的主要破坏现象之一。分别利用一维波动模型和块体失稳模型分析均质硬岩和裂隙岩体中地下硐室的震塌破坏规律，得到不同条件下震塌岩块的尺度、岩块震塌剥离速度与不震塌临界比例爆距计算公式，基于所... 详细信息

震塌破坏是地下硐室在爆炸波作用下的主要破坏现象之一。分别利用一维波动模型和块体失稳模型分析均质硬岩和裂隙岩体中地下硐室的震塌破坏规律，得到不同条件下震塌岩块的尺度、岩块震塌剥离速度与不震塌临界比例爆距计算公式，基于所提理论对现有地下硐室爆炸毁伤试验进行分析。为获取硐室真实震塌破坏数据并验证理论方法，在花岗岩中开展直墙圆拱型硐室破坏原型实验，试验得到比例爆距1.03 m/kg1/3条件下硐室震塌破坏现象，测得硐室顶部地冲击峰值粒子速度、岩块震塌剥离速度及硐室边壁不可逆位移大小，实测结果与理论计算结果对比符合较好，验证理论计算方法的科学可靠性。

关键词：地下工程震塌破坏地下硐室原型试验震塌速度

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共轴偏光瞳主被动复合无焦光学成像系统设计

光子学报 2025年

作者：张力李旭阳袁灏陆志贤许彤裕边立国中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室中国科学院大学

为更好满足空间远距离跟踪成像的要求，设计了一种可调焦的主被动复合光学成像系统，实现了高缩束比、高分辨成像的目的。前端光学系统以共轴三反系统为基础，通过离轴优化设计了焦距为2 500 mm，视场角0.12°×0.12°，F数为8.33的共... 详细信息

为更好满足空间远距离跟踪成像的要求，设计了一种可调焦的主被动复合光学成像系统，实现了高缩束比、高分辨成像的目的。前端光学系统以共轴三反系统为基础，通过离轴优化设计了焦距为2 500 mm，视场角0.12°×0.12°，F数为8.33的共轴偏光瞳系统。后端光学系统采用共孔径分光结构，由分光镜分为两路。一路为被动可见光成像，工作谱段为450～850 nm，成像端采用5片透镜作为成像镜组，后两片透镜为补偿镜组可实现1 km～无穷远范围的连续调焦。另一路主动成像采用激光外差相干成像，工作波长为1 550 nm，通过孔径分光完成收发一体的成像系统设计。设计结果表明，被动成像系统在100 lp/mm时各视场调制传递函数均大于0.34，接近衍射极限，主动成像系统波像差优于1/300λ，满足成像质量要求。

关键词：光学设计偏光瞳主被动复合连续调焦无焦系统