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红外与激光工程 2022年第1期51卷 202-214页

作者：张子静谢佳衡黄明维赵远哈尔滨工业大学物理学院黑龙江哈尔滨150001

激光雷达由于探测精度高、功耗低、体积小、易于装备等特点,近年来广泛地应用于预警探测、制导、引信等技术中。但随着实战应用遇到的问题,如各种复杂化场景、敌方对抗干扰,以及新型作战技术的出现,激光雷达遇到了一系列急需解决的难题... 详细信息

激光雷达由于探测精度高、功耗低、体积小、易于装备等特点,近年来广泛地应用于预警探测、制导、引信等技术中。但随着实战应用遇到的问题,如各种复杂化场景、敌方对抗干扰,以及新型作战技术的出现,激光雷达遇到了一系列急需解决的难题。文中总结了目前激光雷达在实际应用中遇到的急待解决的问题以及未来激光雷达发展的迫切需求。针对这些难题人们开始了各种探索,但是传统的探测方法和探测技术均遇到了发展瓶颈,很难有效地解决这些问题。因此人们在传统激光雷达基础上结合量子等新技术进行升级,探索下一代新体制量子激光雷达,文中进一步总结了国内外现有多种新型量子激光雷达的工作。通过现有研究成果的梳理和分析有助于深入理解和把握目前量子激光雷达的研究现状和问题,为量子激光雷达未来发展奠定基础。

关键词：量子激光雷达量子增强鬼成像量子照明

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基于光学信息熵的散射成像研究

基于光学信息熵的散射成像研究

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作者：黄明维哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

散射成像技术是一种利用携带目标信息编码的散斑图像恢复处于散射介质后的目标图像的技术,在穿透生物组织成像,穿透大气云层成像,穿透浑浊水体成像等方面具有重要的应用前景。本文提出将信息论中信息描述和信息处理的基本方法应用于散... 详细信息

散射成像技术是一种利用携带目标信息编码的散斑图像恢复处于散射介质后的目标图像的技术,在穿透生物组织成像,穿透大气云层成像,穿透浑浊水体成像等方面具有重要的应用前景。本文提出将信息论中信息描述和信息处理的基本方法应用于散射成像的研究。首先,在光学图像的概率解释基础上,在散射成像中引入了平均互信息量和信息熵等基本概念,并建立了散射成像的信息论模型,包括物体、散射介质、探测器的信源、信道、信宿模型,散射成像的信息传输模型以及散射成像的最大熵图像恢复模型。其次,本文基于二次序列规化法和交替方向法分别给出了两种求解最大熵模型的算法,设计分辨率为16×16的目标进行了散射成像的仿真。仿真结果表明最大熵图像恢复方法能够正确有效的恢复目标图像,其中基于二次序列规划的最大熵算法重构图像的PSNR始终高于17 d B,具有良好的抗噪性,而基于交替方向法的最大熵算法运算时间低于1 s,具有应用于高分辨率目标重构的潜力。然后,本文设计了一个被动散射成像系统进行了实验,该系统使用数字微镜阵列作为目标,使用两块距离可调的毛玻璃作为散射介质,通过调节毛玻璃间距可实现记忆效应区间到非记忆效应区间的过渡。实验结果表明最大熵方法不受记忆效应的限制,能够有效恢复处于记忆效应区间和非记忆效应区间的目标图像。对于采样点尺寸d(28)7.4μm的情况,当互信息随着采样点数量增加从0.1 Nat增加到1.8Nat时,重构图像的PSNR从约9 d B提高到约18 d B。由此得到散射信道传输的互信息越多,图像重构质量越好的推论。最后,本文研究了在散射成像图像恢复中减少采样点,实现采样优化的问题。从散射成像的信息传输模型出发,理论分析了目标信息熵对信道传输的互信息的影响,得到了信道传输的互信息随着目标信息熵增大会逐渐趋于一个常数Nlogc的结论。设计实验验证了这个结论,对于一个150采样点的散射信道,随着目标信息熵增加互信息趋于常数0.9 Nat,通过实验结果推断出恢复目标图像所需要的最小采样次数随着目标信息熵增加而增大。此外使用基于稀疏先验的优化采样理论对实验进行了处理,得出与上述结论一致的结果。

关键词：散射成像信息论信息熵平均互信息最大熵图像恢复采样优化

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模糊奇异系统的网络量化控制研究

模糊奇异系统的网络量化控制研究

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作者：黄明维杭州电子科技大学

学位级别：硕士

网络化控制系统是近十几年来控制领域研究的一个热点,它是指将控制器,执行器,被控对象以及传感器等部件通过公共的通讯网络连接起来,实现信息的交互与共享的控制系统。与传统的点对点控制系统相比,它具有成本低,安装维护方便,可扩充性... 详细信息

网络化控制系统是近十几年来控制领域研究的一个热点,它是指将控制器,执行器,被控对象以及传感器等部件通过公共的通讯网络连接起来,实现信息的交互与共享的控制系统。与传统的点对点控制系统相比,它具有成本低,安装维护方便,可扩充性强等优点,在许多实际领域已经得到了广泛的应用。然而,通讯网络的引入在简化了控制结构的同时也带来了许多新的问题,例如：当网络中有两个或多个节点需要同时发送信息时,就会产生由于竞争引起的网络时延,甚至丢包现象;同时,网络的负载容量是有限的,当传感器或控制器发送的实际数据过大时,就需要引入量化器来对数据进行编码传输,以降低网络的通讯负载,但是,量化器的引入会带来量化误差等现象。因此,需要对网络控制系统展开全新的研究。另一方面,非线性系统由于在实际中的广泛存在,一直都是人们研究的重点。由于基于T-S模型的模糊控制理论能将非线性问题转化为局部线性问题进行研究分析,得到了越来越多的学者的关注。近些年来,一些学者发现,将传统的控制系统模型写为奇异系统的形式能够大大减少模糊规则的数目,由此开启了模糊奇异系统的研究。本文针对于网络化的模糊奇异系统展开研究。考虑网络中存在传输时延,数据丢包,量化误差等情况下的模糊奇异系统的控制与状态估计等问题。本论文的主要内容包括以下几点：(1)针对于网络传输过程中存在数据丢包与量化误差的情况,研究了离散模糊奇异系统的状态反馈控制问题。网络丢包过程采用伯努力模型来描述,量化误差描述为扇形不确定性的形式。在此基础上,通过求解线性矩阵不等式,给出了使整个离散闭环模糊奇异系统正则、因果、稳定的充分条件。该状态反馈控制器的参数可通过求解线性矩阵不等式组来求得。数值仿真验证了该方法的有效性。(2)考虑多通道传输网络控制系统,针对系统状态不可测而输出可测的情况下,研究了离散模糊奇异系统的动态输出反馈控制问题。采用带补偿的伯努力模型来刻画随机丢包的过程,并将对数量化器引起的量化误差描述为扇形不确定性的形式。通过构造动态输出反馈控制器,给出了使整个离散闭环模糊奇异系统正则、因果、稳定的充分条件。该动态输出反馈控制器的参数可通过求解线性矩阵不等式组来求得。数值仿真验证了该方法的有效性。(3)为了降低量化误差和数据丢包对系统造成的影响,增加抗干扰能力,研究了离散模糊奇异系统的H∞滤波器设计问题。并通过求解线性矩阵不等式的方法,给出了使滤波误差系统正则、因果、稳定并满足给定的H∞性能的滤波器设计方法。数值仿真验证了该方法的有效性。

关键词：模糊奇异系统网络化控制网络时延数据丢包输出反馈 H∞滤波

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Spatially modulated scene illumination for intensity-compensated two-dimensional array photon-counting LiDAR imaging

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Chinese Physics B 2022年第9期31卷 238-248页

作者：谢佳衡张子静黄明维李家欢贾凡赵远 School of Physics Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001China

Photon-counting LiDAR using a two-dimensional(2D)array detector has the advantages of high lateral resolution and fast acquisition speed.The non-uniform intensity profile of the illumination beam and non-uniform quantum efficiency of the detectors in the 2D array deteriorate the imaging quality.Herein,we propose a photon-counting LiDAR system that uses a spatial light modulator to control the spatial intensity to compensate for both the non-uniform intensity profile of the illumination beam,and the variation in the quantum efficiency of the detectors in the 2D array.By using a 635 nm peak wavelength and 4 mW average power semiconductor laser,lab-based experiments at a 4.27 m stand-off distance are performed to verify the effectiveness of the proposed method.Compared with the unmodulated method,the standard deviation of the intensity image of the proposed method is reduced from 0.109 to 0.089 for a whiteboard target,with an average signal photon number of 0.006 per pixel.

关键词： avalanche photodiode camera photon counting three-dimensional imaging array modulation

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