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中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间天文观测技术蒋筑英攻关突击队:国家的需求就是我们责无旁贷的使命

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中国科学院院刊 2024年第6期39卷 F0003-F0003页

作者：无中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间天文观测技术蒋筑英攻关突击队(以下简称“突击队”)现有成员151人,其中中共党员104人,35岁以下青年队员77人。突击队核心力量参加过“神舟”“天宫”等有效载荷的研制。“巡天号”光学舱是... 详细信息

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间天文观测技术蒋筑英攻关突击队(以下简称“突击队”)现有成员151人,其中中共党员104人,35岁以下青年队员77人。突击队核心力量参加过“神舟”“天宫”等有效载荷的研制。“巡天号”光学舱是我国载人空间站工程的重要组成部分,其有效载荷巡天光学设施是其标志性载荷。

关键词：中共党员蒋筑英空间天文观测突击队攻关有效载荷责无旁贷巡天

基于像散面约束的镜片柔性支撑结构优化设计方法

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光子学报 2024年第9期53卷 154-165页

作者：门树东申军立时英钟中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

为提高高精度光机系统中光学元件支撑后的面形精度,在考虑冲击、振动、压力及温度等因素的影响下,设计了一种整体式多弹片定位的光学镜片支撑结构。在静力学条件下,通过有限元分析法计算整体结构的固有频率及支撑结构对镜片面形的影响,... 详细信息

为提高高精度光机系统中光学元件支撑后的面形精度,在考虑冲击、振动、压力及温度等因素的影响下,设计了一种整体式多弹片定位的光学镜片支撑结构。在静力学条件下,通过有限元分析法计算整体结构的固有频率及支撑结构对镜片面形的影响,一阶固有频率达到366.13 Hz,镜片面形峰谷值为13.923 nm,均方根值为2.499 nm。基于像散面约束的条件,分析了支撑结构的变形对镜片面形的劣化程度,镜片面形峰谷值劣化至119.62 nm,均方根值劣化至20.69 nm。提出了一种镜片支撑结构的优化方法,构建高阶响应面近似模型以描述输入参数与响应值之间的函数关系,采用遗传算法寻优的优化方式提高镜片面形精度,镜片面形峰谷值改善率约18%,均方根值改善率约19%。实验检测对比优化结果,镜片面形峰谷值相对检测结果的偏差率约9%,均方根值相对检测结果的偏差率约12%,验证了优化设计可行性。研究结果可为高精度光机系统中光学元件支撑结构的设计及优化提供理论依据。

关键词：光学仪器结构优化有限元仿真结构测试光机结构

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基于注意力机制改进的无锚框舰船检测模型

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1407-1416页

作者：高云龙任明吴川高文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

为提升模型对合成孔径雷达(SAR)图像多尺度舰船目标的检测能力,保证检测网络的实时性,提出一个基于注意力机制改进的无锚框舰船检测模型。在YOLOX网络特征金字塔处嵌入空洞注意力模块,调节感受野与多尺度融合的关系,强化特征的表示能力... 详细信息

为提升模型对合成孔径雷达(SAR)图像多尺度舰船目标的检测能力,保证检测网络的实时性,提出一个基于注意力机制改进的无锚框舰船检测模型。在YOLOX网络特征金字塔处嵌入空洞注意力模块,调节感受野与多尺度融合的关系,强化特征的表示能力。在检测头部设计中心性预测分支,对锚点的分类得分进行加权处理,调整模型的损失函数,优化检测结果。在数据集SSDD上进行的对比实验结果表明:本文提出的模型优于主流的深度网络检测模型,精度达到94.73%,且在检测精度和检测速度中取得最佳平衡。

关键词：计算机视觉舰船目标检测空洞卷积注意力机制无锚框

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可见光波段高温标定的简化方法

中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 580-585页

作者：李云龙李周孙志远杨国庆中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了提高可见光波段(0.3μm~0.9μm)高温标定的效率,提出了可见光波段高温标定的简化方法。本文提出了带有曝光时间变量的可见光波段的高温标定模型,通过大量实验发现,RGB相机各个通道的灰度值不仅随曝光时间递增呈线性变化,且随黑体辐... 详细信息

为了提高可见光波段(0.3μm~0.9μm)高温标定的效率,提出了可见光波段高温标定的简化方法。本文提出了带有曝光时间变量的可见光波段的高温标定模型,通过大量实验发现,RGB相机各个通道的灰度值不仅随曝光时间递增呈线性变化,且随黑体辐射亮度的递增也呈线性变化,进而确定了可见光波段高温标定模型的具体形式。为了求解简化后的可见光波段高温标定模型中的未知数,在两个黑体辐射亮度下,分别采集两个曝光时间下的图像数据,接着,对图像数据进行处理,便可以得到任意曝光时间下的RGB相机高温标定曲线。最后,对本文提出的简化可见光波段高温标定方法与常规按曝光时间进行可见光波段高温标定法进行比较。实验结果表明:R、G、B通道计算值与标定值的相对误差最大值分别为3.38%、2.56%和−1.14%,且各通道的计算值与标定值的相对误差均未超过3.50%。本文提出的数学模型可以有效地简化传统的高温标定法,进而大大缩短了高温标定时间,提高了高温标定的标定效率。

关键词：可见光波段高温标定 RGB相机曝光时间

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用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统

中国光学（中英文） 2024年第1期17卷 209-216页

作者：蒋雪侯汉马庆军林冠宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了降低探测器的噪声与暗电流,使光谱仪的CMOS探测器能获得更准确的光谱曲线,设计了探测器温度控制系统。本系统核心采用基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的增量式比例-积分-微分(PID)控制算法。在传统控制算法的基础上,增加了抗积分饱... 详细信息

为了降低探测器的噪声与暗电流,使光谱仪的CMOS探测器能获得更准确的光谱曲线,设计了探测器温度控制系统。本系统核心采用基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的增量式比例-积分-微分(PID)控制算法。在传统控制算法的基础上,增加了抗积分饱和控制,并且在PID算法的前端增加了对目标值的过渡过程。该系统在实现探测器温度变化速率可控的同时,也解决了超调过大的问题。多次整机环境实验结果表明:在轨环境温度条件下,40°C温差范围内该系统可以控制探测器以指定温变速率(4.5±0.05)°C/min达到任意温度;并且可在该温度下稳定工作;温度变化范围为±0.1°C。相比于传统模拟PID控制方法,其具有灵活度高,稳定性强等优点。当制冷到−10°C时,探测器的噪声得到了有效抑制。

关键词：增量式PID算法抗积分饱和输入过渡过程噪声

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改进的可见光通信系统PTS峰均比抑制方法

系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2509-2514页

作者：方智敬陈媛王俊杰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对非对称剪切正交频分复用(asymmetric-clipped orthogonal frequency division multiplexing,ACO-OFDM)可见光通信(visible light communication,VLC)系统中信号的高峰均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)问题,采用部分传输序列(partial transmit sequence,PTS)方法,并结合二进制离散粒子群优化(discrete particle swarm optimization,DPSO)算法,提出一种改进的PTS峰均比抑制方法——DPSO-PTS方法。利用DPSO算法对加权的相位因子进行优化处理,选择最佳的相位因子组合来有效控制PAPR的范围,并对乘加权信息的子块进行求和,从而选择出最小PAPR对应的一组信号进行传输。仿真结果表明,在互补累计分布函数(complementary cumulative distribution function,CCDF)为10-4时,DPSO-PTS方法的系统PAPR降低了约4 dB,且相较于传统PTS方法,系统的复杂度和误码率(bit error rate,BER)性能也得到有效的改善。

关键词：可见光通信非对称剪切正交频分复用峰均功率比离散粒子群优化-部分传输序列方法

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小闪耀角单晶硅光栅结构参数优化及制备工艺

中国光学（中英文） 2024年第5期17卷 1139-1149页

作者：徐昊宇姜岩秀陈星硕王瑞鹏张靖巴音贺希格中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

本文开展了对单晶硅小闪耀角光栅的各向异性湿法刻蚀制备工艺研究,制备了适用于软X射线中波波段的闪耀光栅,以满足国家同步辐射光源的需要。首先,基于严格耦合波法对小闪耀角光栅进行了结构参数优化及工艺容差分析。在晶向对准过程中,... 详细信息

本文开展了对单晶硅小闪耀角光栅的各向异性湿法刻蚀制备工艺研究,制备了适用于软X射线中波波段的闪耀光栅,以满足国家同步辐射光源的需要。首先,基于严格耦合波法对小闪耀角光栅进行了结构参数优化及工艺容差分析。在晶向对准过程中,先通过环形预刻蚀确定硅片晶向,再基于倍频调整法实现光栅掩模与单晶硅晶向的对准。研究了光刻胶灰化技术及活性剂对光栅槽形质量的影响,并通过单晶硅各向异性湿法刻蚀工艺成功制备了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。实验结果证明:所制备光栅闪耀角为1°,刻线密度为1200 gr/mm,闪耀面均方根粗糙度在0.5 nm以内。此方法可以应用于软X射线中波波段闪耀光栅的制作,在获得较高衍射效率的同时可以大大减少制作难度及成本。

关键词：闪耀光栅单晶硅晶向对准湿法刻蚀

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空间望远镜中快摆镜摆动引起的投影畸变效应

光学学报 2024年第11期44卷 58-65页

作者：李龙王维曹智睿孟庆宇李成浩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了提高大口径大视场空间望远镜中精密稳像系统在稳像过程中的稳像精度,本文对精密稳像系统中快摆镜(FSM)摆动引起的投影畸变效应进行了理论分析。从几何光学角度,采用光线追迹法建立了FSM摆动引起的像移计算模型,并从不同视场像点的... 详细信息

为了提高大口径大视场空间望远镜中精密稳像系统在稳像过程中的稳像精度,本文对精密稳像系统中快摆镜(FSM)摆动引起的投影畸变效应进行了理论分析。从几何光学角度,采用光线追迹法建立了FSM摆动引起的像移计算模型,并从不同视场像点的位移中解析出投影畸变效应;以我国正在建设中的巡天空间望远镜为例,采用CODE V中的光线追迹结果进行交叉验证;根据这一模型,分析了对投影畸变效应可能产生影响的视场大小、FSM行程、FSM到焦面视场中心的距离等因素。结果表明:像移模型的计算精度很高,其计算结果与光线追迹计算结果误差不超过0.01μm;视场大小、FSM行程和中心视场主光线的入射角是影响投影畸变大小的主要因素。本文建立的像移计算模型能够满足实际应用需求,对投影畸变影响因素的分析结果可以为精密稳像系统的设计提供参考依据。

关键词：望远镜投影畸变光线追迹法齐次坐标变换法快摆镜精密稳像

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基于液态金属的跨波段超宽带极化转换超表面

光学精密工程 2024年第7期32卷 987-997页

作者：邵亚楠李博文高世博邓永波中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

在无线通信领域,电磁波传播和极化方向调控对特定信号的识别与接收具有重要意义。提出了一种基于液态金属材质的跨X(8~12 GHz)和Ku(12~18 GHz)波段超宽带极化转换电磁超表面,具有宽频带、高极化转换率、体积小、无机械疲劳损伤、易共形... 详细信息

在无线通信领域,电磁波传播和极化方向调控对特定信号的识别与接收具有重要意义。提出了一种基于液态金属材质的跨X(8~12 GHz)和Ku(12~18 GHz)波段超宽带极化转换电磁超表面,具有宽频带、高极化转换率、体积小、无机械疲劳损伤、易共形、成本低等优点。该超表面能够实现从7.595 GHz到17.712 GHz超宽带范围内交叉极化转换或宽带圆极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为1.6 mm时,在相对带宽为79.9%的7.595~17.712 GHz频带上,超表面极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为0.3 mm时,在相对带宽为12.30%的10.864~12.288 GHz频带上,超表面具有线极化向圆极化转换的功能;在相对带宽为3.54%的7.328~7.592 GHz频带上,超表面的极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。样品制备及其极化转换特性测试结果表明:实验结果与仿真结果的相对误差为4.20%,理论设计与实验验证结果一致,进而验证了的跨X和Ku波段超宽带极化转换电磁超表面的多功能性和有效性。

关键词：超表面液态金属极化转换超宽带