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基于迭代优化和神经网络补偿的超冗余机械臂半参数动力学模型辨识

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光学精密工程 2024年第2期32卷 193-207页

作者：周宇飞李中灿李毅崔靖凯贺顺锋盛展翊朱明超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 宁夏大学机械工程学院宁夏银川750021

为了实现超冗余机械臂动力学模型的精确辨识,提出了一种基于迭代优化和神经网络补偿的半参数动力学模型辨识方法。首先,介绍了超冗余机械臂的动力学模型和最小参数集,建立了关节非线性摩擦模型,使用遗传算法优化回归矩阵条件数生成激励... 详细信息

为了实现超冗余机械臂动力学模型的精确辨识,提出了一种基于迭代优化和神经网络补偿的半参数动力学模型辨识方法。首先,介绍了超冗余机械臂的动力学模型和最小参数集,建立了关节非线性摩擦模型,使用遗传算法优化回归矩阵条件数生成激励轨迹。然后建立了机械臂动力学模型物理可行性约束,基于迭代优化方法设计了两层循环网络对超冗余机械臂的惯性参数和关节摩擦模型进行辨识。最后,利用数据集训练BP神经网络,得到超冗余机械臂半参数动力学模型,并与多种算法进行了比较分析。实验结果表明:相较于传统的最小二乘算法和加权最小二乘算法,通过使用本文提出的辨识算法,关节辨识力矩残差均方根(Root Mean Square,RMS)之和分别提高了32.81%和23.76%,半参数动力学模型相比于全参数动力学模型力矩残差均方根之和提高了23.56%,辨识结果验证了辨识方法的有效性和优越性。

关键词：超冗余机械臂动力学模型辨识迭代优化半参数动力学模型

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基于六方氮化硼的确定性量子光源研究进展

发光学报 2024年第9期45卷 1488-1502页

作者：吴欣瑜刘冠麟景鹏涛刘雷申德振中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

量子光源是量子信息科学技术的基石,对于推动光量子科技的进步至关重要。高效、稳定且易于获得的单光子源的实现是促进相关技术发展的关键。目前,六方氮化硼中的单光子源因其高亮度和优异的室温光学稳定性而备受关注。本文概述了六方氮... 详细信息

量子光源是量子信息科学技术的基石,对于推动光量子科技的进步至关重要。高效、稳定且易于获得的单光子源的实现是促进相关技术发展的关键。目前,六方氮化硼中的单光子源因其高亮度和优异的室温光学稳定性而备受关注。本文概述了六方氮化硼中单光子源的研究现状和物理特性,详细介绍了在六方氮化硼中实现精确定位单光子源的各种制备技术;并探讨了基于六方氮化硼的单光子源在不同应用领域的应用,如与光学微腔和波导的耦合以及通过外部电场或应力对它们的调制。最后,总结了六方氮化硼中单光子源所面临的机遇和挑战,并讨论了目前正在探索的研究方向以及未来的新可能性。

关键词：二维材料六方氮化硼固态单光子源量子光子学

基于PSIM机载大视场宽谱段偏振光谱成像系统光学设计

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 250-257页

作者：李鑫权张军强吴从均马健卢天姣杨斌中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京101400 长光禹辰信息技术与装备(青岛)有限公司山东青岛260000

为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中P... 详细信息

为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中PSIM模块光线角度,实现大视场内在PSIM模块上的入射角度需求。结合分析结果,采用光学设计软件优化设计。设计结果表明,前置望远系统能够实现波段为400~1 700 nm,视场角为72°,焦距为20 mm, F数为4的高质量成像,全谱段内探测器截止频率处传递函数优于0.4, PSIM模块上最大入射角度为±4.99°,有效保证了各视场内偏振调制的一致性。后置光谱分光系统采用基于Offner结构的凸面光栅,优化结果显示各波段点列图均小于一个像元,在探测器奈奎斯特频率处中心波长的MTF达到0.6,各项指标均满足设计要求。本文对于基于PSIM宽谱段偏振光谱成像仪器的工程化具有很重要的现实意义,对宽谱段光学系统消色差设计也具有一定指导意义。

关键词：偏振成像光谱仪复消色差 PSIM 凸面光栅光学设计

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紫外小F数高变倍高光谱成像仪设计

中国光学（中英文） 2024年第1期17卷 79-88页

作者：刘洋李博林冠宇王晓旭李寒霜顾国超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 许健民气象卫星创新中心北京100081

常规成像光谱仪一般变倍比较低,不利于大视场长狭缝多通道光学系统的扩展应用,此外,空间遥感中紫外波段的辐射能量较低,需要成像光谱仪具有更小的F数。针对高光谱分辨率成像光谱仪小F数的探测需求,本文设计了一种具有高变倍的高光谱分辨... 详细信息

常规成像光谱仪一般变倍比较低,不利于大视场长狭缝多通道光学系统的扩展应用,此外,空间遥感中紫外波段的辐射能量较低,需要成像光谱仪具有更小的F数。针对高光谱分辨率成像光谱仪小F数的探测需求,本文设计了一种具有高变倍的高光谱分辨率Offner紫外成像光谱仪。该成像光谱仪的后置分光系统采用了具有轻小型特点的改进型Offner结构。结合成像光谱仪对变倍比和小F数的需求,通过理论推导得到Offner初始结构参数。在像面前插入一块弯月透镜,增加系统的优化自由度,进而提升系统的成像质量。最终得到的成像光谱仪工作在270~300 nm波段时,具有40 mm的长狭缝,光谱分辨率优于0.6 nm,系统变倍比小于0.22,F数小于2,在截止频率为14 lp/mm时,系统调制传递函数(MTF)均优于0.9,系统各波段各视场均方根半径(RMS)均小于12μm。本文的研究对紫外波段高光谱探测成像光谱仪实现小F数、高变倍设计提供了一种设计方案。

关键词：光学设计成像光谱仪 Offner系统

基于随机多权重TOPSIS法的目标威胁评估

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兵器装备工程学报 2024年第7期45卷 50-55,96页

作者：刘畅李姜陈阳郭立红王烨于洋中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100049

在目标威胁评估问题中,为了解决目标各项特征权重选取可能存在主观决策误差的问题,提出了一种基于随机多权重TOPSIS法的空中目标威胁评估方法。基于层次分析法确定了各项特征之间的权重,对难以定量衡量的目标特性进行了特征提取,并基于... 详细信息

在目标威胁评估问题中,为了解决目标各项特征权重选取可能存在主观决策误差的问题,提出了一种基于随机多权重TOPSIS法的空中目标威胁评估方法。基于层次分析法确定了各项特征之间的权重,对难以定量衡量的目标特性进行了特征提取,并基于随机多权重TOPSIS法将空中目标的威胁度进行了评估。仿真实例表明:随机多权重TOPSIS法威胁评估与AHP、TOPSIS方法排序一致,但给出了各目标威胁度的不确定范围,实验中不确定范围值最低为0.08%,最高为3.78%。战场指挥人员可以通过本文中提出的威胁度不确定性范围得到更多参考信息。

关键词：目标威胁度评估目标特征提取 TOPSIS法随机多权重层次分析法

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基于动态门限与自适应插值的外引导平滑算法

兵器装备工程学报 2024年第4期45卷 247-255页

作者：王厚峰张世学中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100049

为了实现靶场光电经纬仪外引导数据的实时平滑,确保外引导数据驱动下光电经纬仪稳定获取图像,提出基于动态门限的野值处理算法和基于自适应插值的处理算法。对于外引导数据中的野值,提出一种利用影响函数动态计算样本方差的方式,构建动... 详细信息

为了实现靶场光电经纬仪外引导数据的实时平滑,确保外引导数据驱动下光电经纬仪稳定获取图像,提出基于动态门限的野值处理算法和基于自适应插值的处理算法。对于外引导数据中的野值,提出一种利用影响函数动态计算样本方差的方式,构建动态判别门限实时完成野值的处理;对于外引导数据的插值处理,判断插值计算的连贯性,并将外引导的“卡顿”数据进行分类,采取不同的策略实时自适应插值。实验结果表明:基于动态门限的五点外推野值剔除方法,野值检测率平均在80%以上,同时虚警率较低;插值处理算法能同时应对卡顿与非卡顿的外引导数据,处理结果平滑连贯。算法已成功应用于海军某观测站的光电经纬仪,满足了靶场弹道测量系统的需要。

关键词：光电经纬仪靶场测控外引导数据野值判别插值算法

532 nm响应增强的AlGaAs光电阴极

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物理学报 2024年第11期73卷 368-376页

作者：王东智张益军李诗曼童泽昊唐嵩石峰焦岗成程宏昌富容国钱芸生曾玉刚南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094 微光夜视技术重点实验室西安710065 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

AlGaAs光电阴极具有响应速度快和光谱响应范围可调的特性,可被应用于水下光通信领域.为了解决AlGaAs发射层较低的光吸收限制其量子效率提高的问题,利用分布式布拉格反射镜(DBR)结构对特定波长光的反射作用,将透过光重新反射回发射层进... 详细信息

AlGaAs光电阴极具有响应速度快和光谱响应范围可调的特性,可被应用于水下光通信领域.为了解决AlGaAs发射层较低的光吸收限制其量子效率提高的问题,利用分布式布拉格反射镜(DBR)结构对特定波长光的反射作用,将透过光重新反射回发射层进一步提高吸收率,从而增强阴极在532 nm波长处的响应能力.通过求解一维连续性方程,建立了具有DBR结构的AlGaAs光电阴极光谱响应模型.采用时域有限差分法,分析了DBR结构中子层周期对数、子层材料以及发射层、缓冲层厚度对发射层吸收率的影响,对比了有无DBR结构AlGaAs光电阴极的光吸收分布.结果表明,周期对数为20、子层材料为Al_(0.7)Ga_(0.3)As/AlAs的DBR结构对532 nm光的反射效果最优.基于该DBR结构,发射层和缓冲层厚度分别为495 nm和50 nm时,发射层对532 nm光具有最佳吸收率.通过对外延生长的AlGaAs光电阴极进行激活实验,结果表明具有DBR结构的AlGaAs光电阴极在532 nm波长处的光谱响应率相比无DBR结构的AlGaAs光电阴极光谱响应率提升了约1倍.

关键词： AlGaAs光电阴极分布式布拉格反射镜光谱响应光吸收

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光学遥感卫星精密敏捷成像控制技术综述

光学精密工程 2024年第5期32卷 678-693页

作者：曲友阳钟兴戴路范林东徐开长光卫星技术股份有限公司吉林长春130102 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

从控制的角度综述了多功能、高质量成像需求下,超稳定、超精确、超敏捷高分辨率光学遥感卫星精密敏捷控制的关键技术和研究进展。以卫星成像与姿态控制系统性能的关系为基础,从姿态机动能力与多功能成像、姿态确定精度与成像质量和姿态... 详细信息

从控制的角度综述了多功能、高质量成像需求下,超稳定、超精确、超敏捷高分辨率光学遥感卫星精密敏捷控制的关键技术和研究进展。以卫星成像与姿态控制系统性能的关系为基础,从姿态机动能力与多功能成像、姿态确定精度与成像质量和姿态控制精度与成像质量三个方面论述了精密敏捷控制技术对光学遥感卫星成像的重要性。在此基础上,结合光学遥感卫星姿态控制系统的组成及原理,分析了影响姿态控制精度和姿态机动能力的主要因素,对高精度姿态确定、精密姿态控制和敏捷姿态控制三个关键技术方向进行了讨论和总结。最后,综合当前技术的发展趋势,围绕一体化成像控制的设计思想展望了精密敏捷控制技术未来的发展趋势,为实现高分辨率光学遥感卫星多功能、高质量成像控制提供了理论依据和工程参考。

关键词：光学遥感卫星多功能成像高质量成像精密敏捷控制一体化成像控制

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多任务衍射神经网络系统设计与实现

液晶与显示 2024年第4期39卷 490-505页

作者：王子荣张星祥龙勇机付天骄张墨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

为探索利用衍射神经网络执行多任务图像分类识别的可行性,本文设计并搭建一种衍射神经网络系统。该系统采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)做衍射神经网络的相位及振幅权重的调制以及网络层的光学全连接,并利用CMOS相机实... 详细信息

为探索利用衍射神经网络执行多任务图像分类识别的可行性,本文设计并搭建一种衍射神经网络系统。该系统采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)做衍射神经网络的相位及振幅权重的调制以及网络层的光学全连接,并利用CMOS相机实现衍射神经网络中各衍射层输出的光电非线性激活与输出图像识别结果判别。设计的系统模型在MNIST和Fashion-MNIST图像分类识别中正确率达到94.1%和92.1%。最终通过搭建光路系统,光学实验正确率分别为91%和81.7%。所设计的衍射神经网络系统可满足多种图像分类识别应用需求,为衍射网络的设计与构建提供了新的思路。

关键词：衍射神经网络光学神经网络系统设计图像分类识别