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基于轻量残差复合增强收敛神经网络的粒子场计算层析成像伪影噪声抑制

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物理学报 2024年第10期73卷 162-174页

作者：施岳欧攀郑明邰含旭王玉红段若楠吴坚北京航空航天大学物理学院北京100191 北京航空航天大学仪器与光电工程学院北京100191

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所... 详细信息

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所致的粒子层析图像伪影噪声仍然是一个挑战性课题.为解决这一问题,本文提出了一种新的抑制粒子场层析成像伪影噪声和提高网络效率的神经网络方法.该方法在设计上包含了轻量化双残差下采样图像压缩和特征识别提取、快速特征收敛的上采样图像恢复,以及基于经典计算层析成像算法的优化信噪比网络输入样本集构建.对整个成像系统的模拟分析和实验测试表明,相比于经典的U-net和Resnet50网络方法,本文提出的方法不仅在输出/输入的粒子图像信噪比、重建像的残余伪影噪声(即鬼粒子占比)和有效粒子损失比方面获得了极大的改进,而且也显著提高了网络的训练效率.这对发展基于稀疏采样的快速和高质量粒子场计算层析成像提供了一个新的有效方法.

关键词：粒子场成像计算层析成像深度学习噪声抑制

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蓝相液晶对聚集诱导发光分子荧光性能的影响

液晶与显示 2024年第3期39卷 299-311页

作者：陈影段然许子言唐瑞琪童颖萍赵东宇北京航空航天大学化学学院北京100191

为了拓宽蓝相液晶的应用范围,构建多功能化蓝相体系平台,本文将具有聚集诱导发光(AIE)特性的液晶TPE-PPE引入蓝相液晶体系,围绕复合体系的荧光性能展开研究。一方面,系统研究并归纳了手性添加剂含量对蓝相液晶相转变行为和光子带隙位移... 详细信息

为了拓宽蓝相液晶的应用范围,构建多功能化蓝相体系平台,本文将具有聚集诱导发光(AIE)特性的液晶TPE-PPE引入蓝相液晶体系,围绕复合体系的荧光性能展开研究。一方面,系统研究并归纳了手性添加剂含量对蓝相液晶相转变行为和光子带隙位移情况的影响;另一方面,探究了蓝相液晶对AIE分子荧光性能的影响,提出了相关荧光增强效应的假说。实验结果表明,不同手性添加剂体系的蓝相Ⅱ的温域范围基本一致,且反射带隙随着温度的降低发生蓝移;而蓝相Ⅰ的温域与手性密切相关,体系中仅存在蓝相Ⅰ时,其反射带隙随温度的降低而红移。蓝相液晶体系对AIE分子有一定的荧光增强效应,并且在整个蓝相温域内,蓝相Ⅰ的反射带隙红移,体系的荧光强度明显增强。由此得出结论,TPE-PPE分子在一定程度上参与了蓝相液晶体系的自组装。由于TPE-PPE分子在双螺旋柱结构中的受限运动,导致其荧光强度增强。随着蓝相Ⅱ的消失和蓝相Ⅰ光子带隙的红移,更多TPE-PPE分子参与到双螺旋柱的自组装中,体系的荧光发射增强。

关键词：聚集诱导发光聚合物稳定蓝相液晶光子晶体

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隐私保护的去中心联邦多视图聚类

计算机工程 2024年

作者：雷一凡陈晓红南京航空航天大学数学学院

大数据时代，多视图数据大量存在，现有的多视图聚类方法大都把所有视图的数据汇总到一起进行学习，但在实际应用中，不同视图的数据大多存储在不同的设备，甚至有些设备上的数据涉及隐私，无法共享。如果把每个视图的数据视为分布式网... 详细信息

大数据时代，多视图数据大量存在，现有的多视图聚类方法大都把所有视图的数据汇总到一起进行学习，但在实际应用中，不同视图的数据大多存储在不同的设备，甚至有些设备上的数据涉及隐私，无法共享。如果把每个视图的数据视为分布式网络中的一个节点，联邦学习则可有效解决数据无法共享和隐私保护的问题，联邦多视图聚类正是将联邦学习引入多视图聚类得到的一类方法。联邦学习利用中心服务器进行协调，当中心服务器缺失或出现故障时，该方法失效。为此，本文提出了一种去中心的联邦多视图聚类(Decentralized Federated Multi-view Clustering， DFMC)方法。具体来说，首先通过非负矩阵分解学习每个视图的低维表示，然后根据视图信息的一致性对不同视图的低维表示给出一致性约束，该约束实现了邻居视图间的信息通信，构建了去中心的联邦学习环境，得到了一个统一的低维表示，进而进行聚类。本文使用交替极小化算法对个视图分别进行求解，实现了隐私保护。在真实数据集上的实验结果验证了DFMC的有效性和收敛性。

关键词：多视图聚类非负矩阵分解联邦学习去中心隐私保护

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月球土物理力学特性研究的新挑战和新机遇

科学通报 2024年第4期69卷 485-488页

作者：姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

2020年12月,我国首个月球采样探测器——“嫦娥五号”成功采集并带回地球1731 g月球样品,使得人类时隔44年再次获得月球样品,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满成功.2022年11月,美国“阿尔忒弥斯1号”成功发射,预示着... 详细信息

2020年12月,我国首个月球采样探测器——“嫦娥五号”成功采集并带回地球1731 g月球样品,使得人类时隔44年再次获得月球样品,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满成功.2022年11月,美国“阿尔忒弥斯1号”成功发射,预示着美国重返月球计划正式开始.2023年8月,印度“月船3号”探测器在月球南极表面成功软着陆.当今世界新一轮探月热潮正在兴起.根据《“十四五”规划纲要和2035远景目标纲要》,建立月球科研站和月球基地,实现月表原位资源开发利用是我国深空探测领域未来重点攻关的任务之一.可见,未来我国探月工程将涉及更多复杂的月表机械作业和工程建设任务,亟需准确认识月球土物理力学行为和科学预测月球土和结构物相互作用.本文结合目前月球土物理力学特性研究现状和我国未来深层次探月工程实际需要,通过查阅文献对未来月球土物理力学特性研究的重点和难点进行了一些思考和归纳.

关键词：探月工程机械作业物理力学特性三步走战略资源开发利用工程建设月球基地科学预测

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热风洞温度系统的无模型自适应级联控制

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1713-1720页

作者：陈嘉诚杨旭马渝翔李栋董素君李运华北京航空航天大学大型飞机高级人才培训班北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增... 详细信息

热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增量式比例积分微分(PID)和外环为无模型自适应控制(MFAC)的级联控制方法,增量式PID控制器控制燃油流量,MFAC控制器控制燃烧室温度,实现了对燃烧室温度的有效控制;进行了不同目标温度的数值模拟和试验研究,并与FuzzyPID-PID级联控制方案和传统的级联PID控制方案进行了对比测试。试验结果确认了所提控制方案的可行性与优越性。

关键词：热风洞温度控制无模型自适应控制增量式比例积分微分级联控制

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时间约束三维超螺旋滑模制导控制一体化方法

宇航学报 2024年第2期45卷 283-294页

作者：李雪王青北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新学院杭州311115

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步... 详细信息

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步法,提出了有限时间稳定的制导控制一体化控制律,保证李普希茨有界扰动下的鲁棒,且控制量连续,其有限时间收敛特性通过李雅普诺夫稳定性理论得到证明,其有效性通过数值仿真得到了验证。

关键词：飞行器攻击时间控制制导制导控制一体化超螺旋算法反步法

Mo元素对Al_(0.3)CrFeCoNiMo_(x)高熵合金组织结构、力学性能和腐蚀行为的影响

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材料工程 2024年第1期52卷 118-127页

作者：范世超廖振龙李柔珊逄淑杰北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

为提高Al-Cr-Fe-Co-Ni系高熵合金的力学性能和耐腐蚀性能,研究Mo元素对Al_(0.3)CrFeCoNiMo_(x)(x=0.2,0.4,0.6,0.8,摩尔比,下同)高熵合金的组织结构、力学性能及腐蚀行为的影响。结果表明:随着Mo元素含量的提高,合金由FCC相(x=0.2)转变... 详细信息

为提高Al-Cr-Fe-Co-Ni系高熵合金的力学性能和耐腐蚀性能,研究Mo元素对Al_(0.3)CrFeCoNiMo_(x)(x=0.2,0.4,0.6,0.8,摩尔比,下同)高熵合金的组织结构、力学性能及腐蚀行为的影响。结果表明:随着Mo元素含量的提高,合金由FCC相(x=0.2)转变为FCC+σ双相结构(x=0.4~0.8)。当Mo元素含量由x=0.2增加到x=0.8时,合金的压缩屈服强度和硬度分别由304 MPa和214HV提高到1192 MPa和513HV,塑性应变由>50%降低到5.2%,这主要是由于固溶强化作用和σ相含量增加。该合金系中,Al_(0.3)CrFeCoNiMo_(0.4)和Al_(0.3)CrFeCoNiMo_(0.6)合金具有较高的屈服强度(571~776 MPa)和较好的塑性(塑性应变10.3%~23.8%)。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,Al_(0.3)CrFeCoNiMo_(x)高熵合金发生自钝化,具有较低的腐蚀速率(3.6×10^(-4)~5.9×10^(-4)mm/a),且Mo元素的添加有效抑制了点蚀的发生。合金的耐腐蚀性能随着Mo含量的增加而提高,这与合金表面形成的钝化膜阻抗值和厚度提高有关。适当添加Mo元素可以使Al-Cr-Fe-Co-Ni系合金同时具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。

关键词：高熵合金组织结构力学性能腐蚀行为

车载GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合导航方法

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测绘学报 2024年第3期53卷 425-434页

作者：穆梦雪赵龙北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学数字导航中心北京100191 北京航空航天大学飞行器控制科学与技术实验室北京100191

为提升复杂环境下低成本车载导航系统的容错性能,本文研究了基于次优增益融合(SGF)算法的GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法。该方法首先根据阿克曼转向几何建立了四轮里程计测速补偿模型,提升了惯性测量单元(IMU)安装中心处的前向和... 详细信息

为提升复杂环境下低成本车载导航系统的容错性能,本文研究了基于次优增益融合(SGF)算法的GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法。该方法首先根据阿克曼转向几何建立了四轮里程计测速补偿模型,提升了惯性测量单元(IMU)安装中心处的前向和侧向测速精度;然后设计了基于卡方检验统计量的故障检测与分类准则,充分利用了可获取的观测信息;最后构建了随机模型和信息分配因子(ISF)弹性优化模型,分别从传感器层和决策层减少了异常观测的影响,实现了车载多源信息的弹性融合。通过实际跑车数据对GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法进行测试验证。试验结果表明,本文方法能有效减少子系统故障对全局状态估计的影响,提升复杂环境下系统的容错性能。此外,与经典的联邦卡尔曼滤波(FKF)算法相比,SGF算法全局融合精度损失有限,计算效率却显著提升,有利于多源信息弹性融合的实际工程应用。

关键词：多源信息弹性融合 GNSS/SINS/里程计融合里程计测速补偿模型次优增益融合分布式滤波

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基于非对称多项式拟合的光谱波纹系数算法

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1283-1290页

作者：孙胜琳徐宏杰杨晟旻方佳豪梁佳辉北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

在光纤陀螺中,常采用超辐射发光二极管(SLD)或放大自发辐射(ASE)光源,其较宽的光谱可有效抑制偏振噪声及背向反射、瑞利散射等影响。在SLD及ASE光源中,波纹系数是一项重要指标,其主要来自于宽带光源中未完全抑制掉的激射部分,会对光纤... 详细信息

在光纤陀螺中,常采用超辐射发光二极管(SLD)或放大自发辐射(ASE)光源,其较宽的光谱可有效抑制偏振噪声及背向反射、瑞利散射等影响。在SLD及ASE光源中,波纹系数是一项重要指标,其主要来自于宽带光源中未完全抑制掉的激射部分,会对光纤陀螺的精度产生影响。目前在国军标中对波纹系数的定义是:光谱曲线峰值波长附近的模式幅值的极差,单位为dB。目前对波纹系数还是采用人眼观察的方法,人眼观察具有一定的主观性和偶然性,不能排除人们主观因素以及外界干扰带来的测量误差,并且经过处理后得到的对数光谱不能准确反映原始光谱特性。针对宽带光源非对称光谱中的波纹系数进行分析,对比多峰高斯拟合和多项式拟合各自的优缺点,选择多项式拟合的方式;通过理论分析及实验验证,采用五次多项式拟合满足要求。基于三倍标准差原理提出了一种新的波纹系数计算方法,可以准确反映波纹系数大小。采用AQ6370D光谱仪和自制的“光谱波纹系数测试”软件对ASE光源和SLD光源进行实验,计算结果与人眼观察数据基本吻合。在此基础上进行重复性验证实验,采集同一光源的五次实验数据,分别计算其波纹系数,并与人眼观察结果比较,结果表明人眼观察只能估算到小数点后两位,而光谱波纹系数算法精度较高,分辨率可达0.0001。自制的“光谱波纹系数测试”软件可以在交互界面上得到测试光谱的平均波长、峰值波长、中心波长、谱宽、波纹系数、线性坐标和对数坐标下的光谱及其拟合曲线表达式,使实验分析更加方便快捷,大大提高了实验效率。提出的基于非对称多项式拟合的光谱波纹系数算法可以更有效地对光源波纹系数进行判断,提高了计算效率,消除了主观性和偶然性的影响,对国军标进行了补充,有较为广阔的应用前景。

关键词：波纹系数多项式拟合光谱拟合光源