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基于群智能优化多分类器的DOM组分检测研究

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2349-2356页

作者：付丽辉戴峻峰王晓燕淮阴工学院自动化学院江苏淮安223003 淮阴工学院电子信息工程学院江苏淮安223003

可溶解有机物(DOM)是影响生态环境和居民生活安全的重要因素之一。当DOM总量达到一定水平时,将通过水体富营养化引致藻类爆发式生长,使得DOM成分更为复杂、影响更为严峻。常见的DOM检测方法虽然可以对DOM进行定性分析,但对于DOM组分的... 详细信息

可溶解有机物(DOM)是影响生态环境和居民生活安全的重要因素之一。当DOM总量达到一定水平时,将通过水体富营养化引致藻类爆发式生长,使得DOM成分更为复杂、影响更为严峻。常见的DOM检测方法虽然可以对DOM进行定性分析,但对于DOM组分的测定一直存在瓶颈,单传感器难以完成对水体DOM总量与组分的复杂性测试。提出基于等离子共振传感器(SPR)的交叉敏感性的DOM测试方案。利用群智能算法(PSO)训练的BP神经网络(BP),构建三个分类器。利用多模光纤,镀以55~85 nm的7种不同厚度的金膜,构成具有不同最佳折射率测量值的SPR传感探头,使各传感探头的最佳折射率测量值有效分布在1.33~1.43 RIU范围内,保证每个传感头在最佳测量区间内具有较好的灵敏度、线性度,在其他传感头对应的测量区间内,通过波长、谱宽和光强的变化,有着尽可能敏感的交叉响应。结合基于PSO-BP的三分类器的智能算法,通过对DOM的水样制备、DOM成分的测定、折射率的测量、SPR效应的测量、人工智能网络的训练、验证等实验步骤,实现对被测样本的SPR效应的共振波长、谱宽和光强的综合训练,从而完成对里运河(A)、洪泽湖(B)、公园景观湖(C)、校园景观湖(D)四种被测水体的五种DOM组分(酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质、富里酸、溶解性微生物代谢产物、腐殖酸)浓度的有效预测。对四种不同被测水体(A、B、C、D)DOM组分浓度的最高预测率分别为81.2%(酪氨酸)、85%(色氨酸)、82%(色氨酸)、82.6%(色氨酸)。考察了响应参数及分类器个数对预测效果的影响,结果表明,与双分类器和单分类器相比较,三分类器的预测效果最好,对综合水样的五种不同DOM组分浓度的预测正确率分别为81.5%、84%、81%、82%、68.3%,验证了PSO-BP的多分类器及光纤SPR传感器在DOM组分预测中的正确性及可行性。

关键词：多分类器光纤等离子共振传感器可溶性有机物组分检测 BP神经网络 PSO算法

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降质靶标检测算法

兵工学报 2024年第6期45卷 2065-2075页

作者：刘鹏熊泽宇景文博冯萱张俊豪刘桐伯吴雪妮夏璇万琳琳赵海丽长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130000 长春理工大学光电信息工程学院吉林长春130000

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷... 详细信息

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷积搭建主干特征提取网络,降低网络参数计算量,提高网络的检测速度;引入表征注意力机制,增强靶标的表征能力;在网络输出层,引入3分支空间特征融合,利用低层特征图的细粒度特征信息与高层特征图丰富的语义信息组合,保留降质靶标图像的细节、边缘语义信息;实验结果表明:在靶标数据集中,所提算法的检测精度mAP达到90.88%,检测速度达到52.74帧/s,能在降质环境下够高效、精准地完成动态性能考核中立靶成像测试环节中的靶标检测部分。

关键词：靶标降质图像目标检测特征融合注意力机制

基于密绕小直径线圈的磁感应透地无线起爆系统性能分析

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电波科学学报 2024年第3期39卷 534-543页

作者：李晓奂杨维北京交通大学电子信息工程学院北京100044

为了在矿区开采时实现安全便携的透地无线起爆,提出了地上发射端采用密绕小直径线圈的磁感应透地无线起爆方案,并建立了地面发射线圈与地下接收线圈等效耦合电路分析模型,推导了地下接收端负载的电压表达式,用地面发射线圈与地下接收线... 详细信息

为了在矿区开采时实现安全便携的透地无线起爆,提出了地上发射端采用密绕小直径线圈的磁感应透地无线起爆方案,并建立了地面发射线圈与地下接收线圈等效耦合电路分析模型,推导了地下接收端负载的电压表达式,用地面发射线圈与地下接收线圈间的互感系数表征了收发线圈间耦合强度的大小。由于地面发射线圈与地下接收线圈间的相对位置关系不是平行共轴,传统基于平行且共轴线圈的互感公式不再适用,本文从磁矢位出发推导出了考虑涡流效应的具有一般位置关系的单匝圆线圈间互感系数的通用表达式。由于地面发射线圈采用横放模式存在爆破盲区,地面发射线圈应采用竖放模式。基于负载电压公式分析了发射线圈半径与匝数、发射信号频率和垂直透地深度对透地起爆系统地下接收端负载电压和水平覆盖距离的影响。仿真结果表明:发射线圈采用竖放模式的透地无线起爆系统的水平覆盖距离可达到200~300m;随着透地深度的增加,系统的水平覆盖距离逐渐降低,但可以通过适当增加发射线圈半径和匝数、降低发射信号频率的方式提高透地无线起爆系统的水平覆盖距离,以满足在不同规模矿区开采应用场景下的透地无线起爆需求。

关键词：透地通信磁感应无线起爆涡流损耗互感

基于双频泵浦正常色散富硅氮化硅微环谐振腔的光频率梳设计

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光学学报 2024年第3期44卷 198-208页

作者：杨亚楠高荣湛晨翌李丁邓宜王子潇梁坤冯素春北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE(Lugiato Lefever equation)方程进行光频率梳产生仿真,... 详细信息

提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE(Lugiato Lefever equation)方程进行光频率梳产生仿真,分析改变泵浦失谐时光频率梳产生的时域和频域演化过程。同时,探究各项参数对光频率梳产生的影响,包括泵浦功率、双频激光功率占比、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光频率间隔。仿真实现的光频率梳带宽可覆盖1520 nm到1580 nm。

关键词：非线性光学光频率梳富硅氮化硅色散调控微腔

基于视觉的液晶屏/OLED屏缺陷检测方法综述

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中国图象图形学报 2024年第5期29卷 1321-1345页

作者：林思媛吴一全南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106

液晶屏(liquid crystal display, LCD)和有机发光半导体(organic light-emitting diode, OLED)屏的制造工艺复杂,其生产过程的每个阶段会不可避免地引入各种缺陷,影响产品的视觉效果及用户体验,甚至出现严重的质量问题。实现快速且精确... 详细信息

液晶屏(liquid crystal display, LCD)和有机发光半导体(organic light-emitting diode, OLED)屏的制造工艺复杂,其生产过程的每个阶段会不可避免地引入各种缺陷,影响产品的视觉效果及用户体验,甚至出现严重的质量问题。实现快速且精确的缺陷检测是提高产品质量和生产效率的重要手段。本文综述了近20年来基于机器视觉的液晶屏/OLED屏缺陷检测方法。首先给出了液晶屏/OLED屏表面缺陷的定义、分类及其产生的原因和缺陷的量化指标;指出了基于视觉的液晶屏/OLED屏表面缺陷检测的难点。然后重点阐述了基于图像处理的缺陷检测方法,包括介绍图像去噪和图像亮度矫正的图像预处理过程;考虑到所采集的液晶屏/OLED屏图像存在纹理背景干扰,对重复性纹理背景消除和背景抑制法进行分析;针对Mura缺陷边缘模糊等特点,总结改进的缺陷分割方法;阐述提取图像特征并使用支持向量机、支持向量数据描述和随机森林算法等基于特征识别的缺陷检测方法。接着综述了基于深度学习的缺陷检测方法,根据产线不同时期的样本数量分别总结了无监督学习、缺陷样本生成、迁移学习和监督学习的方法,其中无监督学习从基于生成对抗网络和自编码器两个方面进行阐述。随后梳理了通用纹理表面缺陷数据集和模型性能的评价指标。最后针对目前液晶屏/OLED屏缺陷检测方法存在的问题,对未来进一步的研究方向进行了展望。

关键词：缺陷检测液晶屏(LCD) OLED屏机器视觉深度学习纹理背景消除无监督学习

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面向艇载气象雷达的稀疏相控阵优化设计

信号处理 2024年第9期40卷 1569-1586页

作者：王向荣黄嘉怡谢晋东曹先彬北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

台风是一种持续性的热带气旋,常带来狂风、暴雨等灾害天气。平均每年约有七次台风登陆我国,对我国人口密集的东南沿海和部分内陆地区带来严重影响。气象雷达具有对台风等灾害天气的探测和预警能力,但现有的气象雷达多为地基相控阵雷达,... 详细信息

台风是一种持续性的热带气旋,常带来狂风、暴雨等灾害天气。平均每年约有七次台风登陆我国,对我国人口密集的东南沿海和部分内陆地区带来严重影响。气象雷达具有对台风等灾害天气的探测和预警能力,但现有的气象雷达多为地基相控阵雷达,距离远且分辨率低,对台风内部结构观测不清,导致在台风强度和路径的预测上存在着较大的不确定性。为降低台风灾害带来的损失,北京航空航天大学承担的国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(简称“大仪器”项目)提出由临近空间飞艇搭载气象雷达对台风进行追踪抵近探测,提供台风内部结构长时、精细的观测数据。不同于地基雷达,临近空间飞艇独特的平台限制约束了气象雷达的重量、功耗、尺寸等成本参数,而实现台风探测的高性能亟须大孔径阵列。因此,艇载台风探测雷达的技术难点在于:如何用最低的成本实现最高的性能。在“大仪器”项目的资助下,本文提出一种稀疏相控阵气象雷达,可以在降低系统成本的同时实现高分辨率探测。本文的主要贡献总结如下:首先,对单天线气象回波的时间序列进行模拟仿真,扩展至多天线相控阵气象雷达的回波数据模拟,并通过多普勒分析验证其准确性;然后,考虑稀疏化均匀间隔的相控阵列,通过减少阵元数降低硬件成本的同时,保持高分辨率的波束扫描与接收;最后,联合优化阵列构型和权重系数,权重系数满足恒模约束以最大化雷达发射功效,从而进一步压低副瓣电平来改善气象雷达的抗干扰性能。仿真和实验结果表明,相控阵雷达能够实现准确高效的气象探测,稀疏阵的引入使系统在维持高分辨率的同时降低了硬件成本。具体地,在相同阵元数的条件下,稀疏阵在对气象回波反射率、多普勒频率及谱宽的估计上,都展现明显优于均匀阵的效果。

关键词：相控阵雷达气象回波仿真空间分辨率稀疏阵列波束合成

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多方位角融合SAR图像中“扇形”旁瓣分析

信号处理 2024年第3期40卷 451-459页

作者：王亚敏陈杰杨威曾虹程北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

随着相控阵天线电子扫描能力的提升,多方位角观测成为星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)发展方向之一,从多维度提高目标信息解译能力。然而,在公开的多方位角融合SAR图像中存在较强的二维“扇形”旁瓣现象,且二维分布特... 详细信息

随着相控阵天线电子扫描能力的提升,多方位角观测成为星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)发展方向之一,从多维度提高目标信息解译能力。然而,在公开的多方位角融合SAR图像中存在较强的二维“扇形”旁瓣现象,且二维分布特点不同,容易造成目标误判。因此本文针对此旁瓣方向和多方位角观测目标分辨率开展研究。首先,概述了多方位角观测模式和特性,提出了基于CUDA并行加速的快速后向投影(Back Projection,BP)算法,高效率生成多方位角序贯SAR图像,避免耗时的图像配准和几何校正;其次,基于多方位角观测中斜距平面和地距平面的几何投影关系,重点分析了地距平面目标方位向、距离向分辨率和旁瓣方向,揭示了融合SAR图像中“扇形”旁瓣的形成机理,并解释了二维旁瓣特性不同的原因,基于此可反演获取该SAR图像时卫星和观测场景之间的几何关系,以及融合SAR图像数;最后,通过点目标和扩展目标仿真开展实验,结果表明方位斜视观测中,地距平面方位向、距离向分辨率理论分析精度优于0.02 m,旁瓣方向理论分析精度优于1o,验证了所提分析方法的正确性。

关键词：星载合成孔径雷达多方位角融合图像 “扇形”旁瓣

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光频梳下变频信号光纤延时频率恢复方法

强激光与粒子束 2024年第4期36卷 63-68页

作者：王天恒谢树果北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映... 详细信息

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系,利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响,估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求,最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出,因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下,本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制,因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法,在多信号频率恢复方面更具有优势。

关键词：微波光子光频梳下变频频率恢复光纤延迟线

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冗余漂浮空间机器人多任务轨迹规划

哈尔滨工程大学学报 2024年第9期45卷 1818-1825页

作者：赵素平陈超波阎坤宋晓华西安工业大学电子信息工程学院陕西西安710021

针对冗余漂浮空间机器人在单次行程中连续执行多项轨道任务的能耗最优轨迹规划问题,本文提出一种改进遗传算法,将同时优化3种类型基因引入,使得每条染色体包含3部分,即任务序列、与任务序列对应的关节构型序列和描述机器人关节轨迹的正... 详细信息

针对冗余漂浮空间机器人在单次行程中连续执行多项轨道任务的能耗最优轨迹规划问题,本文提出一种改进遗传算法,将同时优化3种类型基因引入,使得每条染色体包含3部分,即任务序列、与任务序列对应的关节构型序列和描述机器人关节轨迹的正弦多项式系数,对染色体的3部分进行独立编码,并在迭代寻优过程中对3个组成部分独立执行交叉和变异操作。仿真结果表明:与传统遗传算法相比,本文算法具有精度高、计算量少和CPU时间短的优点。

关键词：空间机器人自由度冗余漂浮基座多任务轨迹规划关节构型遗传算法改进遗传算法多刚体动力学

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