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遗传算法宽光谱光学系统设计方法研究

光学学报 2024年第2期44卷 163-169页

作者：陈阳王益清高明冯斌西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所陕西西安710021

针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,... 详细信息

针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,筛选最优结构输入到光学仿真软件中,经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统,系统成像波段为0.4~1.2μm,焦距为40 mm,视场角均为±5°,波段范围内焦距差异小于0.03 mm,且宽光谱范围内成像质量良好。

关键词：宽谱段遗传算法等焦距光学设计方法

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多自由度扑翼驱动机构设计与动力学性能分析

航空动力学报 2024年第4期39卷 20-30页

作者：张弘志宋笔锋孙中超汪亮毛利文张旺旺西北工业大学航空学院西安710072 成都工业学院汽车与交通学院成都610031 西北工业大学太仓长三角研究院江苏太仓215400

为实现微型扑翼飞行器的扑动翼沿复杂轨迹运动,设计了一种扑动—扫掠多自由度扑翼驱动机构。针对该机构在高频运动过程中各传动构件的惯性力与弹性变形对原动机驱动力造成影响的问题,建立了该机构的刚柔耦合动力学模型,同时提出可对原... 详细信息

为实现微型扑翼飞行器的扑动翼沿复杂轨迹运动,设计了一种扑动—扫掠多自由度扑翼驱动机构。针对该机构在高频运动过程中各传动构件的惯性力与弹性变形对原动机驱动力造成影响的问题,建立了该机构的刚柔耦合动力学模型,同时提出可对原动机实际所需驱动力与其理想值之间差异进行量化处理的动力学性能因子,结合正交试验研究了机构中各薄板构件的厚度对机构动力学性能的影响规律。结果表明:受面外载荷的薄板构件对驱动机构动力学性能的影响较大,且所在传动链的传力路径越长、位置越靠近原动机,其影响越显著;驱动机构的扑动运动性能强于扫掠运动性能;此外驱动机构的动力学性能并非与薄板构件厚度呈正相关的关系。

关键词：微型扑翼飞行器多自由度驱动机构刚柔耦合正交试验动力学性能因子

基于PRSEUS结构的翼身融合民机中央机体球亏面框优化设计方法

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航空学报 2024年第12期45卷 115-133页

作者：张永杰周静飘石磊李栋张彬乾西北工业大学民航学院西安710072 西北工业大学航空学院西安710072

翼身融合(BWB)是一种非常规亚声速运输机布局形式。针对该布局下民机后压力框的设计问题,基于美国国家航空航天局(NASA)提出的拉挤杆缝合一体化(PRSEUS)结构,开展了中央机体球亏面框优化设计工作。分别建立了某型BWB民机铝合金平面框、P... 详细信息

翼身融合(BWB)是一种非常规亚声速运输机布局形式。针对该布局下民机后压力框的设计问题,基于美国国家航空航天局(NASA)提出的拉挤杆缝合一体化(PRSEUS)结构,开展了中央机体球亏面框优化设计工作。分别建立了某型BWB民机铝合金平面框、PRSEUS球亏面框有限元模型,数值模拟结果显示,PRSEUS球亏面框具有更好的承载性能、更低的结构重量。在此基础上,进一步对PRSEUS球亏面框开展敏度分析,对其静强度、稳定性的影响参数进行了梳理,对影响规律进行了归纳。通过分析关键参数在协同优化过程中的影响,筛选得到了一种基于代理模型的协同优化策略,该协同优化策略适用性强、优化效率高。利用该协同优化方法,对PRSEUS球亏面框的尺寸参数进行了优化。通过对优化结果的最优性分析,获得了兼顾静强度、稳定性的优化方案,优化后的PRSEUS球亏面框重量减轻了10.6%。设计的PRSEUS球亏面框承载效率高、稳定性能好,可为相关领域设计与研究人员提供参考。

关键词：翼身融合民机后压力框 PRSEUS结构代理模型协同优化

用于高压测量的MEMS硅-玻光纤FP压力传感器

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中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 771-779页

作者：付雨薇王睿楠唐文婷杜喜昭王伟陈海滨西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西安外事学院工学院陕西西安710077

研究了一种基于微机电系统(MEMS)技术用于高压测量的硅-玻光纤法布里-珀罗(FP)压力传感器。该传感器以硅材料作为敏感元件,将电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后的单晶硅膜片和高硼硅玻璃阳极键合构成FP腔。传感头使用MEMS技术批量制造,... 详细信息

研究了一种基于微机电系统(MEMS)技术用于高压测量的硅-玻光纤法布里-珀罗(FP)压力传感器。该传感器以硅材料作为敏感元件,将电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后的单晶硅膜片和高硼硅玻璃阳极键合构成FP腔。传感头使用MEMS技术批量制造,结构稳定、抗过载能力强、在高压环境下不容易失效。实验结果表明,该传感器能够实现30 MPa的高压压力测量,灵敏度为46.94 nm/MPa,线性拟合度为0.99897,测量结果具有较好的一致性和可靠性,所设计的压力传感器在高压检测方面有很强的应用前景。

关键词： MEMS 光纤传感器压力测量 FP干涉

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虹膜与眼周深度特征融合网络模型

工程科学与技术 2024年第3期56卷 240-248页

作者：雷松泽李永刚单奥奎张文娟西安工业大学计算机科学与工程学院陕西西安710021 西安工业大学基础学院陕西西安710021

虹膜识别的识别率虽然很高,但单模态识别时受环境、欺骗攻击等影响,并且在远距离或移动端、较少约束等场景下,识别率会大大下降。利用位置与虹膜相近并且被研究证明鉴别性很强的眼周生物特征,将虹膜和眼周进行双模态融合识别是较好的思... 详细信息

虹膜识别的识别率虽然很高,但单模态识别时受环境、欺骗攻击等影响,并且在远距离或移动端、较少约束等场景下,识别率会大大下降。利用位置与虹膜相近并且被研究证明鉴别性很强的眼周生物特征,将虹膜和眼周进行双模态融合识别是较好的思路。为实现精确自适应的融合识别,本文提出新颖的虹膜与眼周深度特征融合网络模型(MultipleFusionNet)。根据特征通道注意力和通道分组注意力的思想,设计自动权值生成网络,通过网络学习自动获得虹膜与眼周的权值。权值与卷积神经网络(CNN)生成的虹膜与眼周深度特征加权计算,可实现两个模态的深度特征动态精确融合,从而提高识别准确率。本文网络模型中融合部分可作为通用的深度特征融合模块使用,该模块可灵活地嵌入在任何CNN主干网络中,轻便且易于实现。在中国科学院公开的远距离虹膜库图像库CASIA-Iris-Distance和近距离光照变化虹膜图像库CASIA-Iris-Lamp上进行了实验验证,多种方法的对比实验和距离度量实验结果显示:本文的特征融合模型准确率最高为99.56%,采用余弦距离度量的等误率(EER)最低为0.002 7,优于单模态方法和相关的特征融合方法;计算复杂度方面,参数量和计算量比单模型的两倍少1.5%,计算量只比基准融合方法高1%,这表明该融合模型计算复杂度低,具有良好的性能。

关键词：双模态融合虹膜识别眼周识别深度特征融合

质子交换膜燃料电池极板及其表面改性研究进展

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 902-932页

作者：王瑜邵文婷武上焜杨巍陈建西安工业大学材料与化工学院陕西西安710021

在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的部件中,双极板(bipolar plates,BPs)是重要组成部分。双极板约占燃料电池成本、质量、体积的40%、80%、50%。传统的PEMFCs因为石墨双极板的材料、工艺等问题,造成... 详细信息

在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的部件中,双极板(bipolar plates,BPs)是重要组成部分。双极板约占燃料电池成本、质量、体积的40%、80%、50%。传统的PEMFCs因为石墨双极板的材料、工艺等问题,造成其体积和质量较大,这增加了汽车的重量,缩小了汽车底盘的可用空间,影响了质子交换膜燃料电池汽车的性能。因此开发体积小、成本低、制备工艺简单的双极板对推进质子交换膜燃料电池的商业化应用具有重要意义。金属双极板因其成本低、力学性能好、导电性、导热性、体积相对易控等特点,在PEMFCs领域备受关注。但金属双极板在PEMFCs环境中易生成钝化膜,导致其接触电阻增加。因此,如何在提高金属双极板耐蚀性的同时,保持良好的导电性,是当前对PEMFCs研究的重点。本文综述了石墨、复合材料和金属双极板制备工艺及表面改性方法。讨论了双极板及其表面碳化物涂层、金属涂层和氮化物涂层的优缺点,并比较了这些涂层在PEMFCs环境下的耐腐蚀性和界面接触电阻性能。

关键词：质子交换膜燃料电池双极板表面改性涂层导电性耐蚀性

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分布式动力翼-诱导翼面推进-气动耦合模型

航空学报 2024年第10期45卷 145-159页

作者：赵清风周洲李明浩徐德西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学计算机学院西安710072

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增... 详细信息

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增强系数发展了涵道喷流速度的快速计算方法,针对有/无动力输入状态完成了基于动量理论的推进-气动耦合模型推导,进行了推进-气动耦合模型特性分析,并开展了典型飞行工况下的CFD仿真校验与分析。结果表明,所建立的分布式动力翼-诱导翼面的推进-气动耦合模型具有较高精度,计算速度很快,能够满足动力学系统分析和飞行控制系统设计时的实时计算需求。

关键词：分布式电推进飞行器推进-气动耦合分布式动力翼诱导翼面动力学建模

基于旋转等变卷积的航拍红外图像目标识别算法

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兵工学报 2024年第8期45卷 2817-2827页

作者：肖锋卢浩张文娟黄姝娟焦雨林卢昭廷李照山西安工业大学计算机科学与工程学院陕西西安710016 西安工业大学兵器科学与技术学院陕西西安710016 西安工业大学基础学院陕西西安710016

为提高传统无人机红外目标识别算法对输入图像的旋转鲁棒性,提出一种具有旋转等变性的红外图像目标识别算法。参照可见光三通道结构,将红外图像扩张为三通道以丰富输入图像的细节及边缘信息;以旋转等变卷积为基础,设计并实现能够高度保... 详细信息

为提高传统无人机红外目标识别算法对输入图像的旋转鲁棒性,提出一种具有旋转等变性的红外图像目标识别算法。参照可见光三通道结构,将红外图像扩张为三通道以丰富输入图像的细节及边缘信息;以旋转等变卷积为基础,设计并实现能够高度保留图像旋转特征的标准旋转等变卷积模块和旋转残差模块,使得所设计模型FC-YOLOv5对图像及图像中目标旋转具有鲁棒性;加入压缩和激励注意力机制自适应地学习到每个通道的重要性,并且根据任务的需要加权调整特征图中的通道贡献,提取重要的特征信息并抑制不重要的特征信息。在航拍行人车辆数据集和海上船舶数据集上验证模型的性能,以基准模型YOLOv5s及常见轻量级目标识别任务所用模型YOLOv8s、NanoDet作为对照组模型。实验结果表明,所提算法的平均精度均值相较于基准模型能够提升2%~4%,且当输入图像具有不同角度的旋转时,能够比对照组模型识别到更多旋转目标,且识别错误更少。

关键词：低空航拍红外图像多角度目标识别旋转等变卷积

内孤立波作用下航行体“掉深”控制的水动力特性及运动响应研究

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中国造船 2024年第1期65卷 249-255页

作者：程路杜鹏张淼李卓越唐子建西北工业大学航海学院西安710072

为有效避免航行体在航行过程中发生“掉深”,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及m Kd V理论建立了内孤立波数值水槽,研究了密度跃层以下不同潜深的悬浮航行体与内孤立波的相互作用,并对航行体采用不同参数的PD控制。与未施加控制的航行... 详细信息

为有效避免航行体在航行过程中发生“掉深”,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及m Kd V理论建立了内孤立波数值水槽,研究了密度跃层以下不同潜深的悬浮航行体与内孤立波的相互作用,并对航行体采用不同参数的PD控制。与未施加控制的航行体对比,探究其控制效果及航行体的水动力特性和运动响应。研究结果表明:航行体“掉深”主要是由垂向位移和俯仰角快速增加造成的,对航行体施加控制的参数不同,控制效果也不一样,内孤立波通过后,施加控制航行体的垂向速度在零附近波动,垂荡位移得到有效抑制;控制后航行体的俯仰角可减小到未控制时的1/15,且施加控制后航行体的俯仰角均可控制在0.2 rad以下。

关键词：内孤立波水动力特性运动响应 PD控制掉深