可见光信号传输的非线性失真补偿方法

针对可见光通信系统在高速传输中的非线性失真问题,提出一种基于深度学习的可见光通信系统高速传输的非线性失真补偿方法。首先,通过滑动窗口提取高速帧中目标符号前后相邻的若干个符号,构建包含目标符号的上下文符号序列;然后,采用一维卷积神经网络提取上下文序列的空间特征,使用双向长短期记忆网络提取上下文序列的前后时序依赖关系。实验结果表面,所提方法对可见光信号的失真进行了补偿,降低了可见光通信系统的高速传输误码率。

基于深度学习的可见光通信系统室内三维定位

针对目前室内可见光通信系统三维定位的准确率与定位速度依然不佳的问题,提出一种基于深度学习的可见光通信系统室内定位方法。首先,设计了一个神经网络将指纹数据编码成二维阵列,利用卷积神经网络学习指纹阵列与目标位置之间的关系;然后,通过粒子群优化算法自动搜索卷积神经网络的超参数,以降低深度神经网络的训练难度。此外,设计了定位数据训练集、验证集与测试集的划分方法,有助于缓解神经网络的过拟合问题,并提高定位准确性。仿真结果表明,所提方法在6×6×4m3室内环境下的平均定位误差为0.024m,平均定位时间为0.478s。

可变焦液体柱面透镜的设计与制作

文章设计并制作了一种基于电磁驱动的可变焦液体柱面透镜,并对其性能进行了测试与分析。研究结果表明:当工作电流在0到1.5A范围内变化时,该柱面透镜焦距随工作电流增大而逐渐减小,焦距变化范围为(8.97mm,+∞),最大横向放大率β为1.6,系统通电响应时间约为20ms,断电衰减时间约为25ms。当工作电流为1.5A时,该透镜的焦距为8.97mm,相应的焦线长度为11mm,焦线宽度为1mm。文章提出的液体柱面透镜,在光束整形、设备扫描和2D/3D可切换显示等领域具有潜在的应用前景。

低空监控系统的红外小目标检测方法

无人机遥感系统在检测复杂背景下红外小目标时存在虚警过高的问题,结合卷积神经网络提出一种两阶段的无人机遥感系统红外小目标检测模型。第一阶段利用Unet神经网络学习红外图像中目标的深度语义特征与浅层位置特征,同时增强红外小目标信号,并抑制背景信号。第二阶段利用Faster R-CNN对第一阶段输出的图像进行分析,检测图中红外小目标的位置与边框。在公开的无人机遥感系统红外小目标检测数据集上完成了验证实验,结果表明该模型将三个复杂背景数据集下红外小目标的检测精度分别提高了13.2、9.8与13个百分点,每秒处理的帧数分别增加了11、14与13。

Spark平台下基于互信息计算的高光谱图像波段选择方法

随着遥感成像技术的发展和普及,高光谱图像中大量的波段使得大多数应用研究遇到休斯现象。而且随着高光谱图像数据量的快速增长,现有的传统串行算法计算复杂度较高,难以处理高维海量高光谱图像数据。针对以上问题,提出Spark平台下基于互信息计算的波段选择算法。利用熵和互信息理论定义波段相关性和多重相关性;基于Spark RDD编程模型设计数据列变换,将数据集划分为列矩阵,以降低计算负载;在Spark平台下对算法并行化,提高算法执行效率。实验结果表明,提出的算法达到了94.5%±0.5的整体分类精度,且加速性能良好,改善了数据可扩展性。

基于TDLAS的CO检测系统调制参数优化与温度补偿

在可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术中,携带气体浓度信息的二次谐波信号易受激光扫描信号与调制信号的幅值、频率等参数影响。基于TDLAS技术搭建了CO浓度检测硬件系统,与对应仿真模型进行比较分析,研究了调制参数对二次谐波信号峰值、信噪比、对称性以及峰宽的影响,总结出具体变化规律。实验确定了系统最优调制参量,在硬件不变的情况下提高了检测精度。对CO在1567.7nm的吸收光谱进行了检测,发现测量浓度随着温度的升高而降低,最大相对误差已超过15%。为了减少温度变化对测量的影响,分别采用RBF及BP神经网络、PSO优化BP神经网络和WOA优化BP神经网络算法对系统进行补偿。结果表明,WOA优化BP神经网络方法的补偿效果最好,修正后浓度相对误差降至1%以下,有效提高了系统在变温环境下的准确性和稳定性。研究为系统的调制参数设置以及精准检测提供参考,为后续实验提供了有价值的指导。

1300万像素广角手机镜头设计

为满足高解析力、广角手机镜头发展需求,基于ZEMAX设计了一款1300万像素的广角手机镜头。镜头由6片塑料透镜和近红外滤光片构成,系统焦距为3.36mm,全视场84°,系统F数为2.6,系统总长5.4mm,像高5.86mm。采用OmniVision公司的OV13B10图像传感器,分辨率为4208pixel×3120pixel,像元尺寸1.12μm×1.12μm。设计结果表明,在奈斯奎斯特频率为223lp/mm处,中心视场调制传递函数(MTF)优于49%,0.7以内视场MTF优于33%。全视场最大RMS半径3.192μm,最大畸变-3.948%。全视场相对照度均优于38%。研究结果为高像质、广角手机镜头提供设计参考。

基于霍夫变换的透镜中心偏差检测方法

随着光学技术的发展,对光学透镜综合性能提出更高的要求,对心加工作为透镜生产必不可少的一环对镜头综合性能起重要作用,现有对心加工需要工人通过对心器手动测量及调整,对工人技术要求高、加工效率慢。文章基于霍夫变换提出一种适用于对心加工的中心偏检测算法以提升对心加工测量效率。首先通过工业相机拍摄对心器目镜中的图像,对图像进行灰度化、降噪、根据图像特征削弱干扰因素、二值化的预处理操作,再根据Canny边缘检测和霍夫变换识别图像中十字像的直线,最后根据角度区分直线求得交点,使用最小二乘法拟合出透镜的实际中心偏,实现了反射式测量和透射式测量两种工况的中心偏检测。实验结果表明,该算法能够检测两种工况下的中心偏,检测精度达到亚像素级。本文使用的中心偏检测算法可以提升对心加工的效率和精度。

无线光通信中的信道均衡研究进展

在无线光通信中,信道不理想是影响系统可靠性的主要因素,而在接收端放置一个与信道特性相反的均衡器可以抵消信道对信号产生的负面影响,从而校正多径时延等因素带来的码间串扰问题,使信号在接收端得到恢复和重建。文章在总结国内外均衡技术研究进展的基础上,对比总结了各个典型信道均衡技术以作参考,包括迫零均衡、最小均方误差均衡、判决反馈均衡、Volterra均衡等。在实际应用中可以根据具体需求及均衡算法特点选择适当的均衡器来实现信道均衡。最后,展望了无线光通信中信道均衡技术的发展前景,为后续研究者在该领域的探索提供新的思路和参考价值。

基于双N型的六光幕天幕立靶测量方法研究

弹丸的着靶坐标一直是身管武器外弹道测试领域经常测量的参数,针对现有六光幕阵列天幕立靶存在的系统复杂,主探测器比较笨重的问题,提出一种集成化双N型六光幕立靶测量方案,在每台主探测器的一个光学镜头内集成三个探测光幕,两台主探测器在空中形成两个N型的三光幕探测阵列。当弹丸依次穿越六个探测光幕,对应的两台主探测器三光幕天幕靶的电路依次输出六个弹丸信号,采用数据采集仪对弹丸信号进行采集,并通过弹丸信号处理算法对采集到的弹丸信号进行处理,得到弹丸穿越六个探测光幕的时刻值,再进一步通过对应的探测光幕参数和靶距参数计算得到弹丸的着靶坐标值。对系统着靶坐标测量误差进行了分析,并通过两种不同口径的实弹测试验证了系统的弹丸着靶坐标测量精度。

可见光通信系统失真信号的无监督还原方法

发光二级管的非线性特性、环境光干扰以及信道噪声等因素会引发可见光通信系统出现非线性失真的现象,导致可见光通信系统的误码率升高。针对该问题,提出一种新的深度神经网络模型,并基于该模型对可见光通信系统的非线性失真符号进行无监督地还原处理。建立了可见光通信系统的数学模型,分析了引起信号出现非线性失真现象的多种因素;利用循环神经网络学习可见光信号序列的短期相关性,利用门控循环单元学习可见光信号序列的长期相关性;采用密集网络学习输入光信号与接收光信号之间的非线性映射关系。仿真结果表明,所提神经网络能有效降低可见光通信系统的误码率,并且在不同调制阶数与不同带宽条件下均实现了较好的效果。

用于微量生物样本检测的显微动态光散射系统研制

针对微量生物样品的粒径检测需求,提出了一种显微动态光散射测量系统。传统的动态光散射技术在微量生物样品检测中通常需要毫升级别的样品,这种大量样品消耗不适用于微量生物样品的检测。为解决这一问题,设计了一套融合普通显微镜和动态光散射技术的显微动态光散射系统。通过整合这两种技术,文章成功将测量样品的用量降低到几十微升的水平,实现了两个数量级的提升,从而显著减少了样品的消耗,满足了实验室对微量生物样品检测的需求。为验证该系统的可行性,对不同材质和尺寸的纳米颗粒以及生物外泌体样本进行了评估。实验结果显示,针对60nm的聚苯乙烯微球颗粒和208.6nm的外泌体颗粒的测量尺寸误差分别为1.5%和-3.4%,与实际尺寸吻合良好,证明了该系统在实际应用中的可行性。

飞机碳纤维复合材料蒙皮激光除漆技术的研究进展

碳纤维复合材料是飞机蒙皮的重要材料,除漆是飞机碳纤维复合材料蒙皮再次涂装之前最为重要的工序。激光除漆具有高效、可控、分层、“绿色”的优势,有望成为飞机碳纤维复合材料蒙皮除漆的主要技术途径。介绍了激光分层可控除漆方法和机理,总结了激光能量密度、激光扫描速度、激光搭接率等工艺因素对飞机碳纤维复合材料蒙皮涂层去除的影响规律,提出了激光分层可控除漆工艺的优化思路,并归纳了激光除漆效果评价方法。列举了激光除漆技术在飞机复合材料表面涂层维修中的应用,并对飞机碳纤维复合材料蒙皮激光除漆技术的发展趋势进行了展望。

基于随机森林的复杂室内混合WiFi-LiFi网络接入点选择研究

针对复杂室内环境下混合LiFi-WiFi异构网络接入点选择困难的问题,提出一种基于随机森林模型的混合LiFi-WiFi网络接入点选择算法。所提出的网络接入点选择算法利用多个网络的信道特性,通过模拟不同的室内复杂环境,采集不同位置用户在不同情况下的接收信号强度和信噪比等值,构建训练集,使模型能够适应各种复杂的室内环境。仿真结果表明,与传统网络选择算法相比,算法的平均可实现吞吐量提高了约82%,特别是在室内情况较为复杂时,可提高160%。在用户移动时,并且接入用户数量增加时,文章提出的算法可比其他算法切换次数显著减少20%。

高功率掺镱光纤激光器的非线性效应和研究进展

高功率掺镱光纤激光器在精密加工、国防、科研等领域有重要的应用价值,然而随着功率的提升,光纤内部的非线性效应开始凸显。在此,详细分析了受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)、非线性折射率、横模不稳定(TMI)等非线性效应的产生过程,并提出抑制方法。另外,从光纤振荡器和主振荡功率放大器两个角度,简述了近几年学者们在抑制非线性效应基础上不断提升掺镱光纤激光器输出功率的研究进展。目前,全光纤结构的掺镱振荡器输出功率达到8kW;单纤主振荡功率放大器激光系统输出功率已突破20kW。

基于SSH模型拓扑边界态和角态的实现

拓扑光子学的研究在光学通信领域具有重要的研究意义。为了实现拓扑边界态和角态,基于Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,构建了二维正方形光子晶体结构,通过有限元软件仿真计算了该结构的能带,分析了对应的模式和拓扑相位。在此基础上实现了具有拓扑保护性质的边界态和角态,产生了相对带隙宽度为35%的较宽带隙,并通过频域仿真,验证了拓扑边界态具有单向传输特性和抗干扰的能力,拓扑角态能够把光波约束在角点的位置。结果表明:基于SSH模型设计的光子晶体结构能够实现高性能的拓扑边界态和角态,具有设计简单,容易实现的特点。

空基激光通信大气湍流传输的HARQ方案性能分析

大气湍流信道所引起的激光链路信号功率随机衰落是影响空基激光链路通信质量的重要因素。针对空基激光通信链路受大气湍流影响在短时间随机衰落导致的通信性能恶化情况开展HARQ传输能力仿真和性能分析。分析了不同编码码率、重传帧结构对误码纠错性能的影响,通过调整HARQ传输策略,对误码率性能改善以及通信带宽利用率等传输性能结果进行比较。根据仿真结果可知,较精细化的重传控制以及改变纠错编码码率能够有效提高激光链路的误码纠错能力。通过平衡HARQ重传过程中的编码码率和重传帧长度,可以在不影响链路传输效率的情况下明显改善激光链路传输性能。

离轴卡塞格林光学系统装调技术

介绍了一种离轴卡塞格林光学系统的高精度装配和调整方法。针对离轴抛物面主镜装配难点,通过理论计算及仿真分析,确定粘接形式及粘接面积,利用干涉仪及平面镜实现自准直检测,完成了主镜的微应力装配。结合系统结构特点,通过测量主镜最佳面型,将主镜位置姿态与机械基准建立关系,使主镜光轴与机械基准保持一致。通过分析次镜失调量与系统波相差之间的关系,对次镜进行六个自由度的调整实现系统波相差校正。主镜粘接装配后面型变化小于5%,系统装调后波像差优于0.055λ,均满足了设计指标要求。

基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪的BOTDR测量精度提升研究

针对布里渊光时域反射仪(BOTDR)信号弱,噪声干扰造成的测量精度降低问题,提出基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪方法实现BOTDR系统测量精度提升。分析了微波扫频法BOTDR测量原理及二维布里渊增益谱图像特征,设计了二维图像小波阈值降噪算法流程,搭建了微波扫频法BOTDR实验装置进行降噪性能验证,基于降噪性能对比确定了二维小波基函数、分解层数、阈值规则及阈值函数最优参数匹配方案。实验结果证明,使用二维图像小波阈值降噪算法,在累加平均500次条件下,降噪前后10km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±4.61MHz降至±2.59MHz,均方根误差由2.24MHz降至0.99MHz;降噪前后50km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±41.25MHz降至±2.83MHz,均方根误差由33.59MHz降至1.69MHz。研究表明,使用该降噪方案可有效提升BOTDR测量精度。

一种光机一体化平面反射镜结构设计及应用分析

为满足空间光学系统高成像质量、高稳定性和高杂散光抑制效果的需求,文章从选材、选型及仿真设计等方面开展研究,提出了一种新型光机一体化反射镜无框结构优化方案。方案的光学镜面通过钛合金表面烧结玻璃技术实现16∶1的镜坯光学面本体径厚比,加工难度与成本显著低于碳化硅与铍反射镜。经静应力与模态分析:反射镜结构稳定,重力及安装应力对镜面面形的影响可忽略不计,样件实测面形误差峰谷值<0.65λ,均方根值<0.12λ(λ=632.8nm),通过了相关环境性试验验证;经系统建模及杂散光分析:敏感角度斜入射视场光通量透过率可降低至传统光机分离设计的5~20%左右。设计方案已经成功在轨应用,为星载光学成像高光学稳定性与高杂散光抑制需求的实现提供了一种可借鉴的技术手段。