基于激光与视觉融合的复合机器人高精度导航系统

面向复合机器人操作、转运对于导航定位精度和稳定性的重要需求,融合激光雷达与视觉定位设计了一套高精度导航定位系统,有效克服了激光雷达灵活导航或视觉标志物高精度定位单一功能的局限性。该系统分两阶段实现高精度定位导航。首先,利用SLAM(simultaneous localization and mapping)算法实现环境地图的构建;其次,通过激光雷达、IMU(inertial measurement unit)实现第一阶段灵活定位导航,并添加三维激光雷达来增强避障功能;最后,利用视觉识别方法实施第二阶段的高精度导航定位,将精度进一步提高到10 mm以内。实验结果表明所设计的复合机器人(移动平台和抓取机械臂)导航定位系统能够稳定运行,平均定位精度为5.1 mm,相较于调整前提升了82.7%,并在室内场景验证应用。

基于优化MRVA的Φ-OTDR相干衰落抑制方法

本文针对相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)系统的一种相干衰落抑制方法旋转矢量移动平均(MRVA)进行了优化,获得了性能更优的相干衰落抑制.该优化方法从两个方面展开,首先使用加权窗口代替MRVA方法中的矩形窗口,兼顾测量精度和空间分辨率;然后根据移动平均与低通滤波的数理等效性,将时域移动平均转换为运算速度更快的频域低通滤波,提高信号处理效率.实验结果表明,相较于MRVA方法,该方法的解调相位精度提高了约23%,计算时间从0.957 s缩短至0.026 s,运算速度提高约36倍.

轨道交通产业升级导向型产教融合协同育人探索

围绕新一代科技和产业革命浪潮下轨道交通产业升级发展的数字化、网络化、智能化需求,西南交通大学与卡斯柯信号有限公司充分发挥各自的行业和品牌优势,探索轨道交通产教融合、协同育人新模式。双方以校企战略合作协议为保障,依托西南交通大学大数据、云计算、人工智能、VR等领域的重点规划与建设:从学科专业建设、人才培养顶层设计出发,构建起涵盖“本科生-研究生-技术攻关”全链条的深度产教融合协同育人新模式。实践表明:该模式兼顾了学生、学校、企业三方利益,明显提升了行业人才的培养质量和声誉,并进一步促进产业升级和发展。该探索成功入选2019年中国高等教育博览会“校企合作双百计划”案例。

基于PSO的级联马赫-曾德尔型光滤波器优化设计

首次应用连续和离散版本的粒子群优化算法(PSO),实现级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型光滤波器中关键结构参数(耦合角和相移因子)对理想系数的逼近,完成光滤波器的优化设计.结果表明:三级级联MZI型滤波器输出响应与理想响应之间的误差控制在10-5量级内;同时与遗传算法(GA)设计方案相比,PSO方案具备计算时间少、逼近适应度好、滤波消光比高的特点.

基于光子技术的微波频率测量研究进展

微波频率测量及分析在军用、民用领域中有着重要战略地位和重大需求,并随着通信、雷达、电子对抗中工作频率的不断攀升而面临着前所未有的挑战。近年来以微波光子学为基础的光子型微波频率测量技术应运而生,因其在瞬时带宽、抗电磁干扰方面有着显著优势,得到了长足发展,并具有重要的理论意义和实用价值。针对目前主要研究的光子型微波频率测量方案,如微波光子扫频方案、频率-幅度映射方案、频率-空间映射方案、频率-时间映射方案、光子压缩感知方案、以及数字化测频方案等,介绍了其基本原理及实验方案,并对各种方案的研究现状与进展进行了梳理、分析和总结。最后,对光子型微波频率测量的趋势和前景进行了简要探讨和展望。

智能微波光子射频前端与链路

射频(RF)前端与链路是雷达、通信、电子战等系统中的核心功能模块。新一代智能无线系统的大带宽、多频段、可重构信号处理与传输需求对RF前端与链路的研发提出一系列挑战。基于微波光子技术的RF前端与链路具有大带宽、低损耗和抗电磁干扰等优势,能够很好地满足新一代智能无线系统的需求。重点围绕可重构、多信道/阵列化收发RF前端和大动态范围、高相位稳定性、多业务融合的微波光子RF链路,介绍与分析智能微波光子射频前端与链路的发展现状与研究动态。

掺镱双包层高功率光纤激光器热效应的理论研究

针对高功率掺镱双包层光纤激光器(DCFL)的热效应,由热传导方程并借助速率方程模型导出温度分布的解析解,研究了泵浦方式和泵浦吸收系数对DCFL腔内温度的影响。结果表明:温度沿径向的变化与轴向相比可以忽略;采用传统端面泵浦会导致DCFL局部温度过高,实际中应使用两端对称泵浦方式;而减小泵浦吸收系数虽可改善温度特性但会降低系统的输出功率。进一步分析得出,综合采用分段泵浦方式和不均匀泵浦吸收系数可实现温度分布和输出功率的最佳匹配。

一种梯形干涉链可调谐光滤波器的设计与研究

结合Mach-Zehnder干涉原理和多模干涉(MMI)耦合器的散射矩阵,从理论上推导出梯形干涉链可调谐光滤波器(LTOF)输出光场的表达式,采用优化算法搜索出不同级联级数下MMI耦合器的最佳分光比,并分析了衍射阶数和电极长度对LTOF调谐输出性能的制约关系。结果表明,对应最大峰值功率,存在随级联级数增加而增大的最佳分光比;增加级联级数会导致峰值功率和3 dB带宽减小,峰值隔离度增大;电极长度为原电极的1.4倍时,可实现LTOF连续双向宽调谐的功能。通过比较,验证了理论模型及分析方法的正确性。

一种解决组合优化问题的改进型量子遗传算法

在量子遗传算法(QGA)的基础上,提出了一种解决组合优化问题的改进型量子遗传算法(NIQGA).为充分利用量子态的干涉性和纠缠性,该算法引入了动态调整量子门旋转角步长机制、量子交叉操作和量子变异操作,因而具有更高的搜索效率.利用两种典型组合优化问题——0/1背包问题和路由选择问题进行验证.结果表明,相比于GA和QGA,NIQGA具有收敛速度快和全局搜索能力强的特点,在解决基因间弱关联性的组合优化问题时有更优的性能.

基于马赫-曾德尔干涉仪的全光逻辑异或门理论研究

基于半导体光放大器(SOA)和线性光放大器(LOA)构成的马赫曾德尔干涉仪(MZI),从速率方程出发,模拟了LOA的泵浦放大和增益箝制特性,建立了SOA MZI和LOA MZI结构全光异或门数值模型,通过控制探测光功率和偏置电流,实现了两路40Gbit/s信号的异或运算。并通过求解速率方程,对异或运算的结果进行了分析和比较;从器件结构上对2种异或门运算结果的差异给出了解释。结果表明:SOA和LOA中载流子恢复时间限制了信号处理速度;合理控制偏置电流和探测光功率可以提高信号处理能力;LOA具有增益箝制作用,对输入信号的扰动具有不敏感性;与SOA MZI异或门相比,LOA MZI异或门输出信号的消光比较高,功率较低;对于输出脉冲波形而言,LOA MZI异或门性能优于SOA MZI异或门。

结合前沿实验研究提高研究生培养质量的探索

随着招生规模的扩大,研究生的培养质量一直是学校和社会关心的热点之一,而工科研究生一般在结合前沿研究提高理论水平或者通过研发提高动手能力两个培养方向上取舍,很难兼顾。该文探讨了在培养研究生过程中如何结合前沿实验研究提高研究生的实际动手能力和理论水平等问题。

微波光子集成及前沿展望(特邀)

微波光子学是一门融合了微波技术和光子技术的交叉学科,是研究光波和微波在媒质中的相互作用以及在光频域实现微波信号的产生、处理、传输及接收的微波光波融合系统。由于现有的微波光子系统大多由分立器件组成,在体积、功耗、稳定性、成本等方面仍有待提升,因此集成化是微波光子技术发展的必然趋势。文中探讨了微波光子集成技术面临的主要科学与技术问题,总结了该技术的发展现状和前沿研究进展,并对其未来发展前景进行了展望。

铁电液晶显示的交流稳态技术与等效电路模型改进

针对交流稳态技术提出了一种改进的能体现铁电液晶电学、光学各向异性的等效电路模型.通过将介电张量与电场的耦合作用和由表面定向层引起的锚定能量以等效源的形式表达在电路模型中,成功地将模型拓展到介电各向异性情况下.分别就正、负性介电各向异性及应用交流稳态技术时的光响应特性和动力学机制进行了模拟,并给出了对应的介电扭矩、铁电扭矩和极化反转电流.模拟结果吻合于理论分析及文献报道的结果,表明了电路模型的有效性.

折射率周期分布取样光纤Bragg光栅的快速分析方法

基于Chebyshev恒等关系,提出了一种分析折射率周期分布取样光纤Bragg光栅(Sampled Fiber Bragg Grating,SFBG)的快速方法.这类SFBG由许多结构一致的折射率分布周期构成,对应计算过程中多次重复的幺模矩阵运算,计算效率低;利用Chebyshev关系可将传输矩阵的幂运算简化为一次矩阵运算,因而这种快速算法能有效地简化计算.应用此方法分析两种典型的周期性结构光栅(周期啁啾SFBG和二元相位SFBG) ,数值结果充分验证了其计算速度上的优势.

铁电液晶光寻址空间光调制器响应速度的宏模型研究

将铁电液晶(FLC)的本征电路模型扩展到以FLC为调制层,a Si∶H为光敏层的光寻址空间光调制器(OASLM),建立了FLC OASLM的宏模型。用电路方法模拟了控制光强度以及外部激励信号的特征参数对FLC OASLM响应速度的影响。模拟结果表明,FLC OASLM的响应速度随写入光强度和激励信号幅度的增大而加快,随擦除光强度和激励信号频率的提高而减慢。同时,激励信号存在一个上界频率,当频率参数取值超过界值时,响应峰值迅速下降。

铁电液晶基空间光调制器的灰度响应特性

提出了一类以铁电液晶作光调制层的空间光调制器等效电路模型,对调制器的灰度响应特性进行了动态仿真研究,给出了驱动电压频率100 Hz^1 kHz和写入光强0~10 mW/cm2时调制器的强度转移特性曲线。结果表明,光寻址空间光调制器(OASLM)电光响应的上升时间随写入光强的增加而减少,写入光强由0.5 mW/cm2增加到10 mW/cm2,上升时间从1.44 ms减少为74μs。写入光强存在使输出光强随之(准)线性增加的范围,调制器工作在该范围内即可显示不同灰度;强度转移特性对电压频率十分敏感,调节频率可对调制器的工作范围及灰度区内强度转移特性曲线的斜率等进行控制,频率由100 Hz增加到1 kHz,工作范围由(0.08 mW/cm2,1 mW/cm2)改变为(2 mW/cm2,10 mW/cm2),同时线性段内强度转移特性曲线的斜率减小。另外,虽然擦除光对强度转移特性的影响很弱,但必须注入擦除光以抑制无写入光注入时的光响应和保证在新信息写入前擦除先前的信息。由该模型得到的仿真实验结果在趋势与量级上均与有关文献的实测结果相一致。

FLC编码系统中材料参量设计的电路实验研究

提出用电路模型实验的方法对铁电液晶基相位编码系统进行材料参量设计.建立了编码系统中关于相位分析的铁电液晶电路模型.以铁电液晶材料的典型参数(自发极化强度、转动粘滞系数以及液晶薄膜厚度)为参变量,给出了稳态方位角(表征外加电场引起的铁电液晶折射率变化)与各参变量间的依赖关系,以及各参变量对调制速率的影响.实验结果表明:调制速率随自发极化强度的提高而增加,随转动粘滞系数、液晶薄膜厚度的提高而减慢.控制自发极化强度取值大于38nC/cm3,转动粘滞系数小于210mPa.s,液晶薄膜厚度小于24μm可使稳态方位角满足基于相位编码系统提出的参考值.

铁电液晶型光电混合系统非线性调制效应的理论分析

在以铁电液晶为非线性介质的光电混合系统中 ,选择正弦调制信号和偏压为控制参数 ,通过数值分析得到了系统的一组非线性效应状态图 ,并给出了相应的分叉、混沌等演化模式。模拟结果表明 。

介电各向异性对铁电液晶光电特性的影响

提出了一种描述铁电液晶(FLC)介电各向异性的电路模型.分析了FLC介电各向异性对开关响应时间、特征时间、特征电压和极化反转电流的作用,以及铁电扭矩和介电扭矩对光透射率的影响。模拟分析显示,延迟时间随驱动电压幅度变化存在最小值,特征时间(特征电压)随二轴参量的提高而增加(减小).随二轴参量增大,介电扭矩的贡献将超过铁电扭矩;相应的极化反转电流由双极性转变为单极性;透射率无"明态"和"暗态"的交替,且峰值逐步降低.

两种调制方式下主从激光器同步性能的理论研究

以单周期信号为例,数值模拟并讨论了注入频率和注入光场波动强度对主从式半导体激光器同步性能的影响。分别通过直接调制和外部调制两种方式获得单周期信号,并采用改进的参数———相似指数评价系统的同步性能。研究结果表明:当注入强度足够大时,系统实现注入锁定同步,外部调制的相似指数大于内部调制;注入强度恒定时,同步品质几乎不受调制指数的影响,而受调制频率的影响;由于内部、外部调制引起主激光器的输出反相,两种调制方式下同步品质随调制频率的变化趋势也相反。