冗余铺放机器人的自运动流形及逆解优化研究

针对用于复合材料铺放成型的八自由度冗余机器人系统的逆运动学问题,提出了一种求解其自运动流形及逆解优化的算法。首先,基于位姿分离思想定义了位置子流形和姿态子流形,采用几何求解法得到了基于自运动变量的参数化方程形式的位置子流形和姿态子流形;然后,根据机器人的关节约束和实际铺放工艺过程,对给定的铺放位姿进行了位置子流形和姿态子流形配对的仿真,并用流形中若干组逆解通过正向运动学得到了末端位姿矩阵(其结果均与给定位姿相符,从而验证了自运动流形求解过程的正确性);最后,在完成自运动流形求解的基础上,从机械臂运动的平滑性和关节运动变化量两个方面出发,提出了一种基于自运动变量参数化方程的全局优化目标函数;以飞机尾椎模型为实验研究对象,对其中一条铺放路径进行了逆解全局优化仿真,得到了自运动变量和机器人各关节角在铺放路径上的优化曲线,将仿真结果与一种多目标优化算法进行了比较。研究结果表明:针对相同的铺放路径,采用上述优化算法后关节角变化总量降低了11.25%;该算法能够有效地求解八自由度冗余铺放机器人系统的自运动流形,基于全局优化目标函数,其能够在自运动流形中寻找出自运动变量和机器人各关节的最优解。该算法同样也适用于其他位姿解耦的冗余机器人系统逆解问题的求解。

脉冲激光探测平面目标特性对测距分布的影响

针对脉冲激光近程探测系统平面目标特性影响测距分布的问题,推导了平面目标脉冲响应方程和脉冲激光回波方程,分析了不同平面目标倾斜角、激光发射发散角和激光发射脉宽对激光回波展宽的影响.基于脉冲激光回波方程和恒阈值时刻鉴别方法,推导了平面目标的测距概率密度函数解析式,并理论仿真分析了不同平面目标倾斜角、激光发射功率、激光发射发散角及阈噪比对测距统计特性分布的影响.运用蒙特卡罗算法进行全波形模拟测距实验;搭建脉冲激光测距实验环境,进行20 m测距实验.实验结果表明:理论仿真、蒙特卡罗模拟实验与实际实验的测距概率密度分布基本一致,随着平面目标倾斜角的增大,测距均值和测距方差增大;当倾斜角度为0°,20°,40°,60°时,回波信噪比高于阈噪比,测距分布呈现高斯分布;当倾斜角度为70°时,回波信噪比低于阈噪比,分布不再呈现高斯分布,呈现上升沿缓下降沿陡的分布特性.研究结果为研究目标平面特性对脉冲激光探测测距分布的影响提供了理论依据.

利用宇生核素测年技术对青藏高原东南部冰蚀面年代的研究

分析理塘与稻城之间库昭 -桑堆处的冰蚀面以及兔儿山北侧宽谷中的羊背石的宇生核素10 Be ,研究结果表明 ,库昭 -桑堆处的冰蚀面暴露于 133.4kaB .P .,即倒数第二次冰期大约结束于 133kaB .P .,这一时间与深海氧同位素第 6期相吻合。兔儿山北侧的冰川作用大约结束于 18.5kaB .P .,即末次冰期大约结束于 18.5kaB .P .,这一时间与深海氧同位素第二期相吻合。由同一地区的两个样品X8、X9得出相同的测年年代 ,并从样品X6得出的测年年代与野外观测的结论相一致来看 ,运用宇生核素10 Be对冰蚀面的形成年代进行测年是一个行之有效的测年技术 ,并且还可运用于火山熔岩、断层、侵蚀阶地等其它地貌面的测年 ,该测年技术具有很大的运用潜力。

激光周向探测小型化发射技术

针对小口径弹药用脉冲激光周向探测系统的小体积和轻质量的设计难点,在全面分析脉冲激光周向探测系统的基础上,提出了采用激光发射系统解体分离技术和光学系统扁平化技术实现脉冲激光周向探测系统小型化的解决方案.将传统、较大尺寸、一体化结构的激光发射系统的激光器与激光器驱动电源进行结构分离,达到轴向尺寸压缩的目的,并利用灌封技术进行抗过载处理;选择平凸球面单透镜光学元件代替非球面透镜,经过理论计算和光学系统仿真,设计出扁平化激光准直系统,有效压缩轴向尺寸.针对结构小型化带来的空间电磁干扰问题,基于磁场屏蔽机理,采用特殊结构屏蔽体,有效抑制了电磁干扰.加工制作了原理样机并进行了目标探测试验.实验结果表明:样机能有效探测近程目标,且脉冲激光周向探测系统的有效尺寸显著减小,验证了小型化技术的可行性和实用性.

陆面岩石中生成的同位素^(10)Be与^(26)Al的实验室提取方法

宇生核素的样品采集需要考虑侵蚀速率、海拔高度、纬度、深度等因素 ,对于沉积地区的样品采集必须同时取表层样和埋藏样 ,并同时采集多个样品以减小随机性造成的误差 ;样品的处理采用离子交换法 ,是行之有效的方法 ,但需要有高纯度的石英 ,操作过程也必须谨慎 ,从而避免和消除污染 ,以提高宇生核素的提取率 .

激光引信可调高频窄脉冲驱动电源设计

针对激光近炸引信周向探测系统中高发射频率和高精度的难点问题,设计了激光引信可调高频窄脉冲驱动电源.通过对激光引信周向探测系统的介绍以及激光驱动电源放电回路建模与理论分析,应用FPGA中PLL锁相环及相移倍频法提高计时时钟频率,实现可调高频脉冲触发信号,并经过高速整形电路与衰减电路控制信号幅值.运用场效应晶体管驱动器加速MOSFET管的导通,在电路中产生瞬时大电流.加工制作PCB板进行实验验证,实验结果表明:脉冲激光发射频率在0~30kHz可调,脉冲上升沿时间为10ns,脉宽20~40ns可调,激光峰值功率达到69.8 W.本设计可为激光近炸引信脉冲驱动电源设计提供参考.

脉冲激光探测方位角磁电检测技术

针对常规弹药脉冲激光周向探测系统无法精确获取目标方位信息的问题,设计了基于磁电检测的单光束激光引信全向方位角探测方案.对磁电检测系统进行建模,建立圆柱形永磁体转动磁场模型,推导出磁阻传感器所测位置磁场的解析式,验证所测磁场为一正弦磁场信号.依据此正弦信号,设计了上升沿阈值周期检测算法,并运用FPGA与TDC-GP21对激光回波出现时间与电机转速信号周期进行高准确度时间间隔测量实现方位角的解算.依据方案设计原理样机并编写上位机程序,进行方位角探测实验.实验结果表明:磁电检测系统采用多重屏蔽方法,能有效抑制电磁干扰;并能实时监测电机转速,实现方位角解算,方位角解算误差在±2°以内.满足激光引信方位角测量的高准确度、抗干扰能力强等要求.

地貌学与第四纪研究的新手段——陆地宇生核素研究

暴露岩石表层中的宇生核素的浓度 ,是产生速率、衰变常数及侵蚀速率的函数。根据该原理 ,在宇生核素形成速率为已知的条件下 ,建立宇生核素浓度与时间及侵蚀速率的函数关系 ,根据该模式可对岩面的暴露时间及侵蚀速率进行计算 ,这使得该测年技术在地貌学与第四纪研究中有着极大的运用前景。在众多的宇生核素中 ,取自于石英的2 6 Al和1 0 Be是目前该领域中运用最广泛、最成熟的宇生核素。

张八岭地区岩群出露年代研究

暴露岩石中宇生核素的浓度与暴露年代、侵蚀速率相关,暴露年代和侵蚀速率可相互求证,但两者均为未知数时,可求算出最大侵蚀速率和最小暴露年代。据此得出张八岭地区的最大侵蚀速率为7 12m/Ma,最小暴露年代为(85700±1500)a,这一年代远小于统一夷平面的形成年代(7～3 6Ma),造成这种差距的主要原因是:①张八岭地区侵蚀速率大,岩石中宇生核素的浓度较早达到平衡,即达到该地区的测年上限;②采样地区曾被土壤覆盖,造成计算年代值过于年轻。

潮滩底移质泥沙运动磁性示踪试验及问题

通过在江苏省启东市茅家港潮滩上进行的潮滩底移质泥沙运动磁性示踪试验，分析得出，尽管由于示踪沙数量较少，没能反映出泥沙的运动方向，但在试验中发现，利用磁性示踪法来分析滩面泥沙的活跃程度。

脉冲激光周向探测最佳定向起爆技术（英文）

为了研究飞秒激光多脉冲累积效应对镍钛合金材料的影响,通过考虑多脉冲之间的时间间隔改写激光光源项,利用改进的双温模型,采用有限差分法,对飞秒激光三脉冲烧蚀镍钛合金的温度场分布进行数值模拟,得到了电子和晶格温度随时间和烧蚀深度的演化规律.分析了多脉冲累积效应的内在机理;讨论了三脉冲条件下不同参量对电子和晶格温度的影响.结果表明：镍钛合金在飞秒激光三脉冲的作用下,电子有3个递增的峰值温度,相比单脉冲的作用,三脉冲使电子和晶格温度明显升高;多脉冲的时间间隔直接影响多脉冲的累积效应;脉冲宽度影响电子的峰值温度和达到峰值温度所用的时间;激光能量密度影响电子和晶格的温度;电声耦合常量对电子与晶格的耦合时间和电子晶格的平衡温度也有重要影响.

青藏高原隆升对宇生核素年代的影响

青藏高原隆升速率通过对宇生核素形成速率的影响,对地貌面宇生核素年代的求算带来不确定性.根据青藏高原隆升的不同观点,求算出对应的年代,再结合全球冷暧期变化,及冰川地貌发育的客观规律性,得出青藏高原现在的平均海拔高度是第四纪以来才形成的,并且60万年来高原抬升了约1000 m,14万年来高原抬升了约400 m,1.86万年来则抬升了约56 m.

利用宇生核素测年技术对冰期年代的界定

利用宇生核素测年技术对老冰碛形成年代的测定，受到侵蚀速率未知的限制，但可以通过侵蚀速率的最大值2．943＊10^-4g／（cm^2＊a）及最小值1．81＊10^-4g／（cm^2＊a）加以界定，取两者的平均值作为该地区的平均侵蚀速率ε平均=2．38＊10^-4g／（cm^2＊a），同时宇生核素形成速率还受到青藏高原隆升的影响，在隆升速率为0．1875em／a的情况下，计算出老冰碛的形成年代为614．305Ka，相当于深海氧同位素第16期，即该老冰碛是在大约发生于614．

基于改进Unet的分布式光伏建筑物高精度分割方法

针对屋顶光伏资源评估中难以准确高效地获取建筑物屋顶区域的问题,该文提出一种基于Unet的FPN_AttentionUnet语义分割网络,用于实现建筑物屋顶的高精度自动提取。该网络融合Soft-Attention注意力机制和双层特征金字塔FPN以提取准确的语义信息,精细化分割结果。Soft-Attention注意力机制用于处理和连接编码部分与解码部分的特征图;双层特征金字塔FPN融合解码部分不同尺度的特征图来获取不同尺度的特征信息。采用无人机获取苏州某区域上空的建筑物数据集和武汉大学WHU公开数据集分别进行训练,训练结果表明:与Unet、AttentionUnet、FPNUnet网络相比,该文提出的FPN_AttentionUnet在建筑物外轮廓提取中具有更高的精度,有效提高边缘提取效果。在自制数据集中类别像素准确率C_(PA)达95.56%,平均交并比M_(IoU)达91.10%,在WHU公开数据集中分割效果同样优于其他对比网络,所提算法能够有效提升建筑物外轮廓边缘的分割精度。最后以河海大学常州校区为例,利用提出的算法从无人机图像中分割建筑物,评估指定区域的光伏发电量与光伏组件安装潜力。

稻城冰帽冰碛物光释光测年研究中遇到的问题及探讨

冰川事件是气候波动最直接的地质证据,利用冰川作用过程中形成的冰碛物的年代数据建立冰川事件的时间顺序,是反演冰川演化历史以及区域古气候和古环境的有效途径。然而,由于冰川沉积环境的复杂性,很大程度限制了冰川年代数据的获取。近年来,随着光释光测年技术的不断完善,其应用范围已经扩展到冰川沉积物的年代测定。本文利用光释光(OSL)测年技术对青藏高原东南部稻城冰帽库照日地区系列冰碛垄进行年代测定,试图建立库照日地区冰川事件的年代序列。然而,光释光(OSL)年代结果与先前发表的ESR和宇生核素10Be暴露年代数据不一致,且个别数据与地貌新老关系不符。通过对比分析显示:冰碛物样品埋藏前释光信号的部分晒退以及样品提取的石英不纯,可能导致冰碛物光释光测年的较大误差和不准确性,应该引起足够的注意。

青藏高原地区宇生核素暴露年代数据存在问题探讨

青藏高原是第四纪古冰川研究的理想区域也是宇宙成因核素(terrestrial cosmogenic nuclides,TCN)暴露测年技术应用的天然实验场所。然而,现有的TCN测年数据与先前学者基于其他测年手段的研究结果不一致,显得相对年轻。为了探索其原因,本文尝试对青藏高原1594个TCN测年数据进行统计分析。研究结果表明:1测年样品中97%的样品是漂砾样品,测年数据中约有93%的年代数据小于130 ka;2 280组(n≥3)漂砾样品年代数据中大约76%的漂砾组数据变异系数大于10%,而基岩和羊背石样品组测年数据变异系数较低、相对集中;3冰碛垄表面漂砾样品的不等时暴露与后期侵蚀可能是造成TCN年代数据结果偏年轻的主要原因。本研究可为青藏高原地区冰川地貌TCN暴露年代研究提供重要启示。

脉冲激光四象限探测器测角不确定性统计分布

针对噪声信号对脉冲激光四象限探测器(QPD)数字式测角算法产生的影响,分析了激光四象限探测器测角不确定性统计分布规律.建立了激光测角电路通道模型和QPD光敏面光斑模型,并根据随机噪声类型和理想信号类型,建立了单通道可测信号模型.考虑到QPD的对称性,对不同的理想信号时域分布类型、光斑总峰值功率、理想信号半峰宽度和等效噪声电压概率密度标准差等四种变量,在θ∈[0,π/4]的范围内通过蒙特卡罗仿真实验方法计算了五个不同光斑中心的QPD测角αy值的统计分布规律.仿真结果表明:测角αy值的统计分布呈正态分布,并被四种变量影响;特别是被单象限信噪比显著影响.光斑中心越靠近坐标轴中心,QPD测角精度越高;光斑中心不在坐标轴中心附近时QPD的测角αy的统计分布均值都小于理想测角值.

稻城冰帽库照日冰碛垄的宇生核素^(10)Be年代测定

沙鲁里山南端的稻城冰帽在第四纪曾发生过大规模的冰川作用,然而,关于冰川作用的年代数据相对较少。选择稻城冰帽南缘库照日附近的3套冰碛垄进行宇生核素10Be的暴露年代测定,研究结果表明:(1)库照日最老冰碛垄(E)的暴露年代为(714±8.0)～(529±8.0)kaBP,D垄的暴露年代为(121±2.9)～(114±2.9)kaBP,DC垄的暴露年代为(47±1.3)～(43±1.3)kaBP。由于宇生核素暴露年代所反映的是冰川消退时的年代,因此,我们结合深海氧同位素的气候特征以及其他测年数据推断,E垄、D垄、DC垄可能是MIS16、MIS6以及MIS3b阶段冰川作用的产物;(2)冰川退却是一种逐步退却的模式。样品E的两次测验结果比较吻合,表明宇生核素10 Be暴露测年方法对冰碛垄形成年代的测定是可靠的,该方法在地貌学和第四纪年代学研究中有着巨大的潜力。

地表岩石侵蚀速率对宇生核素暴露测年影响的研究

利用原地生宇生核素测定暴露年代时，通常会假设地貌体侵蚀速率为0。研究表明，该假设会低估地貌体的真实暴露年代。搜集2009-2012 年全球不同区域56 个岩石样品的宇生核素10Be 测年数据，探讨侵蚀速率为0对于侵蚀速率为0.5、1 以及2 mm/ka的样品，在不同暴露尺度上对暴露年代计算的影响幅度。结果表明，对于1×104a 尺度的样品暴露年代可能低估约0.5%，1%，2%；对于10×104a 尺度的样品可能低估约5%，7%，20%；对于50×104a尺度的样品可能低估约40%，70%甚至100%以上。

利用陆面岩石中生成的宇生同位素重建冰川漂砾运动历史的尝试

冰川漂砾的形成年代通常难以直接测定,并且漂砾形成以后是否被再次搬运或者移动过,更是无法知道。本文研究发现,通过测试砾石不同部位的宇生同位素,不仅可以测定砾石形成的时代,而且可以确定砾石再次被搬运或者被翻转的年代,从而恢复砾石运动的历史。本文以石英中生成的宇生同位素^(10)Be,对青藏高原东南部海子山的冰川漂砾进行了探讨,结果表明该砾石形成于倒数第二次冰期(186～128 ka BP之间),在末次冰期中再次被冰川搬运,使之反转。该方法不局限于^(10)Be和冰川漂砾,也适用于其他陆面岩石中生成的宇生同位素以及其他成因的石块或者砾石。因此为探讨冰川作用、泥石流活动、重力崩塌等过程提供了一种重要的方法和技术途径。