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腹部作业型水下机器人控制系统研制 被引量:18
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作者 张玮康 王冠学 +2 位作者 徐国华 刘畅 申雄 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2017年第2期124-132,共9页
[目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成... [目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。[结果]单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。[结论]该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。 展开更多
关键词 腹部作业型水下遥控机器人 控制系统 PC104 H∞鲁棒控制
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大尺度欠驱动高速AUV导航系统研制 被引量:4
2
作者 翟云峰 王冠学 +2 位作者 徐国华 陈柱 张鑫 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第6期78-86,93,共10页
[目的]针对某新型大尺度欠驱动高速自主式水下机器人(AUV)导航系统的研制,[方法]详细介绍AUV导航系统的硬件组成及软件构架,构建基于VxWorks实时嵌入式操作系统的AUV组合导航系统。考虑到高速AUV导航系统的非线性特征及容错性要求,将无... [目的]针对某新型大尺度欠驱动高速自主式水下机器人(AUV)导航系统的研制,[方法]详细介绍AUV导航系统的硬件组成及软件构架,构建基于VxWorks实时嵌入式操作系统的AUV组合导航系统。考虑到高速AUV导航系统的非线性特征及容错性要求,将无迹卡尔曼滤波(UKF)技术用于联邦滤波器,设计基于UKF的联邦卡尔曼滤波器,并对导航系统的二维平面模型进行数值仿真。[结果]结果表明,联邦无迹卡尔曼滤波器相比传统的卡尔曼滤波方法能够获得更高的精度和更好的鲁棒性;半实物仿真联调试验、水池试验、湖上试验及艇载试验充分验证了导航系统的实时性和可靠性,[结论]证明该系统能够满足AUV航行任务的需要。 展开更多
关键词 自主式水下机器人 组合导航系统 无迹卡尔曼滤波器 联邦卡尔曼滤波器
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腹部作业型ROV的全局滑模定深控制 被引量:4
3
作者 刘畅 徐国华 +1 位作者 王冠学 张玮康 《自动化技术与应用》 2018年第3期11-17,共7页
针对新型腹部作业型ROV的回收UUV的任务要求,提出一种在对接回收中的全局滑模定深控制策略。首先介绍腹部作业型ROV的结构和功能,它不同于一般传统ROV依靠机械手作业,而是航行到待回收UUV下方悬停,通过腹部执行机构完成UUV对接,并搭载UU... 针对新型腹部作业型ROV的回收UUV的任务要求,提出一种在对接回收中的全局滑模定深控制策略。首先介绍腹部作业型ROV的结构和功能,它不同于一般传统ROV依靠机械手作业,而是航行到待回收UUV下方悬停,通过腹部执行机构完成UUV对接,并搭载UUV回收落位至搭载装置。然后建立了ROV垂直面的运动模型,设计了全局滑模控制器,并运用李雅普诺夫方程进行稳定性分析,最后与传统滑模控制器的对比仿真表明该控制策略是可行的,具有更好的控制品质和鲁棒性能。 展开更多
关键词 ROV 全局滑模控制 定深控制 水动力
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K原子磁力仪的发展 被引量:1
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作者 高秀敏 曾祥堉 +3 位作者 单新治 王冠学 苗玉 包颖 《光学仪器》 2018年第2期85-94,共10页
评述了近十几年来K原子磁力仪的研究进展,介绍了K原子磁力仪的工作原理、优缺点,以及相关的应用。提出了一种新型的脑磁图检测装置以及一种全新的基于K原子磁力仪的脑磁场检测方法。最后,在综述K原子磁力仪的基础上,对其应用前景进行了... 评述了近十几年来K原子磁力仪的研究进展,介绍了K原子磁力仪的工作原理、优缺点,以及相关的应用。提出了一种新型的脑磁图检测装置以及一种全新的基于K原子磁力仪的脑磁场检测方法。最后,在综述K原子磁力仪的基础上,对其应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 碱金属原子 磁力计 K原子 无自旋交换弛豫 灵敏度
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AUV主动应急自救机制与策略 被引量:5
5
作者 陈柱 徐国华 +3 位作者 王冠学 刘炎 翟云峰 郑煜 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第6期120-127,共8页
[目的]为保障高速自主式水下机器人(AUV)的航行安全,研制一套智能应急自救系统。[方法]首先,介绍应急自救系统的组成与功能,对其进行可靠性分析与设计;其次,重点研究多信道信息采集融合机制、主动应急机制、故障优先级整定机制和应急处... [目的]为保障高速自主式水下机器人(AUV)的航行安全,研制一套智能应急自救系统。[方法]首先,介绍应急自救系统的组成与功能,对其进行可靠性分析与设计;其次,重点研究多信道信息采集融合机制、主动应急机制、故障优先级整定机制和应急处理决策机制;再次,设计应急专家决策模型,提出一种基于离散规则应急操舵的应急处理方法;最后,基于VxWorks实时操作系统编制应急系统控制软件,并搭建半实物仿真平台进行系统联调仿真试验。[结果]试验结果验证了该应急自救机制与策略的可靠性和可行性。[结结论]该应急系统弥补了传统应急手段的不足,对AUV的应急自救具有重要的借鉴作用。 展开更多
关键词 AUV应急自救 故障优先级自整定 专家应急自救策略 离散应急操舵规则 半实物仿真
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基于脉搏波传导时间的血压检测研究进展 被引量:6
6
作者 田泽懿 张磊 +2 位作者 单新治 王冠学 高秀敏 《光学仪器》 2020年第1期88-94,共7页
为了能够更加清楚地了解一种可以连续测量的非接触式血压检测方法,介绍了基于脉搏波传导时间的能够在不接触身体的情况下完成的血压测量方法。详细叙述了采用脉搏波进行血压测量的发展史和两种不同的测量脉搏波传导时间的方法,以及基于... 为了能够更加清楚地了解一种可以连续测量的非接触式血压检测方法,介绍了基于脉搏波传导时间的能够在不接触身体的情况下完成的血压测量方法。详细叙述了采用脉搏波进行血压测量的发展史和两种不同的测量脉搏波传导时间的方法,以及基于两种测量方法的特征点提取和建模分析、血压计算方法等,并比较两种方法的优缺点。最后对采用脉搏波测量更多的生理参数进行了展望。 展开更多
关键词 脉搏波传导时间 脉搏波波速 特征参数 动脉血压测量
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基于多信息融合的无创血糖检测系统设计 被引量:6
7
作者 单新治 王冠学 +3 位作者 苗玉 曾祥堉 包颖 隋国荣 《光学仪器》 2017年第3期68-74,共7页
为了解决糖尿病人血糖检测的有创问题,以生物特征检测技术为基础,设计了一种近红外透射光谱法的多信息融合无创血糖检测系统,并测试了系统性能。通过建立数学模型对该系统实测的数据进行处理,得到人体的血糖值。试验结果表明,本系统与... 为了解决糖尿病人血糖检测的有创问题,以生物特征检测技术为基础,设计了一种近红外透射光谱法的多信息融合无创血糖检测系统,并测试了系统性能。通过建立数学模型对该系统实测的数据进行处理,得到人体的血糖值。试验结果表明,本系统与传统血糖仪检测结果的相关系数达到了0.854 2。同时该系统可以对人体血糖变化趋势进行记录,为连续监测血糖值提供了新方法。 展开更多
关键词 多信息融合 无创 血糖检测 STM32
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大尺度高速水下无人艇控制系统设计与试验验证 被引量:1
8
作者 王文晋 王冠学 +1 位作者 李奔 徐国华 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第2期95-103,共9页
[目的]为了在三维空间宽航速段内实现大尺度高速水下无人艇(UUV)的路径跟踪,在考虑无人艇的试验动作要求、控制精度要求及水动力特性的情况下,设计了基于模糊控制理论的自适应制导方法。[方法]基于解耦控制方法,首先将水下无人艇的航行... [目的]为了在三维空间宽航速段内实现大尺度高速水下无人艇(UUV)的路径跟踪,在考虑无人艇的试验动作要求、控制精度要求及水动力特性的情况下,设计了基于模糊控制理论的自适应制导方法。[方法]基于解耦控制方法,首先将水下无人艇的航行控制分解为航速、航向、纵倾和深度控制问题;然后分别设计积分分离比例—积分—微分控制器(PID控制器),并引入指令及状态滤波器,以改善该水下无人艇动态响应特性;最后,通过湖试验证水下无人艇在不同航速下的控制性能。[结果]结果表明,在6,9,13 kn等试验航速下,水下无人艇跟随目标路径和深度的误差均在合理范围内,验证了该控制体系及控制方法的有效性。[结论]所得结果对新一代试验艇的运动控制技术研究具有一定参考价值。 展开更多
关键词 无人水下航行器 试验艇 自适应制导 积分分离PID 二阶滤波器
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一种多信息融合无创血糖检测数据处理方法研究 被引量:1
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作者 包颖 单新治 +3 位作者 王冠学 洪瑞金 张大伟 高秀敏 《光学仪器》 2017年第5期1-7,共7页
以生物特征检测技术为基础,基于已经构建的无创血糖检测系统进行血糖检测数据分析。以光电检测技术为主,结合其他人体特征信息检测,对人体进行无创血糖测试得到大量数据,建立数学模型并利用算法来计算血糖浓度。与一种常用有创血糖仪检... 以生物特征检测技术为基础,基于已经构建的无创血糖检测系统进行血糖检测数据分析。以光电检测技术为主,结合其他人体特征信息检测,对人体进行无创血糖测试得到大量数据,建立数学模型并利用算法来计算血糖浓度。与一种常用有创血糖仪检测数据进行对比,有创与无创检测结果的相关系数达到了85.4%,为多信息融合无创血糖检测系统提供了一种有效的数据处理方法。 展开更多
关键词 多信息融合 无创 血糖检测
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基于FDTD的涡旋光束发射器设计
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作者 晏庆玉 苗玉 +1 位作者 王冠学 高秀敏 《软件导刊》 2022年第12期122-127,共6页
为实现涡旋光束在小型设备中的应用,提出一种圆柱孔光栅蚀刻硅微环谐振腔结构,器件半径仅为4.1μm。建立一个理论模型,利用偶极子点表示沿微环腔内壁的光栅元件散射辐射,推导输出光场表达式,建模结果验证该结构可在不同波长下选择性地... 为实现涡旋光束在小型设备中的应用,提出一种圆柱孔光栅蚀刻硅微环谐振腔结构,器件半径仅为4.1μm。建立一个理论模型,利用偶极子点表示沿微环腔内壁的光栅元件散射辐射,推导输出光场表达式,建模结果验证该结构可在不同波长下选择性地产生各种拓扑数的涡旋光束。此外,对器件进行性能分析与参数优化,结果表明,微环波导宽度过小会大大增加微环的辐射损耗。当微环波导宽度为450nm、耦合间距为100nm时,1 579nm波长附近的谐振峰输出功率为16.3dB,Q值为15 800。以上研究可为后续实验测试和涡旋光束在自由空间光通信、光学成像、传感、原子磁强计光源系统等领域的实际应用提供有价值的参考。 展开更多
关键词 时域有限差分 涡旋光束 发射器 微环谐振腔 光栅 集成光学器件
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紧聚焦系统中构造具有超长焦深的光学针
11
作者 王徐坚 李俊毅 +2 位作者 郝正宏 康翔宇 王冠学 《自动化与仪器仪表》 2023年第4期319-323,共5页
在紧聚焦系统中,由于受到数值孔径的影响,焦斑会限制在很小的范围内。提出了一种在紧聚焦系统中构造具有超长焦深的光学针的方法,基于德拜矢量衍射理论,利用光笔的焦点调控能力,在沿光轴的方向上,对焦点的数量、位置、振幅、相位进行调... 在紧聚焦系统中,由于受到数值孔径的影响,焦斑会限制在很小的范围内。提出了一种在紧聚焦系统中构造具有超长焦深的光学针的方法,基于德拜矢量衍射理论,利用光笔的焦点调控能力,在沿光轴的方向上,对焦点的数量、位置、振幅、相位进行调控,最终在数值孔径为0.95的条件下,成功地实现了约63λ焦深长度的光学针。该研究将在光学压力传感器、高密度的磁光存储、超分辨的光学成像、纳米光刻、光镊、粒子加速、材料加工等领域具有广泛的应用价值。 展开更多
关键词 物理光学 紧聚焦 矢量衍射理论 光学针
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光学微腔产生涡旋光束的特性分析及其研究进展 被引量:4
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作者 晏庆玉 苗玉 +3 位作者 宋秋阳 许明珠 王冠学 高秀敏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第1期16-30,共15页
近些年来,涡旋光束特有的相位结构和携带轨道角动量(OAM)特性,使其在光通信、光操纵、成像、传感到量子信息等领域具有广泛的应用前景。但这些应用都必须依赖于高质量涡旋光束的产生,因此光学微腔凭借自身结构紧凑、品质因子高、元件体... 近些年来,涡旋光束特有的相位结构和携带轨道角动量(OAM)特性,使其在光通信、光操纵、成像、传感到量子信息等领域具有广泛的应用前景。但这些应用都必须依赖于高质量涡旋光束的产生,因此光学微腔凭借自身结构紧凑、品质因子高、元件体积小等优点,研制出的新型集成光学器件能够发射出高质量涡旋光束,在现代光电子器件制造中占据十分重要的地位。综述了光学微腔产生OAM光束的原理、研究进展、设计方案以及实验生成,同时对已有的OAM激光器性能进行分析,最后对集成光学器件应用领域面临的挑战和进一步改进方向进行展望。 展开更多
关键词 集成光学 集成光学器件 涡旋光束 轨道角动量 回音壁模式微腔 光子晶体微腔
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几何相位调制参数对艾里光束的影响 被引量:2
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作者 晏庆玉 王冠学 +2 位作者 李仔艳 康翔宇 高秀敏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期39-46,共8页
为研究艾里光束的聚焦特性,基于几何相位推导出了圆柱坐标系下聚焦区域附近电磁强度矢量和能量通量的理论公式,并利用矢量衍射理论对其可行性进行了验证。结果表明:几何相位调制参数可以显著改变艾里光束的主瓣尺寸、光瓣间距和能量分布... 为研究艾里光束的聚焦特性,基于几何相位推导出了圆柱坐标系下聚焦区域附近电磁强度矢量和能量通量的理论公式,并利用矢量衍射理论对其可行性进行了验证。结果表明:几何相位调制参数可以显著改变艾里光束的主瓣尺寸、光瓣间距和能量分布;通过在艾里光束原立方相位基础上引入涡旋相位,有效地转换了光束主瓣的能量和相位,且光束主瓣不再保持原有形态。本研究为艾里光束在光学采样与操作、光通信、数据存储和成像等领域中的应用提供了一定的基础。 展开更多
关键词 衍射 几何相位 矢量衍射理论 艾里光束 能量分布
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Hermite-Gaussian beams with sinusoidal vortex phase modulation 被引量:1
14
作者 Guanxue Wang Yue Li +2 位作者 Xinzhi Shan Yu Miao Xiumin Gao 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第4期76-80,共5页
In this Letter,vortex phase and sinusoidal phase modulations of Hermite-Gaussian beams are studied theoretically and experimentally.The coding method of the experiment is introduced in detail,and the evolution law of ... In this Letter,vortex phase and sinusoidal phase modulations of Hermite-Gaussian beams are studied theoretically and experimentally.The coding method of the experiment is introduced in detail,and the evolution law of focus under different beam order(m,n)and topological charge(l)is given.In order to verify the accuracy of the generation experiment,the optical field distribution under sinusoidal vortex modulation is analyzed deeply.The relevant analysis and methods provided in this Letter have certain practical significance for the development of laser mode analysis,optical communication,and other fields. 展开更多
关键词 Hermite-Gaussian beams phase modulation sinusoidal vortex phase modulation spatial light modulator focus mode
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Experimental and theoretical study of linearly polarized Lorentz–Gauss beams with heterogeneous distribution
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作者 Guanxue Wang Yu Miao +2 位作者 Yang Li Xinzhi Shan Xiumin Gao 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第2期69-74,共6页
The unevenly distributed Lorentz–Gaussian beams are difficult to reproduce in practice, because they require modulation in both amplitude and phase terms. Here, a new linearly polarized Lorentz–Gauss beam modulated ... The unevenly distributed Lorentz–Gaussian beams are difficult to reproduce in practice, because they require modulation in both amplitude and phase terms. Here, a new linearly polarized Lorentz–Gauss beam modulated by a helical axicon(LGB-HA)is calculated, and the two various experimental generation methods of this beam, Fourier transform method(FTM) and complex-amplitude modulation(CAM) method, are depicted. Compared with the FTM, the CAM method can modulate the phase and amplitude simultaneously by only one reflection-type phase-only liquid crystal spatial light modulator.Both of the methods are coincident with the numerical results. Yet CAM is simpler, efficient, and has a higher degree of conformance through data comparison. In addition, considering some barriers exist in shaping and reappearing the complicated Lorentz–Gauss beam with heterogeneous distribution, the evolution regularities of the beams with different parameters(axial parameter, topological charge, and phase factor) were also implemented. 展开更多
关键词 Lorentz-Gauss beams Fourier transform method complex-amplitude modulation spatial light modulator
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