无人机平飞下激光雷达和双目视觉融合的SLAM建图

针对无人机在较快运动下使用单一传感器难以有效构建地图的问题,提出一种基于LiDAR与双目融合的建图方法。利用LiDAR获取远处环境信息,提取物体的边界信息减少数据冗余,实现预先地图的构建;使用双目获取近处的信息,同时利用改进的特征金字塔法以实现特征快速提取,与LiDAR预建地图并行计算提高运行效率;最后将视觉特征与LiDAR预建地图融合构建二维地图。实验表明,该方法在无人机不同速度下可构建可靠性更高、更精确的环境地图,可为快速无人机的实时避障提供位置信息。

基于金字塔微结构阵列的超灵敏压力传感器

随着可穿戴电子产品的快速发展,柔性压力传感器因其在健康监测、人机界面和智能机器人方面的应用前景而受到极大的关注。在宽响应范围内的高灵敏度是为各种可穿戴场景制造可靠压力传感器的关键要求。其中以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料的柔性压阻式传感器的发展十分迅速。本文以表面含有金字塔微结构阵列的PDMS作为传感器的基底,通过喷涂法将碳纳米管(CNT)墨水均匀喷涂在PDMS金字塔表面作为灵敏的导电网络,制备了一种具有宽检测范围的超高灵敏度的柔性压力传感器。在0~60 kPa压强范围内,该传感器的灵敏度可达680 kPa-1,并且具有较低的迟滞性、较快的响应时间和恢复时间,以及较好的重复性和稳定性,可以实时监测脉搏的振动;还可以成功监测人体的生理信号和压力分布,显示出在可穿戴设备领域的广阔应用前景。

利用四棱锥传感器检测光学拼接镜的法向光程差

研制光学天文望远镜拼接主镜时,需要精确检测各子镜单元之间的法向光程差。在对四棱锥波前检测原理分析的基础上,通过反射立方体模拟拼接镜面,开展四棱锥传感器的检测实验,验证了四棱锥传感器检测信号和拼接镜子单元间的piston误差信号之间存在确定的函数关系。在一个波长的位移行程内,目前可以达到数十纳米的测量精度。

层向多层共轭自适应光学系统的模拟

单层校正自适应光学系统只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,多层共轭自适应光学技术可以突破这种限制。介绍了层向多层共轭自适应光学系统基本结构及工作原理,研究了层向多层共轭自适应光学系统的模拟,内容包括:如何产生动态大气湍流波前数据、基于四棱锥波前传感器的波前复原算法、基于模式法的变形镜闭环校正控制过程等。对单层和两层的层向共轭自适应光学系统进行了模拟仿真,仿真结果表明:层向多层共轭自适应光学系统采用了更多的导星来校正两层大气湍流,比单层校正自适应光学系统具有更大的校正视场和更好的校正效果。

基于正四棱锥形六元声阵列被动定位的研究

声音无线传感器网络节点利用到达时间差(TDOA)原理进行声音目标定位,提出了一种正四棱锥形六元声音阵列定位模型。推导出了目标空间定位计算公式,应用广义互相关算法对时延进行估计。同时对模型误差进行了分析。最后通过仿真实验,可以对目标进行有效定位,定位误差小。

传感器数据流上模糊预测系统的研究

为了利用基站(Sink)上现有的数据来及时地响应用户的查询,采用数据流上的金字塔时间模型来维护传感器数据流上不同时刻的聚集值,并利用这些聚集值生成模糊预测系统.通过该预测系统做出的预测来近似及时地响应用户的查询.在Sink上采用预测的方法,传感器新感知的数据可以不必立即向Sink传输,可以节省传感器网络结点的能量.

从Range数据生成高精度高分辨率地形图象

本文提出了从Ｒａｎｇｅ图象生成高精度高分辨率地形图象的计算机方法．其中包括Ｒａｎｇｅ传感器的模型的建立、金字塔结构的插补法及多方位Ｒａｎｇｅ图象的融合．通过一系列的实验证明了该方法简单、实用并能得到较高精度的地形图象．

静止轨道光学遥感器的滤光轮机构

为实现静止轨道空间光学遥感器的多谱段成像,研究了光学系统特定谱段的多光谱成像的方法。对两种滤光模式进行了对比,选择透射式滤光方案进行不同谱段光线的切换。结合本项目光学系统的特点,确定了在光学系统中光线集中度较高的焦平面附近设置滤光轮机构的方案。通过对多种转动机构特点的比较,设计了一种基于正五棱锥台基座的新型滤光轮机构,该机构由滤光轮组件和滤光轮驱动机构两部分组成。介绍了滤光轮机构的组成和工作原理,最后,在环境模拟试验前后对滤光轮机构进行了综合性能测试。测试结果表明:该机构具有结构强度高、结构紧凑、精度高、稳定可靠等特点。试验前后滤光片面形精度RMS值均优于λ/30,机构转动精度优于25″,机构自锁性能良好,满足复杂空间环境下光学遥感器多谱段成像的要求。

复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响

采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物,其表面上具有倒金字塔微结构阵列,内部有SCF与CNT共同构成的导电通路.将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器.结果表明,压力作用下传感器内复制物和平整片之间的接触电阻因倒金字塔底棱的形变而显著降低.对使用柔软性较高的复合材料封装的传感器,虽然其相对迟滞稍大,但压力作用下倒金字塔底棱形变量较大,且复制物和平整片内导电通路增加量较大,因此其在0~2.5 kPa的线性区内具有较高的灵敏度(0.32 kPa^(‒1)).制备的2种传感器均具有快速响应特性,且能在500 s(约1580次)的循环压缩/释放测试(峰值压力约3 kPa)中保持较稳定的电阻响应.研究表明,利用模压成型的表面倒金字塔结构复合材料复制物封装成的柔性压力传感器具有良好的传感性能.

视觉传感网络图像破损数据交互方法仿真

针对传统破损数据交互方法未考虑位置系数导致交互效果差的问题,提出基于双边非局部均值算法的视觉传感网络图像破损数据交互方法。根据采集图像与真实场景之间的关系,构建像素多尺度域模型和多传感器矢量模型,确定传感器噪声特征信息;引入双边非局部均值算法获得位置系数,结合像素及其周围像素点之间的关联性进行去噪处理;按照贝叶斯理论建立破损数据观测模型,计算图像破损区域分布函数的均值和方差;设定扩展结构,定义像素参数,提取图像梯度边缘特征;将归一化互信息作为交互准则,选择两幅图像做空间变换,并使用金字塔分解方法优化交互过程,减少计算量。仿真结果证明,所提交互方法能够达到图像修复、增强图像质量的目的。

四棱锥波前传感技术数值仿真和重构研究

介绍了四棱锥传感技术的基本原理和数学模型。当以调制模式工作时,可计算复原矩阵或梯度矩阵。分析了调制半径在不同像差条件下对复原速度和精度的影响,对无调制模式采用复原矩阵进行了仿真,并与调制模式进行了对比。实验结果表明:无调制状态下,经过校正,残差RMS可减至0.05,调制状态下,梯度矩阵重构效果较好,残差RMS可减至0.02;对大像差的输入信号,调制模式的精度和速度都优于无调制模式。结果表明,四棱锥波前传感技术具有高速度、高精度和灵活的工作模式,是一种先进的波前传感技术。

衍射式棱锥波前传感器的设计及数值仿真

基于折射式棱锥波前传感器,结合二元光学原理,设计一种衍射式棱锥波前传感器。对衍射式棱锥的波前探测原理进行了理论推导,计算了单项Zernike像差通过两种波前传感器后四个子光瞳像的光强分布,对两种器件对不同像差的平均斜率测量精度和光能利用率做了定量计算和比较。计算结果证明衍射式棱锥器件可以对波前像差进行有效探测,构建微型人眼波前像差测量系统。

First light on an adaptive optics system using a non-modulation pyramid wavefront sensor for a 1.8 m telescope

Our adaptive optics system based on a non-modulation pyramid wavefront sensor is integrated into a 1.8 m astronomical telescope installed at the Yunnan Observatory in LiJiang, and the first light with high-resolution imaging of an astronomical star is successfully achieved. In this Letter, the structure and performance of this system are introduced briefly, and then the observation results of star imaging are reported to show that the angular resolution of an adaptive optics system using a non-modulation pyramid wavefront sensor can approach the diffraction limit quality of a 1.8 m telescope.

爆破振动监测传感器固定方法研究

为了解决爆破振动监测过程中在土壤、边坡等非理想条件下的测点难于固定传感器及固定可靠度低的问题,在分析爆破振动监测固定传感器现行方法特点及现场监测需求的基础上,提出了在非理想条件下固定振动传感器的新方法——三角台法、万向台法,详细介绍了其结构、原理、操作方法、适用条件及效果分析。三角台法、万向台法在使用条件上软硬互补,解决了在绝大多数情况下的测点固定传感器的难题,和现有的粘贴法固定传感器构成了一套完整的固定方法体系,保证了振动传感器现场安放固定的可靠度以及振动数据的精确度,使爆破振动现场监测细节工作更加科学、规范。

基于双层微结构电极的柔性电容式压力传感器

为了研究电容式传感器电极表面有微结构对自身灵敏度的影响,设计了一种基于双层微结构电极的电容式压力传感器,其以表面溅射有导电金属的带有金字塔微结构的PDMS薄膜作为上下层电极。该方法设计的传感器能够明显地提高传感器的性能,灵敏度可达0.34 kPa-1,是无微结构电极传感器灵敏度的17倍,具有低的检测极限(最低为20 Pa)、较快的响应时间(200 ms)和可靠的重复性。实验表明,该传感器能够实时快速地的检测外部压力的变化。

合成孔径系统平移误差的四棱锥传感器检测方法

为了使若干拼接子孔径能够按设计目标组合为等效大口径望远镜,各子孔径必须达到光学的同相位。提出了一种基于四棱锥传感器的共相方法,通过实验标定拟合传感器信号和平移误差的正弦关系,反求平移误差。实验结果表明:平移误差的测量值和真实值基本符合线性关系,拟合后均方根误差约为19.2 nm,平移误差的测量值能够客观准确地反映实际误差。在此基础上,对7孔径拼接镜进行了近共相校正,校正后分辨率提高了近6倍,与传统方法相比,所提方法具有结构简单、响应速度快、光能利用率高等优点。

基于相位恢复的无调制四棱锥波前传感器

四棱锥波前传感器具有能量利用率高和空间采样率高的优点,已成功应用于天文自适应光学、镜面检测及显微成像等领域。提出一种新的无调制四棱锥波前传感器,根据四棱锥波前传感器的光场传播模型,利用相位恢复算法迭代优化出待测波前。入射光经四棱锥锥尖分光后会聚所得的子光瞳像为相位恢复算法提供了丰富的信息,使其收敛速度加快。数值模拟结果表明,基于相位恢复的四棱锥波前传感器具有精度高、收敛速度快、抗噪性好等特点,并且无需调制便能获得较大的动态范围。

无调制四棱锥波前传感器的光瞳像标定方法

四棱锥波前传感器具有空间采样率高和光能利用率高等优点。要准确地从光瞳像中提取待测波前的斜率信息,需要事先对光瞳像的尺寸和位置进行标定。分析了光瞳像尺寸标定误差和位置标定误差对自适应光学系统闭环校正效果的影响。提出了一种对无调制四棱锥波前传感器光瞳像进行标定的方法,并在考虑系统像差和探测噪声的条件下对该方法进行了多次仿真实验验证。分析结果表明,即使系统存在像差(均方根小于1.7λ),该方法仍可以对光瞳像的尺寸和位置进行准确标定。该方法可应用于实际自适应光学系统。

无调制两面锥波前传感器的衍射理论分析和数值仿真

两面锥波前传感器(two-sided pyramid wavefront Sensor,TSPWFS)是一种高空间采样率和高光能利用率的波前传感器.为了深入研究它的波前复原原理,采用波动光学理论详细推导了无调制TSPWFS的衍射理论,给出了无调制TSPWFS波前复原时线性重构矩阵的解析解,并且通过数值仿真确定出最佳的光瞳像中心间距,并对静态像差的波前复原及闭环校正进行数值仿真.分析结果表明,无调制TSPWFS具有波前复原时不需要现场测量响应矩阵,可以校正系统像差,闭环校正结果稳定等优点,可以在实际自适应光学系统中进行波前探测.