基于改进Lyapunov矢量场法的standoff跟踪研究

针对基于Lyapunov矢量场法的目标standoff跟踪中收敛速度慢的问题展开研究,提出了一种改进的Lyapunov矢量场法。首先建立了无人机运动学模型,通过对基于速度信息主导的方法和基于位置信息主导的方法的优缺点进行对比,定义了新的速度式,先判断无人机是否收敛到跟踪圆上,然后实施机动。通过速度式实现了跟踪形成前无人机的快速收敛到跟踪圆,跟踪形成后跟踪没有延迟和滞后。最后仿真结果表明了所提出方法的有效性。

基于双旋Lyapunov矢量场的无人机避障算法

提出一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人机避障算法.首先,建立无人机和障碍物的模型,并根据无人机有限时间是否会侵犯障碍物安全圆设计避障判定规则;然后,基于最小侧向偏移量原则选定避障机动中无人机速度旋转方向为最优避障方向,选定其反方向为矢量场旋转方向,定义成功避障的标准并进行证明;最后,通过建立的障碍物合并规则提升避障效率,使得上述方法适用于未知环境下的无人机在线避障.仿真结果表明,在无人机性能约束下,所提出的算法对动态和静态障碍都能有效避障,算法性能优于Dubins路径和人工势场法.

时空矢量场下人群活动聚散模式提取与分析

由于传统方法缺乏顾及人群在区域间的动态流动而无法反映人群在未来(下一时刻)的活动聚散趋势,因此,文中借助时空矢量场来建模人群活动的趋向性,通过矢量场理论中的散度算子来定量计算人群活动聚散强度,将人群活动聚散模式提取问题转化为时间序列聚类问题识别出主要聚散模式。在海口市滴滴出行数据集上进行实验,选取角度偏态系数证明了主体方向计算方法的有效性,提取出了4种主要人群活动聚散模式,并结合POI类型的分布情况对4种模式进行了语义解释,为探索人类移动性提供研究思路和方法支持。

超表面的矢量光场调控

矢量光场由于其独特的光场分布特性,在许多领域都得到了广泛且深入的研究与应用。传统光场调控手段受限于材料的光学特性及物理尺寸,难以实现灵活高效的动态操控功能。超表面凭借其亚波长结构设计所带来的额外自由度,突破了上述局限,使得对矢量光场的振幅、相位、偏振态乃至传播方向等的独立调控成为可能。本文结合国内外矢量光场领域的基础理论及最新进展,系统地阐述了矢量光场的基本原理及其数学模型,重点介绍了目前超表面生成矢量光场的方法,以及这种矢量光场在聚焦、轨道角动量检测、高精度定位等方面应用的具体案例与创新成果。

超构表面赋能的矢量光场调控、检测与应用

携带角动量的矢量光场在微粒操控、光通信与显示、光学信息加密、高维量子信息处理等领域具有广阔应用。然而,传统的方法实现矢量光场调控通常需要使用多个级联的光学元件,如螺旋相位板、偏振片、四分之一波片、涡旋波片、空间光调制器等,导致器件体积庞大,不符合未来光子器件集成化的需求。超构表面的快速发展为集成化矢量光场调控器件的实现提供变革性解决方案。本文概述了国内外基于超构表面的矢量光场调控和检测的相关研究进展。在此基础上,系统总结了现阶段超构表面矢量光场在微粒操控、边缘增强成像、全息显示以及机器视觉等领域的应用。最后,我们对全文进行了总结和讨论,并提出超构表面矢量光场所面临的挑战和未来发展方向。

矢量涡旋光场在激光微纳加工中的应用

矢量光场领域在过去20年出现了众多重要进展。考虑到多篇综述介绍了矢量光场产生方法以及调控技术,作者仅以矢量涡旋光场为线索总结了其在激光减材、改性以及增材等微纳加工领域的典型应用,回顾了矢量涡旋光在材料表面和内部的微纳结构加工、光存储以及立体微结构光刻等应用中的部分关键进展。详细介绍了基于定制光场的图案化光致表面周期结构以及立体微结构快速双光子光刻的原理与技术。最后,总结了矢量涡旋光场在激光微纳加工中的优势与挑战,展望了其在未来将赋能更多复杂应用。

基于矢量场制导法和模型预测控制的船舶路径跟踪与避碰

为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶Nomoto响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角输入受限问题,引入干扰观测器对模型误差项和环境扰动进行补偿,并应用Lyapunov理论证明了所设计的路径跟踪控制系统的稳定性;最后,设计了基于矢量场制导法的避碰策略,使船舶在路径跟踪的过程中同时完成自主避碰.仿真计算结果表明,开发的方法可以使船舶在波浪干扰作用下准确地跟踪目标路径并有效实现避碰.

视场角限制下的攻击时间和角度三维矢量制导律设计

为了提高导弹精确打击目标的能力,控制攻击时间和攻击角度三维制导问题在实际应用中具有重要的意义。针对这一问题,本文基于三维矢量制导模型提出了一种视场角约束下的攻击时间和攻击角度控制律。首先,通过将平面矢量制导律扩展至三维空间,提出了一种三维矢量攻击角度约束制导律;其次,在上述制导指令的拦截分量中引入剩余时间偏置项,设计了一种在视场角约束下的三维矢量制导律,并进行了稳定性分析。保证导弹能在视场角约束的条件下,以期望的攻击时间和角度击中目标,并且误差均小于0.01;最后,通过数值模拟验证了所设计制导律的正确性和有效性。

速度矢量场二阶滑模无人艇引导律

针对航速和航道未知扰动等因素,提出一种速度矢量场二阶滑模无人水面艇(USV)引导律。首先,建立无人艇运动学和航向角动力学模型;其次构造路径误差(y_(e))模型,设计基于航速(V_(g))的路径误差矢量场,速度越大,航向角变化越小;再结合二阶滑模面设计一种速度矢量场二阶滑模无人艇引导律,并考虑未知扰动因素Δ分析速度矢量场二阶滑模无人艇引导律的稳定性。仿真结果表明:相比于经典矢量场,速度矢量场有效实现航速V_(g)越快,航向角变化率越小,矢量场越平缓,提高了USV航行安全性和稳定性;基于速度矢量场二阶滑模无人艇引导律的路径跟踪控制系统鲁棒性更强,路径跟踪准确度更高,能够较好地完成路径跟踪。

矢量场路径规划算法及其仿真验证

无人机路径规划通常采用航点设置和过点曲线拟合的方法实现,期望航向角分段给定,不随航线的改变自动修改期望航向,不具有期望航向和期望位置自动快速生成能力。提出一种适用于复杂飞行任务路径规划的矢量场算法,并开发仿真验证系统验证其有效性。引入矢量场概念设计航向角制导律,使处于任意位置的飞行器能按期望航向角平滑飞抵期望目标路径,沿期望目标路径完成飞行任务;以隐函数方程建立期望路径矢量场,几何分析矢量场路径规划的原理,基于李雅普诺夫稳定性理论证明规划路径误差的有界性,距离误差和航向角误差在航向制导律作用下均能稳定收敛于0;以倾转四旋翼无人机定高飞行任务路径规划为例,应用矢量场方法采用分段过渡策略规划平滑飞行的期望路径,并进行仿真验证。结果表明:矢量场路径规划算法可行,是一种有效的快速飞行路径规划方法。

矢量光场调控专题导读

矢量光场,即具有可任意设计的波前和偏振态分布的光场,因其具有复用维度高、紧聚焦能力强、光场操控自由度大、手性筛选等特点,相较于均匀标量场具有更大的调控自由度和更广阔的应用前景,而引起了国内外科学家的广泛关注。如今,微纳光学的快速发展更为拓宽矢量光场调控的自由度、维度、尺度等方面提供全新契机。《光电工程》于2024年组织的“矢量光场调控”专题共收到10篇来稿,包括7篇综述和3篇原创论文,旨在展现近年来矢量光场调控的国内外重要研究进展和成果,让读者对矢量光场的研究现状、趋势和应用前景有更深刻的认识,也能为相关领域研究人员提供有益的帮助。

基于运动矢量场和方向自适应的快速运动估计算法

该文提出了一种基于运动矢量场和方向自适应的快速搜索算法。算法针对序列图像的运动矢量场所具有的中心偏置性和时空相关性进行预判,对静止块设定阈值直接中止搜索;根据运动类型自适应选择搜索起始点和搜索策略;采用了两种新的混合搜索方法,对小运动和大运动宏块使用线性-菱形搜索,对中等运动块使用六边形-菱形搜索算法,搜索模板具有强烈的方向特性。实验结果表明,该文算法的搜索速度和搜索精度优于现有的快速运动估计算法,而搜索精度非常接近于全搜索法。

一种新型低频声矢量场采集系统的设计与实现

针对低频声矢量场测量技术,设计和实现了一种声矢量场探测系统。其特点是将矢量水听器、信号采集设备、罗经与电源集成一体,传感器输出的模拟信号直接在其内部进行模数转换,避免了模拟信号由于长距离传输所造成的衰减和干扰,且易于布放回收。该系统可同步测量声场空间的声压和质点振速3个正交分量的数据,所得到的数据即可以采用自容式存储在系统内部TF卡中,亦可通过经优化设计的带宽3 MB/s的高速RS485总线实时传输。回收内部数据时可通过Mass storage协议利用预留USB接口来实现读取数据,无需开启罐体。该系统进行了实验室验证实验,并以潜标的形式进行了海上试验,对爆炸声信号进行了测量并对获得数据进行处理。结果表明,该系统工作可靠稳定,系统平均功率为350 mW,准确地获取了声矢量信号数据,可广泛应用于低频声矢量场探测领域。

顾及局部特性的自适应3D矢量场反距离权重插值法

3D矢量场插值是拓扑分析与可视化应用的重要预处理步骤。针对反距离权重法(inverse distance weighted,IDW)在3D矢量场插值中参考样本选择缺乏科学指导以及无法反映矢量场局部特性的局限性,提出了一种顾及局部特性的自适应3D矢量场反距离权重插值法。首先基于距离影响度搜索初始样本集;然后对初始样本集进行分类,若其为小样本集直接采用IDW算法插值,若其为大样本集则基于矢量场局部线性近似进行优化得到优化样本集进行IDW算法插值。理论分析与实验结果表明,该方法能够自适应选择插值参考样本;并且插值结果在局部范围内符合矢量场的线性近似假设,插值结果更具有合理性;同时该方法还提高了IDW算法的插值精度。

VR环境下的矢量场可视化交互感知技术研究与应用

提出了一种新的基于VR环境下的矢量场可视化的交互感知方法,将虚拟现实的交互技术和矢量场数据的可视化有机结合起来,给出了该方法的实现原理并探讨了其中的一些关键技术,用户可以通过三维跟踪设备、三维鼠标、数据手套等外设与矢量场数据进行自然交互,更快捷的发现并感知数据中感兴趣的或较隐蔽的细节部分,使许多抽象的、难于理解的原理和规律变得更容易理解。最后在Powerwall虚拟现实系统上进行实例验证,并应用在工程实践中。

空中目标静电场矢量定位方法研究

利用静电场探测空中目标是近几年发展起来的一种新的探测技术。在研究了探测空中目标产生的静电场的矢量探测理论的基础上,提出了一种引信上应用的能够探测空中目标方位和距离的矢量探测方法,并利用航模飞机进行了试验验证,得到了令人满意的结果。

川东北涡暴雨的环境场及Q矢量分析

通过对1973—1985年5—9月700 hPa上四川盆地东北部出现的低涡的分析,发现川东北涡是造成三峡地区区域性暴雨的重要影响系统之一,尤其是切变类川东北涡,有利于川东北涡生成的环境场是500 hPa上盆地东北部处于高压脊前西北气流和副高外围西南气流的交汇处,700 hPa盆地内有切变线通过。文中还对一次川东北涡暴雨过程进行了Q矢量分析,发现在川东北涡形成前12—24小时内盆地上空500 hPa维持—Q矢量辐合带,低涡发生在其生成前24小时内对流层中、低层Q矢量散度的辐合重叠区内,从而为预报低涡的生成、维持提供了有益的依据。

压差式矢量水听器驻波场校准实验研究

压差式矢量水听器的校准一直是国内尚未解决的难题,针对此问题设计了一种基于光纤传感的压差式矢量水听器,对其传感原理进行了理论分析,为其设计了驻波场校准方案,对驻波场校准此类压差式矢量水听器进行了理论分析和计算机仿真,最后对此压差式矢量水听器进行了声压灵敏度和方向性的测试,实验结果与理论分析和计算机仿真比较吻合.这些研究对压差式矢量水听器的应用具有重要的意义.

三维原子场全息作用矢量用于7位取代20(S)-喜树碱衍生物的抗肿瘤活性定量构效关系研究

研究了25种7位取代20(S)-喜树碱衍生物的化学结构与其抗肿瘤活性的定量构效关系。采用新近提出的三维原子场全息作用矢量,对喜树碱类衍生物进行了结构参数化表达,采用逐步回归对变量进行筛选后,建立了定量构效关系模型。模型的复相关系数和标准偏差以及留一法交互校验的复相关系数和标准偏差分别为R=0.962 5,SD=0.290 1和RCV=0.908 7,SDCV=0.446 2。模型具有良好的稳定性和预测能力,证明了该三维原子场全息作用矢量在分子结构表征和生物活性预测上的适用性。

从GPS水平矢量场对中国及全球地壳运动的新认识

利用中国GPS矢量场和IERS公布的全球矢量场,对中国及全球地壳水平运动的状态进行了从全球到局部不同空间尺度的构造运动的描述和理解,其要点如下:①GPS矢量场定量地显示了中蒙构造区是全球大陆内变动最强的地区;②中蒙构造区(或中蒙次板块)内部可分出三级各具特色的构造区块、条块和地块;③中蒙西部区块呈大" ",3条边缘带都是地壳厚度陡变带,是结构性地震带,控制了全球大陆内2/3以上的8级地震;④中蒙东部构造区块是挤压型和伸展型大陆边缘最典型地区,GPS矢量场展现了现今向东的伸展蠕散运动;⑤中国西部2001年在昆仑山发生的8.1级地震与西部从GPS矢量场算得的视应变场中高应变带相关;⑥全球GPS矢量场揭示N/S半球之间存在明显的运动不协调带,该带(B带)直接表现为13条左列的走滑兼挤压断裂带,该带控制的强震活动与环太平洋俯冲带(A带)控制的地震自1897年以来交替活动已有七幕。讨论提出:①全球4个构造系(环太平洋构造系、洋脊构造系、北半球大陆高原构造系和环赤道构造系)是否与地球的N/S半球、0～180°半球的双重非对称有关?②全球GPS矢量场所描述的板块运动可否作为约束推算地幔三维运动的表层条件?