基于自适应阈值的阵列激光三维点云配准

阵列激光三维成像作为一种新型的非合作目标三维图像获取技术,高效的回波信号处理和三维重构方法是提高其探测能力和成像精度的前提,其中配准过程是阵列激光三维成像点云数据处理中必不可少的步骤.本文根据阵列激光三维成像系统的成像特点,对迭代最近点(ICP)配准算法中阈值设定依据进行分析,结合阵列激光三维成像系统中的重要参数测距精度和成像横向分辨率,对配准迭代过程中对应点距离阈值和迭代停止阈值进行有针对的设置,提出了基于自适应阈值的ICP点云配准方法.对阵列激光成像点云和扫描激光深度成像数据的实验表明该算法有效可行,能够提高配准精度和配准速度,同时由于该算法充分考虑了成像系统本身,在实际应用中对系统的合理设计具有一定的指导意义.     

一维随机激光器中准态模的饱和特性研究

针对随机激光器的半经典理论是应用电磁场时域有限差分法数值求解半经典随机激光模型方程组，基于半经典理论数值研究了一维随机激光器中准态模式的饱和特性，获得了不同准态模的空间分布和频谱分布图。计算结果分析显示：准态模式的某些特征参数如局域程度将会影响系统的饱和特性。利用这一结果，可以通过单频抽运方法选择具有低阈值、高饱和强度的准态模式作为整个激光系统的稳态输出模式。     

一维光子晶体激光器中模场的空间分布及其对阈值的影响

采用有限时域差分（FDTD）法和传输矩阵法（TMM）计算了一维光子晶体微腔中模式的阈值和模场的空间分布,并用局域化长度和模面积描述了其空间分布特性.着重研究了模场的空间分布对阈值特性的影响.模拟结果显示,激光器的阈值依赖于模式的空间分布,局域化长度和模面积最小的模式具有最低阈值.通过调节包括缺陷宽度、光学厚度比、折射率比等介质参量,可以有效地调节模式的局域化长度和模面积,从而降低激光器的阈值.     

弹簧螺旋摆系统非线性振动的理论研究

运用牛顿第二运动定律对弹簧螺旋摆系统建立了模型方程,该方程为一组非线性微分方程,表明该系统具有复杂的非线性特征.理论分析表明,当系统固有的振动频率和摆动频率之比为2时,自由振动的弹簧螺旋摆系统存在内共振现象,数值求解结果证实了这一结论.并认为在一般情况下,弹簧螺旋摆系统的自由振动可能是准周期的.     

Ho激光器阈值的理论分析

利用准三能级模型,建立了纵向泵浦的Ho³⁺激光器阈值模型,并对阈值与激光器设计参数间的关系进行了分析讨论,从中得出了设计低阈值Ho³⁺激光器的一般原则.结论同样适用于其他的准三能级激光器.     

对有质量弹簧的振子系统振动周期的探讨

分析了典型振动信号频谱的分布特点,指出了具有弹簧质量的振子系统的振动频谱符合准周期信号的频谱分布特点,说明该振子系统不具有严格意义上的周期,只有近似意义上的准周期,明确了该振子系统的准周期性的概念.     

演示记忆合金弹簧的形状记忆效应的实验设计

设计了测试记忆合金弹簧的形状记忆效应的物理实验.描述了实验装置的设计和结构,给出了实验内容的设计和实验方法,包括观察测试记忆合金弹簧的温度-形变记忆效应实验和电流-形变记忆效应实验.根据测量数据,描绘了用该仪器得到的温度-形变曲线和电流-形变曲线.该实验可作为设计性实验在大学物理实验课中开出.     

随机激光器中准态腔的阈值与其局域化程度的关系

基于光波在有限随机介质中的局域化理论，利用有限时域差分法数值求解Maxwell方程 组，研究了随机介质中的激光现象，分析了准态模的放大与其 空间局域性的关系. 通过研究二维非增益随机介质中光波的局域化，确定了准态模的空间分 布和频谱特征. 通过引入增益，研究了准态模的放大过程和阈值特性. 结果表明空间局域化 强的准态模在增益介质中被优先放大，且有较低的阈值. 关键词： 随机激光器 准态模 随机介质中的光学特性     

水体参数对受激布里渊散射阈值及增益的影响

受激布里渊散射在激光雷达海洋遥感领域具有广泛应用,而水体参数变化对其阈值及增益等关键特征参数影响的研究还很缺乏.本文利用分布式噪声模型及耦合波方程,理论分析了水的温度、压强和衰减系数对受激布里渊散射阈值和增益系数的影响.在理论分析基础上,设计了一种温度压强可控实验系统,采用平均衰减系数法实验测量了不同温度、压强及衰减系数下的阈值和增益系数.结果表明,受激布里渊散射阈值随压力和衰减系数的增大而增大,随温度的升高而减小,而增益系数则呈现与阈值相反的变化趋势.温度和衰减系数对阈值和增益系数的影响大于压力.研究结果对受激布里渊散射激光雷达海洋遥感探测具有重要意义.     

聚氨酯结构与径向分布的分子动力学模拟

采用分子动力学方法计算得到DHI-乙烯醇聚合体系统的结构和径向分布函数.讨论了系统结构和径向分布函数与温度和压力之间的关系.结果表明粘合系统的空间分布一般地随着温度和压力的增加而收窄,对增加聚氨酯系统的粘合性具有积极的意义.     

悬线式物镜力矩器动态特性的仿真实验研究

悬线式物镜力矩器是目前光学头系统中使用最为广泛的力矩器,其动态特性直接决定了光学头的读写性能。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了悬线式光学头物镜力矩器的仿真设计平台。通过仿真平台进行了力矩器一阶共振频率和峰值、二阶共振频率和峰值、扭转共振频率、静态灵敏度、动态灵敏度和相位等动态特性参数的仿真实验,仿真计算的结果与实际测量的结果相比,最大相对误差为4.2%。该仿真平台对于二维乃至三维悬线式物镜力矩器的设计和评价都具有重要的指导意义。     

光学头二维力矩器的三自由度动力学模型研究

力矩器多维运动间的串扰和耦合是影响其动态特性和光斑质量的关键因素。针对力矩器单自由度简谐振动模型的不足,利用拉格朗日第二类方程,建立了二维力矩器的三自由度动力学模型,描述了力矩器聚焦和循迹有效运动、聚焦和循迹运动间的耦合作用以及扭转串扰运动特性,反映了力矩器四个关键点的不一致对其动态特性的定量影响。模型与实验结果对比表明,各自由度误差均小于5%,模型具有实用性,对力矩器的设计开发和串扰抑制具有理论指导作用。     

基于磁悬浮作动器的自适应有源振动控制研究

针对周期扰动提出一种基于磁悬浮作动器的非线性前馈自适应有源振动控制算法。算法中将磁悬浮作动器视为具有时变非线性的单输入输出系统,并使用径向基函数神经网络进行控制,分别采用聚类算法和随机梯度算法对其隐层中心点和输出层权值进行自适应调整。该算法摆脱了传统磁悬浮控制对模型的依赖,在正常工作条件下不需对作动器建模。仿真和实验结果表明:在单自由度主动隔振系统中,非线性自适应算法可以显著降低周期振动的能量,同时能对磁悬浮作动器的时变非线性进行有效的补偿。      

A multipoint quasi-distributed optical fiber pH sensor

This paper reports the development and characterisation of a multipoint quasi-distributed optical fiber sensor for pH measurement. The system is based on a 170 m length of 200 μm core diameter plastic cladding silica fiber where sections of cladding have been removed and replaced with dye immobilised sol-gel glass to form sensing points. Evanescent wave excitation of a dye, immobilised within 2 mm long sections of cladding, enables the pH value of any spillage material to be determined by optical time domain reflectometry along the length of the fiber. The results suggest a spatial resolution of better than 2.5 meters for this fiber system and indicate that this arrangement could form the basis of a practical sensor/actuator system for chemical spillage, provided that suitable dye/analyte combinations are available.     

悬线式物镜力矩器中频段共振理论及实验分析

悬线式物镜力矩器是高密度光盘系统中关键部件——光学头的可执行机构,其运动特性决定着光学头的读盘能力。在光学头研制、生产及测试中发现某些力矩器频率特性曲线的线性工作区内出现共振,它会导致光学头的读碟能力下降。通过对力矩器可动部建模、ansys仿真及实验分析,得出力矩器可动部的质心和力心不重合将导致其在中频段内发生扭转共振。实验结论对悬线式物镜力矩器设计、评价和生产都有重要的指导意义。     

Distributed shell control with a new multi-DOF photostrictive actuator design

With the photovoltaic effect and the converse piezoelectric effect, the lanthanum-modified lead zirconate titanate (PLZT) actuator can transform the narrow-band photonic energy to mechanical strain/stress—the photodeformation effect. This photodeformation process can be further used for non-contact precision actuation and control in various structural, biomedical and electromechanical systems. Although there are a number of design configurations of distributed actuators, e.g., segmentation and shaping, been investigated over the years, this study is to explore a new actuator configuration spatially bonded on the surface of shell structures to enhance the spatial modal controllability. A mathematical model of a new multiple degree-of-freedom (multi-DOF) photostrictive actuator configuration is presented first, followed by the photostrictive/shell coupling equations of a cylindrical shell structure laminated with the newly proposed multi-DOF distributed actuator. Distributed microscopic photostrictive actuation and its contributing components of a one-piece actuator and the multi-DOF actuator are evaluated in the modal domain. Effects of shell's curvature and actuator's size are also evaluated. Parametric analyses suggest that the new multi-DOF distributed actuator, indeed, provides better performance and control effect to shell actuation and control. This multi-DOF configuration can be further applied to actuation and control of various shell and non-shell structures.     

介质阻挡放电等离子体对近壁区流场的控制的实验研究

采用粒子图像测速仪对介质阻挡放电等离子体在静止流场中诱导出的速度场、等离子体激励对平板附面层的改变进行了研究.实验结果表明,等离子体激励作用主要集中在近壁面附近;激励电压与诱导速度近似为线性关系,激励频率对诱导速度的影响不大.将等离子体流动控制原理初步归纳为撞击效应和热效应,并通过数值模拟的方法研究了热效应对等离子体激励诱导速度场的影响.数值模拟结果表明,在无来流的情况下等离子体热效应对流场的影响比较明显,使局部水平方向速度大小提高近30%.简要介绍了提高等离子体激励强度的方法. 关键词： 介质阻挡放电等离子体 流动控制 边界层     

High sensitive and large dynamic range quasi-distributed sensing system based on slow-light π-phase-shifted fiber Bragg gratings

In this paper, we theoretically analyze the slow-light π-phase-shifted fiber Bragg grating (π-FBG) and its applications for single and multipoint/quasi-distributed sensing. Coupled-mode theory (CMT) and transfer matrix method (TMM) are used to establish the numerical modeling of slow-light π-FBG. The impact of slow-light FBG parameters, such as grating length (L), index change (Δn), and loss coefficient (α) on the spectral properties of π-FBG along with strain and thermal sensitivities are presented. Simulation results show that for the optimum grating parameters L = 50 mm, Δn = 1.5×10⁻⁴, and α = 0.10 m^-1, the proposed slow-light π-FBG is characterized with a peak transmissivity of 0.424, the maximum delay of 31.95 ns, strain sensitivity of 8.380 με^-1, and temperature sensitivity of 91.064 °C^-1. The strain and temperature sensitivity of proposed slow-light π-FBG is the highest as compared to the slow-light sensitivity of apodized FBGs reported in the literature. The proposed grating have the overall full-width at half maximum (FWHM) of 0.2245 nm, and the FWHM of the Bragg wavelength peak transmissivity is of 0.0798 pm. The optimized slow-light π-FBG is used for quasi-distributed sensing applications. For the five-stage strain quasi-distributed sensing network, a high strain dynamic range of value 1469 με is obtained for sensors wavelength spacing as small as 2 nm. In the case of temperature of quasi-distributed sensing network, the obtained dynamic range is of 133 °C. For measurement system with a sufficiently wide spectral range, the π-FBGs wavelength grid can be broadened which results in substantial increase of dynamic range of the system.     

一种基于非扫描式F-P标准具的激光告警虚警抑制方法

为了降低激光告警系统的虚警率,提出了一种基于非扫描式F-P标准具结构的光学虚警抑制方法。该方法采用相干长度作为判据,因此可大大抑制背景辐射的干扰。通过计算机仿真验证了该方案的可行性。对该方案中的关键技术F-P标准具的设计进行了详细讨论,定性分析了F-P标准具结构参数对其工作性能的影响,并通过实验优选确定设计参数。结果表明,该方案结构简单,可有效排除非相干光的干扰,光学虚警率近乎为0,漏警率小于0.25%。     

一种大功率窄脉冲半导体激光器测试台的研制

大功率窄脉冲半导体激光器主要光电性能参数为:输出峰值光功率、阈值电流、正向电压、上升时间、峰值波长、光谱半宽、半强度角.根据激光制导系统对大功率窄脉冲激光器参数的特殊测试要求,研制一种大功率窄脉冲激光器测试平台,将小型化大功率激励器功放模块、大范围可调DC-DC模块、信号源板、激光器座、光学准直镜集成在一个平台上,与峰值功率计、光谱仪、CCD摄像机等仪器配合,可测出大功率窄脉冲激光器的峰值功率、峰值波长及波长随温度变化的漂移特性、发光芯均匀性等参数.介绍了大功率窄脉冲激光器测试台的特点,并对测试结果作了论述.