基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

一款2 G/s采样率20 GHz带宽主从式跟踪保持电路设计研究

设计了一款全差分、20 GHz带宽主从式跟踪保持芯片(MS-THA)。该芯片采样率为2 G/s,工作带宽大于20 GHz,采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺实现。该芯片采用传统的开关发射极跟随器(SEF)作为跟踪保持核心电路,Cherryhooper电路作为输入缓冲和输出缓冲的带宽增强核心电路,并利用交叉反馈电容抑制馈通。为了验证上述电路的有效性,设计了一个单级THA电路,测试结果为MS-THA电路提供了足够的支持。在单电源+3.3 V供电、输入直流电平为0 V,2 G/s采样率以及-3 dBm输入信号功率条件下,获得的单端输出无杂散动态范围小于-23.5 dB,总功耗约为300 mW。     

无人机对地目标自动检测与跟踪技术

针对无人机图像帧序列具有平台高速运动，视角旋转强烈，需要实时处理等特点，提出一种基于双级旋转不变特征空间检测（粗匹配-精细匹配）与并行特征提取跟踪的无人机对地目标图像帧序列自动快速目标检测与跟踪算法。采用图像子块的平均灰度值、灰度值方差、灰度值梯度构建特征空间。通过构造图像特征空间的方法来快速筛选待匹配图像的可疑区域，删除大量的背景区域，检测算法使用全局初步匹配加局部精细匹配的方法来规避算法复杂度的缺陷。理论及实验分析表明:该算法实时性强，对图像的旋转畸变具有抵消作用，对异常情况可以恰当处理，且全局初步匹配流程具有可移植性，可以在其他图像匹配跟踪算法中充当预处理器。实验结果表明:该算法在无人机对地的情况下可以保证对地面目标的稳定跟踪，配套检测算法具有较好的实时性，满足无人机图像目标检测跟踪实时处理的需要。     

高炮电视跟踪系统对超低空目标截获概率仿真实验研究

针对高炮电视跟踪系统目前无法通过实装试验方式对超低空目标截获概率进行考核的问题，分析了影响截获概率的因素，如地面图像和目标同时处于光电系统视场中对光电系统图像处理的影响，通过搭建软件和硬件环境，建立了一种基于三维虚拟试验场的仿真试验方法。构建了典型的测试用例，利用仿真系统采集视频，将图像输入到视频跟踪器中进行处理，通过对输出数据进行处理，可定性或定量判定是否可以截获目标。该方法应用于某型轮式弹炮结合防空武器系统试验，验证了该方法的有效性。     

埋层界面和空气表面和频光谱信号贡献的调控

本文研究表明通过膜厚控制和表面等离激元增强方法可有效区分隐藏界面和空气表面的和频振动光谱信号. 以氟化钙基底支撑的PMMA薄膜为模型，观察到隐藏界面和空气表面对和频信号贡献的变化. 通过监控羰基和甲基伸缩振动基团，发现薄PMMA膜的和频信号来自PMMA/空气表面的化学基团-CH₂、-CH₃、-OCH₃和C=O，而厚PMMA膜的和频信号则来自基底/PMMA埋层界面的-OCH₃和C=O基团. 随制膜浓度增大，埋层界面C=O基团的取向角从65°下降到43°，且浓度大于或等于0.5 wt%时，取向角等于45°±2°. 相比之下，空气表面C=O的取向角落在21°∽38°之间. 在金纳米棒存在条件下，表面等离激元可以极大地增强和频信号，尤其是来自埋层界面信号.     

水下多级微结构液气界面的稳定性和可恢复性研究

微结构表面浸没水下所形成的液气界面对减阻等应用具有重要意义.液气界面的稳定存在是结构功能表面发挥作用的前提.因此,如何增强液气界面的稳定性以抵抗浸润转变过程,以及在液气界面失稳之后,如何实现去浸润过程以提高液气界面的可恢复性能,均具有重要的科学研究意义和实际应用价值,也是国内外研究关注的热点问题.本文针对具有多级微结构的固体表面,研究其在浸没水下后形成的液气界面的稳定性和可恢复性.通过激光扫描共聚焦显微镜对不同压强下液气界面的失稳过程和降压后的恢复过程进行原位观察,实验结果和基于最小自由能原理的理论分析相吻合.本文揭示了多级微结构抵抗浸润转变以及提高液气界面可恢复性能的机理:侧壁上的次级结构(纳米颗粒、多层翅片)通过增加液气界面在壁面的表观前进接触角增强了液气界面的稳定性;底面的次级结构(纳米颗粒和封闭式次级结构)可以维持纳米尺寸气核的存在,有利于水中溶解气体向微结构内扩散,最终使液气界面恢复.本文的研究为通过设计多级微结构表面来获得具有较强稳定性和可恢复性的液气界面提供了思路.     

纤维复合材料界面横向拉伸分析

以单纤维十字型横向拉伸试验为研究对象,对纤维/基体界面采用弹性-软化双线性内聚力模型,建立了纤维复合材料在横向拉伸作用下界面法向失效过程的解析模型。得到了沿纤维/基体圆周界面的法向应力分布,纤维/基体界面的状态与界面承载力和单纤维复合材料承载力的关系,以及内聚力参数和试件几何尺寸对它们的影响。结果表明:纤维/基体圆周界面在脱粘前经历全部弹性及弹性+软化两种状态;当界面为弹性状态时,界面法向应力随界面强度线性增加;当界面为弹性+软化状态时,界面软化范围随界面裂纹萌生位移的增加而增大;界面初始脱粘位置与拉伸荷载方向重合;界面初始脱粘时的界面承载力随界面强度及界面裂纹萌生位移的增加而增加,随界面裂纹生成位移的增加而降低;单纤维复合材料的脱粘荷载受基体截面尺寸的影响,当纤维体积含量相同时,沿荷载方向截面尺寸的增大对提高脱粘荷载更显著。     

《光学精密工程》(月刊)

中国光学开拓者之一王大珩院士亲自创办的新中国历史最悠久的光学期刊。现任主编为国家级有突出贡献的青年科学家曹健林博士,Benjamin J Eggleton,John Love等国际著名光学专家为本刊国际编委。《光学 精密工程》主要栏目有现代应用光学(空间光学、纤维光学、信息光学、薄膜光学、光电技术及器件、光学工艺及设备、光电跟踪与测量、激光技术及设备);微纳技术与精密机械(纳米光学、精密机械);信息科学(图像处理、计算机应用与软件工程)等。     

基于通道可靠性的多尺度背景感知相关滤波跟踪算法

针对现实场景中跟踪目标的光照变化、尺度变化、遮挡等问题,提出了一种基于通道可靠性的多尺度背景感知相关滤波跟踪算法。通过提取方向梯度直方图特征、灰度特征和颜色属性特征作为目标表观模型,提高了目标跟踪方法在复杂场景中的稳健性;独立训练每个通道的背景感知相关滤波器,采用通道可靠性系数衡量每个通道响应图的置信度;根据所有通道的响应图和可靠性系数,合成多通道背景感知相关滤波跟踪器的最终响应图,对目标进行精确定位;运用尺度池方法估计目标的最优位置和尺度。实验结果表明:与现有跟踪算法相比,所提算法可以有效地处理光照变化、尺度变化、遮挡等复杂因素的干扰,取得较高的跟踪精度和成功率,其整体性能优于其他算法。