基于生物光学算法的海洋赤潮监测

机载海洋激光雷达具有高效搜索的能力,已成为海洋环境监测的重要手段。以机载蓝绿激光雷达监测海洋赤潮为研究应用背景,通过检测海洋中叶绿素的质量浓度来实现对海洋赤潮消长信息的获取。在分析海水固有光学性质的基础上,基于生物光学算法,构建了机载蓝绿激光雷达后向散射信号检测的的叶绿素质量浓度监测模型。仿真计算证明该模型能够有效探测出叶绿素质量浓度的大小,为机载海洋赤潮监测增加了一种方法。     

独树一帜的光学分支学科——海洋光学

<正>海洋光学是光学与海洋学之间的交叉和边缘学科。它主要研究海洋的光学性质、光辐射与海洋水体的相互作用、光在海洋中的传播规律,以及与海     

应用粒子群算法进行光学自动设计

将粒子群算法用于光学系统的设计优化中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计了关于曲率半径r、透镜面之间的距离d和玻璃折射率n等光学系统结构参数的适应度函数,用此函数作为评价函数实现对像差的自动校正.给出用粒子群算法进行光学系统设计的实例.结果证明,粒子群算法可以克服以往光学设计中高度依赖初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度.     

基于机载激光雷达监测海洋赤潮模型研究

提出了基于机载激光雷达应用于海洋赤潮的监测与预报方法,以检测激光水下后向散射光信号,实现对海洋赤潮藻密度信息的获取.引入赤潮藻散射系数的概念,建立了机载激光雷达的赤潮藻散射系数探测模型.通过仿真计算,证明该模型可以有效评估出赤潮藻密度的大小,进而实现对赤潮消长过程的判断.     

一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法

为了拓展海洋光学参数的激光遥感测量手段,借鉴高光谱分辨率多普勒激光雷达对大气散射信号的测量机制,提出了一种利用激光雷达水下后向散射信号测量海洋固有光学参数的新方法。在原理方面,描述了测量系统的组成和利用碘分子吸收滤波器实现水分子瑞利散射信号和悬浮物米散射信号的光谱分离测量方法, 在结论方面,给出了利用海水激光后向散射信号实现海水悬浮物后向散射系数和海水体消光系数的具体反演算法。     

基于Hyperion影像的悬浮泥沙遥感监测研究

在射阳河口,悬浮泥沙对拦门沙的位置的形状有很大的影响,而拦门沙是制约射阳港航运条件的主要因素。遥感手段具有分辨率高、范围大、连续性强、成本低等特点,在近岸悬浮泥沙监测中具有很大的应用潜力。Hyperion作为目前世界上唯一的民用高光谱传感器,与其它传感器相比又具有光谱分辨率高的优势。根据在射阳河口实测的光谱悬浮泥沙数据,利用逐步筛查的方法选择与表层悬浮泥沙浓度相关性高且物理意义明显的因子,发现离含沙水体光谱反射峰附近的605nm、810nm和715nm的反射率的组合因子与表层悬浮泥沙浓度相关性较高且物理意义明确,模型的拟合精度可达到65%以上。在此基础上,利用Hyperion影像进行表层泥沙浓度的反演。结果证明,该模型能够正确反映河口表层悬浮泥沙的分布规律。     

基于粒子群算法的Pt-Pd合金纳米粒子的稳定结构研究

Pt-Pd合金纳米粒子相对于Pt及Pd单晶纳米粒子均具有更好的催化活性和选择性, 研究它的稳定结构对进一步了解催化性能具有重要意义. 本文采用粒子群算法和量子修正Sutton-Chen多体势对不同尺寸、 不同组成比例的二十四面体Pt-Pd合金纳米粒子的结构稳定性进行研究. 结果表明: Pt-Pd合金纳米粒子中Pt原子趋向于分布在纳米粒子内层, 而Pd原子趋向于分布在纳米粒子外层, 且Pt, Pd原子的分布越对称有序, 其能量越低, 结构越稳定; 随着Pt原子比例的增加, 三种不同尺寸的合金纳米粒子的Warren-Cowley化学短程有序值都逐渐升高, 即纳米粒子更趋向于偏聚分布状态; 在相同比例下, 小尺寸纳米粒子的偏聚程度比大尺 寸纳米粒子的大. 关键词： 合金纳米粒子 粒子群算法 稳态结构     

基于走航观测的长江口邻近海域悬浮颗粒物高频变化研究

基于2018年5月27日—31日长江口邻近海域的海洋科学综合调查，利用船载走航式表观光谱观测系统进行了定点及连续光谱测量，结合快速多参数水质仪和声学多普勒流速剖面仪同步观测结果，研究了悬浮颗粒物(SPM)的高频变化特征及其影响因素。研究结果表明，长江口邻近海域SPM浓度存在高频变化特征，且受潮汐作用影响显著。在退潮周期内，其浓度在定点站位内有明显的先上升后下降过程，且浓度高值与高流速相对应。断面走航观测显示，SPM在短时间内变化特征存在明显的空间差异。在水深较浅的区域中局地再悬浮过程的作用明显，且SPM浓度与流速之间有着良好的对应关系，而在水深较深、离岸较远的区域中SPM浓度的变化则可能与长江冲淡水过程相关。     

基于改进Stoilov算法光学元件瑕疵检测

提出一种基于统计逼近的改进Stoilov算法,可以除去光学元件检测中展开相位时遇到的奇异点和超大误差,提高测量精度。通过重构瑕疵表面3维形貌,并对规则几何形状光学元件表面进行拟合,建立光学元件瑕疵检测理论模型,可以有效对光学元件表面瑕疵进行检测。把该算法和模型运用到光学平晶瑕疵检测中,测出光学平晶的微小划痕深度为40nm。     

基于改进Stoilov算法光学元件瑕疵检测

提出一种基于统计逼近的改进Stoilov算法,可以除去光学元件检测中展开相位时遇到的奇异点和超大误差,提高测量精度。通过重构瑕疵表面3维形貌,并对规则几何形状光学元件表面进行拟合,建立光学元件瑕疵检测理论模型,可以有效对光学元件表面瑕疵进行检测。把该算法和模型运用到光学平晶瑕疵检测中,测出光学平晶的微小划痕深度为40 nm。     

油中悬浮粒子激光多普勒测速瞬时速度的分析

二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时,根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况,对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进,提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法,利用该方法,对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明：改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好,能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势,提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率,有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹,为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。     

激光雷达监测工业污染源颗粒物输送通量

PM10指能进入呼吸道的质量中值直径小于等于10μm的颗粒物,它是反应环境质量的重要指标,大气中过多的PM10会严重危害身体健康。激光雷达可以测量大气颗粒物消光系数,近地面颗粒物消光系数与颗粒物质量浓度是相关的,利用震荡天平(TEOM)测量近地面的PM10质量浓度,与雷达测量的消光系数建立经验关系,可以推算PM10质量浓度的垂直分布。风廓线雷达可以获得不同高度上的风向风速,将PM10质量浓度与风场数据二者结合可以计算不同高度上颗粒物向城区的输送通量,最终可以估算污染源向城区的输送总量。使用激光雷达技术对北京重要工业污染源进行了长时间的连续监测,获取了颗粒物输送通量等多种参数,给出了连续监测结果。     

基于物联网和SOM算法的信息监控系统设计

在物联网环境下进行信息监控系统设计,实现对网络信息的监控和自适应采集,保障网络安全。针对采用传统的神经网络控制方法进行信息监控的数据挖掘准确性不好的问题,提出一种基于物联网和自组织映射SOM算法的信息监控系统设计方法,首先进行信息监控系统的总体设计和功能模块化分析,然后设计改进的SOM算法,应用在信息监控的数据挖掘和分类识别中,在程序加载模块中进行算法加载,最后在物联网环境下构建嵌入式Linux内核进行信息监控系统的软件设计和开发。系统仿真实验结果表明,采用该信息监控系统进行大型物联网的数据信息监控,对数据的准确挖掘和识别性能较好。     

Electrooptical behaviour and control of a suspended particle device

A suspended particle device is made by electrophoretic rod-shape particles suspended in an organic gel. These particles can twist and order with an applied voltage. The light crossing the material suffers more or less scattering according to that voltage. A commercial device is analyzed in this work. Several electrical models are tested, being the best one a series configuration including a shunt double layer capacitance and a Warburg element. Main parameter errors are below 2%, showing the quality of this new electrical model for this kind of devices. A quick method to improve the manufacturing process on-line is also proposed. Impedance measurements will be fitted to the selected electrical model, in order to check physical aspects such as charge diffusion lengths and response times. An electronic driver to obtain several levels of device transmission has been also developed, being its linearity demonstrated too. Colour changes are negligible for the main part of the bleaching process. All these features allow the use of this set in domotics application.     

基于脉冲分组的光剂量监控新算法

精确控制脉冲激光加工光剂量是保证加工产品工艺和质量的关键。在对现有的光剂量控制算法进行分析后,提出了基于脉冲分组的光剂量监控新算法,有效提高了光剂量监测精度和反馈控制速度。设计了光剂量监控系统,实现了脉冲激光加工光剂量实时监测及反馈控制。与Ophir公司的StarLab激光能量测量系统相比,500个激光脉冲以内的总能量测量,本系统测量误差不超过0.15%。对一套脉冲最大重复频率为10 kHz、单脉冲最大能量为5 mJ、恒压工作下最大能量波动为10%的脉冲激光加工系统光剂量进行了监控实验。在本系统的监控下,可将目标光剂量为150 mJ/mm2以内的加工光剂量控制精度和重复精度分别控制在0.90%和0.100 mJ/mm2以内,同时将光剂量反馈控制速度提高了4倍。     

基于脉冲分组的光剂量监控新算法

精确控制脉冲激光加工光剂量是保证加工产品工艺和质量的关键。在对现有的光剂量控制算法进行分析后,提出了基于脉冲分组的光剂量监控新算法,有效提高了光剂量监测精度和反馈控制速度。设计了光剂量监控系统,实现了脉冲激光加工光剂量实时监测及反馈控制。与Ophir公司的StarLab激光能量测量系统相比,500个激光脉冲以内的总能量测量,本系统测量误差不超过±0.1 5%。对一套脉冲最大重复频率为10 kHz、单脉冲最大能量为5 mJ、恒压工作下最大能量波动为±10%的脉冲激光加工系统光剂量进行了监控实验。在本系统的监控下,可将日标光剂量为150 mJ/mm~2以内的加工光剂量控制精度和重复精度分别控制在0.90%和0.100mJ/mm~2以内,同时将光剂量反馈控制速度提高了4倍。     

葡萄糖注射液中不溶性微粒的识别算法研究

针对传统人工目测法以及光阻检测法在葡萄糖注射液中不溶性微粒识别判断效率较低现象,提出了一种背景差预处理与改进的Mean Shift算法相结合的微粒识别算法。利用高分辨率数码相机采集在一定照度下葡萄糖注射液中不溶性微粒产生散射光的序列数字图像。对序列数字图像进行预处理及并标定数字图像有效检测区域。建立序列数字图像背景模型并对背景噪声与随机噪声进行抑制处理。采用改进的Mean Shift算法对葡萄糖注射液中不溶性微粒进行目标跟踪。通过对序列数字图像中被检测对象的分割与特征提取,实现了葡萄糖注射液中粒径在25μm以上不溶性微粒的识别。     

基于改进自适应加权的多传感器融合监测

针对加注系统多传感器测量数据融合,为满足融合的可靠性与准确性需求,提出了一种改进的自适应加权融合算法。加权融合算法的关键是如何准确判定测量数据权重值,在总结分析当前权重值判定方法优缺点的基础上,将证据理论中的修正证据距离引入测量数据间距离计算,生成融合权重值,完成传感器数据融合。通过一般算例与加注系统典型算例,对所提融合算法进行验证,结果表明算法融合效果较好、鲁棒性强,具有一定的理论意义和较好的工程实用价值。     

基于微纳光纤的气溶胶探测应用技术

为获得激光装置密闭空间内部气溶胶分布变化情况,提出了一种基于微纳光纤传感的密闭空间气溶胶检测方法。首先通过理论计算微纳光纤表面吸附气溶胶后传输能量的变化情况,得到能量损耗与气溶胶折射率、尺度之间的关系。利用火焰熔融扫描拉锥法拉制微纳光纤,并放置在激光装置中实验验证。实验结果表明:利用直径为1.5μm的微纳光纤可以有效检测密闭空间内直径为1μm和2μm尺度的颗粒污染物,并可以通过微纳光纤的附加损耗评估颗粒污染物的数量及尺寸,得到附加损耗与空间环境洁净度之间的关系,且理论与实验结果符合较好。