基于相机组网的测量误差传递机理及抑制方法

位移监测是结构健康监测最基础、最常规的任务之一。针对桥梁、隧道等长大线状结构形变监测,基于相机组网的位移传递测量是有效手段,但随着相机测站数量的增加,提点误差、模型简化等因素会导致相机网络的误差传递与累积,从而使得测量方程的病态程度增加,如何有效地抑制相机网络误差累积效应是该方法的关键问题之一。为此,本文对相机组网测量误差传递机理进行了系统分析,并提出一种基于误差系数的位移传递测量误差抑制方法,通过误差系数可以对网络测量误差直接进行表征。根据所构建的理论模型,优先在控制点处布置相机测站,尽可能在相机测站处增加标志点,并尽可能在相机测站间多布设标志点,以优化相机网络构型、提高测量精度,并在大跨度斜拉桥上对误差抑制方法进行了现场验证。结果表明,通过优化网络构型,相机网络的传递误差最高可被抑制79.19%。该研究可为相机组网测量在实际工程特别是长大线状结构形变测量中的应用提供有效的累积误差抑制和网络构型优化手段。     

基于改进U-net的金属工件表面缺陷图像分割方法

针对金属工件表面小尺寸缺陷及受非均匀光照影响的图像缺陷难以分割的问题,提出了一种改进的U-net语义分割网络,实现金属工件表面缺陷图像的精确分割。首先,在U-net网络中融入CBAM(convolutional block attention module)模块来提升图像中缺陷目标的显著度;其次,采用深度超参数化卷积DO-Conv(depthwise over-parameterized convolutional)代替网络中部分传统卷积,增加网络可学习的参数数量;然后,采用Leaky Relu函数代替网络中部分Relu函数,提高模型对负区间的特征提取能力;最后,采用中值滤波及非均匀光照的补偿方法进行图像预处理,减弱非均匀光照对金属工件图像表面缺陷的影响。结果表明:改进后的网络平均交并比、准确率和Dice系数指标分别达到0.833 5、0.933 2、0.867 4,改进的网络显著提升了对金属工件表面缺陷图像的分割效果。     

高效稳定卤化物钙钛矿太阳能电池的进展与挑战（特邀）

近年来,有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、效率高等优点备受关注。问世至今短短十余年间,其光电转化效率已飙升至26%,目前在单异质结光伏电池中排名第三,并且未来仍具有很大的发展潜力。本文依次介绍了杂化钙钛矿材料的结构与性质,以及钙钛矿太阳能电池常见的器件结构演化过程,重点总结了近几年来在利用缺陷钝化策略提高光电转化效率方面取得的最新研究成果,最后阐述了钙钛矿太阳能电池面临的挑战并对其未来商业化前景进行了展望。     

基于深度学习的简化多信道并行光性能监测

提出了一种基于信号光谱和多任务深度神经网络（MT-DNN）的多信道并行光性能监测（OPM）方案,采集多信道光谱图进行预处理来设计幅度直方图（Ahs）,可实现波分复用（WDM）系统多信道调制格式识别（MFI）和光信噪比（OSNR）监测。在建立的3信道WDM相干光通信系统中,对由PDM-4QAM/16QAM/64QAM组合的10种调制格式的3信道信号实现了MFI准确率为100%、OSNR监测的平均绝对误差（MAE）为0.16 dB的精准监测。为进一步研究所提OPM方案的性能以应对复杂的传输环境,提出了迁移学习辅助的多任务深度神经网络（TL-MT-DNN）用于多信道MFI和OSNR并行监测。结果表明,所提方案可移植性较好,还可节省大量样本和训练周期,其MFI准确率仍可达100%,3信道OSNR监测的MAE分别为0.24 dB、0.20 dB和0.19 dB。     

动态监测骨质疏松性微结构退化的超声全波反演方法

研究了基于全波反演(FWI)的骨骼超声层析成像方法,用于动态监测骨质疏松性微结构退化的进程。采用雌性小鼠注射药物建立骨质疏松症模型,在第0, 2, 4, 6周通过Micro-CT扫描活体小鼠,重建获得小鼠股骨骨骼结构。以第0周骨骼结构为基准输入模型,通过不同的超声收发模式(透射、反射及透射-反射双模式),仿真分析了FWI监测不同骨质疏松进程的骨微结构退化的效果。结果表明,初始模型为均匀介质(纯水)时, FWI反演失效,不能准确重建骨骼结构。初始模型中考虑了基准骨骼结构(第0周)时, FWI能准确反演骨骼组织声速(均方根误差(RMSE)<17 m/s,平均相对误差(MRE)<7.2%),精确重建骨骼结构(结构相关系数(CC)> 0.85)),因此可以准确监测不同骨质疏松进程(第2, 4, 6周)的骨微结构退化情况。对比不同超声收发模式,透射-反射双模式FWI监测骨微结构退化的性能优于单一透射或反射FWI监测方法。考虑了基准骨骼模型的FWI可用于动态监测骨微结构退化,对评估骨质疏松进展具有一定意义。     

激光烧蚀硅基表面抗反射微结构的声信号监测

为了提高抗反射硅表面制备的加工质量、缩短研制周期,提出了一种基于时频域处理的面向激光加工过程的声波信号在线监测及分析方法。利用声信号的时频谱图分析了0～30 kHz内的声信号与激光烧蚀形成的表面微结构特征尺寸之间的相关性,具体分析了激光功率及加工次数对微结构深度及声信号各频率幅值变化的影响。以声信号作为输入,基于人工神经网络对加工质量进行预测。实验结果表明：通过监测激光加工时产生的声信号能够明确反映被烧蚀硅表面是否形成周期性微结构,且微结构宽度不同,其对应的声信号频率组成也不同。在微结构宽度固定的情况下,归一化后的声信号特征参数随微结构深度线性变化,且受到激光功率变化的影响忽略不计。以硅基表面5%的反射率作为加工质量分界线,采用人工神经网络对加工质量的预测结果与实际测量结果的准确率可以超过90%。结果表明：声波在线监测可以有效应用于评估表面加工质量,为抗反射硅表面制备过程的实时监测提供了理论依据。     

利用换能器电信号相位特征实时监测高强度聚焦超声治疗中的声空化

高强度聚焦超声(HIFU)激发的声空化可加速靶组织的热消融,但声空化的实时监测是一个亟需解决的问题。利用HIFU换能器驱动电信号的相位差与电阻抗之间的数学模型,建立了HIFU辐照及换能器驱动电信号、声空化信号实时检测实验系统,探究了HIFU辐照离体牛心组织过程中,换能器驱动电信号的相位差与B超影像灰度变化及宽频水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号的变化规律。结果表明:当声空化发生时,换能器驱动电信号相位差的变化与水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号变化具有一致性,通过相位差的变化可实现HIFU辐照靶组织中声空化的实时、精准监测,这为HIFU所致声空化的实时监测提供了一种有应用前景的解决方案。     

MoS2中S原子空位形成的非绝热动力学研究

缺陷是半导体领域中最核心的问题.采用含时密度泛函方法,模拟了S原子脱离MoS₂晶格形成空位缺陷过程中的电子动力学行为,发现该过程中存在显著的非绝热效应.非绝热效应导致S原子需要消耗更多能量以脱离晶格形成空位缺陷.随着S原子的初始动能增大,其脱离晶格形成空位的能量势垒也持续增大,并且在初始动能达到22 eV附近时发生了阶跃式的增长.这是由朗道-齐纳电子跃迁和能级间库仑作用共同导致的.非绝热效应还改变了脱离晶格的S原子上电荷的轨道分布,以及晶格中缺陷附近的电荷分布.此外,还发现该过程中自旋轨道耦合十分重要,必须被考虑.本文阐明了MoS₂中S原子空位的形成机制,尤其是电子非绝热动力学的重要作用,为进一步研究缺陷对材料物理性质的调控提供了理论基础.     

一种直升机光电系统激光照射精度定量评估方法

针对直升机光电系统激光照射精度评估问题,提出一种利用短波红外相机监测激光照射光斑实现计算照射精度的方法。利用合适像元尺寸、波段和灵敏度的红外探测器,合适焦距、视场角的镜头,3m×3m十字靶标和摄像机搭建测试环境,实现机载光电系统激光照射光斑摄像监测与数据记录。根据该监测设备摄取的激光光斑监测视频图像,应用数据处理方法解算出机载光电系统的激光照射精度,并在飞行试验中进行了应用,切实可行。     

飞控FTI系统状态监测与数据分析系统设计与实现

在飞行试验工程中,机载测试系统完成对飞控数据的采集、封装和输出;为了实现基于USB的PCM数据解调及其与计算机之间的数据通信,实现实时的状态监测和数据事后分析处理,设计并实现了基于.NET框架的FCS-FTI系统状态监测与数据分析系统;该系统包括数据实时捕获、状态监测、数据事后处理等模块;测试表明,系统各功能模块运行稳定,能对FCS-FTI进行状态监测并能进行数据事后分析处理,具有高效的实时性和良好的可靠性。