大连理工大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116024
针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列（FPGA）和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管（APD）的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控（OOK）信号和正交幅度调制（QAM）信号（16QAM信号）的12 m水下信道实时传输，二者的误码率（BER）分别为2.467×10-4和3.467×10-3。此外，该系统还实现了22 Mbps的非归零（NRZ）-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输（总长度为42 m），BER为3.619×10-4。最后，实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。
水下无线光通信 现场可编程门阵列 LED阵列 高阶调制 小型化光端机
1 西安理工大学 计算机科学与工程学院，陕西西安70048
2 陕西省网络计算与安全技术重点实验室，陕西西安710048
基于智能机器人代替人到各种复杂环境完成探测、防疫等大量应用的需求，场景的识别引起了研究者的广泛关注。场景识别的目的是通过提取和分析场景中的特征，获得场景的高层语义信息，从而推理出所处的具体位置，它是同步定位与建图系统（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）、自动驾驶、机器人导航、闭环检测的基础。三维扫描技术的快速发展使得人们能够利用各种扫描仪快速获取各类场景的点云数据。不论扫描时间、光照环境如何变化，点云场景所获取的几何信息都具有较好的不变性，因此，基于点云的场景识别成为计算机视觉领域的研究热点。本文首先对近年来面向点云数据的场景识别方法进行了归纳和总结；然后介绍用于场景识别的大规模室内/室外场景的数据集，以及用于算法评测的评价指标，同时总结了各类算法的识别率。最后指出面向点云的场景识别中所面临的问题和挑战，对未来的研究趋势进行展望。研究结果有助于相关领域学者快速全面地了解基于点云数据场景识别的研究现状，为进一步提升场景识别精度奠定基础。
点云 场景识别 特征描述符 深度学习 注意力机制 图卷积 point cloud scene recognition feature descriptor deep learning attention mechanism graph convolution 光学 精密工程
2022, 30(16): 1988
1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
光学频率梳是由一系列离散且等间隔分布的频率成分所组成的光谱结构，作为光谱分析的天然刻度尺，其已广泛应用于光谱学、精密测量、光通信、传感等多个领域。光学频率梳根据其产生技术可分为基于锁模激光器的光学频率梳、克尔微腔光学频率梳、电光频率梳。电光频率梳由于其频率间隔可调、梳齿功率较高、可实现微波到光波的转换等优势，得到了充分发展。但传统电光频率梳的产生器件存在体积大、功耗高的缺点，限制了其进一步应用。随着微纳加工技术的不断发展，越来越多的材料应用于片上集成光学器件，包括硅、氮化硅、氮化铝、磷化铟、铌酸锂、砷化铝镓等。集成电光频率梳器件具有体积小、功耗低等优势，是构建光电集成芯片的重要器件。文中旨在对集成电光频率梳的研究现状进行综述，首先介绍光学频率梳的类型，并详细论述电光频率梳的产生机制；其次介绍产生集成电光频率梳的材料平台、相应的光梳性能指标及其应用；最后基于目前集成电光频率梳领域存在的问题，对未来的研究趋势做出展望。
光学频率梳 电光调制 集成光学 optical frequency comb electro-optic modulation integrated optics 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220381
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210420
1 西安理工大学计算机科学与工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西省网络计算与安全技术重点实验室，陕西 西安 710048
目前已有的基于深度学习的点云分割方法比较关注点云全局或局部特征的提取，忽略了点云的形状信息及点间语义特征的提取。针对已有方法的不足，提出一种基于空间注意力机制的多特征融合动态图卷积神经网络。首先，在提取点云局部边缘几何特征的基础上，将点云的低维几何特征映射到高维特征空间，以获取点云丰富的形状信息，并利用多层感知机提取点的全局高维特征。然后，引入一种空间注意力机制，提取点间的语义特征。最后，将几何形状特征与高层语义特征进行有效的融合，丰富点云的全局、局部特征表征。在多个公开数据集上对所提网络模型进行了实验，实验结果表明，所提网络模型在目标分类、部件分割、语义分割任务中，均取得了较好的性能。
遥感 动态图卷积 形状特征 空间注意力 多特征融合 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0828004
重庆理工大学电气与电子工程学院，重庆 400054
针对自由空间光通信链路性能易受大气湍流影响的问题，构造了一种适用于自由空间光通信的多输入多输出（MIMO）极化编码方法。基于通用偏序法、极化编码、调制及MIMO技术联合优化快速构造极化码，并在大气湍流信道下进行仿真分析。实验结果表明，在不同构造方法及编码方案下，MIMO极化编码方法能在保持低复杂度的同时使系统获得更好的性能。在强湍流条件且误码率为10-4时，相比Monte Carlo方法，偏序法的编码增益约为0.2 dB，且离线构造的计算复杂度可忽略不计；强弱湍流条件下，相比单输入单输出（SISO）-polar方式，MIMO（2×2）-polar方式的编码增益约为1.1~1.6 dB，具有明显的分集优势。
光通信 极化编码 多输入多输出 偏序法 大气湍流信道 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1906004
重庆理工大学 电气与电子工程学院，重庆 400054
针对自由空间光通信中存在的大气湍流降低通信系统误码性能的问题，提出了基于松弛极化码的分段式极化码-循环冗余校验-串行抵消列表(PC-CRC-SCL)译码方法，并将其用于自由空间光通信系统中，在大气弱湍流强度下进行了仿真分析。仿真结果表明：与完全极化码的分段式CRC-SCL译码方法相比，在误码率为10-4时，基于松弛极化码的分段式PC-CRC-SCL译码方法获得0.3 dB的编码增益，且编译码的复杂度降低10%~20%，对自由空间光通信系统误码性能有明显的改善。
自由空间光通信 松弛极化码 串行抵消列表译码 奇偶校验码 循环冗余码 free space optical communication relaxed polarization code serial cancellation list decoding parity check code cyclic redundancy code
重庆理工大学电气与电子工程学院, 重庆 400054
针对自由空间光通信下大气湍流引起极化码译码中错误比特难以定位的问题,提出一种自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法。首先将极化码串行抵消(SC)译码的对数似然比(LLR)信息序列进行one-hot预编码处理,在不同训练步长下,分析与学习极化码对数似然比信息序列的特征,综合考虑神经预测模型的均方根误差和计算复杂度,选取合适的训练步长,在提升预测结果精确度的基础上,进一步消除预测结果过拟合的现象。通过长短时记忆(LSTM)神经网络模型定位SC译码的第一个错误位时,按错误概率大小排序,依次进行SC译码算法的单比特或多比特翻转。仿真结果表明,在不同的大气弱湍流强度下,自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法在以牺牲少量计算资源为前提的情况下能更好地识别最优翻转位,降低计算复杂度,同时获得更好的误码率性能。当误码率为10 -4时,LSTM-SCFlips译码方法最优翻转位的正确识别率被提高7个百分点,且产生了0.3 dB~1.2 dB的编码增益。
光通信 长短期记忆人工神经网络 极化码 串行抵消译码算法 比特翻转 弱湍流信道 光学学报
2021, 41(14): 1406004
1 东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096
2 东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
3 东南大学深圳研究院, 广东 深圳 518063
针对传统双频法无法满足高精度测量要求的问题,提出了一种基于区域量化算法的增强型双频解相位方法。该方法首先通过双频法获得不稳定的条纹阶次,然后通过区域灰阶图对条纹阶次进行区域划分,再对每个区域中全部像素点对应的条纹阶次进行排序并取中位值,最后将取得的中位值赋值给该区域所有的像素点对应的条纹阶次。经过量化后的条纹阶次是唯一稳定的,因此该方法能够获得精确的绝对相位。仿真和实验结果证明了所提方法的可行性。与传统双频法和三频法相比,所提方法在达到双频法测量速度的同时,能够达到三频法测量的精度。
测量 相位解包裹 双频法 区域量化 条纹阶次 光学学报
2021, 41(12): 1212003
