针对存在通信时延时含单一领导者的多无人机系统的编队控制问题, 基于一致性控制理论设计了控制器, 使得系统在一定的通信时延条件下依旧能够使各系统状态趋于一致, 形成期望的编队。首先, 建立系统中各无人机的动力学模型, 做出一些基本假设, 并根据一致性理论设计参数待定的控制器; 其次, 通过变量代换和数学变形, 得到一个新系统, 将原系统的编队控制问题转化为低阶系统的渐近稳定问题; 最后, 设计Lyapunov-Krasovskii函数, 结合线性矩阵不等式推导出了系统达到一致性的充分条件。仿真结果表明, 在满足给出的条件时, 系统能够在时滞条件下形成期望的时变编队。
多无人机系统 编队控制 通信时延 单一领导者 一致性 线性矩阵不等式 multi-UAV system formation control communication delay single-leader consistency linear matrix inequality
1 长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
2 光学国际科技合作基地(光学),吉林 长春 130022
目前,基于激光粉末床熔融(LPBF)增材制造的成形件会不可避免地存在一定程度的气孔缺陷,为探究该缺陷的形成机理,以AlSi10Mg为研究对象,采用离散元法(DEM)和计算流体力学(CFD)对激光增材制造过程中单层和多层成形的熔池流场进行了数值模拟。通过调节激光功率和扫描间距,分析了加工参数对LPBF单道、多道和多层缺陷的影响机制。结果表明:低功率时,熔道易产生球化、扭曲、气孔等缺陷,而高功率时飞溅现象加剧;对于多道成形,扫描间距过大会使搭接区形成气孔缺陷,扫描间距过小将加剧积热效应。对于层间转角为67°、采用棋盘格扫描策略的多层打印,单棋盘格熔道两端的高度不同和道间沟壑是影响铺粉表面粗糙度的主要因素,凹凸不平的铺粉表面会影响铺粉层的厚度均一性,在激光能量不足时导致层间产生气孔,进而影响层间结合质量;适宜的能量输入有助于形成粗糙度小的铺粉平面和足够的熔深,减少层间气孔缺陷。
激光技术 激光粉末床熔融 缺陷 计算流体力学 离散元法 中国激光
2023, 50(20): 2002303
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
非视域成像可对视域外场景进行重建成像。与传统成像不同,其将隐藏场景返回的间接信号导入重建算法实现目标场景重建,在**、生物医学、自动驾驶、航空航天及灾后搜救等领域具有重要的应用价值。总结近年来国内外对非视域成像技术的研究进展,依次介绍3种非视域成像模式,包括基于飞行时间的非视域成像、基于相干信息的非视域成像(含基于散斑图案和空间相干两种方法)、基于强度信息的非视域成像。基于相干信息和强度信息成像模式的硬件参数、重建算法、重建时间和图像分辨率等的特点和存在的局限性,分析并讨论非视域成像的发展趋势。
非视域成像 飞行时间 相干成像 强度成像 散射成像 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1400001
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
完美涡旋光束(POVB)的光斑不随拓扑荷的变化而变化,在微粒操控、光通信、激光材料处理等领域具有广泛应用。POVB的准确识别具有重要的研究意义。提出一种卷积神经网络结合多孔干涉仪的方法来识别0.01阶分数POVB。实验结果表明,在理想环境下,0.01阶分数POVB的识别率达到100%。在扇形遮挡90°和扇形遮挡180°情况下,0.01阶分数POVB的识别率分别达到100%和99.5%。本研究为识别0.01阶分数POVB提供了一种新的方法,对于该光束的应用和推广具有重要意义。
物理光学 卷积神经网络 多孔干涉仪 分数完美涡旋光束 轨道角动量 拓扑荷
1 广州科技职业技术大学信息工程学院,广东 广州 510550
2 岭南师范学院信息工程学院,广东 湛江 524048
针对现有的高斯噪声去除方法的边缘保持能力差、去噪图像对比度低等缺陷,提出一种带边缘增强的双树复小波阈值去噪方法。充分利用双树复小波的平移不变性和多方向选择性等优秀特性,根据高斯噪声的数学模型,由假设推导出一种自适应的双树复小波阈值去噪模型;提出一种多向梯度算子,对由阈值去噪模型得出的去噪图像进行边缘提取;最后对边缘图像与去噪图像进行线性有参叠加,得到边缘增强的去噪图像。实验结果证明,所提方法具有良好的去噪性能、边缘保持能力和快速的计算效率。
图像去噪 双树复小波 阈值去噪 边缘增强 多向梯度算子 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0415001
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
复杂环境中漂移扰动和不透明障碍物破坏光振幅和光相位,给拓扑荷数(TC)精准测量带来挑战。分析了两种均匀离轴的多中心涡旋光束和一种随机离轴的漂移涡旋光束经扇形不透明障碍物(SSOO)后的传输情况,提出一种利用单柱透镜测量漂移涡旋光束TC的方法。对比光强法、傅里叶变换法以及相位法在极端条件下对漂移涡旋光束TC测量的结果,发现在以上3种方法失效时,所提方法仍可对输入光束的TC值大小及符号作出准确判断。这种抗光束漂移和抗遮挡的TC测量法对基于涡旋光的光通信和光加密具有重要应用价值。
物理光学 涡旋光束 轨道角动量 光束漂移 障碍物 拓扑荷探测
1 黑龙江省黑土保护利用研究院, 黑龙江 哈尔滨 150086
2 黑龙江八一农垦大学农学院, 黑龙江 大庆 163319
3 黑龙江省绥滨农场, 黑龙江 绥滨 154213
4 黑龙江省农业科学院乡村振兴研究所, 黑龙江 哈尔滨 150086
为了提高坡耕地的秸秆还田效率, 增加土壤有机质, 探索一种适于坡耕地的基于种养结合的保护性耕作方式。 采用田间小区试验, 研究了秸秆覆盖轮耕技术(包括当季秸秆覆盖+休闲、 上季秸秆覆盖+旋耕)与常规耕作(秸秆移除后旋耕)对土壤水溶性有机碳(WSOC)荧光特征及团聚体有机碳的影响。 结果表明: 砂质暗棕壤坡耕地秸秆覆盖旋耕(SRT)、 秸秆覆盖休闲(SFT)与秸秆不还田的常规耕作(CRT)处理土壤WSOC均解析出C1, C2, C3和C4等4组荧光组分, 主要为紫外光区与可见光区类富里酸(Peak A 和Peak C)、 类胡敏酸(F)和短波类色氨酸(类蛋白B、 D峰)等成分。 秸秆覆盖旋耕处理提高了类富里酸(Peak A和Peak C)和类蛋白组分C4含量, C1和C2组分较覆盖休闲和常规耕作分别提高112.73%, 109.35%和107.77%, 66.07%, C4组分较SFT与CRT处理提高28.26%和42.31%, 差异显著, 而常规耕作处理来自于自生源腐殖质组分的胡敏酸C3含量增加, 较覆盖旋耕和覆盖休闲处理分别增加16.76%和49.74%; 0~20 cm耕层土壤团聚体有机物主要分布在<0.053 mm的矿物质结合态(MOM)中, 平均占比为63.90%, 其次为0.25~0.053 mm细颗粒态有机物(oPOM), 占比为23.8%, 粗颗粒态有机物(>0.25 mm)中含量最低, 仅为11.2%; 与秸秆不还田比较, 坡耕地秸秆覆盖还田增加了植物来源的新鲜有机质的形成, 表现为>0.053 mm的闭蓄态有机碳(oPOC)含量的增加, 以覆盖旋耕处理oPOC增加较大, 而秸秆不还田的CRT处理增加了MOM占比; 覆盖旋耕处理FI和HIX值增大, 土壤腐殖质积累趋势增强, 为低山丘陵区坡耕地实施秸秆覆盖还田的保护性耕作技术提供了科学依据。
坡耕地 秸秆覆盖 轮耕 荧光特征 Sloping farmland Straw mulch Rotation WSOC WSOC Fluorescence characteristics 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3872
1 长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
2 光学国际科技合作基地(光学),吉林 长春 130022
在激光选区熔化(SLM)过程中,为了让零件拥有更好的成形质量,一般采用小层厚来进行打印,然而这会导致生产效率降低,不利于商业应用。为了解决激光选区熔化好的成形质量与高的生产效率相互矛盾的问题,通过优化工艺参数制备了不同铺粉厚度条件下的316L不锈钢试件。研究了不同铺粉厚度条件下工艺参数对致密度、粗糙度、力学性能和显微组织等的影响规律。对比三种铺粉厚度(30 μm、45 μm、60 μm)的成形情况可以发现:在优化后的工艺窗口条件下,铺粉厚度对SLM试样致密度的影响较小,不同铺粉厚度下致密度均能达到99.90%以上,且显微组织均未见明显缺陷。铺粉厚度主要影响试样的尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。随着铺粉厚度的增加,尺寸精度和粗糙度不断下降,抗拉强度逐渐提高,60 μm铺粉厚度较30 μm铺粉厚度成形效率提高了35.71%。
材料 316L不锈钢 选区激光熔化 成形效率 成形质量 层厚 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2116002
针对发光二极管(light-emitting diode,LED)光源颜色和光通量精准调控难度高,在生产应用中,调控操作需在电脑等设备上进行的问题,基于格拉斯曼颜色混合定律,结合脉宽调制(pulse width modulation,PWM)调控LED的特性,建立表示PWM与LED照度关系的数学模型,以STM 32微控制器为核心设计了三基色LED调光调色系统。对系统分别进行单色、双色和3色的混光照度实验,数字照度计的测量值与光照数学模型的理论值对比结果表明,该系统在0~370 lx区间内系统的光源照度误差≤4%,合成光色共16 777 216种,且对光源颜色和光通量的调控操作可直接在系统上完成,无需接入其他设备,减少了操作流程,满足工业视觉检测、农作物补光照明和文化旅游对光源颜色和照度的需求。