1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
【目的】为了应对不断增长的超千兆需求，从千兆走向万兆，从第五代固定网络（F5G）走向高级第五代固定网络（F5.5G），50 Gbit/s无源光网络（PON）被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况，对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。
【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难，并提出了解决方案。方案中，50 Gbit/s的非归零（NRZ）信号通过雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）探测器，在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流，该电流通过跨阻放大器（TIA）放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理，采用光数字信号处理（oDSP）芯片的前馈均衡器（FFE）和判决反馈均衡器（DFE）对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后，再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术，并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。
【结果】两组实验测试结果显示，第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码，接收光功率为－8.48 dBm，当误码率（BER）为2.78e－2时，接收光功率达－26.61 dBm；在使用50 Gbit/s APD的情况下，4 min内接收信号无误码时，接收光功率为－8.97 dBm。当BER为2.78e－2时，接收光功率达到－27.05 dBm，第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。
【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高，性能更好，更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。
50 Gbit/s无源光网络 雪崩光电二极管 光数字信号处理 跨阻放大器 高性能接收 50 Gbit/s PON APD oDSP TIA high sensitivity reception 光通信研究
2024, 50(1): 23015001
中国空间技术研究院西安分院, 陕西西安 710000
介绍了无源互调(PIM)产生的机理和控制方法, 重点研究了高通量卫星多波束天线馈电系统 PIM控制技术, 通过采用馈电系统高隔离度优化设计、馈源单元法兰面扼流槽设计、馈源阵安装板 PIM源控制设计、Ka频段 PIM试验系统低 PIM设计等手段, 将某 Ka频段多波束天线馈电单元的 7阶 PIM性能控制在高低温(-60~+100 ℃)环境下≤-135 dBm, 馈源阵 7阶 PIM性能控制在常温状态下≤-140 dBm。产品的实际应用验证了所述 PIM控制技术的有效性, 在工程问题中起到指导作用。
PIM控制 高通量卫星 Ka频段多波束天线 馈电系统 PIM control high throughput satellite Ka-band multibeam antenna feed chain 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 850
1 吉林大学生物与农业工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林大学公共卫生学院, 吉林 长春 130021
斑病害在全球玉米产区均有爆发, 严重影响玉米产量与品质, 是一种常见的叶类疾病。 荧光光谱技术能够快速、 无损、 准确地反映作物生理信息, 动态检测其逆境响应规律。 以玉米为研究对象, 基于荧光光谱和生理参数（SPAD和Fv/Fm）融合分析, 探究玉米生理参数对不同程度斑病害的响应规律, 构建荧光光谱反演模型。 首先, 利用相关分析与峰值分析筛选荧光光谱的敏感波段, 采用多元散射校正（MSC）、 标准正态变量变换（SNV）、 多项式平滑（S-G）、 FD光谱一阶导数、 SD光谱二阶导数等5种预处理及MSC-SG-FD, MSC-FD-SG, SNV-SG-FD, SNV-SG-SD等4种建模组合方法, 以相关系数R2和均方根误差RMSE为模型效果评价指标, 确定荧光光谱反演生理参数模型的最优方法。 结果表明: 不同斑病害程度下荧光光谱特性的整体变化趋势一致, 但强度差异显著, 在波段600.000～800.000 nm内, 光谱反射率会出现明显的峰中心, 达到极值。 在波段900.000 nm之后, 反射率趋于平稳, 特征明显减少。 对于潜伏期叶片, SPAD与Fv/Fm的建模最优方法均为SNV-SG-FD, Rc为0.985 2和0.976 8, RMSEC为1.59和2.85。 对于早期发病叶片, SPAD的建模最优方法为SNV-SG-FD, Rc为0.949 7, RMSEC为3.79, Fv/Fm的建模最优方法为SNV-SG-SD, Rc为0.943 8, RMSEC为0.011 7。 模型预测性精度较高, 能够实现对早期斑病害玉米叶片SPAD和Fv/Fm的精准预测, 为玉米斑病害潜伏期与病害早期的生理信息监测提供参考依据。 研究结果可应用于大田作业, 提升田间精细化、 智能化管理水平, 为玉米高产、 优质、 优生提供理论依据与技术支撑。
玉米斑病害 荧光光谱 生理参数 建模方法 病害胁迫 Maize spot disease Fluorescence spectroscopy Physiological parameters Modeling methods Disease stress 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3710
1 北京跟踪与通信技术研究所，北京00094
2 西安工业大学，陕西西安71001
3 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西西安710119
高光谱目标检测中背景信息的统计往往受到目标信息的干扰，而高光谱图像中存在的大量混合像元会进一步加深这一干扰。为了准确统计背景信息、显著降低目标像元对背景统计信息的干扰，提出了一种利用光谱解混合的目标检测算法，通过光谱解混合和目标相似性判断，获取目标端元对应丰度系数，并与光谱夹角系数相结合生成合理的背景加权系数，进行加权约束最小能量算子（CEM）目标检测，从而有效提高混合像元的背景信息统计准确度；利用目标端元对应丰度系数和光谱夹角系数生成初步的目标检测结果，与加权CEM目标检测结果相融合进行进一步优化，有效提高算法稳定性，同时再次提高目标检测精度。实验结果表明：对于模拟高光谱图像和真实高光谱图像，本文算法均得到了较好的目标检测效果，算法稳定性较强，且有效提高了目标检测精度，相比传统CEM算法、基于光谱角的加权CEM算法、归一化丰度系数作为目标结果，AUC值分别平均提高了0.071 2，0.031 2和0.015 0，在高光谱应用中具有较强的实用性。
高光谱图像 目标检测 光谱解混合 丰度 光谱角 hyperspectral image target detection hyperspectral unmixing abundance spectral angle 光学 精密工程
2023, 31(21): 3156
1 江苏省建筑科学研究院有限公司,高性能土木工程材料国家重点实验室，南京 211103
2 江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 211108
3 中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043
构建低真空运行环境以减小空气阻力和噪声的真空管道磁悬浮高速列车系统，是高速轨道交通技术发展的重要方向。混凝土作为水泥基材料的重要代表，是真空磁悬浮管线方案中的重要备选结构材料，需应对真空服役环境的新挑战。本文总结了中/高度真空环境对硬化水泥浆体水化产物特征峰的影响，中/高度真空环境对水泥基材料水分传输、收缩变形和孔结构的影响，以及中/高度真空环境下水泥基材料力学性能变化规律。最后对水泥基材料在真空环境下的应用方向进行了讨论与展望，以期为开发适用于真空环境的高性能水泥基材料提供借鉴与参考。
水泥基材料 真空 水化产物 孔结构 力学性能 cement-based material vacuum hydration product pore structure mechanical property
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 中国电子科技集团第十一研究所，北京 100015
3 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
针对数字光处理（DLP）投影仪投影速度低从而限制结构光三维测量速度的问题，采用具有兆赫兹量级切换速度的LED阵列作为投影光源，提出一种基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法。具体地，使用高速LED阵列投影二值条纹图案，通过对投影系统的镜头进行轻微离焦从而在被测三维物体表面获得正弦条纹，然后结合相移法和多频外差法对物体三维高度进行解算重建。使用所提实验系统在21000 frame/s的投影速度下对旋转速度为3000 r/min的阶梯物体进行三维测量，系统对动态物体的测量速度达到6000 Hz，测量精度达到0.1 mm，实现了对高速运动物体的三维形貌重建，同时展现出高速LED阵列作为投影光源提升三维测量速度至兆赫兹量级的可行性。
成像系统 三维测量 高速LED 结构光 离焦投影 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811015
吉林大学生物与农业工程学院, 吉林 长春 130022
用光谱信息精准、 高效地检测水稻叶片叶绿素含量, 对诊断和优化水稻叶片氮素营养、 开发和优化稻田氮素追肥系统、 监测和评价水稻病虫害具有重要的实际意义。 针对单纯采用机器学习模型反演水稻叶片叶绿素含量模型精确性和稳定性差的问题, 以粳稻吉粳88为研究对象, 通过网格试验获得分蘖期等关键生育期的叶片表型高光谱数据和相对叶绿素含量。 选取核极限学习机(KELM)为基础建模模型, 提出了一种先依据基础KELM建模效果选择预处理方法后, 再利用仿生优化算法对所选预处理组合所对应的KELM模型的训练过程进行优化的新思路, 以提高模型预测精度。 首先, 对光谱数据的各类预处理方法展开研究, 通过对4类预处理方法进行全排列组合共得到72种预处理组合。 利用连续投影算法(SPA)选择特征波段输入KELM模型以筛选较优预处理组合。 依据建模效果, 预处理组合CWT+MMS, CWT+MSC+SG+SS和CWT+SS所对应KELM的测试集决定系数(R2p)较高, 分别为0.850, 0.835和0.828。 其次, 为使KELM模型在保证稳定性和泛化性的前提下性能达到最优, 引入哈里斯鹰优化算法(HHO), 通过模拟鹰群在捕食时的合作行为和追逐策略, 自动最优调节上述三种KELM模型参数, 使得HHO-KELM模型R2p分别为0.957, 0.867和0.858, 模型精度得到有效提升, 最高提升10.7%。 通过研究, 证明了HHO算法优化机器学习模型反演水稻叶片叶绿素含量的可行性, 为东北粳稻叶绿素含量的测定和评估提供了有力的参考和借鉴。
哈里斯鹰优化算法 核极限学习机 高光谱 叶绿素含量 Harris Hawk optimization algorithm Nuclear limit learning machine Hyperspectral Chlorophyll content
吉林大学生物与农业工程学院, 吉林 长春 130022
利用高光谱反射率光谱的特征波段构建光谱指数, 建立叶绿素含量反演模型是实现水稻生产精准调控和科学管理的必要手段之一。 为了建立适用于拔节孕穗期水稻叶片叶绿素相对含量(SPAD)的高光谱反演模型, 分别获取了拔节孕穗期水稻叶片的高光谱和SPAD数据, 利用小波分析法对原始光谱反射率曲线进行降噪处理, 并对基于积分运算的光谱指数NAOC进行简化, 获得了基于双波段简化运算的优化光谱指数。 利用相关分析法计算由原始反射率光谱R和数学变换光谱LgR、 1/R和构建的优化光谱和变换光谱指数与水稻叶片SPAD的相关系数, 获得了以积分限(a, b)为横、 纵坐标的相关系数二维矩阵, 并绘制相关性等势图, 得到相关系数最高的3个波段组合: R(641, 790)(0.872 6), (653, 767)(0.871 7)和R(644, 774)(0.871 6), 计算出20个原始样本中3个积分波段组合所对应的60个优化光谱指数值, 按照2:1的比例划分为建模集和验证集, 建立了三种水稻叶片SPAD反演模型: 偏最小二乘回归(PLSR)、 支持向量机(SVM)和BP神经网络模型。 结果显示: 利用优化光谱和变换光谱指数建立的3种水稻叶片SPAD反演模型决定系数R2均大于0.79, 归一化均方根误差NRMSE则小于5.4%。 其中BP神经网络相对于其他两种模型具有较高的拟合度, 预测精度也相对较高, 建模集R2=0.842 6, NRMSE=5.152 7%; 验证集R2=0.857, NRMSE=4.829 9%。 总体来看, 基于双波段简化运算后的优化光谱和变换光谱指数建立拔节孕穗期水稻叶片SPAD反演模型是可行的; 对比分析3种模型反演结果发现, BP神经网络对水稻叶片SPAD的反演效果较好。 该工作对提高拔节孕穗期水稻精准调控技术和建立水稻生产的科学管理体系具有一定的参考价值。
水稻 优化光谱指数 高光谱 BP神经网络 Rice SPAD Optimized spectral index Hyperspectral BP neural network SPAD 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1092
