太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势, 是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差, 难以支持长距传输问题, 设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质, 通过创新光纤结构中空气孔排布方式, 抵消材料高吸收损耗, 以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数, 实现 6个 OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在 0.2~0.9 THz宽波段内, 实现模式纯度超过 88.9%, 限制损耗小于 10-7 dB/m。通过软件仿真实验设计, 解决了太赫兹与 OAM技术相结合的关键问题, 为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。

本文研究了不同搅拌时间(120、210、300 s)和减水剂加入方式(先掺和后掺)对高性能混凝土(HPC)流变性能、压力泌水率、润滑层特性的影响规律, 并分析了搅拌程序对HPC泵送性能的影响。结果表明: 合理延长搅拌时间和后掺减水剂的方法均增加了HPC的流动性; 高浆骨比增加了HPC达到最佳流动状态所需的搅拌时间; 在一定范围内, 增加搅拌时间降低了HPC的泵送阻力, 但同时也增加了压力泌水率, 降低了泵送过程中HPC的稳定性, 增加了堵管风险; 在不同搅拌程序下, HPC润滑层黏度系数变化和140 s泌水量变化与泵送阻力之间具有较好的相关性, 可作为评价HPC泵送性能的有效指标。

水泥浆体的流变性能不仅与材料本身有关, 还受环境及外部作用影响。本文针对水泥基材料实际工程中存在的主要外部影响因素, 即剪切作用与环境温度, 研究了两者对低水胶比水泥浆流变性能的耦合作用。结果表明: 水泥浆体在剪切过程中的流变行为与所施加的预剪切有关, 水泥浆体的屈服应力随预剪切速率的增大而减小, 剪切增稠的程度随预剪切速率的增大而增大; 温度升高, 水泥颗粒对减水剂的吸附量增加, 浆体在不同剪切速率下的平衡表观黏度减小; 温度和剪切速率对水泥浆平衡表观黏度的影响具有耦合效应, 剪切速率越高, 温度的影响越小, 反之亦然, 并建立了不同温度和剪切速率下平衡表观黏度的数学关系。

对测量激光雷达轴系动摩擦力矩数据波动较大、重复测量精度低等问题开展研究，将基于测试主轴控制系统构建的数据云与GA-BP算法进行融合，提出了激光雷达轴系摩擦力矩检测设备自更新控制算法。以测试主轴的实际转速、理想转速、转速误差和转速误差变化率构建数据云，使用密度及距离信息实现数据的添加和删除，通过GA-BP算法实现在线控制参数的整定。以激光雷达轴系摩擦力矩测量设备测试主轴和被测轴系为研究对象，通过仿真实验证明该方法与使用Z-N-PID算法的控制系统相比，提高了系统抗干扰性。通过激光雷达轴系动摩擦力矩检测设备进行摩擦力矩检测，实验结果表明，所提出的自更新控制算法相比于Z-N-PID算法平均过冲量降低了12.77%，稳定后数据标准差降低了5.00%~40.63%，重复测量误差降低了24.20%~71.66%。

红外图像与可见光图像记录着地物的不同属性信息, 两者融合能够优势互补, 弥补单一数据源信息的不足。然而由于两者成像原理不同, 热红外传感器与可见光传感器对同一场景获取的图像灰度差异较大, 二者图像误匹配多, 融合难度大。本文在分析红外与可见光图像共有特征的基础上, 提出了一种基于 SIFT与 ORB特征检测的匹配方法, 利用 SIFT算子与 ORB算子同时进行特征点检测, 先基于 RANSAC对 SIFT匹配得到的同名点进行筛选, 同时结合最近邻比次近邻算法获取 ORB匹配点, 再利用 SIFT匹配点对 ORB匹配点进行距离和角度的几何约束进一步剔除误匹配, 最终得到特征点分布均匀、可靠度更高的匹配结果, 解决因灰度差异较大产生的匹配效果不佳的问题。利用 4组红外与可见光图像进行实验, 结果表明, 本文算法特征点正确匹配数量相较于 SIFT分别提高了约 3.7倍、 3.2倍、3.6倍、3倍, 大幅地提高了红外与可见光图像的匹配数量, 为两者间的匹配提供了一种有效的方法。

采用溶胶-凝胶法, 以正硅酸乙酯、醋酸铅为先驱体, 将石墨烯纳米片(GNSs)引入二元无机凝胶网络中, 成功制备了Si-Pb二元复合凝胶玻璃。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱、紫外可见吸收光谱和开孔Z-扫描对GNSs/Si-Pb二元复合凝胶玻璃的形貌、结构、线性光学和非线性光限幅性能进行研究。结果表明, 通过先驱体的水解缩聚可将GNSs成功引入到Si-Pb二元凝胶玻璃中, 所得复合凝胶玻璃具有良好的均匀性和高透明性。GNSs在引入Si-Pb二元凝胶玻璃后非线性光限幅性能有所提高且可通过调整GNSs在玻璃中的浓度来优化复合凝胶玻璃的光限幅性能。以上结果为拓展GNSs在非线性光学领域的材料化及器件化提供了实验依据及理论基础。

为了降低多光谱人脸图像中出现的非刚性形变、噪声和离群点等因素对配准结果的准确性和稳健性的影响,提出一种综合考虑特征点的空间几何结构和局部形状特征两方面信息的多光谱人脸图像配准方法。所提方法首先通过基于内部距离的形状上下文描述子来表述点集的局部特征信息,建立可见光和红外图像相似性测度函数。然后利用Student's-T分布混合模型来表示图像特征点集配准过程中变换模型估计问题,并采用期望最大化算法对模型进行求解。仿真数据表明在点集存在非刚性形变、噪声和离群点的情况下,所提方法仍可以实现点集间的精确配准。可见光和红外人脸真实图像数据表明所提方法的平均匹配误差和运算效率都优于对比算法,配准融合后的多光谱人脸图像可以提高后续的人脸检测和识别性能。

对里程计辅助的车载激光捷联惯导系统(SINS)的动基座初始对准问题进行了可观测性分析。首先,考虑里程计刻度系数误差、惯性测量单元零偏、SINS安装误差角等系统误差项建立了系统方程。然后,从系统方程出发,将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解的问题,利用全局可观测性分析方法对系统状态进行了可观测性分析,并给出了一种系统可观测的充分条件。最后,根据可观测性分析结论设计了初始对准算法及在轨激励方式。通过扩展卡尔曼滤波器对里程计辅助的车载激光SINS初始对准进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析结果的正确性。

为选择合适的激光参量与光伏电池参量, 以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率, 通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元, 也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池, 研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中, 在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中, Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W, 能量转换效率从50.9%下降至21.2%; GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W, 能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加, 光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和, 但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降, 所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。