1 南京理工大学理学院，江苏 南京 210094
2 中国商飞上海飞机制造有限公司，上海 201324
通过测量板状材料中Lamb波的频散曲线可以反演出材料的特性参数，因而这种方法在材料表征、评价和无损检测等领域具有广阔的应用前景。基于移动激光源法测量了薄板中Lamb波的频散曲线，通过高速转镜使聚焦的激光线源在样品表面以与相应Lamb波模式匹配的速度移动，当激光移动速度与Lamb波相速度一致时，可以以较高的效率激发出此Lamb波模式。通过改变转镜的转速，即改变激光线源的移动速度，记录不同移动速度下所激发的Lamb波频谱，可以得到Lamb波的频散曲线。在此基础上，结合粒子群优化算法反演了铝板以及聚苯乙烯板中的纵波波速与横波波速。在仿真中，开展了不同模式和频厚积处频散特性对材料参数的敏感度分析，并比较了不同噪声水平下以及不同模态频散数据选取所对应的拟合效果，讨论了2500~4000 m/s相速度区间基于频散曲线的反演敏感度问题。最终基于移动激光源实验中所提取的铝板中Lamb波的频散数据进行参数反演，结果显示，纵波声速和横波声速的反演误差均小于1.5%，证明了该方案的有效性。
测量 激光超声 参数反演 移动连续激光源 粒子群优化算法
民航自助行李托运系统需自动检测行李加装托盘的情况。针对已装载行李的遮挡托盘目标检测问题，提出一种基于多层骨架模型的行李托盘快速检测算法。为准确描述托盘特征，通过空托盘的三维点云模型，构建托盘的边框骨架模型与平面点线模型。在线检测时，首先，采用设计的带状特征描述和提取方法，抓取托盘边框点云，并采用提出的点线引力势能自适应迭代算法，实现平面点线模型的快速粗配准，完成托盘判别。然后，在粗配准的位姿约束下，采用基于随机采样一致性的点云迭代最近点配准，实现边框骨架模型和点云模型的精确配准，得到托盘的精确位姿。大量实际行李托盘检测的对比试验验证了算法的有效性，在托盘遮挡70%以内时，仍可保持94%的正确率，检测速度超过典型算法的6倍以上。
图像处理 三维目标检测 行李托盘 骨架模型 点云配准 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437004
1 西安交通大学, 电子物理于器件教育部重点实验室, 西安 710049
2 西安交通大学电子与信息学部, 宽禁带半导体与量子器件研究所, 西安 710049
相较于传统的硅材料, 宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件, 被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性, 更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小, 且价格昂贵, 极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索, 异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。本综述从金刚石异质外延的衬底选择、生长机理以及质量改善等方面对近些年来异质外延单晶金刚石的发展进行详细介绍。进一步地, 对基于异质外延单晶金刚石的场效应晶体管和二极管的研究进行了总结, 说明了异质外延单晶金刚石在电子器件领域的巨大潜力。最后总结了异质外延单晶金刚石仍需面对的挑战, 展望了其在未来的应用与发展前景。
单晶金刚石 异质外延生长 宽禁带半导体 半导体器件 场效应晶体管 二极管 single-crystal diamond heteroepitaxial growth wide-band gap semiconductor semiconductor device field-effect transistor diode
1 长春理工大学物理学院, 长春 130022
2 吉林工程技术师范学院信息工程学院, 长春 130052
针对东北地区多个品种大豆的分类鉴别需求, 本文采用理论计算与实验分析相结合的研究方法, 开展对6个品种大豆的分类鉴别。油酸和亚油酸是大豆的重要构成成分, 首先以密度泛函理论为基础, 构建油酸和亚油酸分子空间结构, 并利用B3LYP/6-31+G(d,p)基组优化并计算其理论拉曼光谱。再通过实验获取油酸、亚油酸分析纯和6个品种大豆的拉曼光谱, 并将所得理论拉曼光谱与实验拉曼光谱做出比对, 发现各品种大豆均在1281、1445、1662和2904 cm-1处有较强拉曼峰。最后以此四个拉曼峰作为特征峰, 运用主成分分析法(PCA)和线性判别分析法(LDA)对不同品种大豆做可视化分类, 分类正确率达到90%。研究结果表明, 密度泛函理论结合拉曼光谱法能够开展对大豆品种的有效分类, 对智慧农业的发展提供了一定借鉴意义。
密度泛函 拉曼光谱 主成分分析 线性判别分析 density functional raman spectroscopy principal component analysis linear discriminant analysis
1 中国科学院国家空间科学中心,北京 100049
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院空间环境态势感知重点实验室,北京100190
通过气辉成像仪对电离层气辉进行探测, 能够反映电离层中电子总含量、 等离子体泡分布等特性, 是有效的电离层探测方式之一。 电离层的原子分子在白天吸收太阳辐射激发到较高能态, 在夜间以气辉的形式将能量辐射出去, 辐射强度与所参与反应的电离层成分密度等密切相关, 因此气辉是用来观测电离层很好的示踪物。 天基气辉成像方法具有全球范围观测的巨大优势, 为了推动天基成像仪的设计研制和参数优化, 丰富和扩展电离层探测手段, 需要对全球气辉强度进行成像仿真分析。 该研究主要工作: (1)分析了电离层夜间630 nm光化反应过程, 设计了一种气辉成像仿真分析方法, 该方法对630 nm辐射强度进行计算, 分别获得了太阳活动高年和低年内四个不同季节的气辉单光谱信号源强度分布, 为设定探测指标提供理论依据; (2)开展了630 nm气辉天底成像仿真研究, 包括成像链路分析、 信噪比分析, 并使用一个时间延时积分成像的典型成像仪参数, 开展结合卫星运行轨道的扫描成像仿真。 本文主要结论: (1)夜间630 nm单光谱气辉强度与日间太阳辐射强度关系密切, 太阳活动高年夜半球平均辐射强度为115 Rayleigh, 太阳活动低年夜半球平均辐射强度为50 Rayleigh, 辐射大小和分布符合卫星载荷GLO-1和国际空间站IMAP任务的实际观测结果; (2)典型参数成像仪天底观测幅宽达到245 km, 气辉水平分辨率达到1 km, 对强度大于50 Rayleigh气辉成像的信噪比优于10, 在太阳活动高年能够清晰观测电离层气辉全球尺度结构, 在太阳活动低年能够观测低纬地区电离层气辉结构。 该研究结果可为天基电离层气辉成像探测提供理论依据, 也可为其他辐射波段的气辉观测和成像仪参数设计优化提供参考。
天基成像仪 电离层 气辉 成像仿真 Space borne imager Ionosphere Airglow Imaging simulation
1 河北大学 电子信息工程学院
2 河北大学 建筑工程学院
3 河北大学 物理科学与技术学院, 保定 071002
为了研究混合相异质结对光催化的改性机理, 以五水硝酸铋、六水硝酸钕、偏钒酸钠为原料, 浓硝酸、氢氧化钠为调和剂, 水热合成不同浓度钕掺杂钒酸铋样品。X射线衍射和拉曼峰位分析发现, 钒酸铋呈现钕浓度依赖的单斜到四方相转变。采用扫描电子显微镜表征发现, 这种相变给样品形貌带来巨大变化。小于1at%钕掺杂单斜钒酸铋由不规则颗粒堆积而成, 大于7at%钕掺杂四方相由类似球状或凹槽表面果仁状构成, 而中间混合相由微米长方体棒状组成。规则形貌导致所有掺杂样品光催化降解罗丹明B效率高于无掺杂样品。高分辨透射电子显微镜和莫特-肖特基测试发现, 混合相中形成交错能带异质结, 进一步促进光生电-子空穴对分离并抑制其复合, 使得4at%钕掺杂样品具有99.4%降解效率。
钒酸铋 交错能带 形貌 光催化降解 BiVO4 staggered energy band morphology photocatalytic degradation
1 天津工业大学纺织学院, 天津 300387
2 先进纺织复合材料重点实验室, 天津工业大学, 天津 300387
为了实现对经过污水处理后的染整废水化学需氧量(COD)的在线监测, 同时为了克服国标标准法和快速分光光度法快速在线检测COD的诸多不足, 进行了紫外可见光谱结合多元分析方法检测混合染液COD的研究。 研究样本为自行配制的混合染液, 通过自主研发的紫外可见光纤传感检测系统检测混合染液的紫外可见光谱。 该检测系统可实现对较高浓度溶液在线原位检测, 而无取样、 稀释过程。 通过标准化(z-score)、 平滑(smoothing)、 一阶导数(1st derivation)等方法对原始光谱进行预处理并结合主成分回归(PCR)、 偏最小二乘回归法(PLS)等对混合染液建立吸光度-COD的回归预测模型, 并利用该回归模型预测预测集COD值。 实验结果表明, 针对混合染料溶液样本, 在PCR算法中, 采用3种光谱预处理方法, 其中标准化法得到的PCR回归模型预测精度最高, 决定系数R2=0961, 预测均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)=218。 进一步研究发现, 使用标准化法预处理结合PLS算法得到PLS回归模型预测精度(R2=0974, RMSEP=196)高于PCR模型。 说明针对该样本, 利用标准化法进行光谱预处理后, 再建立PLS回归模型, 能够比较快速准确地进行混合染液COD预测。 同时也说明该自行研制的检测系统能够适用在线检测染液COD。 该研究可以为进一步实现在线原位检测染整废水COD以及其他水质参数奠定基础。
化学需氧量 紫外可见光谱 染整废水 偏最小二乘法 主成分回归 Chemical oxygen demand UV-Vis spectroscopy Dyeing wastewater Partial least squares Principal component regression 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2105
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
为降低双目立体匹配算法在视差不连续区域和噪声干扰情况下的误匹配率，提出了一种基于改进Census变换和动态规划的立体匹配算法。采用支持区域为十字交叉形状窗口且设有噪声容限的改进Census 变换进行代价计算，提高了单像素匹配代价的可靠性；利用引导图滤波器快速有效地完成代价聚合；在视差选择阶段，设计了一种改进的动态规划算法，消除了扫描线效应，提高了匹配速度和正确率；经过视差后处理得到最终视差图。实验结果表明，该算法在Middlebury测试平台上的平均误匹配率为5.31%，在低纹理区域和视差不连续区域均能得到准确的视差，运算复杂度低且具有较好的稳健性。
机器视觉 立体匹配 Census变换 动态规划 引导图滤波 视差
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室电子工程学院，安徽 合肥 230037
2 电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
面向远距离目标微多普勒效应的探测，建立了本振光功率变化对激光平衡外差探测回波信噪比影响的数学模型，并进行了仿真分析。通过搭建的1 550 nm激光平衡外差探测实验平台测试了由于本振功率变化对于目标微多普勒特征提取效果的影响。研究结果表明，对于平衡外差探测，由于两光电探测器量子效率不可能完全匹配，考虑到散粒噪声、热噪声和本振相对强度噪声的影响，将存在一个最佳本振功率值使探测信噪比达到最大。当选取该本振功率进行探测时，获得的目标微多普勒特征可读性更强，提取误差更小。
探测器 微多普勒效应 平衡外差探测 本振功率 激光雷达 detectors micro-Doppler effect balanced heterodyne detection LO power Lidar 红外与激光工程
2015, 44(10): 2933
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室 电子工程学院 ，安徽 合肥 230037
2 电子工程学院安徽省电子制约技术重点实验室，安徽 合肥 230037
激光雷达由于其极高的探测灵敏度，使其在探测过程中具有明显的微多普勒效应。目前，对直升机旋翼微多普勒的研究大部分是在直升机处于悬停状态的基础上，但是在实际情况中直升机是在做各种运动。利用PO法对直升机旋翼叶片的RCS进行了计算,建立了直升机旋翼回波的微多普勒模型。并基于该模型，以AH-64武装直升机为例,分别对作直线运动和俯仰运动的直升机旋翼的微多普勒效应进行了仿真和数值分析。研究结果表明，通过对直升机旋翼的距离单元曲线以及微多普勒频谱的分析可以初步判断直升机的运动状态，为下一步运动直升机的微多普勒识别提供了参考和借鉴。
微多普勒 直升机 运动状态 分析识别 micro-Doppler helicopter motion state analysis and identification
