1 中国科学院国家天文台空间天文与技术重点实验室，北京 100101
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提高天文观测的效率，需要对夜间地基光学天文观测中薄云的识别和影响程度评估的算法进行研究。首先，分析了云对地基光学天文观测的影响和传统地基云图的算法后，选取大视场地基光学天文设备地基广角相机阵（GWAC）的图像进行研究。其次，通过GWAC图像的灰度分布等特性的对比分析，选取模糊C均值聚类（FCM）算法处理受薄云影响的GWAC图像。然后，应用FCM算法，通过重复多组实验，选定合适的聚类层次数、迭代次数和平滑因子等关键参数。最后，将FCM算法结果与传统天文学的恒星消光方法进行比较。设置平滑因子为1.5，聚类层次数为5，经过10次循环迭代计算后，FCM算法将夜晚的天空背景聚类成5个层次。层次分布结果与目测云层厚度分布相符，且与更精确的传统天文学恒星消光方法的结果也吻合。对于大视场地基光学天文图像中的薄云，FCM算法可以有效地识别并分析出其厚薄分布结构，即能对薄云的影响程度进行分级评估。此FCM算法有望结合更大视场的鱼眼镜头和CCD相机的监测设备，研发出一类自动监测和实时评估云层分布和影响程度的专用设备，提高地基光学天文观测的效率。
图像处理 地基光学天文 大视场 云监测 模糊C均值聚类 地基广角相机阵 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1610010
针对外场大场景视频监控需求, 分析研究了单台全景摄像机全景图像缺点, 多台全景摄像机多路全景图像拼接融合难点和拼接融合算法原理, 设计了一种多路全景图像拼接融合算法。研究结果认为, 该算法设计合理, 可有效拼接融合多路全景图像, 具有良好的视觉观感和图像质量, 可对提升外场全景监控能力提供借鉴。
视频监控 图像处理 全景拼接 图像融合 试验保障 video surveillance image processing panoramic mosaic image fusion test support
1 国网宁夏电力有限公司 电力科学研究院, 银川 750001
2 国网宁夏电力公司 石嘴山供电公司, 宁夏 石嘴山 753099
3 北京邮电大学, 北京 100876
针对光通信网设备风险预警无法进行人工分析的问题, 提出基于用户画像技术与深度学习算法的设备故障预测算法。基于数据采集与数据增强构建设备健康画像, 从含有脏数据且格式不统一的原始数据中抽取与设备故障相关联的标签序列, 将序列数据“喂”入深度学习模型, 获得高准确度的故障预测结果。仿真结果表明: 该算法能够基于设备原始数据构建设备健康画像并实时训练深度学习模型, 获得接近100%的设备故障预测准确率；与全标签序列的算法和未进行数据增强的算法相比, 所提算法将故障预测准确率分别提升了7.8%和3.3%。
故障预测 健康画像 光通信设备 深度学习 failure prediction health profiles optical communication equipment deep learning
1 国网宁夏电力有限公司 电力科学研究院, 银川 750001
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
随着网络技术的蓬勃发展, 光网络向着超高速大容量的方向发展,光网络结构越来越复杂, 导致网络中光信号传输受到各种物理层损伤的影响。在光通信设备中, 物理层最重要的参数就是光信噪比(OSNR), 其值的大小直接决定了业务能否正常运行, 一旦不能满足要求, 将会造成传输错误或失败、服务质量降低和传送消耗增加等问题。文章提出一种准确高效的光通信节点OSNR预测方法, 将基于解析式的先验知识方法和基于深度学习的后验知识方法结合起来, 提出了一种基于混合式机器学习算法的光通信节点OSNR预测方法, 用先验知识去降低神经网络的训练代价, 提供高准确度的OSNR预测, 研究表明, 文章所提方法可以在更苛刻的条件下提供高准确度的机器学习模型。
混合式机器学习 光信噪比 光通信 hybrid machine learning OSNR optical communication
针对试验外场伪装网破损检测需求, 分析研究了伪装网破损危害、检测原理、试验布局和基于图像处理的目标破损统计方法, 设计了一种基于双光谱成像的伪装网破损检测系统。研究结果表明, 该系统设计合理, 可远程非接触监测, 能够有效检测伪装网破损情况, 用于伪装网破损情况评估和维护。
伪装技术 破损检测 双光谱成像 图像处理 试验保障 camouflage technology breakage detection dual spectrum imaging image processing testing support
南开大学 电子信息与光学工程学院 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室, 天津 300350
针对信道数变化等原因造成的剩余信道输出增益漂移现象, 研究了一种竞争型全光增益控制放大器, 可以实现对宽输入功率范围信号的增益控制。对光功率在-40～5 dBm范围内的输入光, 将增益漂移量由22.0 dB降低至0.4 dB。在多信道情况下, 将信道数变化和信道功率变化引起的增益漂移量分别降低至0.23和0.10 dB。该放大器的工作范围与控制幅度都要优于传统的全光增益方法, 对于控制剩余信道输出增益稳定具有重要参考价值。
全光增益控制 增益漂移 信道数变化 剩余信道 信道功率变化 all-optical gain control gain drift channel number variation remaining channel channel power variation
1 南开大学 现代光学研究所, 天津 300350
2 南方海洋科学与工程广东省实验室, 广东 珠海 519000
3 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津300387
为了探究大气湍流对深空激光通信的影响, 从理论上讨论了Gamma-Gamma分布的大气信道模型和抑制大气湍流的手段。建立了基于组阵收发的深空激光通信系统模型, 对不同湍流条件下的系统误码率进行仿真。仿真结果表明: 在信噪比为20 dB时, 弱湍流环境的下行链路通信误码率比强湍流低4个数量级; 大气湍流强度增强时, 系统的通信误码率增大; 在同等湍流强度下, 大气湍流对于上行链路通信性能的影响比下行链路更大。
深空环境 空间激光通信 大气湍流 组阵收发 误码率 deep space environment space laser communication atmospheric turbulence array transceiver bit error rate
1 南开大学 现代光学研究所, 天津 300350
2 南开大学 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室, 天津 300350
针对大气湍流效应引起的接收功率起伏问题, 提出了一种基于铒离子竞争机制的光功率均衡技术。讨论了基于Gamma-Gamma分布的大气信道模型中大气湍流对自由空间光通信的影响, 对不同湍流强度下的光功率均衡效果进行仿真, 仿真结果表明: 在中等强度湍流条件下, 该技术可将接收信号光功率波动范围压缩16 dB以上。
自由空间光通信 大气湍流 接收功率起伏 铒离子竞争机制 光功率均衡 free space optical communication atmospheric turbulence received power fluctuation Erbium ion competition mechanism optical power equalization
1 南开大学 现代光学研究所,天津 300350
2 天津市光电传感器与传感网络重点实验室, 天津 300350
3 北京理工大学 信息与电子学院, 北京 100081
高精度、高稳定性的时频信号传输是在轨卫星能够正常工作的可靠保证, 传统的采用冗余编码方式进行的时频传递系统传输链路带宽均在吉比特每秒以上。设计了一种新型时频传输系统, 在带宽受限条件下对编码和解码方式进行了优化设计, 实现在5 MHz链路带宽下的频标信号高精度传输, 并利用微波光子融合技术实现了时频的高精度传递。结果显示该时频传输系统达到了1.65 ns的时间抖动和1.39×10-11/s、3.45×10-12/(10 s)的频率稳定度。
光通信 时频传递 微波光子融合 optical communication time-frequency transmission microwave photon fusion
1 中国科学院海洋研究所，山东 青岛 266071
2 中国海洋大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266100
有效探测海洋物质垂直分布，对开展海洋生物地球化学循环过程研究、维持海洋生态健康和资源利用都起到至关重要的作用。相比于其他探测技术，激光雷达探测海洋物质，具有全天候、时空分辨率高、能够快速、高效地获得其垂直分布信息的优势。基于不同的探测机制，通过对其国内外海洋激光雷达应用情况的分析，涉及海水浊度、叶绿素浓度、CDOM、以及鱼群和浮游生物群落分布等多个方面，对目前激光雷达技术探测海洋物质垂直分布时存在的问题进行讨论，进而对该技术的发展趋势总结出若干观点。
激光雷达 海洋物质 垂直分布 Lidar marine matter vertical distribution 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200381
