1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
风云三号E星（FY-3E）搭载的高光谱大气探测仪（HIRAS-II）能够实现大气的垂直探测，具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应，影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题，提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数，将此系数作为初值输入到辐射定标模型中，以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数，通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出，校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-II的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值，经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13K，优于带外校正方法。
HIRAS-II 非线性校正 在轨定标 带内光谱 HIRAS-II nonlinearity correction on-orbit calibration in-band spectrum
1 中科技术物理苏州研究院，江苏 苏州215000云遥动力科技(苏州)有限公司，江苏 苏州215000
2 中科技术物理苏州研究院，江苏 苏州215000中国科学院上海技术物理研究所，上海200083云遥动力科技(苏州)有限公司，江苏 苏州215000
风云四号A卫星（FY-4A）部分通道的图像分辨率较低，影响风云卫星多通道协同监测能力。针对该问题，提出一种改进的超分辨率生成对抗网络（Enhanced Super-Resolution Generative Adversarial Networks, ESRGAN）算法来实现FY-4A影像的超分辨率重建。该方法基于ESRGAN的生成器架构，利用迁移学习策略，将预训练权重作为模型的初始值，设计了一组包含5层空洞卷积层的残差密集模块（Residual-in-Residual Dense Block, RRDB），并优化了损失函数。结果表明，在4倍影像分辨率重建下，相比于ESRGAN算法，改进的ESRGAN算法在峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)、结构相似性（Structural Similarity，SSIM）、空间相关系数（Correlation Coefficient，CC）上分别提高了0704、0029、0002，均方根误差（Root-Mean-Square Error，RMSE）降低了10%，且重建影像更加清晰自然，纹理更加细致。
风云四号 深度学习 图像重建 超分辨率 Fengyun-4 deep learning image reconstruction super resolution
1 中科技术物理苏州研究院，江苏 苏州215000
2 中科技术物理苏州研究院，江苏 苏州215000中国科学院上海技术物理研究所，上海200083中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海200083
大量的训练样本可有效缓解模型过拟合，从而提高分类效果。在初始标记样本较少的情况下，开展借助不同尺度的同质区快速扩增大量高精度训练样本的实验，并利用初始标记样本和扩增样本训练支持向量机（Support Vector Machine, SVM）分类器，实现对高光谱数据的有效分类。该方法在Pavia University、Salinas和Indian Pines三种高光谱数据上均能获得大量高精度的训练样本，分类精度分别达到99%、99%和97%以上。实验结果表明，扩增的大量伪标签样本可以有效训练SVM分类器，提高分类效果。
高光谱影像 半监督分类 多尺度同质区 训练样本扩增 图像分割 支持向量机 hyperspectral image semi-supervised classification multi-scale homogeneous regions training sample amplification image segmentation SVM
王梁 1,2,3谢颂伟 1,2,3范思远 1,2,3王亚星 1,2,3[ ... ]姚建华 1,2,3,*
1 浙江工业大学激光先进制造研究院，浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310023
3 高端激光制造装备省部共建协同创新中心，浙江 杭州 310023
研究了电磁复合场对激光减材加工V型槽形貌的影响。在激光减材过程中同时施加稳态电场与稳态磁场，以获得定向洛伦兹力，从而驱动熔池排溢；通过实验研究了激光参数以及电磁场参数对V型槽形貌的影响规律。实验结果显示：在电磁复合场环境下通过改变激光参数得到了角度范围为34.82°~65.20°、深度范围为1719~5667 μm的V型槽；角度随着激光功率的增加和扫描速度的降低而减小，深度随着激光功率的增加和扫描速度的降低而增大；当激光功率为1800 W时，随着磁感应强度从0 mT增大至1200 mT，V型槽底部的重熔层厚度从764 μm下降至42 μm；材料去除效率主要受激光功率的影响，并随着激光功率的增加而增大。加工出的目标V型槽的角度公差等级为精密（f），深度线性公差等级为中等（m），表面粗糙度Ra值为22.4 μm。稳态磁场与稳态电场所提供的向上的洛伦兹力克服重力及表面张力驱动熔池向上流动，熔体以多次飞溅的形式脱离基体，实现一次直接成型V型槽。
激光技术 激光减材成型 电磁复合场 V型槽形貌 定向洛伦兹力 中国激光
2023, 50(16): 1602102
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
4 北京理工大学 光电学院，北京 100081
星载红外高光谱传感器与多通道光谱传感器在轨交叉定标时能够提升数据精度和质量，交叉定标样本通常采用星下点交叉方式匹配筛选，包括空间、时间、观测几何角度和光谱匹配，匹配误差的不确定性将对最终交叉定标精度产生影响。采用FY-3E同平台红外高光谱大气探测仪HIRAS-II和中分辨率光谱成像仪MERSI-LL均匀晴空背景进行观测，根据视线向量匹配HIRAS-II星下点瞬时视场内的MERSI-LL像素，分别通过模拟视场偏移、观测天顶角偏差和光谱响应函数变化单独分析空间、观测几何角度和光谱匹配误差引入的匹配不确定度。结果表明，空间失配引起观测背景辐射亮温变化，偏移一半像元视场时的相对不确定度约为10%，达到一个像元时为25%~30%；观测几何角度失准引起光谱辐射亮温变化，观测天顶角偏移20°时的不确定度优于0.2%；光谱响应函数差异引起光谱等效辐射亮温变化，响应函数发生展宽时对吸收通道的不确定度最大约为2.5%，窗区通道为0.4%，收缩时的不确定度整体优于0.3%，平移引起的不确定度相对较小，移动5倍波长间隔时优于0.1%。
红外交叉定标 交叉匹配 不确定性 infrared inter-calibration inter-collocation uncertainty 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220616
1 中金黄金股份有限公司，北京100011
2 湖北三鑫金铜股份有限公司，大冶 435100
为了研究复杂充填体对爆破地震波传播特性的影响，在湖北三鑫金铜矿鸡冠咀矿区-370 m中段充填体两侧矿房内布设监测点采集数据。采用HHT信号分析方法，从边际谱及瞬时能量谱角度对爆破地震波穿越充填体前后的变化进行了分析，采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟手段，研究了爆破地震波穿越充填体前后岩体的最大主应力变化。结果表明：穿越充填体前后的爆破振动主频分别为60~80 Hz和50~60 Hz，表明该充填体对爆破地震波具有过滤高频的作用，穿越充填体后高频频带60~80 Hz积累的能量范围比穿越充填体前衰减了7倍左右，能量分布更加扩散。穿越充填体前的最大瞬时能量是穿越充填体后27倍左右。爆破地震波的传播经过充填体后，使得岩体的最大有效应力下降了14%左右，充填体两侧采场区域在爆破振动的影响下较为稳定。
爆破振动 HHT变换 充填体 数值模拟 blasting vibration HHT transform filling body numerical simulation
1 中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
北极航道海冰运动的准确预测对于保证航行安全、评估航道可通行性和动态修正航线具有重要的指导意义。传统的光流法无法满足海冰运动预测任务中“时空预测+语义分割”的要求。为此，基于MERSI-Ⅱ影像制作了海冰运动数据集SeaiceMoving，提出了一种基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的海冰运动预测算法，该算法在SAM-ConvLSTM的基础上引入加权的FDWloss，强化了各节点空间语义的获取。针对样本分布不平衡，讨论了后端分割阈值的偏移效应，通过网格搜索确定最佳分割阈值，提高了海冰整体预测结果。实验结果表明，该方法的Kappa系数为0.75，IOU为0.61，Dice系数为0.76，相较于SAM-ConvLSTM，分别提高了0.1、0.12和0.1，对运动后海冰的位置预测和形状提取能力均有提升，减少了海冰“黏连”的情况。此外，该算法对薄云干扰下的海冰运动依然具备良好的预测能力，可以为北极航线的动态规划和航线修正提供较为准确的技术支撑。
北极航道 风云三号卫星 独立海冰 Multiloss-SAM-ConvLSTM 运动预测 Arctic route FY-3 satellite independent sea ice Multiloss-SAM-ConvLSTM motion prediction
1 中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
基于风云三号卫星MERSI-Ⅱ影像的特性，提出了一种基于U-ASPP-Net的独立海冰分割算法，该算法在U-Net的基础上引入了空洞空间金字塔池化模块和空洞深度可分离卷积，构建了新型独立海冰分割网络U-ASPP-Net，并在网络后端将FDWloss作为损失函数，最后利用重叠消边策略生成最终的独立海冰分割图。为验证U-ASPP-Net的准确性与有效性，选取U-Net、Deeplab v3+和分区梯度差分与双峰阈值分割法作为对照方法进行实验，实验结果表明，基于U-ASPP-Net的独立海冰精细化分割方法在OA、Kappa系数、IOU、Dice系数四种指标上均优于其他方法，对细节与边缘的提取能力较强，对极小块海冰的还原度较高。此外，算法在一定程度上能够解决基于中分辨率遥感影像提取独立海冰时无法解决的薄云干扰问题，对薄云下的海冰依然具有良好的提取能力，能够为北极航线的动态规划提供较为准确的技术支持。
北极航线 风云三号卫星 独立海冰 U-ASPP-Net 精细化分割 arctic route FY-3 satellite independent sea ice U-ASPP-Net refined segmentation
1 武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心,武汉 430000
2 冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室,武汉 430000
3 北京控制工程研究所,北京 100000
综合考虑三自由度直升机系统中各自由度之间的关系,将直升机系统分解为驱动子系统和无驱动子系统,建立了相应的三自由度直升机数学模型,模型对可能存在的外部扰动和无驱动子系统传感器故障进行了描述。设计了非线性扩张干扰观测器消除外部扰动和传感器故障带来的不利影响,设计相应的高阶滑模控制器实现对驱动子系统的跟踪控制,并基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后通过实验验证了控制方案对存在传感器故障的三自由度直升机具有良好的控制效果。
三自由度直升机 滑模控制 传感器故障 欠驱动系统 3DOF helicopter sliding mode control sensor failures under-actuated system
