1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 北京空间机电研究所， 北京 100089
4 广州南沙光子感知技术研究院，广东 广州 511462
为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器，提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度，与一体化设计对比，分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活，缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真，优化传感器结构参数，最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm，质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明：该传感器的工作频段为0~1 200 Hz，在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz，三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g，横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求，在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。
光纤布拉格光栅 三轴振动传感器 微型化 高灵敏度 fiber Bragg grating triaxial vibration sensor microminiaturization high sensitivity 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230518
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192
2 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
3 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
采用摄影测量方法对航天器天线面形进行在轨高精度测量，需对大视场角相机内外参数进行实时在轨标定。恒星可作为不变基准辅助在轨相机标定，但需对所拍星图中的星点进行识别得到其星点矢量信息。提出了一种针对大视场角相机所拍星图的快速识别方法：首先，结合标定结果的星图识别策略，提高匹配准确性；然后，基于四颗星星间角距的标签搜索匹配方法，将复杂度减小至线性，实现快速准确匹配；最后，基于反投误差分析的匹配检验方法，避免误识别。实测实验表明：对采集到的2000张星图进行识别，相比于传统三角形星图识别算法，所提方法兼顾了识别速度和识别率，识别率达到99.5%，识别时间减少75%，证明此方法合理有效，可节省存储空间，提高星图识别速度，提高星图识别率，具有很好的实用价值。
大视场角相机 相机内外参数 畸变校正 快速星图识别 在轨标定 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210004
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
针对Faster R-CNN在多尺度目标检测时易出现小目标漏检和误检的问题, 提出一种改进的多尺度目标检测算法。将利于小目标检测的低层网络和利于大尺度目标检测的高层网络进行多尺度特征融合; 在训练阶段, 采用在线难例样本挖掘算法维护难例样本分类池, 加速神经网络模型迭代收敛, 解决训练样本不均衡、训练效率低下的问题; 计算并统计待检测目标的尺度大小, 合理控制用于生成候选区域的锚框尺寸, 提高模型泛化能力。采用PASCAL VOC2012公开数据集和类人足球机器人自建数据集进行算法验证, 实验结果表明, 相比Faster R-CNN算法, 本算法的平均检测精度在上述数据集下分别提高了8.61和5.47个百分点。
目标检测 多尺度特征融合 在线样本难例挖掘 足球机器人 target detection multi-scale feature fusion online hard example mining Faster R-CNN Faster R-CNN humanoid soccer robot
1 北京信息科技大学 光电测试技术与仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变，严重影响探测精度，而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题，提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析，得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统，对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验，测试分析热应变光纤监测精度，验证了方法的有效性。研究结果表明，在−120~120 ℃温度变化范围，利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%；在30~100 ℃局部热加载作用下，结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。
遥感卫星 在轨监测 光纤传感 热应变 热控制 remote sensing satellite in-orbit monitoring optical fiber sensing thermal strain thermal control 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220202
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
针对调制光栅Y分支（Modulated Grating Y-branch，MG-Y）激光器难以实现特定波长稳定准连续调谐问题，提出一种基于K近邻模型的MG-Y激光器波长查找表构建方法。该方法基于K近邻模型，快速分类得到左、右光栅准连续调谐区域，依据MG-Y激光器相位调谐特性，采用牛顿非均匀插值方法实现了MG-Y激光器波长精细调谐。实验结果表明，按照该表控制激光器的输出光波长准确度为2 pm，稳定性为0.7 pm，F-P标准具解调波长稳定性为1.73 pm，FBG解调波长稳定性为1.75 pm，FBG解调波长相关系数R大于0.952 5。该方法可控制MG-Y激光器实现稳定的波长准连续调谐，满足光纤传感解调应用需求。
MG-Y激光器 波长控制 K近邻 查找表 连续调谐 MG-Y laser Wavelength control K nearest neighbor Look up table Continuous tuning
1 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192
针对超大范围相机标定和定向的难题，提出了一种双相机联合标定与定向的方法。采用无人机携带长度尺构建大型空间虚拟标定场的方式，两台相机同时采集长度尺两端标志点图像；并利用长度尺空间长度作为约束，建立自标定光束平差模型，解算两相机各自的内方位参数和畸变系数及相机之间的相对外方位参数；最后利用重建长度尺的长度进行误差和精度评估。在40 m×10 m×14 m的超大范围下，所提方法重建长度尺时的平均长度误差为0.193 mm，均方根误差为2.316 mm，相对精密度优于1/20000。实验结果表明，所提方法可在超大范围下方便准确地标定双相机系统的全部参数，具有操作简便、成本低、精度高的优点，具有很强的适用性，为超大范围大尺寸结构视觉测量提供了方法参考和数据依据。
视觉测量 超大范围 无人机 基准长度尺 光束平差 相对定向 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415019
红外与激光工程
2022, 51(5): 20200440
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室, 北京 100192
提出并设计了一种环形腔掺铒光纤激光用于温度传感的方法。利用啁啾光纤光栅进行光学滤波, 结合未泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体稳频, 实现了环形腔掺铒光纤激光器单波长激光输出。通过温度变化实验, 实现了单波长激光输出的温度传感测量。泵浦源输出功率为219 mW时, 实现了1 555.25 nm单波长激光输出, 3 dB线宽为0.06 nm, 边摸抑制比为47.05 dB。实验中对1 555.25 nm单波长激光进行稳定性测试, 10 min内激光输出功率变化为0.59 dB。利用温度加热平台对啁啾光纤光栅进行升降温实验, 升温过程温度灵敏度为12.59 pm/℃, 线性度为0.998 6, 降温过程温度灵敏度为12.58 pm/℃, 线性度为0.998 3。不同温度条件下对激光进行稳定性测试, 在10 min监测时间范围内, 50 ℃和300 ℃激光输出功率变化分别为0.27 dB和0.09 dB。
光纤激光器 啁啾光纤光栅 可饱和吸收体 温度传感 fiber laser chirped fiber Bragg grating saturable absorbers temperature sensing
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学 机电系统测控北京市重点实验室, 北京 100192
在大型风电叶片动态摄影测量中, 为了对相机的站位进行优化, 采用一种变异操作改进型遗传算法作为摄影测量网络优化方法, 通过光线束前方交会的误差传递建立测量误差模型, 以空间坐标测量误差的标准差为网络优化的目标, 同时根据被测风电叶片几何结构和实际环境确定了相应的约束条件进行仿真实验, 得到了最优的相机站位。结果表明, 在以叶片长度为40m的风机为被测物的仿真实验中, 最优站位的空间坐标测量误差标准差为2.7mm; 通过对叶片长度为3.5m的风机模型进行实测实验验证, 最优站位的相对测量误差为0.009%, 最大误差为0.617mm。该研究为风电叶片摄影测量的网络优化提供了参考。
测量与计量 网络优化 变异操作改进型遗传算法 大型风电叶片 摄影测量 measurement and metrology network optimization improved genetic algorithm for mutation operation large wind turbine blades photogrammetry
