1 沈阳飞机设计研究所, 沈阳 110000
2 北京航空航天大学,自动化科学与电气工程学院.飞行器控制一体化技术重点实验室
3 沈元学院, 北京 100000
4 北京航空航天大学,自动化科学与电气工程学院，飞行器控制一体化技术重点实验室
针对无人机自主空中加油过程中加油机、受油机会合编队问题, 基于Lyapunov导航向量场(LGVF)和一致性理论设计了一种编队控制方法。首先, 建立了无人机编队模型, 包括通信拓扑模型和编队几何模型, 并在此基础上定义了多无人机系统的协同变量; 接着, 设计了期望的加油轨迹, 并基于Lyapunov导航向量场方法设计了加油机(编队参考点)的飞行控制律; 然后, 根据加油机的位置、速度信息, 基于一致性理论设计了加、受油机会合编队控制方法, 并分析了该方法的稳定性; 最后, 进行了数字仿真,表明了所提方法的有效性。
自主空中加油 无人机编队 Lyapunov导航向量场 一致性理论 automated aerial refueling UAV formation Lyapunov guidance vector field consensus theory
南京航空航天大学航天学院，江苏 南京 211106
视网膜血管的形态结构具有复杂多变的特点，针对血管图像中的交叉处和延伸处不易分割的问题，提出一种基于多方向滤波的视网膜血管分割算法，该算法进一步提升了血管图像的分割精度。首先，使用直方图均衡化、中值滤波去噪、顶帽变换等方法对绿通道的视网膜血管图像进行增强。然后，对增强后的图像进行多方向的Cake滤波，并对滤波后的结果进行融合，弱化背景中的噪声，增强血管与背景的对比度。最后，采用向量场散度的方法提取阈值并对图像进行分割，得到视网膜血管分割的最终结果。利用公开数据集DRIVE和STARE测试了算法的分割精度，实验结果表明，所提算法能够精确地分割出复杂血管的连接处，灵敏度较高，且执行时间较短。
生物技术 数字图像处理 视网膜血管 图像分割 形态学滤波 向量场散度 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0817002
山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
基于原子的时间/频率、 长度以及磁场、 微波电场等方面的量子精密测量近年来引起广泛关注。 里德堡原子作为微波精密测量工具, 具有可溯源性好、 空间分辨率高以及探测灵敏度高等优势。 通过室温铯里德堡原子的电磁诱导透明光谱特征分析实现了微波电场矢量空间高分辨测量。 利用铯原子蒸气池中共线的耦合光和探测光形成了6S1/2-6P3/2-51D5/2的阶梯型三能级系统, 5.365 GHz微波电场将诱导相邻里德堡态51D5/2-52P3/2的共振跃迁, 导致阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱发生Autler-Townes分裂。 通过计算光谱的分裂间隔可得到可溯源至普朗克常数的微波电场强度, 微波电场测量的空间分辨率达到1/31被测微波波长。 特别是提出一种新的微波电场极化方向测量方法, 解决了基于里德堡原子进行微波电场极化方向测量时无法分辨互补角的问题。 通过对射频识别标签的近场散射场进行矢量测量, 实现了标签角度的有效识别, 角度分辨率达到1.64°, 测量结果与有限元分析方法仿真结果吻合地很好。 该研究对于微波电场空间高分辨成像、 射频识别标签的设计和识别以及电磁兼容测试等方面具有重要价值。
里德堡原子 电磁诱导透明 矢量测量 射频识别标签 散射场 Rydberg atoms Electromagnetically induced transparency Vector field measurement Radio frequency identification tag Scattering field
航迹规划与航迹跟踪的结合是无人飞行器执行地形跟随任务的方案之一。根据目标区域地形高程数据, 将地形跟随最优航迹规划转化为二次规划问题。以矢量场法为制导策略, 并给出可行矢量场的参数设计和以航迹倾斜角为被控量的航迹跟踪控制器。仿真验证规划结果满足地形跟随的预定安全高度要求和飞行器机动性能约束, 所提制导策略具备精确且可靠的航迹跟踪能力, 两者结合可有效完成地形跟随任务。
地形跟随 航迹规划 二次规划 矢量场 航迹跟踪 terrain following path planning quadratic programming vector field path tracking
无人机(UAV)编队协同执行侦察跟踪任务是近年来的研究热门方向。针对UAV编队在跟踪目标过程中的航迹规划问题, 首先,推导了UAV编队协同对目标跟踪的最优观测配置, 确定了观测条件; 其次, 针对UAV对目标的跟踪问题, 给出了导航向量场的构建步骤, 并阐述了UAV编队协同跟踪目标的控制条件; 再者,在Lyapunov导航向量场的基础上, 确立了避碰函数, 建立了避碰势场, 并与导航向量场相叠加形成融合向量场。通过实验仿真, 证明了所构建的融合向量场对解决UAV编队在协同追踪目标过程中避障问题的有效性。
无人机编队 协同跟踪 导航向量场 避碰势场 UAV formation cooperative tracking navigation vector field collision avoidance potential field
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
延迟器作为改变光信号偏振态的一种重要光学器件, 具有高偏振变换精度、低成本、算法简单等特点, 利用一个1/4波片和一个1/2波片组合可实现对径向矢量光场偏振调制的新方法, 采用Jones矩阵算法分析了双波片的调制机理, 将光场的偏振演化规律在庞加莱球上表示, 并通过实验验证理论分析的正确性, 研究结果表明: 双延迟器结构可实现对径向矢量光场的复杂偏振调控, 并获得光强均匀分布、偏振态有规律分布的矢量光束。
矢量光场 偏振 Jones矩阵 庞加莱球 vector field polarization Jones matrix Poincaré 红外与激光工程
2019, 48(5): 0517006
1 东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096
2 东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
提出了一种对姿态稳健的鼻尖点快速定位算法。在局部基准坐标(LRF)下计算顶点的平面距离能量,并设计了一种新的迭代筛选算法,计算得到候选点;计算候选点集中的每个顶点在人脸三维矢量场中的散度,将散度值最大的顶点作为鼻尖点。在FRGC v2.0和Bosphorus人脸库上对算法进行验证,在Bosphorus库上最终平均每张人脸定位仅耗时0.62 s,在FRGC v2.0库上的定位准确率为95.6%。最后与当前其他算法进行对比,所提算法在速度和精度上均取得了较好的结果。实验结果证明所提算法不仅有望达到实时处理的要求,还具有较高的准确率,且对人脸姿态变化具有稳健性。
图像处理 鼻尖点定位 局部基准坐标能量特征 候选点提取 三维矢量场 散度
1 西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710072
2 西北工业大学理学院超常条件材料物理与化学教育部重点实验室, 陕西 西安 710072
光纤结构光场作为光场调控的一个重要分支,逐渐引起了研究者们的广泛关注。首先基于光纤矢量模式理论,讨论了光纤中具有空间偏振/相位奇异特性的结构光场的产生机理;然后,介绍了光纤结构光场的产生方法,如长周期光纤光栅耦合法、光纤端面微结构法和轨道角动量转换法等;最后,介绍了光纤结构光场在超分辨成像、涡旋光通信、等离子针尖纳米聚焦和非线性频率转换等方面的一些典型应用。
物理光学 光场调控 矢量光场 涡旋光场 模式耦合
主要对基于速度矢量场的无人机编队协同保持问题进行研究。首先以Leader-follower编队为研究对象, 建立了无人机数学模型。在此基础上, 借鉴人工势场法, 引入相对速度矢量, 给出无人机间的引力函数和斥力函数, 完成了速度矢量场建模。在速度矢量场作用下, 无人机编队能够实现队形保持, 并保证无人机之间不会相互碰撞。最后搭建仿真验证平台, 验证了该算法的可行性和有效性。
无人机 协同编队 速度矢量场法 Leader-follower法 UAV cooperative formation velocity vector field method Leader-follower method
