国家自然科学基金委员会信息科学部，北京 100085
本文从国家自然科学基金申请与资助的角度，总结回顾了自“十三五”（2016—2020年）以来至“十四五”开局之年（2021年）期间国家自然科学基金委员会信息科学部光学和光电子学学科（F05）自由探索类项目、引导类项目以及人才类项目的申请资助情况，从项目数量、资助额度、依托单位、学科领域等角度分析了该领域基金资助的总体特征、结构性变化以及发展趋势，依据这一时期的优秀科研成果分析了基金资助的成效，并结合“十四五”发展规划对光学和光电子学学科未来的优先发展领域与基金管理工作进行了展望。
1 华北水利水电大学土木与交通学院，郑州 450000
2 广东省水利水电科学研究院，广州 510610
制备一种低成本、环保型焚烧垃圾渣超高性能混凝土(UHPC)。根据修正后的Andreasen and Andersen模型进行配合比设计，将处理后焚烧垃圾渣替代河砂，制备不同替换率超高性能混凝土，并对其进行工作性能、力学性能、孔隙特征、水化过程、微观特征以及毒性固结性能测试。结果表明，随着垃圾渣的加入，UHPC的工作性能和抗压强度有所下降，但流动性不低于240 mm，抗压强度不低于117 MPa，累计孔隙含量增加，孔隙大部分分布在＜20 nm无害孔范围内，混凝土界面过渡区裂缝增多，混凝土中锌(Zn)、铅(Pb)和铬(Cr)重金属的离子浸出浓度均低于国标限值，有效地实现了对重金属元素的固结。
焚烧垃圾渣 超高性能混凝土 细骨料 重金属污染 生活垃圾 环境友好 优化配合比 waste incineration slag ultra-high performance concrete fine aggregate heavy metal pollution domestic garbage environmentally friendly optimizing mix ratio
麻雀搜索算法(SSA)相对其他仿生算法性能较好,但其收敛精度不足且在复杂多峰函数下会陷入局部最优。为改善这些缺陷,提出融合K-means的多策略改进麻雀搜索算法研究,该算法采用多策略搜索方式。首先将初始种群进行K-means聚类,加快种群交流,再运用正、余弦搜索策略和自适应局部搜索策略分别对追随者的位置和最优个体进行更新寻找更可靠的可行解,提高收敛精度和寻优能力。通过10个测试函数对两种策略和单独的一种策略进行对比,验证了策略的引入能够有效地改善麻雀搜索算法的寻优能力,单一策略寻优能力较强,且两种策略融合的麻雀搜索算法寻优能力较弱。最后将3种改进方式的SSA算法应用于主动悬架LQR控制,实验结果表明两种策略结合的SSA算法优化效果不理想,采用单一策略的两种方式优化效果显著,且稳定改善了主动悬架的性能。
麻雀搜索算法 正余弦搜索 自适应局部搜索 K-means聚类 寻优能力 主动悬架 LQR控制 Sparrow Search Algorithm (SSA) sine and cosine search adaptive local search K-means clustering optimizing ability active suspension LQR control
1 华南师范大学物理与电信工程学院广东省光电检测仪器工程研究中心, 广东 广州 510006
2 华南师范大学(清远)科技创新研究院, 广东 清远 511517
基于成像式光电容积脉搏波的非接触式心率测量方法受到环境光干扰会严重影响心率信号的辨别与提取,为了解决这个难点,提出了一种基于自寻优归一化最小均方误差算法的心率信号降噪方法。该方法可根据原始心率信号和背景信号中光线变化的趋势,在归一化最小均方自适应滤波器的基础上,通过最小均方误差自动地调整最优控制因子,最大化地去除拾取的图像中的光照干扰。通过与指夹式脉搏血氧仪实际测得的心率结果对比,在光强剧烈变化的条件下,两种方法测量得到的心率平均值的Pearson相关系数为0.95,平均绝对百分比误差为2.16%。本文方法极大地提高了成像式光电容积脉搏波对环境光的抗噪能力,大大提升了成像式光电容积脉搏波测量方法的实用性、可靠性和稳定性。
成像系统 成像式光电容积脉搏波 心率测量 光照干扰 归一化最小均方误差 自寻优算法 激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2011004
1 陆军工程大学, 石家庄 050003
2 中国人民解放军63850部队, 吉林 白城 137000
在基于频率响应的非线性模拟电路故障诊断中, 为了克服现有方法的不足, 更好地选择测试激励信号, 利用Volterra级数进行建模, 提出了频率基搜索和遗传算法相结合的测试激励智能优化设计方法。先通过全局搜索得到使各阶核输出频率不重合的频点集, 再以各故障状态特征向量之间的欧氏距离之和为目标函数对频率基进行筛选, 得到最优测试激励信号, 并以一非线性电路验证了该方法的有效性。
模拟电路 故障诊断 Volterra级数 非线性 激励优化 analog circuit fault diagnosis Volterra series nonlinearity stimulus optimizing
1 公安海警学院，浙江 宁波 315801
2 航天工程大学，北京101416
3 西藏大学, 拉萨 850000
卫星应用装备组合是提升作战能力的倍增器, 传统意义上仅仅依据作战需要, 增加卫星应用装备数量, 而没有对卫星应用装备组合进行优化处理, 造成卫星应用装备的重复配置。提出面向作战需求的卫星应用装备组合优化算法, 通过对卫星应用装备组合进行优化处理, 并对其作战效能进行评估, 判断卫星应用装备组合是否最优, 以免造成资源浪费。最后通过实例分析, 验证卫星应用装备组合优化算法, 构建最优卫星应用装备组合方案。
卫星应用装备 优化算法 作战效能评估 组合方案 satellite application equipment optimizing algorithm operational effectiveness evaluation combining scheme
1 中国科学院合肥物质科学研究院 合肥智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
利用可见/近红外光谱分析仪得到复合肥的原始光谱, 经过MSC和一阶导数预处理后, 建立了复合肥中总氮含量的PLS模型, 实现了复合肥中总氮含量的快速准确无损测量。通过选取不同范围波长建模, 取得了预测决定系数(R2)、预测标准差(SRMSEP)、相对分析误差(KRPD)最好的基础波段。在基础波段的基础上, 采用优选波长算法, 获得了加入波长后的模型的预测决定系数和预测标准差图。通过分析, 最终确定加入42个优选波长。实验结果表明, 加入优选波长后的模型的预测决定系数由不加优选波长模型的0.760 4提高到了0.991 1, SRMSEP降低为原来的1/5, KRPD提高到原来的5倍。
复合肥 总氮 可见/近红外光谱 偏最小二乘法 优选波长 compound fertilizer TN VIS-NIR spectroscopy PLS optimizing waveleghth
1 中国科学院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100039
提出面向成像系统的光学和数字图像处理联合优化设计.根据泽尼克多项式模型分析了每种像差对成像清晰度的影响; 在变分贝叶斯框架下, 提出了基于加权双向差分先验模型的像差数字校正算法; 将像差分为易于数字校正和不易于数字校正两类, 建立基于像差选择性校正策略的光学-数字处理联合设计方法.采用联合设计方法设计了三镜片大像差光学系统, 其奈奎斯特频率处的MTF值约为0.50, 采用传统方法设计的六镜片光学系统MTF值约为0.53, 两系统成像质量相当, 本文方法可降低系统复杂度.
成像系统 光学和数字图像处理 联合优化 像差 数字校正算法 选择性校正 Optical imaging system Optics and digital image processing Jointly optimizing Aberration Correction algorithm Optional-correction
1 电子科技大学, 成都 611731
2 中国电子科学研究院，北京 100041
为了更好地研究航空搜潜阵型布阵航路算法, 提出将浮标搜潜阵型抽象成平面上点集的思想, 并针对目前搜潜航路优化算法中常用的贪心算法进行分析, 指出了其在点集扩大时将会远离全局最优解的问题。给出一种利用蚁群算法来进行航路优化的方法, 能够取得比传统贪心算法更优的布阵航路, 并通过仿真证明了该方法的有效性。
搜潜 航路优化 布阵 点集抽象 蚁群算法 submarine searching route optimizing sonobuoys deployment point set ant colony algorithm
1 中国辐射防护研究院，太原 030006
2 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，太原 030006
3 新乡市第一中学，河南 新乡 453000
4 山西大学 极端光学协同创新中心，太原 030006
为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度，在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉，并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置，发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点，且在距离音叉根部8 mm处，音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成，与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器，用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下，获得了30倍的信号增益因子，有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.
石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 光学气体传感器 传感器优化 泛频振动 Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy Quartz tuning fork Optical gas sensors Sensor optimizing Overtone resonance vibration
