中国科学院上海技术物理研究所 智能红外感知重点实验室，上海 200083
大气介质是红外光学的重要传播媒介，也是影响红外动态信号检测与追踪的复杂背景。与固、液态介质相对稳定的性质相比，大气介质具有动态复杂性与长期不可预测性，阻碍了将其他领域成功的波动技术（如弹性波成像与反演、量子场波函数等）引入大气电磁波场，故传统经典物理学理论无法精确刻画此类复杂系统问题。但自然界此类场中产生的无序性与随机性通常可用分形的概念来阐述。利用风云4A气象卫星记录的红外云图，以水汽-二氧化碳波段的红外辐射波场为例，选取云图上任一无规时间序列，计算分形维度为分数与最大Lyapunov指数为正，初步判断大气介质红外辐射场具有混沌特征，也证明红外辐射场的动力学行为是有限自由度控制的动态非线性不规则行为。根据排列熵参数取值范围（0.87，0.92）趋于1判定，风云4A涵盖0.45~13.8 波段的全红外数据显示强混沌性，且混沌强度分布具有空间不均匀性。本项工作既为利用混沌特性来研究动目标及背景杂波动态演化机理、捕捉时敏微扰信号以及对水陆空红外辐射场进行中长期非线性预测等提供了理论前提；也为建立大气红外辐射场的非保守耗散方程，刻画传输介质特性以及研究宏观与微观传播机理等基本问题奠定了实验基础。
混沌 Lyapunov指数 分形维度 相关维度 排列熵 chaos Lyapunov exponents fractal dimension correlation dimension permutation entropy
1 河南科技大学机电工程学院，洛阳 471003
2 洛阳兰迪玻璃机械股份有限公司，洛阳 471000
全钢化真空玻璃是一种新型的高端建筑玻璃材料，具有极佳的隔热、隔音、安全性等优点，在现代建筑领域备受瞩目。作为全钢化真空玻璃的重要组成部分，支撑物参数对玻璃的等效应力和变形量具有重要影响。本文数值分析了在支撑物形状分别为圆球形、圆柱形、圆环形时，支撑物不同布放间距、排列方式对全钢化真空玻璃的等效应力和变形量的影响。结果表明：无论支撑物形状或排列方式如何，全钢化真空玻璃的最大等效应力和变形量都与支撑物布放间距呈正相关。在其他条件相同的情况下，采用圆环形支撑物并以正三角形排列方式布放时，全钢化真空玻璃等效应力和变形量最小。此研究通过仿真结果得出了不同形状的支撑物在不同排布方式下合理的布放间距，为全钢化真空玻璃的制造提供了理论依据。
全钢化真空玻璃 数值模拟 支撑物形状 排列方式 布放间距 等效应力 变形量 fully tempered vacuum glass numerical simulation pillar shape arrangement method spacing equivalent stress deformation
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
太赫兹光电导天线是一种常用的太赫兹源，但光导材料都有很高的折射率，导致其光电转换效率较低，同时由于存在电场的屏蔽效应，太赫兹辐射功率极易饱和，难以提升。基于表面等离子激元理论，采用时域有限差分方法（FDTD）软件计算仿真了太赫兹波通过柱状金属间隙的增强性能，从改变微纳结构着手以改善太赫兹光电导天线把泵浦激光转换为太赫兹波的转换效率。设计的双侧异排列微纳结构透过率达到90.38%，电场强度达到1.02，是单层微纳结构的185.45%。结果表明，当其他条件相同的情况下，单层正三角形排列的圆柱纳米柱优于其他单层结构，双层异排列微纳结构优于单层微纳结构及其他双层结构。
光电导天线 太赫兹 异排列 双层微纳结构 时域有限差分法 光学学报
2023, 43(16): 1623023
1 华北电力大学 1. 电子与通信工程系
2 2. 河北省电力物联网技术重点实验室
3 3. 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
针对分布式光纤传感系统所采集含噪信号, 提出一种改进集成局部均值分解(MELMD)联合独立成分分析(ICA)的降噪方法, 引入排列熵判决机制提高抑制模态混叠与虚假分量能力。首先使用MELMD方法分解含噪信号得到乘积函数(PF)并进行信号重构; 将含噪信号和重构信号求差得到虚拟噪声, 构造虚拟通道; 然后使用ICA对含噪信号和虚拟通道进行信噪分离, 得到最终结果。通过实验验证, 该方法与EMD-ICA, EEMD-ICA, MELMD相比, 能更好地消除信号中的噪声, 保留信号的特征信息。
分布式光纤传感 改进集成局部均值分解 排列熵 独立成分分析 降噪 distributed fiber optic sensing modified ensemble local mean decomposition permutation entropy independent component analysis denoising
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，教育部光电信息技术重点实验室，天津 300072
本文设计了一种编码相位梯度超表面，用于实现太赫兹频段的雷达散射截面（RCS）缩减。依据Pancharatnam-Berry（PB）几何相位原理在超表面单元中引入相位梯度，设计出1 bit编码的两个元素“0”和“1”，使得两者的反射相位差接近180°。通过遗传算法得到编码相位梯度超表面中编码元素的最佳排列，实现了太赫兹波宽带RCS缩减。对编码相位梯度超表面进行建模分析，结果表明，在0.87~1.725 THz的宽频段内，设计的1 bit编码相位梯度超表面能实现大于10 dB的RCS缩减，最大缩减值达到31.26 dB。此外，分析了x和y极化波的入射角度变化对编码相位梯度超表面性能的影响，在0°~30°范围内，其性能稳定。以上结果表明，该类超表面在雷达隐身等方面具有潜在的应用价值。
太赫兹 雷达散射截面 编码相位梯度超表面 编码元素 排列方式 光学学报
2023, 43(11): 1124001
1 湖北国土资源职业学院 环境与工程学院，武汉 430090
2 中国地质大学(武汉) 工程学院，武汉 430074
爆破网路延时识别易受EMD模态混淆的影响，得到混有虚假分量的IMF。而Hilbert变换受Bedrosian定理的约束在处理此类分量会产生负值瞬时频率，造成巨大的识别误差。为解决传统HHT在爆破网路延时分析时遇到的问题，提出了CEEMD-MPE-NHT爆破网路延时分析算法。该算法通过改进EMD得到补充集合经验模态分解-多尺度排列熵(CEEMD-MPE)算法，实现EMD模态混淆抑制。再对CEEMD-MPE得到IMF进行归一化Hilbert变换，解除Bedrosian定理对Hilbert变换的约束。对蕴含能量最大的IMF分量进行包络求解，包络峰值对应的时间间隔即为爆破网路实际延时。最后通过分析实际延时和理论延时之间的差值，可判断雷管是否处于正常服役状态。进一步通过干扰降震法得到本工程最合理爆破网路延时为54.51~59.75 ms，研究结果表明:基于CEEMD-MPE-NHT的爆破网路延时分析对爆破安全控制具有重要的现实意义。
爆破网路 补充集合经验模态分解 多尺度排列熵 模态混淆 希尔伯特变换 blasting network complementary ensemble empirical mode decompositio multiscale permutation entropy mode confusion Hilbert transform
1 燕山大学 1. 信息科学与工程学院
2 2. 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
设计了一种基于阿基米德螺线的新型螺旋光子晶体光纤, 该光纤以二氧化硅为基底材料, 包层由24个螺旋臂组成, 每个螺旋臂包含11个小空气孔, 纤芯设有大空气孔, 包层与纤芯中间的环形区域用于传输轨道角动量模式。该结构在1300~1800nm波段上可支持22种轨道角动量模式稳定传输, 在1550nm波长下, 有效折射率差最高可达 2.89×10-3, 色散系数最低可达 66.4ps/(nm·km), 非线性系数最低可达2.17W-1·km-1, 且1500~1600nm 波段上的色散值变化均小于15.15ps/(nm·km)。此螺旋光子晶体光纤不仅结构简单, 且具有低非线性、色散平坦的性能, 为螺旋光子晶体光纤的设计提供了思路。
光纤光学 轨道角动量 光子晶体光纤 螺旋排列 色散平坦 fiber optics orbital angular momentum photonic crystal fiber spiral arrangement flat dispersion
为了准确识别分布式光纤预警系统中的入侵信号类型，提出了一种基于傅里叶分解方法（FDM）与排列熵降噪方法的光纤入侵信号特征提取与识别算法。首先，用FDM将光纤入侵信号分解为若干个固有频带函数（FIBF）。然后，计算各FIBF分量的排列熵，利用排列熵对噪声的敏感特性筛选出符合条件的FIBF并重构信号。最后，计算重构信号的近似熵与能量并构造二维特征向量，将其送入支持向量机进行训练后识别光纤入侵信号。实验结果表明，该算法可以有效识别敲击、小跑、过车三类光纤入侵信号，平均识别准确率为93.33%。
光纤光学 光纤入侵信号 傅里叶分解 特征提取与识别 排列熵 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1106001
1 电子科技大学中山学院电子信息学院, 广东 中山 528402
2 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130012
3 珠海任驰光电科技有限公司, 广东 珠海 519000
提出一种变分模态分解-排列熵的去噪方法,分析并设定排列熵中关键参数和阈值,进而通过排列熵来确定变分模态分解的分解层数值,将分解的各模态进行重构以实现对振动信号的去噪。通过仿真测试来验证该方法在正交性、完备性、信噪比和效率方面的优越性,最后对系统采集的实际振动信号进行去噪处理。实验结果表明,与现有的经验模态分解-相关系数和完全经验模态分解-相关系数方法相比,所提方法对触网、车轮碾压和雨淋三种振动信号具有最优的去噪信噪比(含噪信号与降噪值之比),分别为32.5358 dB、30.5546 dB和29.3435 dB,耗时也较少,分别为1.4432,1.6320,1.2349 s,信号模式识别准确率最高,均在99%以上。
光纤光学 分布式光纤振动传感 变分模态分解 排列熵 信号去噪
