为实现高分一号卫星宽视场成像仪的实时辐射定标, 准确获取成像仪在轨暗电流噪声引起的偏移量信息, 提出了高频次辐射定标方法, 并分析了方法的可靠性和测算精度。介绍了卫星遥感器在轨辐射定标原理。以敦煌辐射校正场为实验区, 利用该场地历史光谱数据和实时气象观测数据确定了高频次定标的数据基准。基于成像仪夜间大面积海洋场景数据测算了偏移量信息, 即在无辐射能量输入的条件下, 测算成像仪自身暗电流噪声引起的输出数值。然后, 利用地面参考基准数据和偏移量信息, 实现了高分一号卫星宽视场成像仪的在轨定标。最后, 分析和检验了高频次定标方法的不确定性和定标结果的可靠性。结果表明: 高分一号卫星宽视场成像仪高频次定标的不确定度小于5.3%; 基于该定标结果获取的辐亮度产品与基于官方定标结果获取的辐亮度总体相对偏差小于5.6%; 基于夜间海洋场景计算的定标截距(即偏移量)更接近于理论设计值。该方法可用于高分一号卫星宽视场成像仪的在轨定标和暗电流噪声定期检测。

研究了光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路, 实现了塑料光纤通信的高速单片集成光接收芯片。首先, 根据工艺流程和参数, 采用器件模拟软件对PD结构进行了建模, 并对其光谱响应度和结电容进行了理论推导及仿真。基于Cadence/spectre软件和仿真得到的PD参数对由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成的后续放大电路进行了协同设计。采用0.5 μm BCD(Bipolar, CMOS and DMOS)工艺对单个PD以及PD和后续放大电路单片集成电路进行了流片、封装和测试。结果表明: PD的光谱响应曲线的峰值波长和仿真结果较一致, 约为700 nm, PD结构更适合短波长探测; PD的结电容随着反向电压的增大而减小, 结电容越大, 光接收芯片的带宽越小; 对于650 nm的入射光, 在小于10-9的误码率条件下, 光接收机的灵敏度为-14 dBm; 最后得到了150 Mb/s速率的清晰眼图。实验结果显示, 设计的高速单片集成光接收机可以应用于百兆速率光纤入户通信系统。

针对常用的气相色谱(GC)分析法进行焦油芳烃检测分析周期较长的问题, 本文用傅里叶变换型近红外光谱仪及相关软件对石脑油蒸汽裂解焦油芳烃的含量进行了测定和实验研究。考虑焦油样品颜色差异大、芳烃含量变化大, 实验通过对样品管改进、异常值判断、建模波段及光谱预处理方法优选等优化了碳六、碳七、碳八、碳九、碳十及总芳烃含量6组预测模型性能, 建立了石脑油蒸汽裂解焦油样品中芳烃含量的快速分析方法, 使得单个样品的分析时间缩短到2 min以内。优化后6组模型的相关系数(R)分别为0.995 20, 0.993 08, 0.946 33, 0.978 99, 0.948 46, 0.998 63, 交叉验证均方差(RMSECV)分别为1.07, 0.806, 2.17, 0.979, 0.665, 1.15。未知样6组芳烃含量的近红外光谱及气相色谱(GC)分析数据吻合良好, t-检验绝对值均小于其临界t值(t 0.05(17)= 2.11)。另外, 近红外分析数据相对标准偏差(RSD)均小于2%, 显示提出的方法具有较好的重复性。

针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响, 研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率, 故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系, 推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30~2 700 MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验, 结果表明: 当Ge膜方块电阻在上述范围时, 光子计数探测器在计数率为53 kc/s时分辨率可以达到0.5 mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上, 将 0.35 μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体, 利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度; 然后在假定光性为薄的情况下, 利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450 eV, 电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差, 初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。

研究了激光冲击驱动飞片成形中相关工艺参数对成形性能的影响。采用适合高压高应变率的Johnson-Cook模型, 基于ANSYS/LS-DYNA软件平台, 数值模拟了激光冲击驱动飞片成形胀形件过程中激光能量、成形模具孔径以及模具圆角率与成形件成形高度的关系。分析表明, 随着激光功率密度、成形模具孔径和模具圆角率的增加, 胀形件成形高度均随之增加, 胀形件的最大成形高度为310.6 μm。对厚度为50 μm的铜箔材进行了激光冲击驱动飞片成形实验, 利用体视显微镜和形貌测量仪对获得的胀形件试样进行了二维和三维形貌测试, 验证了数值模型的合理性。本文建立的数值模拟分析方法为激光冲击驱动飞片成形胀形件过程的预测和控制提供了手段。

研究了飞机飞行时的动态辐射特性测量方法。针对利用软件计算大气透过率进行目标辐射修正精度较低的问题, 提出了通过机上标校黑体进行实时大气修正的新辐射测量方法。该方法通过目标飞机上挂载的标校黑体实现大气透过率的实时测量, 并利用实测大气透过率对目标飞机辐射进行大气修正来提高修正精度。借助中波和长波红外相机、两个标准面源黑体及一块硒化锌平板, 开展了飞机目标辐射特性测量的地面模拟实验。利用MODTRAN和CART计算以及实测大气透过率分别对黑体目标红外测量值进行辐射反演。与MODTRAN和CART计算大气透过率的传统方法相比, 文中提出的实测大气透过率方法可将目标辐射反演精度提高一倍以上。

根据室内可见光通信(VLC)的信道传输特性, 建立了一种可见光通信系统的链路模型, 提出了用于VLC系统的间隔多脉冲位置调制(IMPPM)方案。 介绍了IMPPM方案的符号结构, 并将该方案与VLC系统的另外两种调制方式, 脉冲位置调制(PPM)和多脉冲位置调制(multi-PPM, MPPM)在带宽、功率需求, 比特误差率(BER)等方面进行了比较。结果显示: MPPM和IMPPM在信源(M)为3, 4, 5 bit时的带宽需求和功率需求取得了比较好的平衡。当BER达到10-3时, IMPPM接收的光功率比PPM低4 dB, 比MPPM低2 dB; 由于IMPPM中相邻两脉冲有时间间隔, 所以, 其BER性能要优于MPPM。IMPPM用于可见光通信时, 其功率需求低于MPPM, 抗多径及码间干扰的能力优于PPM和MPPM。

为研究激光冲击强化对TiAl合金组织和性能的影响, 利用波长为1 064 nm、脉宽为20 ns、单脉冲能量为0~22 J的Nd:YAG激光器对TiAl合金试件进行了实验研究。采用显微硬度计、表面粗糙度仪和扫描电镜分别测量了激光冲击强化前后的表面显微硬度、粗糙度和表面微观形貌, 利用X射线应力分析仪测量了激光冲击强化表面残余应力和晶面极性, 并分析了其高温稳定性。实验结果表明: 当单脉冲能量增加到9 J时, 表面显微硬度增加了33.4%, 粗糙度由0.042 μm增大到了0.285 μm, 表面残余压应力由20 MPa增加到了297 MPa, 表面微观形貌出现了凸凹不平, 局部纹理和层状微结构。将9 J激光冲击强化后的试件在650 ℃下保温4 h后, 残余压应力值从297 MPa降到230 MPa, 显微硬度值从377 HV0.2降到345 HV0.2, (002)晶面取向有向中心移回的趋势。得到的数据显示, 激光冲击强化能够极大地改善TiAl合金的组织和性能, 且具有一定的高温稳定性。

利用60吋全固态激光电视样机, 建立了原有的电视色度信号向激光电视色度信号转换的模型。根据激光显示的特点, 推导出以三色激光( 红: 660 nm, 绿: 532 nm,蓝: 457 nm)为三基色的激光电视颜色系统与荧光粉电视三基颜色系统的矩阵转换关系。利用解码模块、现场可编程门阵列(FPGA)色域转换模块和编码模块搭建了激光三基色系统和普通电视三基色系统的色域转换电路, 分析了电路中各个模块的作用及整个电路的工作过程, 实现了对高清视频信号的色域转换。对比了不同颜色在转换后的激光电视上与荧光粉电视上的显示效果, 对11个特征颜色的测量显示, 其色域转换误差小于9.8%。实验取得了很好的色域转换效果, 成功地验证了高清激光电视的色彩复现能力。

以光折变晶体硅酸铋(BSO)为记录介质, 构建了基于反射式全息光栅零差干涉振动测量系统。系统中的参考光与被振动信号调制的信号光以反射式记录全息的方式射入BSO晶体, 在晶体内干涉形成反射式动态全息并实时衍射, 通过对信号光的透射光和参考光的衍射光所形成的干涉信号进行解调即可得到所测的振动信号。研究了两入射光束夹角、光强比、晶体晶向等测量条件对系统测量灵敏度的影响, 分析了耦合增益与测量灵敏度的关系。结果表明, 以压电陶瓷(PZT)为被测对象时,系统最高可探测到频率为360 kHz的振动信号。分析显示: 由于反射式全息降低了布拉格光栅的空间周期, 提高了入射晶体的信号光和参考光的耦合效率, 故其测量灵敏度高于透射式全息光栅振动测量系统。

为了保证在复杂环境下连续工作的火炮自动装填机构装填参数的一致性, 研究了火炮自动装填机构工作的可靠性及其测试方法。首先, 分析了装填参数变化对内弹道参数的影响和导致参数变化的原因。然后, 设计了多传感器装填参数测试系统, 利用该系统对输弹过程和输弹效果进行了综合测试。测试结果表明: 在装填开始60 ms左右装填机构尾部出现的峰峰值为14 mm的振动是影响弹丸入膛姿态并与身管尾端面碰撞的主要原因; 当弹丸的挤入压力为3 300~14 000 N时, 卡膛行程在2 mm内变化; 根据密集度分布将卡膛行程分为三个区域, 其中第二区域1.321~1.557 mm为可靠卡膛区。测试表明, 所采用测试方法和精度能够满足装填机构的检测要求, 可为装填机构的结构优化和性能评估提供数据支撑。

为了实现高阻值纳米薄膜材料的热电系数测量, 搭建了一套塞贝克系数测量系统。研究了该系统的温控精度和温差生成机制并测量了高阻值条件下微弱电压。首先, 建立了高真空度和带有多重电磁屏蔽的真空测试环境; 然后, 设计了高稳定度温差控制平台, 以便为测试样品提供可控温差; 同时根据高阻条件下的微弱电压的检测要求, 消除了检测通道的漏电流和分布电容的影响。最后, 提出了一种循环温差的测量方法, 用于有效去除分布电容引起的塞贝克电压长期漂移。采用该方法对高阻值的有机半导体材料进行了塞贝克系数的测定, 结果显示: 阻值高达7×1012Ω的有机薄膜材料的塞贝克系数的测量精密度<2%,温度控制精度为±0.001 K。得到的结果表明, 该系统能够实现对样品阻值高达1012Ω的纳米薄膜材料的塞贝克系数的测量。

对皮卫星与星箭分离机构进行了热结构耦合分析, 以便合理地设计皮卫星与导轨面间的配合间隙, 确保皮卫星安全可靠分离。在充分考虑皮卫星发射过程中卫星、地球、太阳三者几何关系的基础上, 计算了皮卫星及其星箭分离机构在卫星发射过程中所吸收的外热流; 通过有限元分析求解了卫星发射过程中的温度场和热变形情况。基于上述工作, 设计了皮卫星与导轨间的配合间隙。分析结果显示: 受冷黑环境和传导热流影响, 卫星与导轨背阴面变形较大, 但皮卫星外壳和导轨面总体并未发生大的扭曲形变; 在600 N和300 N预紧力作用下, 皮卫星与导轨面间的配合间隙最大变化量分别为62.3 μm和63 μm。根据分析结果合理选择了配合公差。得到的结果表明: 皮卫星及其星箭分离机构在高低温试验后能正常分离, 在轨星箭分离姿态与仿真结果吻合, 实验结果验证了卫星与导轨间配合间隙设计的合理性, 可用于指导皮卫星星箭分离机构的结构设计和热控制设计。

由于外界磁场扰动会降低无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计的磁场测量灵敏度, 本文根据SERF原子磁强计的测量原理, 提出了一种基于原位磁测补偿外部磁场扰动的方法。该方法通过调制解调的方法对3个方向的磁场进行解耦, 实现3个方向磁场信息的独立测量。然后,将3个方向磁场的测量信息作为反馈, 调节电流源输出给线圈的电流, 使线圈产生一个与外界扰动磁场大小相同方向相反的补偿磁场。最后,在现有的SERF原子磁强计实验平台上搭建了主动磁补偿系统, 实现了对外部扰动磁场的补偿。与手动补偿方式相比, 本文提出的主动磁补偿方法可将剩余磁场的平均值从0.317 8 nT降低到0.040 4 nT, 同时将剩余磁场的均方差由0.348 1 nT降低到0.024 7 nT。得到的实验结果验证了本文所述方法的有效性。

提出了基于数字微镜器件(DMD)的双曝光头总体结构, 该结构可同时刻划母尺的周期和非周期两个光栅码道。单曝光头包含曝光光源、调焦光源、DMD和投影镜头四部分, 曝光光源由激光器、准直镜组、二维微透镜阵列和场镜组成。本文利用光学软件TracePro设计该光源, 实现了能量的平顶分布, 在14 mm×10 mm的照明面上均匀性达到95%以上。利用光学软件Zemax设计了工作在双波段(曝光光源0.403~0.407 μm和调焦光源0.525~0.535 μm)的共焦投影镜头, 采用了二向色镜和分光棱镜使其能在曝光的同时进行实时调焦, 优化后的系统在曝光波段和调焦波段均达到衍射极限, 最大畸变为0.009%。与传统的光栅尺刻划技术对比, 设计的曝光系统具有工艺简单、制作速度快、精度高等优势, 可用于长、超长计量光栅的制作。

讨论了现有工程表面粗糙度评定基准滤波方法的优缺点。提出双树复小波变换(DT-CWT)具有近似的平移不变性和改进方向选择性等优点适合用于三维表面基准滤波, 但其滤波过于理想化易导致滤波基准在野点处畸变。为此, 进一步提出将空域双边滤波思想引入DT-CWT来增强双树复小波变换在提取基准面野点处的稳健性。通过低频重构得到基准信号, 并对每层重构系数进行双边滤波, 最终增强DT-CWT滤波基准的稳健性。仿真结果显示: 改进的DT-CWT能很好地抑制异常值干扰引起的滤波基准在野点处产生的畸变, 其得到的基准面的精度误差为0.183 2×10-10 m, 重构误差为0.016 1×10-10 m, 低于传统方法所得。对实测数据进行处理结果表明, 双树复小波稳健滤波能很好地克服边界效应并抑制工程表面上深沟对滤波结果的影响。提出的方法为工程表面粗糙度评定提供了一种新方法。

为了实现对轻、薄、小产品的平稳输送, 利用圆形压电双晶片作为振动给料器的动力源, Z型弹簧片作为主振弹簧, 并基于系统共振方法设计了新型压电驱动式振动给料器。介绍了圆形压电双晶片驱动式振动给料器的工作原理, 建立了动力学模型, 获得了系统固有频率表达式; 分析了压电双晶片的振动模态, 确定了一阶振型为工作振型。研制了振动给料器样机, 利用样机测试了电压、频率与送料速度的特性曲线以及主振弹簧片角度对送料速度、送料稳定性、送料噪声的影响规律。试验结果表明: 电压为150 V, 频率为142 Hz时, 输送电池帽的速度为8.5 battery cap/s; 频率为136~148 Hz时,系统具备输送物料的能力, 共振条件下(142 Hz)输送速度最快; 随着电压的升高, 输送速度呈线性增加; 输送的单体物料质量增加时, 主振弹簧片安装角度宜变小。

由于大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长, 晶体窗口难于满足使用要求, 本文设计了一套用于发射系统的快门式机械窗口。该机械窗口由防尘罩压紧机构和防尘罩的驱动机构两部分组成。压紧机构通过丝杠、钢丝绳和同步带等传动方式实现单电机驱动多目标同步运动, 利用柔性铰链补偿安装误差。采用柔索的非线性分析法和积分原理求解了防尘罩的风压载荷与锁紧机构所需的压紧力间的解析关系, 通过逆推法建立了正压风载与电机负载扭矩间的解析表达式。根据电机的矩频特性计算了机构的转速范围和防尘罩能承受的最大风载。实际测试表明, 电机输出扭矩达到0.34 Nm时, 防尘罩可以抵御10 m/s风载作用, 开启与关闭的最小时间稳定在3 s左右, 正压风载与电机负载间表达式的计算误差不超过15%, 窗口的运行可靠, 符合设备使用要求。

针对谐波传动系统的控制方法与性能预测问题, 本文考虑影响谐波传动系统性能的主要因素, 提出了一种精密谐波传动系统建模方法。建立了整个谐波传动系统的动力学模型和Simlink仿真模型, 给出了仿真模型中各参数的获取方法。针对模型中难于准确测得的参数, 提出了一种最小二乘辨识方法。对谐波传动系统的仿真模型进行了时频域仿真分析与实验验证, 结果表明: 建立的谐波传动系统模型各参数具有明确物理意义, 便于工程应用; 建模时仅利用一次扫频即可得到所有未知参数的估计值, 提高了参数获取的效率, 降低了成本; 仿真模型与实际系统时频域特性基本一致, 所有结果匹配度超过70%。得到的结果验证了该建模方法的正确性。

研究了蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计, 以解决环境振源振动频率多变的问题。建立了蒲公英状压电振动能量收集装置谐振频率的理论模型并进行了数值模拟, 结果表明, 该能量收集装置的谐振频率并不是可以任意拓展的。为验证理论分析的正确性, 进行了蒲公英状压电振动能量收集装置的频率响应实验, 得到的实验结果与理论分析基本吻合, 说明了本文理论分析的可靠性。最后对宽频带的蒲公英状压电振动能量收集装置进行了发电性能测试实验, 结果表明, 通过对蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计, 其在20~34 Hz有较大的功率输出, 且最大输出功率达到了约2.3 mW。本文的设计有效地拓宽了该装置的谐振频率范围, 易于实现与环境振源的匹配而获得较高的能量收集能力。

基于线弹性和小变形假设理论, 通过引入比例系数(直圆柔性球铰槽口间距与切割半径倍数之比)并利用其结构对称的特点, 推导得到了形式较为简洁的直圆柔性球铰柔度矩阵各子元素的解析柔度计算公式。利用有限元仿真软件验证了所推公式的正确性, 并绘制了相应的误差曲线。结果表明: 当比例系数小于0.2时, 直圆柔性球铰各柔度计算公式的相对误差限均在11%以内; 随着比例系数的增加, 除沿x向的拉压柔度C11误差较小外, 其他柔度计算公式的误差均呈增加的趋势, 最大误差为30%。实验结果显示理论分析与仿真结果基本趋于一致, 验证了直圆柔性球铰各柔度解析式的正确性。本文的研究内容为直圆柔性球铰在实际应用中的结构设计和参数优化奠定了理论基础。

考虑现有旋转发电机无法适应高/匀速旋转运动且振动冲击/ 噪音大、可靠性低等弊端, 提出了一种由旋转磁铁激励的压电俘能器, 并从理论及试验两方面研究了旋转磁铁数量(间距)对激振力及压电振子发电特性的影响规律。结果表明, 在其它条件确定的情况下, 存在使激振力最大的最佳旋转磁铁间隙比(磁铁直径与相邻磁铁间距离之比); 间隙比为2时的激振力幅值为间隙比为0和4时的6.2倍。采用2,12,24个旋转磁铁激励发电时, 电压-转速特性曲线中均存在多个使输出电压出现峰值的最佳转速, 其中最大峰值电压及其所对应的最佳转速分别为29.4,87.2,28.4 V和1 282.5,707.5,2451 r·min-1; 12个旋转磁铁激励的最大输出电压为其它两种情况的3倍。此外, 压电振子一次激励所生成电能(波形数量及幅值)还与旋转磁铁数量及转速有关。2个旋转磁铁在低转速时仅能激励出1个较大幅值电压波形, 而高转速时可生成4个幅值较大的自由振荡波形; 12个磁铁在任何转速下都仅能激励出1个电压波形。实验显示动磁铁数量是影响旋转压电俘能器发电量及输出功率的关键要素。

针对金属工件外观缺陷检测存在光学照明不均、检测缺陷种类繁多、检测系统识别率不高等问题, 研究了检测金属圆柱工件缺陷的方法。分析了局部二元模式(LBP)与局部图像方差强度(LVAR)的基本原理,研究了两者在金属纹理表面缺陷检测中的具体实现方法。采用LBP反应局部图形空间纹理模式, LVAR突出图像强度对比信息, 然后用LVAR计算结果作为权重值来调整LBP的局部纹理提取和度量结果, 实现了金属圆柱工件的自动缺陷检测。实验中采用步进电机控制工件旋转, 配合线阵相机采集圆柱工件的展开图像。实验结果显示, 这种方法有效克服了金属材质光照不均的缺点, 对大量缺陷种类具有较高的鲁棒性, 其检出率高达95.1%, 漏检率为0%, 满足了工业检测要求。

研究了紫外成像光谱仪热控制的特点, 指出采用常规热设计理念对紫外成像光谱仪散热容易造成散热面面积大、主动加热功耗高等问题。基于热管理技术, 提出采用统一收集和综合管理仪器热源产生热量的方法来解决紫外成像光谱仪的热控制问题。对紫外成像光谱仪的热设计验证试验表明: 低温工况下整机平均温度变化为18～20 ℃, 最大轴向温差变化为1.0～2.4 ℃; 高温工况下整机平均温度变化为18～24.5 ℃, 最大轴向温差变化为1.2～3.3 ℃; 均满足热控指标要求。结果显示: 采用热管理技术综合收集和管理热量能够提高能量利用率、有效降低热控系统规模。提出的方法对其它空间光学遥感器的热控制具有一定参考意义。

针对卫星云图在接收及传输过程中受噪声、大气湍流、太阳风暴及卫星轨道漂移等影响造成的云图数据破损, 提出了一种联合块匹配与稀疏表示的卫星云图修复方法。首先, 根据破损区域的优先权值确定待修复像素, 对该像素的邻域进行分块处理。然后, 利用待修复块与各匹配块之间的结构相似度, 建立相应的冗余字典; 通过求解稀疏表示问题修复该破损区域。最后, 沿着等照度线不断更新优先权值, 实现整幅图像的修复。实验结果表明, 提出的方法不仅能避免传统偏微分方程(PDE)修复法所导致的结构丢失, 也能很好地改善基于纹理填充修复方法所导致的修复不足及块效应现象。测试结果显示: 在云图存在局部区域缺失时, 修复后云图的峰值信噪比(PSNR)比匹配追踪法及总变分法的修复结果平均提高了8.50 dB和0.28 dB, 而且在纹理细节及边缘区域具有更好的视觉效果。

在分析激光干扰图像整体特征、目标局部特征和干扰光斑分布特性的基础上, 提出了一种加权特征相似度(WFSIM)评估算法来评估激光干扰效果。该方法首先利用亮度、对比度和边缘清晰度等图像整体特性与局部特征点保持度这一目标识别特征来得到图像特征评估模型。然后, 根据光斑的大小、强度和位置等特性计算饱和像素率、信噪比和光斑视觉区域重要性等加权因子, 利用这些因子对评估模型进行加权, 最后得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行了照明成像识别实验, 同时使用不同干扰功率的激光对识别系统进行干扰, 并采集不同背景强度和光斑位置的干扰图像。基于本文提出的WFSIM算法对获得的激光干扰图像进行了评估。结果表明, 与传统的均方误差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)及结构相似度(SSIM)等评估方法相比, 提出的WFSIM算法对不同背景强度、光斑位置和杂波干扰下的图像都给出了合理的评估结果, 其评价结果更符合人类的主观视觉感受。

研究了压缩感知(CS)理论在无线传感器网络(WSNs)多目标定位中的应用。提出一种基于离散萤火虫算法的压缩感知重构方法, 并设计了具体算法实现流程, 该算法摆脱了传统压缩感知重构算法对稀疏度K的依赖且能够准确地重构出原始信号。基于此, 将新的压缩感知重构算法应用于WSNs目标定位, 建立了WSNs系统模型, 构造了合理的测量矩阵和稀疏矩阵, 并分析了测量矩阵与重构结果之间的关系, 最终实现了WSNs多目标定位。仿真结果表明该方法在稀疏信号重构性能及多目标定位精度方面具有较好效果, 定位精度优于贪婪匹配跟踪(GMP)算法、正交匹配追踪(OMP)算法和最大似然估计(MLE)算法, 且用于WSNs定位的传感器节点数目减少了20%, 抗噪性达到了20 dB。

针对基于线性模型分解高光谱影像混合像元分解精度低, 而非线性模型难以建立等问题, 提出了利用多核支持向量机(MKSVM)的后验概率进行高光谱影像非线性混合像元分解的方法。该方法在支持向量机的基础上, 以线性加权组合核函数代替单核函数, 采用简单多核学习方法迭代解算权系数来实现分类。然后, 通过S型函数将分类器输出值转化为概率; 将两两配对概率转换为多类后验概率。最后, 利用后验概率实现高光谱影像的非线性混合像元分解。采用该方法对两组推帚式超光谱成像仪(PHI)的高光谱影像进行了对比实验, 结果表明: 该方法的分类精度分别提高到95.62%和91.51%, 均方根误差(RMSE)最小分别为11.15%和7.55%, 均小于15%。实验结果显示提出的方法基本消除了混合像元对高光谱影像分类的影响, 提高了分类精度。

提出一种基于监督保局投影(SLPP)与虚假最近邻(FNN)准则的原始特征选择方法。该方法首先将非线性原始数据映射到监督保局子空间, 消除样本数据输入变量之间的相关性; 然后, 利用虚假近邻点方法计算剔除每个原始特征前后输入样本在监督保局子空间里的相似性测度, 获得每个原始特征对类别变量不同程度的解释力; 最后, 从全特征开始逐步剔除解释能力弱的特征进而获得多组特征子集, 并建立最近邻分类器, 识别率最高且含特征数最少的特征子集即为最优特征子集。采用合成数据对该方法进行了仿真验证, 结果表明, 该方法可获得与数据集本质分类特征吻合的最佳特征子集。将该方法应用于选择真实的低阻油气层特征, 获得的最佳特征子集比全特征集合的特征数量减少了50%以上, 分类识别率高出8%。结果显示该方法具有优秀的原始特征选择能力, 是一种有效的非线性特征选择方法。

针对嵌入式系统的多任务环境, 提出了混合模型功耗管理算法, 用于对服从一般分布的系统进行建模。首先, 介绍了现有的动态功耗管理策略算法, 阐述了算法需要改进的原因。然后, 使用重标极差法(Rescaled Range Analysis, R/S)对非平稳服务请求下的时间序列进行长距离相关性分析; 根据不同的分析结果选择相应的最大概率策略, 即基于电池剩余电量的超时策略、模糊非标准PID策略和半Markov随机策略。最后, 给出了策略参数的确定方法并通过实验的方法对本文提出的策略进行分析。实验结果表明, 本文策略弥补 了常规动态电源管理策略的不足, 具有更广泛的适应性; 在性能损失10%的条件下, 系统平均功耗减少了37%, 命中率大于60%, 更稳定、有效地降低了功耗, 有利于在嵌入式系统中应用。

机上载荷获取的视频图像数据经压缩后在误码率为1×10-5的无线通信链路中传输时极易受到干扰, 从而使得地面终端无法正常解码显示。本文通过分析无人机测控下行链路数据传输误码模型, 设计了一种高效的纠删编码技术以提高压缩后码流的抗误码性能。该算法首先将编码后的数据按照一定数量的字节数进行分帧, 对分帧后的数据按列进行改进后的快速范德蒙纠删编码; 然后对编码后的数据再按帧格式进行快速循环冗余校验(CRC)编码; 最后将编码后的码流送入信道传输。仿真结果表明, 该纠删编码抗误码技术能够将误码率为1×10-5信道降低到1×10-8左右, 可以使得经过高压缩比后的视频码流正确解码显示。此外设计时使用的纠删编解码技术运算量低、延迟小、非常易于硬件实现。提出的高效纠删编码技术已成功应用于多项无人机测控系统。

讨论了刑事案件侦破过程涉及的足迹检验方法。考虑现有的足迹比对研究没有将足迹的深度信息与纹理信息分离后进行比对, 提出了一种融合纹理特征与深度信息的比对方法来实现足迹的自动比对功能。该方法通过四步相移补偿法来获取真实足迹特征的三维信息; 利用改进的二维高斯滤波器分离足迹的表面纹理特征与深度信息。最后, 采用区域互相关测度分别计算不同三维足迹信息中纹理信息之间和深度信息之间的相似度, 并按一定策略将量化的相似度信息转化为定性的判别结果。实验结果表明, 提出的方法能够有效分离足迹中的纹理信息和深度信息, 并能通过软件编程实现计算机对足迹的自动比对。与传统的针对二维图像灰度信息的足迹对比方法相比, 提出的算法能够描述真实的足迹形貌, 在现有数据集范围内, 自动比对正确率不低于90%; 加入人工干预后, 比对正确率可达100%。 得到的结果验证了提出方法的有效性。

为了快速且直观地对相机弱标定 (即相机内参数已知而外参数未知) 情况下的立体图像对进行欧氏极线校正, 提出了一套完整的欧氏极线校正框架。首先, 针对两视图对应相机的位姿信息估计问题, 提出一种新的不依赖矩阵奇异值分解运算的本质矩阵分解和唯一解确定算法。然后, 对传统欧氏极线校正问题进行推广, 并利用估计出的相机位姿构造出具有明确几何意义的无穷单应变换对, 进而将其施加到立体图像对来完成欧氏极线校正。最后, 利用8组SYNTIM立体图像对验证了所提出校正框架的正确性和校正精度。实验结果表明: 该欧氏极线校正框架不仅形式直观, 计算简单, 易于实现, 而且具有明确的几何意义。与其他欧氏极线校正方法比较, 提出的方法能够获得更高的校正精度, 且更好地消除了立体图像对的水平或垂直视差。

针对红外图像信噪比低、目标边缘和细节模糊等缺点, 提出了一种基于梯度直方图变换增强红外图像细节的方法。通过分析红外图像的梯度直方图, 构造出一个高斯函数来扩展梯度直方图, 增大图像的梯度值。采用直方图规定化法, 实现图像的梯度直方图规定化, 得到变换的梯度场。在从变换的梯度场重建增强的图像时, 引入全变分(TV)模型来抑制噪声。实验结果表明, 提出算法的图像信息熵比灰度直方图均衡化和规定化算法显著提高, 明显增强了红外图像的纹理细节, 为目标检测、跟踪和识别提供了高质量的图像信息。提出的算法采用有限差分法迭代进行求解和Visiual C++编程, 对大小为480 pixel×480 pixel的图像的处理时间约为40 ms, 基本达到了工程应用对图像处理的要求。

由于四元数MUSIC(Multiple Signal Classification)算法计算量较大, 本文结合声矢量传感器的四元数导向矢量模型, 提出了一种声矢量阵列波达方向估计的四元数最小范数法。首先, 将声矢量阵列输出协方差矩阵奇异值分解所得到的(M-N)×M维(M为阵元数、N为信源数)噪声子空间依最小范数(Minimum-Norm, MN)准则构建为一个新的四元数域1×M维噪声矢量。接着, 提出了简化的谱峰搜索公式, 理论分析了四元数最小范数法在搜索计算量上的优势。对提出的算法与Q-MUSIC算法进行了对比。 结果显示: 该算法至少能节省50%的谱峰搜索量。同时, 提出的算法构建的低维噪声矢量与导向矢量间的正交性优于高维噪声子空间与导向矢量间的正交性, 在0 dB时, 其范德蒙范数和谱峰分别为Q-MUSIC算法的1/3和3倍。另外, 该算法在减小谱峰搜索量的同时, 可以较好地分辨信源波达方向, 且其统计特性与四元数MUSIC算法相当。 提出的算法不局限于L线阵, 也适用于双平行线阵及面阵。

提出了一种新的快速物体检测与识别方法, 用于检测和识别在运动过程中图像尺寸不断变化的物体。该方法基于多级定向执行长度编码法(MORLC)生成一种新的多级字节编码和物体特征样本形式, 其属于字符数据样本, 具有数据量小、占用存储空间少、构造过程简单、可根据不同的应用需求选择不同级次的样本形式等特点。对MORLC方法中二级字节编码和样本的系统理论进行了分析, 给出了利用MORLC二级字节编码和样本检测和识别运动物体的实验数据。对静态背景中的行人及位置进行了检测和识别实验, 结果显示多级字节编码和物体特征样本形式匹配处理速度快, 匹配和识别的鲁棒性好, 不易产生错误匹配。该方法特别适用于场景中由于被探测物体运动产生投影图像比例发生变化的情况, 即对图像大小不敏感。该方法的另一个突出优点是高的执行处理效率。