针对无人机在复杂多障碍环境下的路径规划问题, 提出基于改进粒子群的优化算法。首先, 通过统一障碍物环境建模、优化适应度函数, 并采用混沌粒子初始化使粒子群多样化, 增强了算法的稳定性; 然后, 用自适应加速度系数替代传统粒子群算法的加速度常数, 避免陷入局部极小值, 同时提高了算法收敛到全局最优解的效率; 最后, 用无人机运动编码代替传统粒子群算法中粒子搜索轨迹的编码方式, 提高解的最优性, 搜索最优解路径。仿真结果表明: 当进行无人机路径规划时, 改进粒子群算法可以有效解决复杂的多障碍环境中传统粒子群算法的问题, 与灰狼优化算法、差分进化算法、量子粒子群算法和传统粒子群算法相比, 改进后的算法在不同场景静态环境中路径寻优精度和稳定性明显提高, 且与动态粒子群算法相比, 新算法也能更好地适应动态环境。
粒子群算法 混沌粒子初始化 自适应加速度系数 运动编码 路径规划 particle swarm optimization chaotic particle initialization adaptive acceleration coefficient motion encoding path planning
1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454003
2 中国科学院空天信息创新研究院航空遥感中心, 北京 100094
3 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
基于场地的绝对辐射定标是航空遥感数据定量化应用的重要保障手段, 如何降低外场测量环境及各种测量误差的影响、 提高定标结果的稳定性和精度是航空相机定标的关键。 利用2020年12月26日—28日在云南普洱定标场布设的5种不同反射率的灰阶靶标, 采用反射率基法对机载Lecia DMC Ⅲ航空多光谱相机连续进行3次辐射定标试验。 在飞机飞越定标场上空的同时, 获取地表反射率、 大气参数和试验场内各采样点的几何信息, 利用MODerate resolution atmospheric TRANsmission(MODTRAN)5.2.1大气辐射传输模型得到遥感器入瞳处各波段的辐亮度, 然后结合影像选定区域的平均DN值, 分别采用单点法、 两点法和多点法计算得到不同的定标系数。 通过系统对比不同方法得到的定标结果并分析各种误差源, 提出了一种基于多级靶标多次观测的航空多光谱相机外场高精度绝对辐射定标的方法, 各波段的定标不确定度分别为7.24%(蓝)、 6.20%(绿)、 5.35%(红)和4.68%(近红外)。 为了验证辐射定标的结果, 通过反射率反演的方法来验证不同方法计算得到的定标系数的合理性; 利用单点法、 两点法和多点法得到不同的定标系数, 基于Atmospheric/Topographic Correction for Airborne Imagery(ATCOR 4)大气校正软件对试验场内的多种典型地物进行大气校正; 将反演的地表反射率与实测地物反射率进行对比验证。 结果表明： 多级靶标和短期多次试验对于提高定标精度非常关键, 5%、 20%和60%灰阶靶标单点定标法和单次多点定标法的定标精度相对最差, 40%灰阶靶标单点定标法和两点法的定标误差明显减小, 多次多点法的定标精度相对较高, 三类方法平均相对误差分别为10%、 5.43%和3.18%。 本文提出的基于多级靶标多次试验的航空多光谱相机定标方法, 降低了单点法、 两点法及单次试验定标的不确定性, 对于今后航空相机的外场高精度定标及航空数据的定量化应用具有较高的参考价值。
遥感 绝对辐射定标 多级靶标 反射率基法 验证 Remote sensing Absolute radiometric calibration Multi-scale tarps Reflectance-based method Validation 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3571
1 桂林电子科技大学 光电工程学院，广西桂林54004
2 哈尔滨工程大学 纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150001
为了制备高质量螺旋光纤器件，提出一种四电极电弧光纤加热的方法。基于磁流体动力学模型建立四电极电弧等离子放电的有限元仿真模型，研究了电极夹角、电极距离与施加电压对电弧放电温度场的影响。根据实际情况，进行了相应的温度场仿真计算，结果表明四电极电弧放电形成了较宽的恒温区，宽恒温区不仅有利于光纤应力的释放，同时减少了光纤偏移带来的影响。基于仿真结果，研制了四电极电弧放电的宽恒温区等离子热熔扭转加工系统，当系统中被加热光纤最高温度约为1 050 ℃时，被加热光纤轴向上的恒温区长度约为2.12 mm。用研制的系统制备了不同光纤与不同周期下的螺旋长周期光纤光栅，在波长1.21~1.3 µm，透射光谱的光强波动小于1 dB，光强平均值大于-1 dB；在波长1.3~1.35 µm，光强平均值大于-1 dB；最深的透射光谱波谷大于22 dB。为更进一步验证所研系统的性能，用单模光纤、偏芯光纤、偏双芯光纤制备了不同周期的螺旋光纤结构，结果显示加工得到的螺旋光纤结构的包层边界清晰且平直，无显著的螺纹结构；光纤中央芯无显著的螺旋加工痕迹；光纤偏芯光滑且连续。
四电极 电弧 等离子宽恒温场 高温光纤螺旋加工 four-electrode arc plasma wide constant temperature field high temperature fiber twisting processing 光学 精密工程
2023, 31(18): 2636
使用仿真软件对模组以及各零件的温度分布情况进行仿真，对热仿真流程以及仿真结果的正确性进行研究。首先，使用仿真软件对模组的散热情况进行分析，得到模组整体以及各零件的温度分布情况；然后，将模组置于25 ℃恒温箱中，使用多路温度探测仪对模组表面以及液晶显示屏下表面的随机点位的温度进行测量；最后，将仿真模拟的点位温度与实际测量的点位温度值进行对比，计算出温升误差值，通过温升误差值大小，对比实测结果与仿真分析结果，验证模拟仿真的正确性。通过对比分析实验结果与仿真结果，得出结论：模组在室温下达到稳定工作状态时，通过热仿真计算出的结果和实际测量的温度数值差异不大，二者的温升误差最大为3.5%，相对较小。因此，仿真结果具有理论参考性，模组散热设计满足工程设计要求。
模组 有限元分析 热仿真 module finite element analysis thermal simulation
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
由于光伏板测得的灰尘散射数据受到各种噪声和干扰因素的影响, 导致测量数据的误差大。因此, 为了得到准确的检测结果, 提出了一种结合卡尔曼滤波和数字锁相放大技术的信号去噪方法, 对混合了噪声的光伏板灰尘散射信号进行去噪处理。通过仿真实验和对实测的光伏板灰尘散射信号去噪, 并计算信噪比、均方根误差和平滑度, 验证了联合算法的去噪性能。结果表明, 卡尔曼滤波和数字锁相放大器联合去噪算法的信噪比比单一数字锁相放大器去噪算法提高了36%, 能够有效降低光电探测系统中的噪声干扰, 提高光电探测系统的精度和稳定性。
光伏板积尘 散射 去噪方法 数字锁相放大技术 卡尔曼滤波 photovoltaic dust deposition scattering denoising method digital phase-locked amplification technology: Kal
1 常州大学 机械与轨道交通学院，江苏常州2364
2 常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州130
大功率LED车灯采用风扇进行强制对流散热，针对风扇周边空间尺寸影响车灯散热性能的问题，采用有限元仿真、均匀设计法及响应面分析相结合的研究方法进行优化研究。首先，利用有限元软件FloEFD研究了风扇护风罩与壁面的径向距离A、风扇入风口与壁面的距离B及风扇出风口与散热器的距离C三个设计参数对大功率LED车灯风冷散热系统散热性能的影响；然后，使用均匀设计法设计试验方案进行响应面分析并拟合出三个参数与LED焊点温度之间的回归模型，利用Pareto分析法确定三个参数对系统散热性能的影响大小；最后，利用Minitab软件的响应优化器，以LED结温最小化为目标，确认三个参数的最佳组合是A为8.4 mm、B为16.3 mm、C为4.3 mm。通过对最佳组合进行实验，表明此组合具有最优的散热性能，同时仿真和实验结果具有一致性，验证了仿真的可靠性。
发光二极管车灯 有限元仿真 响应面法 风冷散热 LED headlight finite element simulation response surface method air cooling
航空工业西安航空计算技术研究所, 西安 710000
综合模块化航空电子(IMA)系统可以在有效提高系统效率的同时减少资源的分配, 但集成工作增加了系统的复杂性, 同时使系统的故障在综合过程中传播到其他系统, 这对系统的安全性也有很大的影响。传统的系统安全分析方法主要依赖于工程经验和个人技能, 存在忽视系统故障状态和误判故障影响的局限性。为了解决该问题, 提出了一种新的综合模块化航空电子系统安全分析方法——模型检测, 使用遍历算法搜索所有系统状态。这种分析过程的使用在实现自动化的同时减少对工程经验的需求。该方法在综合模块化航空电子系统安全分析中的实用性得到验证, 在系统需求规格的基础上给出了分析过程, 利用模型检测工具NuSMV进行安全性分析。该方法能够自动识别出引起顶层事件的最小故障组合, 从而达到传统故障树分析的目的, 最终通过案例分析表明了该方法的实用性。
综合模块化航空电子系统 安全性 系统分析 模型检测 integrated modular avionics system safety system analysis model checking
1 国家电网有限公司 信息通信分公司, 北京100761
2 国网湖北省电力有限公司 信息通信公司, 武汉 430077
3 长飞光纤光缆股份有限公司 光纤光缆制备技术国家重点实验室, 武汉 430073
G.654.E光纤应用于传输系统中, 因截止波长大以及与收发端设备的耦合方式, 可能产生多路径串扰(MPI)从而影响传输性能。为了探究MPI的影响因素, 通过窄带外腔激光器/光功率计法在1310 nm光源波长下分析了光纤类型、光纤长度、打圈条件、连接方式和尾纤类型对MPI的影响。实验结果表明: 对于短距离链路, 可通过热熔代替活动连接器以及打圈滤模来减小MPI；而对于长距离链路, 尽量避免不同类型光纤的混合连接。
光纤传输 G.654.E光纤 多路径串扰 短距离链路 长距离链路 fiber transmission, G.654.E fiber, multi-path inte
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室, 安徽 合肥230009
2 中国石油大学(华东)控制科学与工程学院, 山东 青岛 266580
液体活检是近些年新兴的体外诊断技术, 通过从肿瘤患者外周血中筛选出肿瘤细胞来检测和分析其上携带的各种生命信息, 具有便捷、侵入性小、检测精度高等特点。循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells, CTCs)作为液体活检的重要标志物之一, 对于癌症的早期检测、疗效评估以及预后监测具有重要意义。但是血液中CTCs的含量非常少, 通常每毫升血液中仅含有1~10个CTCs, 还有数以百亿计的血细胞, 所以CTCs的富集以及筛选是液体活检中的难题, 对CTCs所携带的生命信息进行解析是关键。总结了经典的CTCs分离方法并重点概括了CTCs的检测技术。
液体活检 微流控技术 循环肿瘤细胞(CTCs) 表面增强拉曼散射 检测技术 liquid biopsy microfluidics technology circulating tumor cells surface enhancement of Raman scattering detection technology
