摘要:本文针对被动锁模光纤激光器中调Q锁模脉冲难以可控产生的难题,提出在耗散孤子光纤激光器的泵浦驱动电流上加载调制信号,实现了可控的调Q锁模脉冲输出。当激光器泵浦驱动电流不加任何调制信号时,激光器输出稳定的耗散孤子脉冲。在泵浦驱动电流上加载矩形波调 制信号时,可以实现调Q锁模脉冲输出。保持其他参数不变,将调制信号幅度从0.1 V升高到0.5 V时,调Q脉冲包络可以从21.1 kHz升高到30.4 kHz。将调制信号占空比从90%升高到98%时,调Q脉冲包络可以从15.1 kHz升高到21.9 kHz。最后,分析了调Q锁模脉冲产生的机理。本研究为实现可控的调Q锁模脉冲产生提供了一个行之有效的方法。

摘要:本文利用掺铒碲酸盐光纤设计了一种多泵浦级联改进型拉曼光纤放大器(Raman fiber amplifier,RFA),并使用野马优化算法(wild horse optimizer,WHO)优化了RFA的各级泵浦参数、传输介质长度以及噪声,以获得最大可能输出增益、低增益平坦度。此外,通过使用灰狼优化(grey wolf optimizer,GWO) 、差分进化(differential evolution,DE) 、免疫优化(immune algorithm,IA) 等其他元启发式技术来优化同一RFA模型,分析不同优化策略下RFA的性能。结果表明,WHO是一种更优的优化技术,其优化后的模型在1 530—1 630 nm带宽范围内平均输出增益为44.64 dB,增益平坦度为0.71 dB。 此外,噪声增益分析显示,所设计的RFA能有效抑制双向瑞利散射噪声与自发辐射噪声。该方案性能优异,为下一代光通信网络放大器的设计提供了重要参考。

摘要:针对现有路面裂缝检测方法存在参数量多、精度低的问题,提出了路面痕量裂缝的轻量化检测方法DSCP-UNet(diminutive size and colossal perception UNet)。首先,通过构建轻量化卷积模块DGConv(diminutive group convolution)和自适应池化模块(self-adaptive pooling,SAPool)达到维持检测精度和降低模型参数量的目的,并使用双通道注意力机制CBAM(convolutional block attention module)提升模型对裂缝特征的关注度。其次,设计往返采样模块PASG(pyramid attention with sampling group),增强模型分辨裂缝特征的能力。然后,基于特征融合结构,使用PixelShuffle上采样模块解决裂缝特征图边缘模糊的问题。最后,构造混合损失函数,解决数据集类别不平衡的问题。实验结果表明,所提方法参数量仅为3.07 MB,且CFD任务测试的召回率为84.53%,F1值为72.76%,Crack500任务测试的召回率为71.36%,F1值为75.14%,综合性能优于UNet、CPFNet、PIDNet和DDRNet。DSCP-UNet具有轻量化、高精度和实时检测的优点,为路面裂缝的语义分割提供了解决方案。

摘要:基于荧光发射光谱检测水质化学需氧量(chemical oxygen demand,COD),对光谱数据分别进行多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、一阶微分、标准正态变换(standard normal variate transformation,SNV)、最大最小归一化及Savitzky-Golay(SG)平滑 等预处理,运用后向区间偏最小二乘法(backward interval partial least squares,BiPLS)和联合区间偏最小二乘法(synergy interval partial least squares,SiPLS)筛选关键特征波段,再用偏最小二乘法(partial least square, PLS)构建预测模型,以提升光谱处理效果与模型预测精度。实验结果显示,在对荧光发射光谱数据预处理时,SG卷积平滑效果最佳,BiPLS特征提取选择性更好。当Ex=310 nm时,经SG卷积平滑与BiPLS提取特征波段后建立的PLS 模型各项 指标最优,检验集相关系数rp达0.919 1,检验均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)3.348 8 mg/L,检验偏差Bias为 -0.283 5 mg/L。本文方法为水质COD的快速检测提供了一种实用方案。

摘要:针对日益增长的无感、无接触式体征监护需求,本文提出一种基于激光散斑的数字相关方法,以实现人体脉搏波的实时监测。首先,在数字散斑相关方法中综合运用多种典型相关函数、整像素与亚像素位移搜索算法,获取适用于脉搏波测量的最优方案；其次,改进整像素粗精搜索算法以优化局部极值问题,提升整像素搜索的可靠性；再次,为平衡计算时间与测量精度,给出搜索子集大小的选择准则；随后,提出一种融合分数阶傅里叶变换与完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)的滤波方法,用于抑制光照变化、基线漂移及运动伪影对脉搏波测量的干扰；最后,通过实验验证了所提激光散斑测量优化方案的有效性与可行性。

摘要:全面监测井下随钻过程的振动信息是钻井工程领域的重要研究课题。组合式加速度空间阵列传感器由于本身结构特性及解耦原理可以测量钻杆实际旋转中心处的振动信息,但测量精度较低、解耦算法的普适性较差、且无法定位旋转中心,难以满足井下随钻过程的振动测量需求。本文设计了一种n棱柱式3n(n3)轴加速度传感器阵列模型,将传感器个数n引入解耦算法,可根据钻杆内外径的不同尺寸改变n的取值,借助Matlab推导旋转中心定位算法,并利用Ansys仿真软件模拟了在给定振动条件下钻杆横截面上的加速度分布,以分析该四维加速度传感器的测量误差和旋转中心的定位误差。结果表明设计的四维加速度传感器阵列模型线加速度平均测量误差为0.17%,角加速度测量误差为0.01%,定位误差为0.73%,为油气领域随钻测量(measurement while drilling,MWD) 与传感器阵列设计提供了借鉴。

摘要:针对现有哈希方法在模态专属信息保持、多标签语义嵌入、哈希函数判别性3方面存在的不足,本文提出基于多标签语义相似性引导的跨模态哈希检索方法。在哈希码学习阶段,该方法通过学习两个模态的独立潜在表示空间保留不同模态的专属信息,然后在语义嵌入过程中引入保护间隔和多标签相似性约束,在建立模态间联系的同时,充分考虑了语义及重叠标签信息对跨模态表示对齐的监督作用。在哈希函数学习阶段,该方法引入语义哈希约束项,同时利用语义相似性和哈希码来指导哈希函数的学习,改善哈希函数的判别性。在3个基准数据集上与9种先进哈希方法的大量对比实验结果验证了所提方法在跨模态检索任务上的有效性和先进性。

摘要:现有的公开眼动数据集中,针对聋人群体的采集与构建几乎处于空白状态,且眼动类型分布不均衡,规模较大及标签覆盖完整的数据集较少。为解决这些问题,本文提出并构建了聋人健美操学习眼动数据集(eye tracking for deaf aerobics,ETFDA)。首先,借助眼动追踪技术(eye tracking,ET) 采集112位聋人、54位听人的数据,填补聋人数据的缺失。其次,通过录制健美操视频作为刺激材料,诱发扫视和平滑追踪(smooth pursuit,SP) 眼动类型,改善眼动类型分布不均衡的问题。最后,经过预处理、特征提取以及标注等步骤,构建了包含约133万条记录、覆盖4种眼动类型标签的数据集,以丰富现有眼动数据集资源。基于此数据集,一方面通过对比聋人与听人的眼动特性揭示了二者间具有显著性差异,为理解聋人视觉认知机制提供了新的视角；另一方面,通过与其他公开数据集比较分析与算法验证,结果表明该数据集眼动类型分布是更为均衡的,标签是精细有效的,具有重要的应用价值。

摘要:基于柯林斯衍射积分公式,研究了双曲余弦高斯涡旋光束(vortex cosine-hyperbolic-Gaussian beam,vCHGB)在径向梯度折射率(gradient index,GRIN)光纤传输过程中相位奇点的演化特性。推导出vCHGB在GRIN光纤中传输的电场分布解析表达式。通过数值模拟研究了光束调制参数和拓扑荷数对光束传输特性的影响。结果表明:当光束拓扑荷数大于2时,相位奇点会发生分裂,拓扑荷数不同,相位奇点的分裂规律也不同；在传输过程中,光束的光强分布、相位分布以及分裂的相位奇点与原点的间距均随传输距离的增大而呈现周期性变化。此研究结果在大容量高速率光纤通信领域具有潜在的应用价值。

摘要:针对奇偶校验码(parity-check) 辅助极化码串行抵消列表(successive cancellation list,SCL)译码算法存在的译码性能受限及计算复杂度较高的问题,本文提出一种改进的奇偶校验码辅助路径分裂决策串行抵消列表(improved parity-check-aided path splitting decision SCL,IPC-PSD-SCL)译码算法。该算法在极化码编码阶段对信息序列进行分段,并在每段后嵌入IPC码,通过动态剪枝策略有效剔除错误译码路径, 提高译码性能；引入阈值判决机制,对高可靠性比特直接硬判决,显著减少路径分裂次数。仿真结果表明,改进算法在相同条件下可提升净编码增益(net coding gain,NCG),同时降低译码复杂度。

摘要:针对无蜂窝大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统中接入点(access points,APs)数量激增导致的硬件成本攀升问题,本研究提出一种基于低精度模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)的硬件成本优化方案。在空间相关瑞利衰落信道环境下,系统采用分组串行干扰消除(group successive interference cancellation,GSIC)检测技术,其涵盖线性最大比值合并(maximum ratio combining,MRC)、迫零(zero forcing,ZF)检测以及非线性MRC-SIC、ZF-SIC检测等特例。通过建立加性量化噪声模型(additive quantization noise model,AQNM),推导出非理想信道状态信息(channel state information,CSI)条件下频谱效率(spectral efficiency,SE)的闭式表达式,并进一步探讨系统的能量效率(energy efficiency,EE)特性。仿真结果表明:相较于线性检测,SIC检测系统在SE与EE方面均表现出显著优势,其中ZF-GSIC检测性能优于MRC-GSIC检测；特别值得注意的是,采用低精度ADC架构时,所提GSIC检测在较少分组数下即可实现与传统SIC检测相近的SE与EE。

摘要:本文设计了一种基于单十字型谐振器与4圆环型谐振器组成的超材料微结构。研究了超材料结构的类电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency-like,EIT-like) 效应及慢光效应,获得了最大为96.35%的透射率以及最大为228.38群折射率。在超材料结构金属层与SiO₂层之间添加单层二硫化钨(WS₂)薄膜,当薄膜的载流子浓度从1.4×10¹⁷ cm-3增大到1.4×10²¹ cm-3时,透射率 从 94.18%减小到29.31%,群折射率从226.85减小到136.33。另外,当微结构表面覆盖折射率从1.0— 2.0、厚为5 μm的分析物时,该微结构的折射率传感灵敏度为135.39 GHz/RIU；当WS₂薄膜载流子密度为1.4×10²⁰ cm-3,传感器的灵敏度S为40.00 GHz/RIU。本研究为太赫兹(terahertz,THz)波段慢光效应主动调控及高灵敏度折射率传感器件设计提供了新思路。