摘要:针对太赫兹信号放大器成本高昂的问题,本文提出并验证了一种基于339 GHz光载太赫兹通信系统。该系统利用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)技术、高增益天线与先进信号处理算法,在无需太赫兹信号放大器的条件下,成功实现了概率整形(probability shaping, PS )的64QAM-OFDM信号100 m无线传输,比特率达到37.04 Gbit/s。此外,还通过理论与实验对比分析了系统通信链路功率,研究了不同调制格式以及光电探测器输入光功率对误码率的影响。本研究探索并实验验证了在无太赫兹放大器条件下提升信号传输距离的有效方法,为挖掘太赫兹信号增益潜力、推动远距离太赫兹通信发展奠定了基础。

摘要:对地铁隧道异常振动进行安全检测和预警是保障地铁安全运行的关键环节。本文针对地铁隧道异常振动和外界入侵应用场景研发了膜片法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)光纤干涉式高灵敏次声波传感探头及准分布式光纤地铁隧道异常振动探测系统。该系统通过在地铁隧道的上行线和下行线不同位置布设多个高灵敏的光纤声波传感探头,用于探测隧道内部或隧道上方机械设备施工时产生的次声波信号,由传输光纤光缆将信号传输至系统主机,经系统主机处理与分析,对异常振动信息进行报警,进而实现对地铁隧道异常振动的全天候、全时段实时检测。研发的次声波传感器的频率响应范围为0.1—100 Hz；灵敏度为1 047 mV/Pa(@0.1 Hz)—5 445 mV/Pa(@12.5 Hz)。在广州地铁6号线沙河站对探测系统进行了应用测试,测试结果表明,该系统可以准确识别列车激励导致的隧道结构受迫振动信号,并实时做出反馈,为隧道安全防护提供新技术手段。

摘要:针对视网膜投影显示技术存在的单眼调焦深度信息缺失和渲染计算量大的问题,提出了一种基于人眼深度视觉特性的三维(three-dimensional,3D)视网膜投影显示技术。首先根据人眼的深度视觉特性,将连续的三维场景离散为多个具有等屈光度距离的深度层信息,然后利用这些深度层信息渲染多视角图像。接着,搭建了基于该技术的 3D视网膜投影显示原型系统。实验表明,在0.8—2.0 m的深度范围内,系统能通过渲染的多视角图像的光学重建,生成具有单眼调焦深度信息的3D图像。其显示效果与传统的利用连续深度信息重建的3D图像的质量相当。而且相对于传统算法,该方法大幅降低了所需渲染的深度信息量,其渲染速度提升了21.2%。最后对实验效果进行了评估,验证了技术的可行性。该技术有望在虚拟现实和增强现实显示技术中推广应用。

摘要:齿轮作为工业领域中机械系统的关键部件,对其进行故障诊断以预防事故发生至关重要。在复杂噪声背景下,针对卷积神经网络(convolutional neural network,CNN) 在卷积过程中感受野受限,以及对带有噪声的特征图的形变适应能力不足等问题,本文提出了一种基于可变形卷积网络 (deformable convolutional network,DCN)的齿轮故障诊断方法。首先,为了提高其对高阶故障特征形变的适应能力,在5层卷积架构的基础上,将模型最后一层的卷积层换作可变形卷积层,实现对特征图采样位置的动态调整。其次,为了避免网络在训练时出现的梯度消失问题,又在每一层的卷积层后加批标准化 (batch normalization,BN)层处理。最后,通过在东南大学齿轮箱数据集上进行实验验证,结果表明,本文的网络模型表现出较好的鲁棒性和泛化能力。

摘要:针对遥感图像背景复杂、小目标分布密集、目标尺度多样、易受环境因素影响等问题,本文提出一种改进YOLOv8的遥感目标检测算法:YOLOv8-LGA。首先,在主干网中引入LSK(large selective kernel)注意力模块,通过捕获和突出显示各种空间信息来增强特征选择。其次,使用GhostConv重构空间金字塔池化模块,利用其冗余特性来弥补最大池化层丢失细节信息的问题。然后,提出ABFPN(asymptotic bifurcated feature pyramid network)结构,巧妙地合并来自多个层级的特征,同时减少原网络在双向路径传播和交互过程中造成的信息丢失情况。 最后,在DOTAv1.0数据集上进行了实验验证。实验结果 表明,YOLOv8-LGA模型的识别准确率为81.6%,召回率为68.8%,平均精度均值(mean average precision, mAP)为73.6%,比YOLOv8高出2.3%、0.3%和1.6%。

摘要:针对现有的基于激光雷达的3D目标检测网络中的损失函数存在优化难度较大,计算成本高,检测精度低的问题,提出一种改进的激光雷达3D目标检测网络。首先,使用全新的交并比(intersection over union,IoU) 损失函数来更好地度量预测框和真实框的位置关系；随后,优化现有网络的特征编码方式以获取更丰富的点云特征；最后,对锚框正负样本阈值设定进行改进实现更合理的正负样本分配。针对自动驾驶领域,利用KITTI数据集进行相关的性能验证。实验结果 显示,改进网络相对于基准网络对KITTI数据集行人和骑行者等小目标的检测精度 分别提升6.57%和4.60%,平均精度均值(mean average precision,mAP) 提升5.81%。

摘要:为降低X射线耀斑对星地量子通信链路的影响,本文提出了一种基于最优隐形传态保真度的量子卫星切换方案。文章依据幅值阻尼噪声保真度、相位阻尼噪声保真度、比特翻转噪声保真度以及退极化噪声保真度等4个变量,分别研究它们与X射线辐射通量之间的变化关系,选取合适融合因子,将4种保真度融合为一个变量,即实际信道保真度。将60 dB链路衰减对应的实际信道保真度作为量子卫星切换的最小阈值,卫星切换过程中,始终保证至少有一颗量子卫星为用户提供服务,一旦量子卫星中出现不满足条件阈值的卫星,就在候选量子卫星中选取实际保真度最大的作为另一颗量子卫星的替补卫星。研究表明,与未考虑将实际信道保真度作为量子卫星切换条件相比,该切换算法可在一定程度上提高量子卫星切换成功率,降低掉话率,提高了星地量子通信链路在X射线耀斑干扰下的有效性。

摘要:本文研究了高斯涡旋阵列光束在源平面的电场表达式和光强分布,基于ABCD矩阵与Collins公式得到了通过透镜聚焦后的电场表达式及其光强分布,在瑞利散射机制下分析了该光束对二氧化硅微球产生的光辐射力。聚焦后的光强分布会受到阵列中光束拓扑荷的影响,这将决定其对瑞利微球的光学捕获能力。研究表明,二氧化硅微球可以在光强极大值处实现三维稳定捕获,通过调节阵列中光束的拓扑荷,可改变微球的稳定捕获位置。通过对比散射力、布朗力、重力等与梯度力的大小,分析了除散射力外其他力是否会引起捕获位置发生偏移,进而得出了该阵列光束在不同拓扑荷组合的情况下能稳定捕获的微球半径的范围。

摘要:激光自混合干涉(self-mixing interference,SMI) 双通道位移测量研究在近些年引起了广泛关注,在搭建激光SMI双通道位移测量系统中,发现两个通道之间存在影响,基于此问题开展分析研究。激光SMI双通道位移测量原理是在弱反馈条件下添加线性电流实现调频,依据SMI信号频率和两个反射物体距离激光器之间的线性关系,当外部两个物体距离激光器不同时,在频域中将呈现两个独立的谱峰,利用全相位频谱算法分别对其进行相位估算,实现双通道位移测量。数值模拟重建了SMI双通道位移信息,仿真分析了双通道之间的影响作用,建立了实验系统并验证了仿真结论。结果表明:两个反射物体与激光器距离呈倍数关系或近处被测物体表面光反馈因子 较大时,近物体会对远物体产生高次谐波影响,远物体位移测量结果失效,减小反馈强度或改变两个物体到激光器距离的倍数关系可以有效消除两个测量通道的影响。本文所提出的研究结果有望进一步完善激光SMI双通道测量系统,为更多通道同步测量的研究奠定基础。

摘要:高裂纹敏感性的K424镍基高温合金构件在沉积修复过程中易产生裂纹。本文采用低裂纹敏感性的GH4169合金对K424合金进行了修复试验,研究基体预热对激光沉积修复GH4169/K424合金开裂倾向的影响,并对修复过程进行了数值模拟,探讨修复过程中的热/力场演变在裂纹形成过程中的作用。模拟结果表明,预热基体有效降低了应力,对平行于激光扫描方向的应力消减效果最佳,压应力和拉应力分别降低了10.5%和26.7%。通过实验验证了预热对激光沉积修复GH4169/K424合金开裂倾向的抑制作用,预热基体至300 ℃时,显著降低裂纹形成几率,获得了只有少量微裂纹的K424高温合金修复试样。

摘要:采用光纤红光复合蓝光激光器成功熔覆锡镍青铜沉积试样合金,研究不同蓝光激光功率对涂层致密度、机械性能的影响。对锡镍青铜合金涂层的微观组织、元素分布、显微硬度及摩擦磨损性能进行了分析与研究。结果表明:随着蓝光功率的增加,锡镍青铜合金涂层成型致密度增加,所有涂层与基体形成了良好的冶金结合。涂层由均匀分布的(α+δ) 相和α相组成,微观组织为枝晶结构。随着蓝光功率的增加,涂层的显微维氏硬度稍微提高,平均摩擦磨损系数先减少再增加,光纤激光复合60 W蓝光功率下摩擦磨损性能最好。随着蓝光激光功率的增加,涂层抗腐蚀性能提高。

摘要:为了研究Q235中厚板激光多道次扫描中各工艺参数对弯曲角度的影响规律,基于ABAQUS软件构建了Q235中厚板在激光扫描过程中温度场瞬态分布和材料热塑性变形的有限元模型,通过实验验证了有限元模型的可靠性,进行了中厚板激光多道次扫描的弯曲角度变化数值模拟分析,并推导出了预测中厚板弯曲角的数学模型。结果表明,在满足激光弯曲的线能量密度范围18—36 J·mm-1的条件下,弯曲角度随着板厚减小而增加、随着激光功率增加而增加、随着扫描道次的增加而线性增加、随着扫描速度增加而减小、随激光光斑直径增加先增加后减小,选择12 mm激光光斑直径进行扫描可提高板材的弯曲成形效率。

摘要:针对糖尿病视网膜(diabetic retinopathy,DR) 病变病灶提取不充分、分级效果不足的问题,提出一种改进FastViT网络的MFViT算法以提高DR病变分级精度。首先,设计增强位置信息的多尺度特征提取令牌混合器(token mixer for multi-scale feature extraction with enhanced positional information,MFEP) ,逐层提取包含空间位置信息的多尺度特征；其次,构建特征细节增强模块 (feature detail enhancement module,FDE) ,捕获图像中跨尺度特征的关系,增强图像中的高频细节,突出低分辨率特征的表示能力；最后,提出跨层特征融合模块(cross-layer feature fusion module,CLFF) ,自适应融合不同层次的特征,进一步提升网络的分类性能。MFViT算法在视网膜数据集中的准确率、精确率、召回率、特异性和F1-Score分别达到94.5%、 94.5%、94.7%、98.6%、94.6%。与当下流行的算法相比,提出的方法在DR病变分级中各项评价指标均有提高,在计算机临床辅助诊断上具有很大的潜力。