摘要:针对大多数被动型超构表面仅在特定频段具有隐身功能且无法实现频率选择性散射,本文根据阵列理论和遗传算法设计一种基于二氧化钒(vanadium dioxide,VO₂)的1-bit最优编码超构表面(optimal coding metasurface,OCM)。当VO₂处于绝缘态时,OCM在8.70—13.10 GHz和14.95—19.10 GHz内实现大于10 dB的雷达散射截面(radar cross section,RCS)缩减,相应的相对带宽(relative bandwidths,RBs)分别为40.37 %和24.38 %,在13.11—14.94 GHz内具有镜面反射特性；当VO₂处于金属态时,大于10 dB的RCS缩减频带为10.30—12.80 GHz (RB=21.65 %)和14.85—16.51 GHz (RB=10.59 %),而在12.81—14.84 GHz内实现镜面反射。上述结果表明,无论VO₂处于绝缘态还是金属态,OCM均可在两个边带内实现大于10 dB的RCS缩减,而在中间频带呈现镜面反射特性。双频带RCS缩减带宽可通过改变VO₂的电导率进行动态调谐。本文提出的OCM在隐身技术和天线设计等复杂电磁调控领域具有潜在的应用价值。

摘要:针对基于强度调制直接检测(intensity modulation and direct detection,IMDD)的高速短距离光通信系统面临的受码间干扰与非线性效应影响导致性能恶化问题,本文提出了一种基于SHAP(Shapley additive explanation)特征选择与神经元剪枝结合的简化深度神经网络(deep neural network,DNN) 的均衡器方案。首先,通过SHAP分析特征的贡献,筛选出贡献值最高的特征子集；然后,引入神经元剪枝技术,移除网络中冗余的神经元,避免模型因过拟合而均衡效果有限；最后,通过搭建速率100 Gb/s的基于带限IMDD的仿真传输系统,验证本文所提方案的可行性。实验结果表明,该方案在保证均衡性能的同时,不仅显著减少了计算资源以及训练开销,并且能得到低于传统全连接DNN 均衡器的误码率(bit error rate,BER)。因此,本研究为低成本、高性能的高速IMDD系统均衡器设计提供了有效的解决方案。

摘要:Ga₂O₃因其高达4.8 eV的禁带宽度而成为日盲紫外光电探测器理想材料,但其p型导电性差的问题限制了性能。本论文中,基于Sentaurus TCAD仿真软件构建了NiO/β-Ga₂O₃异质结,理论模拟对比分析了Ga₂O₃层均匀掺杂与梯度掺杂对异质结光电探测器性能的影响。结果发现 梯度掺杂器件在254 nm紫外光照射下表现出更高的响应度(519 mA/W),相比于均匀掺杂(406 mA/W)提升28 %,且其外量子效率(external quantum efficiency, EQE)可达2.61 %,暗电流密度由4.088×10-9 A/cm²降低为1.204×10-11 A/cm²,结合不同光强下电场分布与能带结构图,笔者认为梯度掺杂引起了空间电荷区扩展和内建电场的优化,减少了载流子复合概率,从而提升了光生载流子的分离与收集效率。梯度掺杂在优化载流子传输、抑制暗电流及提升响应速度方面具有显著潜力,为宽禁带半导体光电器件的开发提供了新思路。

摘要:目前广泛使用的深度学习模型在提取光学遥感图像建筑物特征时,存在难以全面捕捉建筑物细节特征和语义信息的问题。为解决上述问题,本文提出了一种基于跨尺度和细粒度编码器的光学遥感图像建筑物检测方法。该方法设计了一个基于深度Swin变换器(deep Swin Transformer,DST) 的跨尺度编码器和一个基于ResNeXt的细粒度编码器,从光学遥感图像中提取全局上下文信息和局部细节信息,实现建筑物高精度检测。本文还设计了分支融合模块(branch fusion module,BFM) ,通过引入对位置敏感的通道注意力机制,增强模型对通道间关系建模的能力,实现了对目标建筑物的精确检测。在WHU、INRIA和Massachusetts数据集上进行了大量实验,并将提出 的模型与多种先进模型进行了比较,实验结果验证了本文方法在光学遥感图像建筑物检测性能上的优越性。

摘要:针对传统回环检测算法在定位精度和计算效率方面的不足,以及基于Transformer的方法计算开销较大的问题,本文提出了一种基于双目视觉和频域特征的高效回环检测方法。该方法利用轻量级特征提取模块,从双目图像中提取关键特征,并构建全局描述子,以提高候选关键帧的筛选效率。此外,本文引入快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT) 构建频域描述子,从频域角度对局部特征进行重新表征,并利用频域特征匹配对候选关键帧进行重排序,同时优化底层计算策略以加速图像匹配过程。实验结果表明,该算法在New College数据集上召回率最优,在Oxford和KITTI数据集上性能超过80%的算法,且图像匹配速度提高了1-2倍。在确保较高定位精度的同时,该方法有效降低计算成本,显著提升回环检测的鲁棒性和效率。

摘要:太赫兹(Terahertz,THz)谱是一种有潜力的无标记工具,然而由于太赫兹波和微量样品之间相互作用非常微弱,需要采用额外电磁场局域结构来增强吸收指纹谱。为此本文提出一种二维介质超表面结构,将微量分析物旋涂到平坦背面,通过超表面激发的倏逝波有效提升待测物附近的局域电磁场,并利用角度复用实现宽带太赫兹吸收谱增强。当太赫兹波以不同角度入射超表面结构时,激发的一系列导模共振(guided-mode resonance,GMR) 峰频率可覆盖0.49—0.57 THz。选择0.2 μm的α-乳糖薄膜作为待测微量分析物时,结构谐振峰幅度随待测物的吸收谱大幅度改变,其包络线组成的吸收谱峰值比没有该结构增强了180倍。该结构制作简单,样品制备方便,增强倍数高,为微量分析物的太赫兹指纹检测提供了一种新方法。

摘要:为解决传统基坑监测中人工操作繁琐、实时性差的问题,提出了一种融合深度学习粗定位与双目视觉精定位的高精度位移检测方法。首先,利用标定好的双目相机采集靶标位移图像,通过标定参数对双目图像进行校正；其次,采用训练好的深度学习模型对靶标区域进行快速定位；然后,将定位结果输入双目视觉处理模块,通过图像处理与双目匹配获取靶标特征点,基于双目几何模型计算靶标三维空间坐标,从而实现高精度位移测量。实验结果表明当双目相机距离靶标为3 m时,平均误差(mean error,ME) 小于0.002 mm,平均绝对误差 (mean absolute error,MAE)小 于0.01 mm；当距离增至8 m时,通过增大基线距离补偿精度损失,ME仍小于0.002mm,MAE小于0.02 mm。结果表明,该方法能够实现基坑位移的高精度监测,满足工程应用需求。

摘要:针对输电线路异物检测任务中存在的目标被遮挡、尺度不规则及复杂背景干扰等问题,本文提出了一种基于YOLOv8改进的输电线路异物检测算法SEPC-YOLOv8。该算法在主干网络中引入基于拆分的卷积(split based convolution,SPConv),以减少信息冗余并提高特征提取效率；在SPPF(spatial pyramid pooling fast)中嵌入空间增强注意力模块(spatially enhanced attention module,SEAM),构建SPPF_SE模块,通过结合全局上下文感知和局部特征细化,改善因目标被遮挡引起的漏检问题；设计C2f_SAL模块替代颈部C2f(csplayer_2conv),用于捕捉多尺度目标的关键特征,增强模型在复杂背景下的检测精度；同时引入Inner-PIoU(inner powerful intersection over union)损失函数,优化目标框定位精度。实验结果表明,所提算法的 平均精度均值(mean average precision,mAP) 达到了96.36%,相比基线算法提升了3.02%,FPS达到51.69,能够满足输电线路中异物检测的实际需求。

摘要:针对相干光正交频分复用(coherent optical orthogonal frequency division multiplexing,CO-OFDM)系统中传统容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)算法动态估计不足以获得最佳相位噪声补偿效果的问题,提出了一种基于次符号进行分块二阶Hermite插值(block sub-symbol second-order Hermite interpolation,BSSHI)的自适应容积卡尔曼滤波(adaptive cubature Kalman filter,ACKF) 算法。该算法先利用导频估计出时域OFDM符号相位噪声值进行第一次二阶Hermite插值(second-order Hermite interpolation,SHI) ,再将每个OFDM符号分割成若干个次符号并进行第二次二阶Hermite插值,最后在CKF中通过自适应更新过程噪声协方差矩阵提高补偿精度。仿真结果表明:所提出的算法对相位噪声补偿效果相较于类似算法更优,且通过自适应更新过程噪声提高了系统的鲁棒性,有效改善了系统性能。

摘要:本文针对提升量子Sagnac干涉仪的量子Fisher信息(quantum Fisher information,QFI)以优化参数测量下限的问题,提出了两种相干反馈增强型(单反馈和双反馈)Sagnac光纤干涉仪设计方案,并讨论了不同条件下的QFI。通过理论建模与数值仿真,研究了反馈结构、增益系数及输入量子态对QFI的影响。结果表明,双反馈干涉仪在合适反馈强度组合下,QFI显著优于单反馈,但对增益系数调校的要求更为苛刻；输入压缩态时,QFI受输入态相位因子和压缩度共同影响,二者需协同优化。此外,两种反馈结构的量子克拉美罗界限(quantum Cramér-Rao bound,QCRB) 在较宽反馈强度范围内均超越标准量子极限(standard quantum limit,SQL) ,部分反馈强度处接近海森堡极限(Heisenberg limit,HL) 。本研究为量子增强型Sagnac干涉仪设计和参数优化提供理论依据。

摘要:为了解决光纤链路中快速偏振态旋转(rotation of state of polarization,RSOP) 导致的误码,本文通过分析在偏振解复用的场景下卡尔曼滤波器中矩阵系数的特殊表达,提供了扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF) 的简化思路,将其更新过程转变为一种类多进多出(multi-in multi-out,MIMO) 结构算法。在28 Gbaud偏振复用-正交相移键控(polarization division multiplexing-quadrature phase shift keying,PDM-QPSK ) 的相干系统中检验了所提出的算法性能。结果表明,算法复杂度比恒模算法(constant modulus algorithm,CMA) 减少超过30%,在光信噪比(optical signal-to-noise ratio,OSNR) 为15 dB时,拥有处理超过60 Mrad/s偏振旋转速度的均衡能力；相比经典EKF器要多3 dB左右的OSNR富裕度。

摘要:脑血流(cerebral blood flow,CBF)是脑血管疾病早期预警、精准诊疗及脑功能机制解析的关键生物标志物。针对近红外光检测脑血流系统中信噪比、检测深度与大脑特异性之间相互制约的问题,本文结合光外差检测技术(optical heterodyne detection,OHD) 与扩散干涉光谱技术,搭建了扩散相干散斑成像系统,使用CMOS相机实现了对脑血流的低成本、高灵敏度并行检测。通过在体的被动体位改变实验,与“金标准”经颅多普勒技术(transcranial Doppler,TCD)同步进行脑血流检测,检测结果表明系统测量的脑血流指数(blood flow index,BFI)与TCD测量的峰值收缩期血流速度(peak systolic velocity,PSV)、平均血流速度(mean velocity,MV)和舒张末期血流速度(end diastolic velocity,EDV)具有一定的线性相关性,证明了系统具有一定的在体监测脑血流的能力,有望进一步在临床上应用。