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光学精密工程

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2026年14期

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现代应用光学 | 面向流场密度观测的聚焦纹影参数分析与光学设计

现代应用光学 | 面向流场密度观测的聚焦纹影参数分析与光学设计

摘要:聚焦纹影技术能够捕捉和测量单层流场区域的横向结构分布,在流场可视化和流场参数测量中扮演着重要角色。为了保证聚焦纹影系统在超高速环境中的流场测量效果,本文从来流马赫数、激波角等流场特性参数出发,推导了急剧聚焦深度和气流偏折角之间的关系,结合系统测量需求确定灵敏度、急剧聚焦深度和分辨率指标的取值范围。在此基础上,立足聚焦纹影成像原理及光路特点,进行系统参数优化,提升系统性能。针对源格栅-刀口栅成像及不同物距下的流场目标成像设置多重结构,实现了Φ300 mm视场大口径聚焦纹影系统的设计。对装调完成的聚焦纹影系统进行检测,物距变化范围1 m的情况下,系统对测试区成像分辨率均达到了23 lp/mm以上,急剧聚焦深度均在35 mm以内。利用该系统对高速动态流场画面进行拍摄,显示效果良好。测试结果表明,所设计光学系统能够满足流场密度的精细化观测需求。
现代应用光学 | 大型结构应变片多源测量融合定位映射

现代应用光学 | 大型结构应变片多源测量融合定位映射

摘要:针对大型结构静力试验中关键位置定位效率低、精度易受制造偏差及多源测量不确定度影响的问题,提出多源异构测量融合定位与映射方法。在统一空间测量框架下,引入多设备协同机制与不确定度加权融合策略,实现激光跟踪仪、三维扫描仪及激光投影仪的协同测量;结合多站位点云拼接技术构建高精度实体模型,改进基于面片密度的动态邻域搜索算法并开发位置修正软件,实现制造偏差的自动补偿;构建端到端不确定度传递模型,通过蒙特卡洛方法对误差传播过程进行验证。在面片数量为66 613的模型测试中,改进算法使邻域面片检索量减少38%~45%,计算时间缩短至18.2~20.5 s,效率提升17%~26%;基于200个测量点的高密度试验结果表明,定位最大误差为0.454 mm,平均误差为0.400 mm,较传统人工定位方法显著降低;重复性试验合并标准差为0.178 mm;在3~10 m测量范围内定位误差保持在1 mm以内;不确定度分析结果显示系统合成标准不确定度约为0.42 mm,与试验结果基本一致;200点定位场景下总定位时间由1 277 min降至95 min,效率提升超过100%。该方法在保证高精度的同时显著提升定位效率,并通过不确定度建模实现了测量结果的可解释性与可溯源性,在不同材料、结构及测量距离条件下均表现出良好的稳定性、适应性与工程应用潜力,可为大型复杂结构试验中的高精度快速定位提供有效技术支撑。
现代应用光学 | 基于几何模型的光学共相控制系统指标分解方法

现代应用光学 | 基于几何模型的光学共相控制系统指标分解方法

摘要:分布式光学干涉探测系统涉及多层级执行机构,各分系统指标难以有效衔接。针对该问题,本文提出一种基于几何模型的光学共相控制系统指标分解方法。基于光路几何特性,构建“1个合束器、2个集光器”构型的分布式探测器系统光路矢量模型,分析卫星平台—载荷构成的多级控制系统的误差传递链路与分系统间指标的映射关系。根据实际工程中的卫星平台位姿控制偏差范围,进行误差传递过程的静态指标分解与灵敏度分析,并根据指标对载荷各执行机构的闭环控制目标进行定量分析与数值仿真。仿真结果表明,在卫星平台位置偏差≤5 cm、姿态偏差≤5′′、平动速度≤1 mm/s、转动速度≤1″/s的工况下,依据本文指标分解结果构建的多级递阶控制方案可实现共相误差稳定收敛,最终指向和光程差控制精度分别达到0.01″与10 nm量级,满足光学干涉要求,为同类分布式探测系统的控制层级划分、控制目标与指标分配提供了分析路径与方案参考。
现代应用光学 | 非均匀大气下跑道视程测量的多次散射修正

现代应用光学 | 非均匀大气下跑道视程测量的多次散射修正

摘要:为了更全面深入地考虑跑道视程(RVR)测量的影响因素,填补非均匀大气下RVR散射作用修正的研究空白,本文围绕低能见度条件下大气非均匀性与多次散射对RVR测量修正的影响机制展开研究。首先,建立分段非均匀大气模型,结合消光系数与能见度经验关系,根据Koschmieder定律和Allard定律计算RVR;其次,引入多次散射修正,分析其对两种定律响应关系、边灯与中线灯转换以及运行类别(CAT)判定的影响;最后,利用实测激光雷达回波数据反演消光系数廓线,对分析结果进行验证。结果表明,在水平非均匀大气条件下,相比原始值,引入多次散射修正后:递增雾场的RVR报告值平均降低428 m,CAT I/II类别边界向跑道近端回退107 m,纠正了原始结果中类别边界向远端偏移的偏差;递减雾场的RVR报告值平均降低79 m,运行类别从原始结果中全段维持CAT I恢复为CAT II向CAT I过渡的真实趋势。综上,多次散射修正可有效消除RVR的系统性高估,使运行类别判定回归合理水平。该研究可为低能见度天气条件下机场运行保障中的RVR评估提供参考。
微纳技术与精密机械 | 1 000 mm 多参量集成大齿轮样板设计

微纳技术与精密机械 | 1 000 mm 多参量集成大齿轮样板设计

摘要:大齿轮样板是大型齿轮测量仪器准确性校准的实物标准,仅国外个别计量机构在该领域取得了突破性进展。为解决大齿轮样板的研制难题,本文着重研究了大齿轮样板的设计方法,其中重点详细探讨了外形尺寸、整体结构、齿轮几何特征、核心齿轮参数等重要设计内容,创新提出并设计了一种外径为1000 mm的新型大齿轮多参量集成标准样板。该样板依托对称的内外环形拓扑构型,将多角度螺旋线、渐开线及齿距三个核心几何特征高度集成于单一物理载体,通过有限元分析,对大齿轮样板在重力条件下不同长径比系数的变形情况进行了分析,验证了样板设计的合理性。通过对大齿轮样板的热力学分析,为后续开展实物测量提供了理论分析数据。1000 mm多参量集成大齿轮样板将为大型齿轮测量仪器提供一种高效、高精度的多参数综合校准实物样板,对提升我国高端重型装备的齿轮质量管控能力与量值溯源水平具有重要的工程实用价值。
微纳技术与精密机械 | CCD 真空低温光电快速测试系统的设计与验证

微纳技术与精密机械 | CCD 真空低温光电快速测试系统的设计与验证

摘要: 星载科学级 CCD 成像电路需要精密调配多种参数, 以期达到最佳效果。成像电路设计过程中需要根据实测结果去优化这些参数, 其中的一些实验需在低温真空下进行。而传统测试设备体积大、热循环耗时长。本文研制了一套小型化的杜瓦装置, 以适应 CCD 电路测试的需求。首先, 搭建了“无油高真空+脉管制冷机+精密温控”的系统架构。接着, 通过抽气动力学与冷量传递实验验证了系统性能。然后, 依托该系统便捷装调的特性, 快速迭代前端电路参数。最后, 采用光子转移曲线 (PTC) 法, 对 CCD275 分别在常温 (298 K) 和在轨低温 (248 K) 下进行对比实验, 评估了不同参数在实现满阱读出时的效果。系统实现了优于 5.0×10^-5 Pa 的极限真空及带载 215 K 的测试环境, 具备快速抽排气、无需液氮、方便装调的优势。实验测定 6 片 CCD275 在 248 K 低温 @2.5 MHz 读出频率下的有效满阱达到 800~900 ke?/pixel/s。该系统大幅提升了 CCD 真空低温测试与参数迭代的效率, 其测试结果满足卫星总体对信噪比和动态范围的要求, 为未来更多科学级 CCD 的综合调试提供了一个高效、通用的系统解决方案。
微纳技术与精密机械 | 星载 SAR 天线展开冲击特性及抑制方法

微纳技术与精密机械 | 星载 SAR 天线展开冲击特性及抑制方法

摘要:针对星载可展开合成孔径雷达平板天线采用蜗卷弹簧作为驱动源时,展开到位末端冲击载荷过大导致星体平台失稳及影响天线展开精度的问题,提出了抑制天线到位冲击的方法并开展了相关实验验证。首先,建立蜗卷弹簧驱动的天线展开动力学模型,推导出展开到位冲击转矩与末端角速度的线性关系;接着,提出在展开驱动铰链轴向引入黏性阻尼器的抑制冲击方案,并通过动力学仿真与实验进行验证。然后,提出了天线展开到位冲击转矩和展开指向误差的测量方法,开展有、无阻尼器两种工况下的展开冲击转矩测试和展开指向精度测试。最后,通过实验数据,推导出天线展开到位冲击与角速度的线性关系,提出了天线在轨展开冲击的估算方法。实验结果表明:引入阻尼后,天线展开到位冲击转矩降低92.8%;天线展开指向精度由最大偏差26角秒降低至12角秒,重复精度由36角秒提升至15角秒。验证了在天线展开驱动铰链加装阻尼器的方案可有效抑制展开到位冲击并提升天线展开精度。
信息科学 | 夜间低光照场景下基于多尺度特征融合的密集行人检测算法

信息科学 | 夜间低光照场景下基于多尺度特征融合的密集行人检测算法

摘要:在复杂夜间场景中,光照变化、行人受遮挡以及行人尺度不一等因素导致行人检测的准确率出现了降低。对此,提出一种夜间低光照场景下基于多尺度特征融合的密集行人检测算法。首先,设计了一种融合自注意力与卷积混合模块的双向路径特征聚合网络,用于增强多尺度特征融合并提升行人与背景的区分度,从而降低目标尺度差异对检测造成的影响。其次,构建了多分支联合检测策略,充分利用夜间低光照环境中行人轮廓、腿部和手臂特征的强辨别性来辅助行人检测,降低弱光照和遮挡对检测造成的影响。然后,在后处理环节引入对检测框之间中心距离的考虑,通过降低遮挡严重检测框的置信度分数并进行重新筛选,从而保留被遮挡目标的正确检测结果,进一步降低行人漏检率。最后,通过实验验证了所提算法的有效性。实验结果表明,在NightOwls和NightSurveillance数据集上算法的对数平均漏检率分别降低了2.8%和3.3%,在LLVIP数据集上算法的平均精度和召回率分别提升了2.1%和2.9%,并且提出的三个改进模块均有助于提升算法的整体检测性能。
信息科学 | 面向高分辨率遥感图像分割的级联精炼网络

信息科学 | 面向高分辨率遥感图像分割的级联精炼网络

摘要:针对高分辨率遥感图像语义分割中 Transformer 模型因多次下采样导致细节衰减、边缘模糊及结构性目标失真的问题,本文提出一种面向高分辨率遥感影像的级联精炼网络。该网络以 Swin-Transformer 为骨干编码器,在解码端依次构建了对偶特征聚合模块、动态小波融合上采样模块和几何结构感知模块。对偶特征聚合模块通过通道与空间协同建模增强多层特征互补,动态小波融合上采样模块利用多小波基自适应融合实现频域重建与细节恢复,几何结构感知模块则结合图结构先验与多尺度空间建模对末端特征进行几何校准,从而提升边界清晰度与目标完整性。在 ISPRS Pots-dam, ISPRS Vaihingen 和 LoveDA 数据集上,该网络的平均交并比分别达到 87.13%, 83.86% 和 54.26%。该方法在复杂建筑轮廓刻画、小目标保持及跨场景分割任务中展现良好性能,验证了级联解码精炼策略在缓解特征逐层退化、改善遥感图像分割质量方面的有效性。
信息科学 | 融合几何先验与双域特征提纯的结直肠息肉分割网络

信息科学 | 融合几何先验与双域特征提纯的结直肠息肉分割网络

摘要：针对结直肠息肉分割中微小病灶捕捉困难、强光反射伪影干扰及边缘定位不准等瓶颈，提出一种融合几何先验与双域特征提纯的结直肠息肉分割网络GPDP-Net。首先，利用优化边缘模块捕获显式几何先验，并结合改进型坐标注意力机制增强位置感知;其次，设计物理-频域并行增强瓶颈层，通过物理信息神经网络的演化约束抑制非相干光学噪声，同时利用快速傅里叶变换分支在频谱空间补偿高频信号损失;最后，在级联解码器中引入亚
信息科学 | 局部约束 Delaunay 三角网追踪的 LiDAR 建筑物轮廓提取

信息科学 | 局部约束 Delaunay 三角网追踪的 LiDAR 建筑物轮廓提取

摘要:从机载激光雷达(light detection and ranging, LiDAR)点云中提取建筑物轮廓对建筑物三维重建至关重要,然而,点云密度不均与局部缺失给轮廓提取带来了巨大挑战。对此,提出一种局部约束三角网追踪的LiDAR点云建筑物轮廓提取方法。首先,通过点云坐标确定建筑物外轮廓初始种子点,使用其近邻点构建局部约束Delaunay三角网以精确刻画点之间拓扑连接关系。根据与轮廓种子点相连且边仅属于一个三角形,并结合最大夹角、闭环检测与回溯机制追踪提取外轮廓点。最后,通过格网法与连通域分析识别庭院初始种子点,据此追踪提取庭院轮廓点。从Vaihingen与New Zealand选取建筑物点云数据进行实验,实验结果表明,本方法能准确提取有序轮廓点,完整性、正确性与质量指标不低于92.5%,98.7%和92.1%,优于并发Delaunay三角网、Alpha-Shape、边缘系数以及拓扑感知环解析方法。本方法可为建筑物三维重建提供可靠的轮廓信息。

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现代应用光学 | 面向流场密度观测的聚焦纹影参数分析与光学设计

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现代应用光学 | 大型结构应变片多源测量融合定位映射

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现代应用光学 | 基于几何模型的光学共相控制系统指标分解方法

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现代应用光学 | 非均匀大气下跑道视程测量的多次散射修正

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微纳技术与精密机械 | 1 000 mm 多参量集成大齿轮样板设计

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微纳技术与精密机械 | CCD 真空低温光电快速测试系统的设计与验证

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