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关键词： 中阶梯光栅光谱仪   谱图信息处理   谱图还原算法   光线追迹   光谱标定  

摘要： 中阶梯光栅光谱仪凭借高光谱分辨率在各领域应用日益广泛，已经成为主要的光谱分析仪器之一。谱图还原技术是中阶梯光栅光谱仪数据处理的核心，通过建立波长和成像位置间的对应关系实现二维图像到一维谱图的快速还原。谱图还原的精度直接决定了中阶梯光栅光谱仪的性能，是仪器开发的重点和难点。鉴于此，本文综述谱图还原技术的发展，将其演变过程归纳为光线追迹、模型化和标定法等3个阶段，重点介绍各阶段谱图还原算法的核心思路与代表方法的原理。最后针对中阶梯光栅光谱仪谱图还原技术，归纳其发展历程、预测其发展趋势、展望其发展方向。

关键词： 深度学习   水下图像复原   目标检测   系统软件设计  

摘要： 随着全球对海产品需求的持续增加,提高海产养殖业的智能化水平变得尤为关键。“十四五”期间,农业农村部、财政部组织沿海省份开展国家级海洋牧场示范区创建工作。烟台市积极响应国家号召,力争到2025年建成30处国家级海洋牧场。目前,海产品捕捞方式仍以效率低下且危险系数高的人工捕捞为主,早日实现自动化捕捞的全覆盖就显得更加重要。然而,水下环境的复杂性及海产品的生物特性给这项工作带来了极大的挑战。因此,本文对海产品的智能化捕捞技术展开研究,设计了面向海产品的水下图像复原及目标检测系统,包含了水下图像复原、目标检测模块和系统软件开发三个方面。 (1)针对光线在水体中的散射和吸收作用使水下图像出现色偏、模糊和对比度降低的问题,本文提出了一种基于二阶统计特性的水下图像复原方法。该方法通过水体的多层连续模型,建立水下散射光透射率参数与二阶统计量之间的关系。通过超像素分割得到场景深度近似的区域,对每个超像素独立进行各颜色通道统计计算,最后结合关联表达式估计每个颜色通道的透射率。通过与其他主流的水下图像处理方法进行定性和定量对比,验证了该方法在复原图像自然色彩和细节方面的优越性,为后续的目标检测提供了更高质量的图像基础。 (2)针对海产品的目标较小且易出现遮挡现象导致的漏检和误检问题,本文提出了一种基于改进YOLOv5s的海产品目标检测方法。首先,通过在骨干网络中加入基于深度可分离卷积(Depthwise separable convolution,DSC)改进的全局注意力机制(Global Attention Mechanism,GAM)后,使模型的特征提取能力得到增强。其次,将颈部网络中的标准卷积更换为空间和通道重建卷积(Spatial and Channel Reconstruction Convolution,SCConv),可以降低模型的运算复杂度并提升模型性能。最后,引入可变焦点损失函数(Varifocal Loss,VFL)来优化分类损失函数,改善了对类别分类不均衡的问题,提升了对难以区分的正样本的识别能力。经过广泛的实验验证,本文的改进模型展现出卓越的性能,通过水下图像复原技术进行数据集预处理后,能够有效提高海产品目标检测的准确率。 (3)针对研究成果难以应用到实际的问题,本文基于Py Qt5框架开发了一款针对海产品进行水下图像复原与目标检测的软件。该软件提供了直观且用户友好的交互界面,涵盖了模型权重的导入、初始化,置信度与IOU阈值的调节等功能,以及图像、视频和实时场景的上传、检测、结果展示与导出等全套操作流程。软件还设有已检测目标的列表展示、具体位置信息的反馈和检测耗时的实时显示,为用户提供了全方位的检测管理工具。

关键词： 光纤陀螺仪   潮汐理论模型   地球自转角速度   地表几何形变倾斜   地方铅垂线偏移  

摘要： 地球自转角速度是地球自转参数(Earth Rotation Parameters,ERP)的重要组成部分,在固体潮观测、引力磁效应、世界时解算、航空航天等领域有着广泛的应用。地球自转角速度的测量方式主要有人造卫星激光测距技术、全球卫星导航系统、甚长基线干涉测量技术等。近年来,随着光纤陀螺仪的稳定性以及测量精度的不断提高,使用光纤陀螺仪测量地球自转角速度有着巨大的潜力,这种测量方法无需外部参考、可以实现全天候和全方位自主测量。但是光纤陀螺仪容易受到地表几何形变倾斜和地方铅垂线偏移的影响。为了得到更为精确的测量结果,需要对测量数据进行定向误差校正。本文主要研究内容如下: (1)对光纤陀螺仪的基本工作原理进行分析,并在此基础上建立了定向误差观测方程;该方程给出了测站平台震动和潮汐效应引起的地表几何形变倾斜和地方铅垂线偏移的定量关系。地表几何形变倾斜可以通过电子水平仪进行测量;地方铅垂线偏移需要通过定向误差潮汐理论模型进行研究。 (2)在定向误差潮汐理论模型的研究过程中,首先从日、月等天体对地球产生的引潮力进行研究。地球在引潮力的作用下会产生地球潮汐效应,地球潮汐主要包括固体潮汐和负荷潮汐。在固体潮汐的分析中分别研究了完全弹性球对称非自转(Spherically symmetric Non-Rotating Elastic Isotropic,SNREI)地球潮汐理论模型和自转、微椭非弹性(Preliminary Reference Earth Model,PREM)地球潮汐理论模型。在负荷潮汐的研究中,引入了负荷勒夫数进行建模研究。最终计算得出地球潮汐效应对观测点的地方铅垂线偏移影响在10-11rad/s量级。 (3)在定向误差校正的实现部分,首先对光纤陀螺仪实测数据进行奇异值剔除,再通过Allan方差分析随机误差,并设计滑动滤波器进行滤除。接着利用电子水平仪测量数据对地表几何形变倾斜进行校正,然后使用定向误差潮汐理论模型对地方铅垂线偏移进行处理,最终完成光纤陀螺仪测量地球自转角速度的定向误差校正。

摘要： 探索光纤通信数据传输安全保障技术。通过加密技术实现端到端加密，通过物理层安全技术实现光纤基础设施的物理保护，通过基于角色的访问策略强化网络层安全性。

关键词： 蒸汽发生器   深孔   锥面反射镜   内壁   形貌   缺陷  

摘要： 管板是核电蒸汽发生器中极为重要的关键零部件,管板端面上开有数万个深圆孔用于冷却剂管束的穿过与固定,然而管孔内壁缺陷会在穿管以及长期使用过程中严重影响设备安全,孔壁缺陷检测这一环节避免了由此带来的损伤,进而极大地降低了核电设备运行过程中的安全隐患。为了全面、直观地反应核电蒸汽发生器的管板管孔内壁形貌,并对内壁缺陷尺寸进行高效、高精度测量,本课题采用锥面反射镜成像原理设计了一套深孔内壁摄影成像检测系统,通过推扫对整个孔壁圆周区域的二维形貌进行图像采样,同时使用相关算法对图像进行校准、展开、拼接、识别等处理后得到孔壁表面缺陷数据。本文的具体工作内容和研究成果如下: 首先,根据特定直径17.73mm管板管孔实现内壁尺寸大于100μm缺陷的检测需求,本课题对比多种成像检测方案特点,最终采用了基于锥面反射的二维成像原理进行检测系统设计。通过对该系统进行成像分析,明确了系统指标的理论计算方法,由此选择合适的相机型号并根据相机参数对系统性能进行论证分析。 其次,根据上述分析计算设计了一套锥面反射成像检测系统光机结构,介绍了光机结构中的锥镜成像结构、双排弹簧滚珠支撑结构以及内窥相机安装固定结构这三个功能模块的零件组成,以及相关零件在结构设计时考虑的因素:并对该系统光机结构误差带来的影响进行分析计算,系统中的锥面镜产生最大距离偏移时,图像有效内环直径略有增大,但依旧有较大区域能够满足检测要求;系统中的锥面镜产生最大偏心误差和最大倾斜误差时,带来的用于图像展开的环带圆心在图像中的坐标偏移量小于17个像元。同时介绍了检测系统中使用的图像处理相关算法,包括对采集图像的前处理、对合成图像的缺陷检测,其中根据系统特征对图像灰度处理过程进行了针对性的算法校准和优化,并通过Qt Designer软件以及Pycharm软件平台对上述功能进行软件集成设计,用于提供便捷的检测系统人机交互方案。 最后,根据实际检测方式搭建了一个用于验证该锥面反射成像检测系统的实验平台,并使用微距分辨率测试卡检测系统实际性能。在静止状态步进检测实验中可以发现,针对菲林污点卡成像结果进行圆环直径检测,系统测量均值误差小于0.1mm。在运动状态推扫检测实验中可以发现,针对菲林污点卡成像结果进行圆环直径检测,测量均值误差基本小于0.1mm,但目前推扫速度越大,检测失误率越高,系统有待进一步优化调校。最后使用该检测系统测量孔壁实际缺陷的尺寸,对比游标卡尺测量结果,其测量误差均小于0.1mm,从而验证了该系统设计方案的可行性。

关键词： 无人机辅助无线传感器网络   信道模型   天线方向性   天线不规则度  

摘要： 无人机辅助无线传感器网络在环境监测、灾害救援、农业管理等领域的应用日益凸显其重要性。然而,现有的无人机辅助无线传感器网络在信道模型方面仍存在一些不足。首先,传统的信道模型对无人机辅助无线传感器网络并不适用,现有模型不能反应无人机高速移动、高度变化等特性对信道的影响;其次,现有模型很少考虑天线方向性对通信的影响。因此,本文以地空信道为基础,依托于“重庆市教委科学技术研究项目:基于位置预测的微型无人机网络机会路由机制研究(KJQN202001110)”对无人机辅助无线传感器网络的动态信道模型展开了以下研究: (1)搭建了无人机辅助无线传感器网络测试平台,使用该平台测试无人机在不同飞行高度下的路径损耗数据,并利用测试数据对现有信道模型进行评估。结果表明,现有信道模型对于无人机辅助无线传感器网络的信道描述并不准确。主要存在以下问题,首先无人机飞行的高度变化会对路径损耗有较大影响;其次在无人机飞行过程中,天线方向的变化和地面反射路径也会对路径损耗产生影响;最后现有信道模型大多只能表征特定飞行轨迹下的信道特性,不具有泛用性。 (2)针对无人机动态移动产生的高度变化,建立了不同飞行高度的无人机信道模型。该模型将无人机的飞行高度作为一个输入参数,通过高度信息来快速获得对数路径损耗模型的初始路径损耗和路径损耗因子这两个关键参数。简化了模型的应用过程,提高了模型的实用性,同时对影响无线通信质量的阴影衰落和快速衰落进行了分析,发现阴影衰落和快速衰落随着无人机飞行高度增加会呈现下降的趋势。 (3)针对天线方向性和地面反射路径对路径损耗产生影响,建立了改进的双射线模型。该模型首先对双射线模型进行优化,然后对优化后的双射线模型通过遍历天线方向性的方式,找到RMSE最小的角度作为无人机沿一定高度飞行时的初始角度。实验结果表明,相较于对数路径损耗模型,提出的模型不仅能反应由地面反射路径引起的周期性波动,同时模型准确率也提升了21.56%～57.77%。 (4)针对现有信道模型只能表征特定飞行轨迹下的通道特性,本文提出了一种创新的无人机辅助无线传感器网络路径损失边界的信道模型。这一模型不仅能够反映无人机在不同飞行轨迹下的路径损失变化,还能够描绘出路径损失的边界范围。这意味着,无论无人机如何飞行,都可以利用这一模型来预测其通信性能的上下限,为网络设计和优化提供了重要的参考依据。实验结果表明,在不同的测试轨迹下,该模型的估计边界覆盖率均高达92%以上。