AGA在太阳能电池阵寿命预测中的应用

针对在轨卫星的GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池阵输出电流衰减模型中参数辨识精度低和后期误差大且实时性不高的问题,提出采用遗传算法(GA)对太阳能电池阵电流衰减模型进行参数辨识。针对GA过早收敛及易陷入局部最优解的缺点,提出了基于自适应交叉变异算子和线性变换适应度函数的自适应遗传算法(AGA)进行参数辨识。然后把模型预测的输出电流与遥感测得的输出电流进行比较。实验结果表明,运用AGA和广义最小二乘法（GLS）得到的均方根误差(RMSE)分别为1.427×10^-4和1.337×10^-3,误差平方和(SSE)分别为2.0571×10^-6和1.92×10^-3,AGA辨识后的模型预测更加准确,对卫星运行后期电源的管理具有实际意义。     

基于折/衍混合的机载红外光学系统设计

为实现机载红外光学系统大口径、长焦距、轻量化、高像质、非热敏化的技术要求,通过对反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,选取卡赛格林光学结构型式,提出一种基于折/衍混合的机载大口径长焦距非球面红外光学系统。经过初始结构计算,并利用ZEMAX软件进行优化,设计出一款焦距1200 mm、口径260 mm的折/衍混合红外光学系统,遮拦比18%,在空间频率10 lp/mm处,调制传递函数(MTF)达到0.45,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在20μm以内,在-50^+70℃温度范围内实现非热敏化。该系统结构简单,由两个反射镜和一组透镜组成,设计结果满足各项任务指标,对机载红外光学系统的进一步研制具有重要意义。     

小鼠在体皮下乳腺癌的太赫兹波成像检测研究

乳腺癌是女性常见癌症之一,乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统,对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明,太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域,且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织,两者相对反射率差值高达15%。进一步,对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红(H&E)染色,作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知,在距离皮肤表面约460μm处,太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知,太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右,太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。     

光纤传感与红外视频的复合入侵监控系统设计

针对机场、油库等特定区域的高识别率、低误报率入侵事件监控需求,提出了一种基于光纤传感与红外视频的目标识别方法。其中,光纤传感部分采用基于MCSVM的非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）分布式光纤振动传感器,将EMD(经验模式分解)、将峰度特征与MCSVM相结合以提高识别率;红外识别部分将灰度差值图像通过小波变换提高清晰度。两者经过模式对比算法,实现入侵事件判定。搭建系统做现场实验,结果表明:该方法能够识别四种常见的入侵事件(爬越围栏、敲击电缆、剪断围栏、摇动围栏),平均识别率在92.5%以上,误报率0.9%,相对传统单一传感器方案,该方法在漏报率和虚警率等系统性能上都有较大的改善,能够满足实际应用要求。     

基于锁相环的光纤通信用10 MHz频率源设计

为得到符合工程实际、性能优良的光纤通信设备频率源,基于锁相环原理设计一款10MHz的频率合成器。首先根据频率源系统的要求提出技术指标,接着选定系统总体结构和组成,在详细分析系统的工作原理基础上进行元件的选型,然后用ADS仿真分析方案的可行性,并用ADIsimPLL仿真辅助设计系统的电路。结果表明,该频率合成器输出频点、相位噪声、锁定时间、相位裕度等均达到设计指标要求。     

基于异构加速的Φ-OTDR实时信号处理系统

针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)信号处理复杂、计算量大、实时性要求高的特点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)异构加速计算技术的Φ-OTDR实时信号处理系统。对外差探测式Φ-OTDR信号处理流程进行分析与分解,提出基于FPGA的滑动窗数据帧分割、多通道并行快速傅里叶变换(FFT)计算、频域滤波、短时能量求和等一系列加速计算方法。该系统最终实现在40 km光纤传感距离、2 kHz重复频率与1 m采样间隔下的长时间、实时扰动信号解调与显示,并且具有80%的帧重叠率。该FPGA系统作为异构加速器,能够减轻计算机数据处理压力,保证传感系统高重复频率下的运算实时性,为系统可靠性和稳定性提供了有效保障。     

鞘流技术在气溶胶颗粒物光学传感器上的应用研究

鞘流技术是实现高浓度气溶胶颗粒物光学检测的关键技术之一。在空气动力学理论和国外相关研究的基础上设计了一种气体鞘流器来实现高浓度气溶胶粒子的有效测量。首先根据大型通用有限元分析软件ANSYS中的Gambit和Fluent模块对鞘流器进行仿真分析,确定了一组最佳的设计参数并依此制作了相应的鞘流器实物,仿真结果表明该鞘流器可以将样气气流直径从1mm压缩到0.34mm,有明显的压缩效果。接着提出了一种用光学尘埃粒子计数器的粒径分布误差间接分析鞘流器压缩效果的实验方案,并对比分析了在同一台粒子计数器上分别配置1.0mm普通气嘴、0.5mm普通气嘴以及鞘流气嘴三种情况下0.3μm粒子粒径的分布情况。实验结果表明,本研究设计的鞘流器能够有效降低尘埃粒子的重叠率,显著提升粒子计数器的浓度检测上限值。该结果验证了流体动力学分析的可行性,为实现高浓度气溶胶粒子的光学测量提供了重要基础。     

LEO-LEO红外激光掩星CO_2浓度测量技术研究

利用基于近地轨道(LEO)卫星组网的红外激光掩星(LIO)技术,可对地球大气温室气体垂直廓线进行主动探测,为全球温室气体浓度廓线的测量提供新手段。介绍了基于LIO技术的大气温室气体浓度廓线的测量原理,针对最主要的温室气体CO_2建立了LIO信号链路模型,通过仿真分析了工作波数对CO_2探测精度的影响,并基于误差最小的仿真结果对CO_2探测波数进行优化选择。采用所选波数对LIO技术的探测性能进行分析,最终得到可用于CO_2浓度廓线探测的波数为4771.6215 cm~(-1)和4772.0240 cm~(-1)。在5～35 km高度的有效探测范围内,实现了0.6～1.4 km的垂直分辨率,CO_2浓度探测的相对随机误差小于0.8%,最小相对随机误差(0.229%)出现在10 km处。研究结果为星载LIO大气探测系统原理样机的设计提供了重要参考。     

标记非对称变形导致的对准误差修正方法及其在套刻测量中的应用

硅片对准标记经过光刻工艺后产生的非对称变形会导致对准测量误差,目前普遍采用工艺验证的方法修正此对准测量误差,但该方法存在一定的工艺适应性问题。针对该对准测量误差,提出了一种新的修正方法,即利用非对称变形对准标记在不同照明波长和偏振态情况下的对准位置差异,修正对准标记非对称变形导致的对准误差,提高了对准的工艺适应性。并将该方法拓展应用于套刻测量误差修正,提高了套刻测量的工艺适应性。