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油气泄漏及伴随的不可控能量释放易引发安全生产事故,加强油气泄漏可视化监测预警对于消除事故隐患、夯实安全生产基础、提升管理效能意义重大。本文介绍了被动式傅里叶变换红外(FTIR)光谱气云成像技术的基本理论和原理,总结了国内外典型产品的研究进展及其在石化行业中的应用情况,最后从标准体系、关键技术和运行管理三个方面对实现被动式FTIR光谱气云成像技术在石化行业进一步的推广应用提出展望。

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4J36因瓦合金由于低热胀系数而被广泛应用到电子元器件封接、航空航天、精密测量、海洋运输等领域。3D打印作为一种新型加工工艺走进4J26因瓦合金构件制备领域,本文详细阐述了国内外学者在3D打印4J36因瓦合金的研究成果。研究结果显示:SLM成型技术是制备4J36因瓦合金的主流3D打印技术,其成型的材料与传统制造工艺成型的材料相近的热胀系数从0℃～100℃可达到18×10-6/K,材料的致密度可达到995以上,极限抗拉强度可达到450 MPa以上,报道的打印的孔隙率达到04,需要进一步降低,总体而言3D打印因瓦合金构件已逐步具备工程应用的可能。同时结合制冷型红外探测器零部件特点,指出3D打印4J36因瓦合金构件在红外应用存在巨大的潜力。

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3～5μm中红外激光因其在气体检测、医学医疗和光电对抗等领域的诸多应用而备受关注,其中1064nm激光泵浦周期极化掺镁铌酸锂光学超晶格(MgO∶PPLN)作为获得3～5μm中红外激光的重要方式已成为当前国内外的研究热点。本文采用全国产化宽光谱1064nm脉冲光纤激光器泵浦多周期MgO∶PPLN晶体,以泵浦光单通、信号光单谐振的OPO工作方式(SPSR OPO),实现高功率3181nm、3419nm、3620nm和3807nm中红外激光输出。在最大功率897W泵浦下,输出功率分别为1329W、1219W、95W和761W,光-光转换效率分别为1482、1359、1059和848。本研究通过使用全国产化宽光谱脉冲光纤激光泵浦MgO∶PPLN晶体,大幅降低了获得中红外激光的所需泵浦源的技术门槛,为高功率国产化中红外激光器研发提供了重要的实验依据。

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为了解决国产中红外波段半导体单靶条输出激光功率低,暂时无法在工业上大规模应用的问题。提出将四个半导体靶条激光模块进行空间合束,从而提高中红外波段量子级联激光器总的输出功率。通过设计镜片与微调光路等光束整形技术,很好的解决了四路激光在空间合束过程中遇到的光束质量变差,光束整形、合束后如何改善光束质量问题；驱动控制与控温模块中,电流驱动控制电路和控温电路精确的对输入激光器的电压,电流,温度进行稳定控制,使量子级联激光器在室温下能够实现稳定的高功率输出。设计出高的室温输出功率、较小发散角、窄线宽和宽带可调谐的量子级联激光器具有重要的社会和军事意义,也有广泛的实用前景。

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在室外大场景下,激光里程计由于环境复杂难以进行精确点云配准,导致运动轨迹容易产生较大累计误差。针对该问题,提出了一种基于几何与强度约束配准的改进广义迭代最近点(GICP)算法。首先,通过点云的邻域特征计算待匹配点对的平均平面度与平面相似度,构造几何权重函数减小角点和不良对应点对在GICP算法点云配准过程中的误差,以提高算法精度。然后引入对称KL(Kullback Leibler)散度参数构建强度相似度,衡量点对的强度差异,从而增加配准约束,并采用KD Tree加速点云匹配对搜索以提高算法效率。KITTI数据集实验结果表明,所提算法的平均定位误差较GICP、VGICP算法分别降低了5819、4564。实地实验结果表明,所提算法的平均定位误差较GICP、VGICP算法分别降低了5258和3712,且满足实时性要求。

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激光除漆技术是一种环保、安全的清洗技术,将其应用于大曲率圆柱钢除漆时还存在除漆均匀性差、参数优化困难等缺点。对大曲率圆柱钢激光除漆影响因素的研究有助于激光参数优化以及提高圆柱钢表面除漆质量。论文采用1064nm激光对飞机发动机架圆柱钢进行除漆,分别对除漆表面进行二维、三维形貌、粗糙度、表面元素进行分析,并对不同除漆区域进行硬度测试,探究曲率引起的激光离焦与入射角变化对圆柱钢除漆效果的影响。结果表明:激光功率500W,其余参数一定时,随光斑在25mm直径圆柱钢顶点向圆周方向移动,离焦量与入射角的随之改变,除漆表面粗糙度从844μm逐渐减小至732μm,降低了1327,横截面硬度从2542 HV降至2210 HV,降低了1306,除漆表面熔融态程度逐渐降低,且逐渐趋于基材原始表面。除漆过程由光斑位移引起的离焦能量密度仅减小了143,说明激光入射角度是影响大曲率圆柱钢除漆效果的主要因素。

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针对移动机器人在三维点云地图构建过程中所面临的点云运动畸变和帧间匹配精度低等问题,本文提出了一种融合激光雷达、惯性测量单元(IMU)和轮速计的三维点云地图构建方法。首先,利用IMU和轮速计的预积分值对激光雷达采集的点云信息进行运动畸变的去除,以尽可能恢复点云的真实位置。考虑到固态激光雷达传感器的视场角较小且其扫描方式为非重复性,本文引入了异常点剔除机制,以提升线面特征提取的质量。将预积分值作为初始匹配条件提高帧间匹配精度。最后,设计并搭建了移动机器人硬件平台,通过闭环轨迹测试,结果表明本文方法在起止点坐标系与点云地图的重合度上表现优异。在匀速运动与加减速运动的测试中,闭环轨迹的终点误差分别最小达到0054m和0143m。

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在3D激光投影仪中,对投影线宽有一定要求,仪器中专门设计了调焦模块来调节线宽,其主要原理是根据投影激光束的回波能量大小来进行调节,但由于环境光、投影距离、投影面反射率等因素影响,导致激光回波能量非常弱,致使仪器识别回波信号困难,无法实现投影线宽的自动调节。为此本文使用光电池阵列作为激光回波信号接收装置,使用50占空比的方波信号对激光进行调制,产生亮灭的差分信号,投影光束回波能量经过放大电路初级放大,在现场可编辑逻辑门阵列中按周期一一对应累加,实现对差分信号的数字放大。该方法通过先硬件放大接收信号再软件对差分信号放大,可以有效减少背景光干扰和高斯噪声的影响,改善信号质量。

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随着激光点云数据的普及,研究如何提取丰富的点云特征信息变得尤为重要。现有方法多注重局部特征学习,却忽视了点云的位置与特征间的关联,且未对全局信息进行建模。为改进此状况,本文提出了自适应空间特征模块(Adaptive Spatial Feature,ASF)和分组注意力(GroupFormer)。ASF包括自适应特征块(adaptive feature block)和混合局部块(mixed local block),其可以动态学习点云位置与特征之间关系以及消除均匀加权。混合局部块将局部最大值特征数据与局部自适应特征数据结合起来,以保留局部上下文细节。ASF融入编码器-解码器结构形成ASF Net网络,同时引入分组注意力以提取全局点云特征信息。实验表明,ASF Net在S3DIS和ScanNet v2数据集上的语义分割性能卓越,提高了点云特征提取的准确性。

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未来先进红外探测感知系统,以提升光场维度特征、探测目标距离、空间分辨率等性能为主要目标。片上智能化探测,需采用特定图像处理功能算法将探测信息融合成像,读出电路片上集成智能化自主识别与控制算法电路。成熟的智能化控制功能实现路线基于数字域完成,读出电路数字化设计是智能化的前提和基础,像素阵列数据与算法处理模块之间以具有逻辑处理功能的数字信号进行数据交互。本文设计实现具有逻辑处理及存储功能的数字像素读出电路,配合图像处理算法功能实现智能化片上盲元替代、非均匀性校正、像元重构和运动目标轨迹探测等。

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红外焦平面芯片主要由红外焦平面阵列与读出电路组成,倒装互连工艺是其制造过程中的关键支撑技术。通过对倒装互连后的芯片引入电学测试可准确地判断芯片倒装互连连通情况,为倒装互连工艺质量技术分析提供有效监测手段。针对倒装互连工艺的快速、高效检测需求,发展了芯片互连连通情况的批量化自动检测,并实现了测试结果图中互连差点的自动识别。此外,将该检测手段应用在后续的灌胶、背面减薄工艺后,并通过测试结果可监测后道工序对芯片互连连通情况的影响。本文的研究满足了测试效率提升的要求,同时为工艺问题的定位提供了方案。

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信号是红外探测器的重要参数,对其造成影响的因素有很多种。本文从普朗克黑体辐射定律出发,考虑了多种影响因素的情况下,计算了某型红外探测器的信号值。通过计算,发现芯片的减薄厚度与器件信号值存在很强的关联性,并进行了试验验证。验证时发现当芯片厚度降低时,芯片信号值会有所下降,与计算结果存在一定差异,并对差异进行了分析,分析和试验结果显示,探测器芯片的减薄厚度和减薄工艺对探测器的性能有较大影响,经二次验证,基本符合分析结果。

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针对微测辐射热计小像元在设计中热响应时间长、探测灵敏度低等难以解决的问题,提出并设计了一款小线宽、快速响应、高吸收率微测辐射热计像元结构。通过超表面结构和局部伞面的设计提高了其红外辐射吸收,进而提升其探测灵敏度,通过两侧伞面降低了其热响应时间。并对其热响应时间进行了理论计算和仿真分析。最终得到微测辐射热计像元在8～16μm波段的平均吸收率968,NETD约55mK,热响应时间仅38ms。其综合指标达到了209mK·ms。

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碳纤维增强复合材料(CFRP)由于其各向异性和层合结构,使得缺陷检测和识别变得困难,因此这类材料的无损检测研究一直是国内外关注的热点。本文基于裂纹生热机制,主要分析了摩擦生热和粘弹性生热原理,发现缺陷处的生热量主要与法向压力和振幅速度有关。通过建立CFRP贯穿裂纹的生热模型,采用有限元分析法对不同检测参数进行模拟求解。仿真结果表明,激励振幅和预紧力越大,生热现象越明显。利用超声红外热成像检测平台对含有裂纹的碳纤维增强复合材料板进行检测。实验结果表明,在控制变量法的情况下,当激励电压为180　V时,缺陷处最大温升为133℃；当预紧力为40 N时,缺陷处最大温升为1083℃,此时裂纹处的生热最明显,检测效果最佳。实验结果与仿真结果一致,验证了低功率超声红外热像检测技术是一种可行且高效的方法。

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大气红外辐射透过率是红外辐射特性测量和红外辐射反演计算的基础。近海面远距离大气水平透过率受环境气象条件、水平传输距离等因素的影响较大。本文基于自主研制的海上目标红外辐射特性测量系统和大气辐射传输测量系统采用海面拉锯的方式进行远距离中波红外测量实验,并借助辐射传输软件CART进行大气透过率的计算,实现对远距离中波辐射传输大气透过率的修正。该研究对海上远距离目标特性测量具有一定参考意义。

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在现代战争的演进中,蜂群作战体制日益凸显其关键意义,作为该体制中不可或缺的“眼睛”,光电载荷的发展成为军事技术领域的研究重点。本文系统阐述了光电载荷在蜂群作战体制下的多维度应用方向,深入剖析了其与传统光电载荷在功能、时统、成像、信号处理及硬件平台等方面的显著工作差异,并全面梳理了国外蜂群光电载荷的发展现状。基于上述研究,提出了一种基于光电智能组网的蜂群光电载荷体系架构,涵盖系统组成与工作模式。进一步探讨了蜂群光电载荷在网络化、集成化、智能化、成像维度及性能用途等方面的技术发展趋势,旨在为未来蜂群作战中光电载荷的优化升级提供理论支撑与实践参考,推动军事侦察技术的持续创新与发展。

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制导控制系统的半实物仿真因其最大程度在试验室模拟飞行环境的真实特性以及能最大程度的考核导弹制导控制系统的整体性能,而成为导弹研制过程中的重要手段,随着目前研制进度的加快,导弹半实物仿真系统的构建也需快速形成,面对产品的各种非标准化需求,如何采用通用化设备资源模块,快速构建半实物仿真系统,具有重要意义。

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面对遥感相机批产化制造的市场需求下,针对目前反射镜支撑组件装配容差小、生产制造精度要求高和反射镜面型对装配应力和热环境敏感等问题,提出了一种基于胶-金属-胶复合的新型柔性支撑结构,并对其结构参数与柔性进行了研究。采用固化后高刚度的结构胶粘接金属件来代替传统螺钉连接,并设计了一种嵌入式圆筒胶粘接头用于提高装配容差,采用固化后低弹性模量的硅橡胶与反射镜侧面进行面胶接,同时引入一种基于板簧单元串联与并联的金属柔性元件,利用金属板簧和硅橡胶的柔性来降低装配应力和环境扰动对反射镜面型的影响。通过柔度分析理论,推导并分析了柔度物理模型以及柔度与结构参数的影响关系,设计了一组参数应用于某批产化相机的反射镜支撑中。对比了柔度分析、有限元仿真和实际测试中重力变形和模态特征频率结果,结果显示基于柔度模型计算重力载荷下刚体位移误差精度优于61,基于柔度矩阵的工程公式计算特征频率误差精度优于10。最后对反射镜支撑组件温度拉偏4℃后测试面型结果优于0011λ(λ=6328nm)。结果表明复合柔性支撑能适用于装配容差大、生产制造精度一般以及复杂力、热变化等恶劣条件下工作,在某批产化遥感相机得到成功应用,在轨表现良好,具有实际工程应用价值。

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为了得到满足工程要求的轻量化主镜,本文以某光学测量系统的大口径SiC主镜为优化目标,首先确定了主镜的支撑结构,随后对主镜的结构尺寸进行了优化,通过对主镜加强筋进行分组优化了其厚度,同时对主镜的前后面板厚度以及总厚度进行了优化。随后对主镜的结构进行了优化,提出了三角形孔与扇形孔组合使用的结构形式,主镜的面形有了较大提升。最终主镜与初始主镜相比质量减轻了167 kg,径厚比由114提高到128,且静、动态特性均满足使用要求。随后分析了主镜存在轴向温差以及径向温差时对光学系统的影响,使用光学系统的调制传递函数作为评价标准,确定了主镜轴向与径向温差应控制的范围。最后使用四维干涉仪对主镜的面形精度进行了检测,验证了有限元分析的正确性。

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JPEG Pleno压缩会在压缩后的4D光场图像中产生伪影,这不仅会降低其视觉质量,还会影响其他图像处理任务的性能。目前尚缺少对JPEG Pleno光场编码失真修复的研究和可供网络训练的JPEG Pleno编码失真光场数据集。本文提出了一种端到端灵活的盲卷积神经网络,即JPLARNet。它充分考虑JPEG Pleno编码特点,且通过预测其编码压缩质量因子,以在伪影去除和细节保留之间进行权衡。具体而言,JPLARNet首先使用空角解耦模块对光场图像进行初步特征提取,再经过多尺度的解耦器得到预测的压缩因子和高级语义特征,然后通过压缩因子融合模块将预测的压缩因子嵌入到随后的重构器模块中,以此引导压缩光场图像伪影去除,生成高质量光场图像。此外,构建了大核下采样模块和混合注意力增强模块,分别用于下采样和将重构的图像进行图像增强。实验结果表明,在所构建的数据集JPL DATA压缩因子从5000到200000的六个压缩质量上,伪影去除后的光场图像相较于去除前其YUV PSNR/Y SSIM平均增益为081dB/0025。由于考虑了JPEG Pleno光场图像编码的特点,相较于2D图像JPEG伪影去除方法,所提出的方法获得了具有更高主客观质量的光场图像。

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在低重叠率点云配准中,传统方法因特征稀疏且难以匹配,在大位姿误差或复杂变换场景下容易陷入局部最优,影响配准精度。为解决这些问题,本文提出了一种渐进特征融合金字塔网络的自适应图卷积模型,通过从粗到细寻找点云之间的对应关系。首先利用自适应图卷积(AGConv)提取和编码空间特征,然后使用渐进特征金字塔网络(AFPN)跨多个尺度融合语义信息,共同提高模型在复杂三维场景理解与分析任务上的性能；其次引入几何Transformer增强模型对全局结构和关联性的理解能力,并实现高质量超点匹配；最后结合AGConv和AFPN设计了一种局部到全局的配准方法,利用骨干学习到的局部点特征并通过叠加点匹配解决全局歧义问题,提高算法鲁棒性。实验证明该网络显著提升了低重叠率点云的配准精度。

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碲锌镉晶体材料是第三代高性能、长波／甚长波碲镉汞红外焦平面探测器首选的衬底材料。但是碲锌镉材料自身特性,生长的晶体中存在杂晶和孪晶区域,影响器件的性能。现阶段主要通过人工识别单晶区域,完成单晶晶片的切割,存在效率低、轮廓识别不清晰等问题。本文旨在通过以多角度晶片表面形貌视觉识别装置为基础,并将基于神经网络的图像分割技术应用于碲锌镉晶片单晶区域识别中,以实现对碲锌镉单晶与杂晶区域的自动划分,为单晶区域自动划切工艺提供基础。

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针对无人机红外目标识别神经网络对机载核心算力需求高、计算效率低的问题,以降低算法对硬件环境内存的依赖为目标,为满足无人装备对神经网络同步化、轻量化与高效化的需求,提出了一种面向无人机目标识别的轻量化神经网络。引入采用多通道拆分的卷积计算策略,降低串联计算量；使用双分配策略,增强密集目标选中能力,减少推理过程；应用角度损失考虑预测框与预测框方向不匹配因素,提高了模型推理准确性与收敛速度。实验结果表明,所提出的算法识别准确率可达到94.3,并在HIT UAV数据集上与主流模型YOLOV5n、YOLOV8n进行比较,实验表明在小目标识别率高出2.8、0.9。中目标识别率高出2.2、1.3。证明能够在低算力条件下赋予无人机端对地目标高效、精确的识别能力。

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本文提出了一种可同时测量两种介质折射率的传感器。该传感器依次由单层石墨烯、薄介质层、介质腔A及含缺陷层(即介质腔B)的多层光子晶体组成。当入射光由石墨烯侧入射时,石墨烯与薄介质层界面上的太赫兹塔姆等离激元(TPPs)模式和光子晶体中的缺陷模式会被同时激发,二者相互耦合,形成非对称的法诺(Fano)共振线型吸收谱线。其吸收峰波长与TPPs模式激发波长一致,只对介质腔A中介质折射率敏感,而吸收谷波长与缺陷模式波长一致,并且只对缺陷层中介质折射率敏感,因此可以实现两种介质折射率的同时检测。数值模拟结果表明该传感器对介质腔A、B中介质折射率同时检测的折射率测量范围分别为13～146,1～1005；灵敏度分别为0125 THz/RIU、06 THz/RIU。本文的研究为利用TPPs模式与不同模式的耦合,从而实现多种介质折射率同时测量提供了新思路。