北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
相比传统的多光谱成像探测，偏振多光谱成像探测方法可以探测目标表面的粗糙度、含水量等更多信息，给目标检测带来了很大便利，但目前主要用于目标探测，尚未广泛应用于目标分类。BP神经网络是目前常用的一种典型神经网络，可以建立从端到端的映射，在训练样本集足够大的前提下，训练完毕且效果良好的神经网络是一种高效、精确、快速的工具。首先，利用基于旋转偏振片和滤波片的偏振光谱成像探测系统获取了典型地物的偏振多光谱图像，对图像进行了预处理，建立了数据集；其次，在该数据集上进行了神经网络的训练，训练后的神经网络可以处理未知的偏振多光谱图像，并实现了对几种典型地物的分类；最后，对神经网络分类的效果进行了评价，并与其他几种典型分类方法的效果进行了对比，发现神经网络方法具有更好的分类精度和效果，相比典型的最大似然分类算法，其总体分类精度可从91.7%提升至94.2%，Kappa系数可从0.851提升至0.898。研究结果表明：基于神经网络的偏振光谱图像分类方法对于改进和优化现有的偏振多光谱图像数据处理方法具有一定的研究意义。
偏振多光谱图像 图像分类 BP神经网络 polarized multispectral image image classification BP neural network 红外与激光工程
2022, 51(6): 20220249
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京 100191
3 北京大学分子医学研究所膜生物学国家重点实验室，北京 100871
4 北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
5 北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京 100871
双光子内窥成像技术是一种基于双光子激发原理的新型内窥成像技术，具有光学层析能力、穿透深度深、光毒性小、无标记成像等技术优势，可以同时实现细胞结构成像和功能成像，在生命科学、临床医学等领域具有巨大的发展潜力。在近十几年的发展中，压电陶瓷扫描式双光子内窥成像技术不断取得突破，并在生物医学成像领域实现了新应用。本文对压电陶瓷扫描式双光子内窥成像技术及其在国内外的研究进展进行了总结，并介绍了该技术在生物医学成像领域的应用。
医用光学 双光子成像 内窥镜 双包层光纤 微型显微物镜 压电陶瓷扫描器 中国激光
2022, 49(19): 1907003
1 安徽省气象信息中心 强天气集合分析和预报重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国气象局沈阳大气环境研究所，辽宁 沈阳 110016
3 安徽省气象科学研究所，安徽 合肥 230031
4 中国科学技术大学 数学学院，安徽 合肥 230022
5 安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601
高光谱大气红外探测器(Atmospheric Infrared Sounder，AIRS)主要覆盖CO2和H2O吸收带光谱区.区别于CO2通道，H2O通道亮温偏差非高斯性较强.为了充分有效地利用AIRS通道光谱信息，本文采用两种新算法开展应用研究，一是基于变分同化后验估计－观测误差重估计重新估算光谱通道误差，以更好地“符合”光谱亮温对变分同化目标泛函的权值分配；二是将M—估计法(L2—估计、Huber—估计、Fair—估计和Cauchy—估计)权重函数耦合到经典变分同化目标泛函中，得到广义变分同化目标泛函，使其具有非高斯性，其核心是在每次极小化迭代过程中重新估计观测项对目标泛函贡献率.在新算法研究基础上开展高光谱AIRS模拟亮温试验，结果表明观测误差重估计和Huber—估计广义变分同化AIRS资料效果优于经典变分同化.并基于信号自由度(Degrees of freedom for signal，DFS)开展观测资料对分析场影响诊断，得到该两种方法在同化过程中能够提高H2O通道亮温使用的信息量.通过对文中算法(观测误差重估计和Huber—估计)得到的分析场与探空资料温度场对比分析，得到Huber－估计广义尺度设定为1.345 K时效果最好，整体误差最小，2.5K次之，且观测误差重估计也优于经典变分同化结果.200~750 hPa效果较为显著，基于Huber－估计广义同化在对流层顶表面和周围(80~200 hPa)温度反演小于2 K.研究结果可为我国风云四号A星和风云三号D星高光谱资料变分同化提供新的方法思路和技术支撑.
高光谱 非高斯 广义变分同化 观测误差重估计 信号自由度 hyper-spectral non-gaussian generalized variational assimilation observation error re-estimation degrees of freedom for signal 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04464
北京航空航天大学 光电技术研究所, 微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
超高宽深比结构氮化硅波导具有低损耗和高偏振消光比的优异性能, 是抑制集成光学陀螺中偏振噪声的可行性方案。文章基于FEM和FDTD方法对氮化硅波导的模场分布、弯曲损耗及光纤插入损耗进行了仿真分析, 通过对波导截面结构的设计优化, 并采用LPCVD和RIE微纳工艺在石英基底上成功制备了宽深比高达100的单模氮化硅波导。表征及通光测试验证了工艺可行性, 对一长为12mm的氮化硅直波导测试得偏振消光比达3dB。研究结果对超高宽深比氮化硅波导在集成光学陀螺及相关偏振器件中的应用研究具有一定意义。
光波导 氮化硅 宽深比 偏振 光学陀螺 optical waveguide silicon nitride aspect ratio polarization optic gyro
由于红外探测器的观测易受云的影响及快速辐射传输模式对云亮温的模拟不精确,在同化风云三号B星(Feng Yun-3B)红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder, IRAS)的亮温资料时,首先需要进行云检测,以获得晴空视场点或晴空通道信息。基于最小剩余法(Minimum Residual Method, MRM)对IRAS资料进行了云检测研究,该方法不仅能判识视场点是否有云,还能得到视场点的云参数(有效云量)。同时,采用FY-2E卫星云图对云检测效果进行了验证。结果表明,将该方法用于IRAS资料云检测是可行的。
风云三号B星 红外分光计 云检测 最小剩余法 卫星云图 FY-3B satellite infrared atmospheric sounder cloud detection minimum residual method satellite cloud image
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
谐振式微光学陀螺是一种新型的惯性传感仪器, 与传统的机械陀螺与其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势。通过分析抑制载波和提高信噪比, 深入地研究了三角波调制频率和幅度对谐振式微光学陀螺偏置稳定性的影响。通过理论计算和仿真分析, 考虑得到更好的载波抑制效果, 调制幅度应选为15.44 V;考虑提高信噪比, 调制频率应设为1 MHz。搭建了谐振式微光学陀螺系统, 实验测试结果与理论分析吻合较好。此外, 采用优化的调制参数, 陀螺的偏置稳定性由0.39 (°)/s提高到0.18 (°)/s(10 s积分时间)。研究结果表明: 选择优化的调制三角波参数可以将陀螺偏置稳定性提高一倍, 对于其他调制方案, 如正弦波相位调制方案, 同样可以通过分析载波抑制和信噪比优化调制参数, 改善陀螺偏置稳定性。
谐振式微光学陀螺 三角波相位调制 载波抑制比 信噪比 调制参数 esonator micro optic gyro triangular wave phase modulation carrier suppression ratio signal to noise ratio modulation parameters 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024148
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
3 惯性技术重点实验室, 北京 100191
4 北京信息科技大学光电信息与通信工程学院, 北京 100192
基于相位凝固技术的激光反馈干涉术，为验证其可行性及测量分辨率，设计了微位移测量验证系统。在系统中利用相位调制器进行外腔相位调制，采用相位凝固技术进行采样及解调，重构出外部目标物的位移信息。建立了测量系统的模型，进行了基于相位凝固技术的调制解调算法仿真及位移测量验证实验。实验验证了仿真的正确性和系统的可行性，通过比较外部目标物的实际位移与系统重构位移结果，得出测量峰谷值相对误差小于3%。研究表明，此测量方法能够准确地测量出外部目标物的位移信息，可有效提高系统测量分辨率，并可实现微位移的实时测量。
测量 激光反馈干涉 位移测量 相位凝固技术
1 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件。提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔。建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型，并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系。研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品，完成了样品性能测试，在此基础上提出了下一步优化方案。研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据。
光纤光学 光纤环形谐振腔 空芯光子带隙光纤 微光学结构 谐振式光学陀螺
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 微纳测控与低维物理教育部重点实验室，北京 100191
3 北京信息科技大学 光电信息与通信工程学院，北京 100192
针对激光反馈干涉术，提出基于相位凝固技术的调制解调方法，用以提高位移测量的分辨率，并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统.利用调制器进行外腔相位调制，采集调制相位相对固定的干涉光信号，通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析，并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明，采用5点相位凝固采样技术，测量准确度可以达到λ/20.此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率，实现信号实时采集处理，可用于位移的实时测量.
相位凝固技术 激光反馈干涉 位移测量 电光调制器 Optical feedback interferometry Phase-freezing technology Displacement measurement Electro-optic modulator
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
谐振腔是MOEMS陀螺的关键器件, 由于谐振腔具有相对失调特性, 所以传统的调腔是以人工方式进行的。研究并提出了一种新型的可应用于微光机电(MOEMS)陀螺谐振腔的闭环调整方案, 完成了基于机器视觉和PZT控制的闭环调整系统及调腔实验, 得到了预期的效果, 并进行了相关的分析。
谐振腔 闭环调整 陀螺 微光机电系统 resonator closed-loop adjustment gyroscope MOEMS
