Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
带状注行波管作为一种发展中的新型器件在雷达和通信领域有广泛应用前景。相比于圆形注器件, 目前针对带状注行波管的注波互作用模型仍较少。本文针对交错双栅这一常用的带状注慢波结构, 从电路理论出发, 研究了由分布式的传输线元件和集总电路原件构成的混合电路模型在刻画高频率慢波结构上的适用性, 重点解决了从慢波结构几何参数到电路物理参数的映射问题。建立交错双栅混合电路模型, 推导了色散方程, 同时基于模拟退火算法实现了高精确度参数拟合。结果表明, 混合电路模型能够精确刻画交错双栅的色散特性。该模型对后续开发基于混合电路模型的带状注大信号注波互作用程序具有重要意义。
太赫兹 交错双栅 混合电路模型 模拟退火算法 色散特性 terahertz staggered double-vane hybrid circuit model Simulated Annealing algorithm dispersion characteristic 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1204
基于COMSOL平台，设计一种沟槽辅助下双层阶跃折射率结构的四模掺铒光纤。通过对铒离子能级结构、稳态方程和速率方程的理论研究，利用Matlab软件搭建少模光纤放大器系统。利用模拟退火算法实现三层掺杂区域下的铒离子浓度的优化，以确保所设计的四模掺铒光纤放大器的增益特性。仿真结果表明：在纤芯泵浦方式下利用波长为1480 nm的泵浦光对1550 nm的四模式信号进行放大，得到的各模式信号平均增益为26.07 dB，模间增益差（DMG）为0.106 dB；对所设计光纤进行折射率容差分析，得到的平均增益为26.08 dB，DMG为0.34 dB。结果证明了所设计的少模光纤放大器的稳定特性，其具有广泛的发展前景和应用潜力。
空分复用 少模光纤放大器 模拟退火算法 增益均衡 光学学报
2023, 43(22): 2206007
1 安徽大学电子信息工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学互联网学院, 安徽 合肥 230039
利用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 技术能够对有机物的成分及含量进行快速无损测量。作为重要的有机化工原料, 乙烯在塑料、醇类和纤维等大宗化学品的制造中有着广泛的应用, 但同时由于其易挥发性, 乙烯对环境和人体有着潜在的危害。为提高FTIR技术检测乙烯浓度模型的精度, 综合迭代保留信息变量法 (IRIV) 和模拟退火算法 (SA) 的优点, 提出了改进的IRIV-SA红外光谱波数优选算法。该方法在IRIV算法稳定选取大量光谱特征波数的基础上, 利用SA进一步筛选少量有效特征波数, 从而降低模型复杂度, 提高有机物光谱检测精度。实验首先利用IRIV-SA对乙烯红外光谱的浓度进行波数选取, 最终获取的特征波数由全光谱的271个变量降低至 5 个变量, 再利用特征波数进行建模, 结果表明其验证集相关系数、均方根误差为0.9989和0.3943, 预测集相关系数、均方根误差为0.9978和0.6652, 较全光谱建模精度有大幅提高。为进一步验证该算法的有效性, 同时建立IRIV、SA、CARS (自适应重加权采样算法)、SPA (连续投影算法) 以及IRIV-CARS、IRIV-SPA波数选取模型对相同数据集进行对比实验, 比对结果表明IRIV-SA算法优于上述 6 种波数选取方法, 是一种更有效的特征波数优选方法。
傅里叶变换红外光谱 乙烯 波数优选 迭代保留信息变量 模拟退火算法 Fourier transform infrared spectroscopy ethylene wavenumber selection iteratively retains informative variables simulated annealing algorithm
1 西南石油大学机电工程学院，四川 成都 610500
2 西南油气田分公司蜀南气矿井工程管理科，四川 成都 610506
针对显微镜观测动态平面目标时的自动对焦需求，提出一种基于图像清晰度评价的显微镜静/动态自动对焦方法。首先，根据对聚焦-失焦图像特征的分析，建立加权Tenengrad评价函数评估方法和图像分块对焦窗口模式。其次，针对搜索过程中的局部极大值问题，利用模拟退火理论建立对焦搜索模型。最后，为了对动态图像进行评价，利用图像模糊法来判断动态无参考图像失焦水平。在此基础上，形成了静态调焦模型，动态失焦检测与实时对焦模型。通过搭建显微镜自动对焦实验平台，结果表明：该静态调焦模型能够使显微镜快速准确地静态自动调焦，动态失焦检测和实时对焦模型能够使显微镜满足在动态观测下离焦检测和实时调焦的要求。
加权Tenengrad评价函数 图像分块窗口选择 模拟退火算法 图像模糊无参评价 显微镜动态对焦 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0411003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院，北京 100049
3 长光卫星技术股份有限公司，吉林 长春 130102
4 大连理工大学辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室，辽宁 大连 116024
5 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
针对传统大视场离轴反射式光学系统的初始结构只对轴上像差求解、轴外像质差、大视场像质优化困难的问题，建立了结合矢量像差和赛德尔像差的联合像差初始结构求解方法，利用一种全局的模拟退火算法实现了大视场离轴反射系统初始结构的自动求解，直接得到轴上和轴外视场像质优良的大视场离轴三反系统“正-负-正”初始结构。基于此初始结构设计了一款紧凑型大视场30°×3°自由曲面光学系统，其焦距为500 mm，F数为5。该光学系统的成像质量好，无偏心倾斜，易于装调，对大幅宽推扫成像空间光学相机设计具有借鉴意义。
光学设计 矢量像差 赛德尔像差 模拟退火算法 自由曲面 光学学报
2022, 42(21): 2122001
1 桂林理工大学理学院，广西 桂林 541004
2 重庆人文科技学院机电与信息工程学院，重庆 401524
3 桂林旅游学院旅游数据学院，广西 桂林 541006
土壤钾含量对作物的品质和产量有重要影响，因此，用近红外（NIR）光谱技术结合特征波段筛选方法对土壤钾含量进行快速定量检测。首先，结合模拟退火算法和区间偏最小二乘法（SA-iPLS）建立土壤钾含量的特征波段优化NIR模型。然后，通过调试子区间数量得到SA-iPLS的最优特征波段。最后，根据模型的评价指标将SA-iPLS模型与偏最小二乘法（PLS）、区间PLS（iPLS）、协同iPLS（SiPLS）模型进行对比。结果表明，当子区间数为90时，SA-iPLS模型在训练集上的表现最优，对测试集的预测均方根误差和相关系数分别为0.0117和0.8884。全谱PLS模型对测试集样品的预测均方根误差和相关系数分别为0.0140和0.8506，iPLS、SiPLS模型的最优子区间数分别为80、70，对测试集样品的预测均方根误差分别为0.0155、0.0145，相关系数分别为0.7786、0.8420。相比常规的iPLS、SiPLS模型，SA-iPLS模型能保留更多有用的光谱信息，提高对土壤钾含量的预测精度。
光谱学 近红外光谱 土壤钾含量 波段优选 模拟退火算法 区间偏最小二乘法 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1330002
针对机动作战平台天线共享需求，提出了一种面向雷达通信一体化的线阵共享孔径分配方法。首先,建立了共享孔径的模型，根据雷达和通信工作频率差异设计了非均匀线型共享阵列; 其次，将阵元位置的分配转化为多目标优化问题，选择雷达阵列方向图的最高旁瓣电平和通信阵元的信道容量作为优化目标; 最后，用改进的模拟退火算法进行优化计算，并完成了相关的仿真实验,结果证明，雷达最高峰值旁瓣电平和通信信道容量能同时达到工作要求，实现了天线孔径的共享。
雷达通信一体化 多目标优化 模拟退火算法 共享孔径 radar-communication integration multi-objective optimization simulated annealing algorithm aperture sharing
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
在28 nm及以下节点光刻机中,平顶高斯照明光场是减小脉冲量化误差对曝光剂量影响的关键技术之一。为降低平顶高斯照明光场产生组件的设计、加工和装调难度,提出一种光刻机照明光场强度分布校正技术。该技术通过较少次数的算法迭代可获得合适的光场校正板透过率分布,并将扫描方向强度分布的尺寸公差需求作为边界条件来降低校正引起的能量损失。所得到的光场校正板可同时对照明光场的非扫描方向积分均匀性和扫描方向光场强度分布进行校正。仿真分析结果表明,该技术获得的光场校正板可将照明光场的非扫描方向积分均匀性校正至0.29%以下,也可将扫描方向强度分布校正至指标范围内,校正引入的能量损失也可平均降低4.09%。所提技术可在一定程度上提高光刻机的产率。
成像系统 光场强度分布校正 模拟退火算法 透过率分布优化算法 步进扫描光刻机 中国激光
2021, 48(20): 2005001
