“天琴计划”教育部重点实验室，天琴中心 & 物理与天文学院，天琴前沿科学中心，国家航天局引力波研究中心，中山大学(珠海校区)，广东 珠海 519082
Overview: Space gravitational wave detection missions typically consist of three identical satellites, with two laser links between the satellites at an angle of sixty degrees forming a Michelson interferometer. The arm length changes are measured using high-precision inter-satellite laser interferometry. As a key component of the inter-satellite laser interferometry system, the telescope system needs to have picometer-level optical path stability, a wavefront error of λ/30, and stray light less than 10?10 of the transmitted power. To meet the requirements of space gravitational wave detection for the telescope system, an optical and mechanical integrated analysis and optimization method is proposed to design and optimize the primary mirror and its supporting structure. The off-axis parabolic primary mirror adopts the side three-point support method, and the influence of the support point position on the mirror surface shape and the rigid body displacement under gravity conditions has been studied. Optimization of the size of the triangular lightweighting holes on the primary mirror has been performed, and density-based topology optimization has been used to optimize the support backplate while ensuring that the first-order mode of the primary mirror component remains essentially unchanged. The flexural matrix of the primary mirror component supported by a parallel bipod linkage structure was derived based on spinor theory, and an evaluation function for the support structure was established. The size parameter range of flexible support was preliminarily determined by Matlab analysis. A optical-mechanical integrated simulation platform is set up to optimize the parameters of the support structure using a weighted sum method to convert the multi-objective optimization problem into a single-objective optimization problem. The results showed that the first-order frequency of the primary mirror component system was 392.43 Hz. Under gravity and temperature loads, the deformation of the primary mirror surface was better than λ/60, the translational rigid body displacement was better than 2.5 μm, and the rotational rigid body displacement was better than 0.5 μrad, all of which met the design specifications. Under space thermal disturbance of 10 μK/Hz1/2, the size stability of the primary mirror component, represented by the displacement of the central point of the mirror, was at a level of 10 pm/Hz1/2.
引力波望远镜 Bipod连杆支撑 面形变化 尺寸稳定性 gravitational wave telescope bipod linkage support surface deformation dimensional stability
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆 400054
提出一种反射式微纳光纤耦合器传感膜片，以实现高精度、连续和无创血压监测。该传感膜片由反射式微纳光纤耦合器、聚二甲基硅氧烷薄膜和环氧树脂基底组成，具有很高的压力灵敏度（-0.682 kPa-1），且无需精确空间对准即可实现脉搏波检测；然后，构建双通道脉搏波检测系统，以获得肱动脉传导时间、桡动脉传导时间以及桡动脉和肱动脉之间的传导时间差值；基于上述参量，利用支持向量回归算法建立血压预测模型。实验结果表明，所提系统的收缩压平均偏差和标准偏差分别为0.08 mmHg和1.13 mmHg，舒张压的平均偏差和标准偏差分别为-0.35 mmHg和1.25 mmHg，符合美国医学仪器促进协会的标准，与其他类型的传感器相比，所提系统的准确度有明显提高。使用该系统监测一天内以及运动时的血压波动，结果表明该系统在连续精准测量血压方面具有可行性及很大的应用潜力。
传感器 血压监测 微纳光纤耦合器 人体脉搏波 支持向量回归
1 丽水市国土空间规划测绘研究院，浙江 丽水 323000
2 浙南综合工程勘察测绘院有限公司，浙江 杭州 310030
3 浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 311121
4 南京航空航天大学航天学院，江苏 南京 210016
针对全波形激光雷达和多光谱数据下土地覆盖误分类问题，提出了融合陆地卫星（Landsat）多光谱遥感影像数据和星载全波形激光雷达全球生态系统动态调查（GEDI）数据进行土地覆盖分类的方法。首先，根据实地调查数据建立数据集；然后，采用支持向量机（SVM）方法来实现激光雷达足迹的土地覆盖分类；最后，对土地覆盖的分类结果进行评价。结果表明，在SVM方法下联合使用光谱特征和波形特征的总体准确率可以达到90.68%，相比仅使用光谱特征或波形特征时总体准确率可以提升8个百分点以上。融合光谱特征和波形特征的方法可以提高土地覆盖分类的准确性。
测量 全球生态系统动力学调查 支持向量机 土地覆盖分类 Landsat
华东交通大学 智能机电装备创新研究院 水果智能光电检测技术与设备国家与地方联合工程研究中心, 南昌330013
本文旨在探索涌泉蜜桔糖度的最优检测位置和最佳预测模型，以便为蜜桔糖度检测分级提供理论依据。本文利用波长为390.2～981.3 nm的高光谱成像系统对涌泉蜜桔糖度最佳检测位置进行研究，将涌泉蜜桔的花萼、果茎、赤道和全局的光谱信息与其对应部位的糖度结合，建立其预测模型。使用标准正态变量变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、基线校准（Baseline）和SG平滑（Savitzkv-Golay）4种预处理方法对不同部位的原始光谱进行预处理，用预处理后的光谱数据建立偏最小二乘回归（PLSR）和最小二乘支持向量机（LSSVM）模型。找出蜜桔不同部位的最佳预处理方式，对经过最佳预处理后的光谱数据采用竞争性自适应重加权算法（CARS）和无信息变量消除法（UVE）进行特征波长筛选。最后，用筛选后的光谱数据建立PLSR和LSSVM模型并进行分析比较。研究结果表明，全局的MSC-CARS-LSSVM模型预测效果最佳，其预测集相关系数Rp=0.955，均方根误差RMSEP=0.395，其次是蜜桔赤道部位的SNV-PLSR模型，其预测集相关系数Rp=0.936，均方根误差RMSEP=0.37。两者预测集相关系数相近，因此可将赤道位置作为蜜桔糖度的最优检测位置。本研究表明根据蜜桔不同部位建立的糖度预测模型的预测效果有所差异，研究最优检测位置和最佳预测模型可以为蜜桔进行糖度检测分级提供理论依据。
涌泉蜜桔 高光谱 糖度 偏最小二乘回归 最小二乘支持向量机 Yongquan honey orange hyperspectral sugar content partial least-squares regression least-squares support vector machine 强激光与粒子束
2024, 36(1): 014001
南京邮电大学通信与信息工程学院信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
针对未知物体的分类问题，提出了一种基于支持向量机和关联成像的分类方法。该方法利用线性判别分析法提取出物体的特征向量，并根据该特征向量设计出应用于关联成像系统的特征散斑，将特征散斑照射物体获得桶探测器值，支持向量机可以依据桶探测器值进行判别从而获得物体的类别。该方法的可行性在MNIST数据集上得到了验证，结果表明，该方法在10个分类任务中均可取得较高的分类准确率，平均分类准确率达90.5%。与其他分类方法的对比结果表明，所提方法在准确率上更具优势。
关联成像 线性判别分析 机器学习 支持向量机 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011008
长光卫星技术股份有限公司，吉林 长春 130033
为解决传统柔性支撑中小口径空间反射镜组件热稳定性与结构刚度间的矛盾，提出了一种新型刚性支撑结构，并为某高分辨率空间相机研制了通光口径?214 mm的高精度次镜组件。采用“镜体-锥套-支撑筒-刚性基板”组合，通过延长、优化热应力在组件内部的传递路径实现了消热目的。刚性支撑次镜组件重2.6 kg、4 ℃均匀温升工况下面形变化均方根（RMS）仿真值为2.573 nm，装调重力工况下镜体倾角和位移分别为2.028″、0.566 μm，与传统柔性支撑方案相比具有突出的优势。实测次镜的面形精度RMS为0.0181λ（λ=632.8 nm），在16 ℃及24 ℃时次镜面形变化量不超过0.0025λ；组件基频达到502.1 Hz，在快速高低温循环及大量级振动后次镜面形基本维持不变；装配容差测试中，次镜在0.02 mm不平度的作用下仅发生微弱变形。刚性支撑结构可以显著提升中小口径反射镜工作性能，在遥感器光机结构研制领域内具有广阔的应用前景。
空间光学 反射镜 刚性支撑 消热 面形精度稳定性 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522005
1 广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东 佛山 528300
2 华南理工大学电力学院，广东 广州 510640
耐热钢微观组织及机械性能会随着服役过程发生退化，对老化状态的实时快速监测对安全运行及生产具有重要意义。基于便携式激光诱导击穿光谱（LIBS）设备对获取的T91光谱特征进行降维并优化了老化等级评估模型，实现了对T91耐热钢老化等级的快速诊断。分别采用主成分分析与线性判别式分析（LDA）的降维方法，对光谱特征进行优化精简。而后基于降维后的数据，进一步采用K最近邻算法和支持向量机（SVM）算法来建立金属老化等级评估模型，讨论了建模关键参数选择对模型性能的影响。结果表明，经过LDA降维的光谱数据能实现更好的聚类分布，可有效提高评估模型的准确率。同时，应用LDA-SVM模型能获得最高的老化等级评估准确度，达94.58%。所采用的模型建模方法可有效实现基于便携式LIBS的T91耐热钢老化等级评估。
光谱学 激光诱导击穿光谱 金属老化等级评估 光谱特征降维 K最近邻算法 支持向量机 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0530003
1 Department of Materials Science and Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong, China
2 Songshan Lake Materials Laboratory, Dongguan 523830, Guangdong, China
3 Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
4 Jiaxing Research Institute, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong, China
5 High Performance Computing Department, National Supercomputing Center, Shenzhen 518055, Guangdong, China
Ti-6Al-4V is a benchmark Ti alloy. Laser wire additive manufacturing (LWAM) offers advanced manufacturing capability to the alloy for applications possibly including exploration of outer space. As a typical multiple-variable process, LWAM is complex, which, however, can be analyzed, predicated or even optimized by artificial intelligence (AI) methods such as machine learning (ML). In this study, printing parameters of the Ti-6Al-4V is firstly optimized using single-track-single-layer experiments, and then single-track-multiple-layer samples are printed, whose properties in terms of hardness and compressive strength are analyzed subsequently by both experiments and ML. The two ML approaches, artificial neural network (ANN) and support vector machine (SVM), are employed to predict the experimental results, whose coefficients of determination R2 show good values. Further optimized properties are realized by adopting genetic algorithm (GA) and simulated annealing (SA) approaches, which contribute to high mechanical properties achieved, for instance, an engineering compressive strength of about 1694 MPa. The results here indicate that important mechanical properties of the LWAM-prepared Ti alloys can be well predicted and enhanced using suitable ML approaches.
laser technique laser wire additive manufacturing (LWAM) Ti-6Al-4V machine learning mechanical properties support vector machine (SVM) artificial neural network (ANN)
1 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510641
2 广东省科学院新材料研究所，广东 广州 510075
3 广州城市理工学院机械工程学院，广东 广州 510800
4 澳门城市大学创新设计学院，澳门 999078
5 深圳市金石三维打印科技有限公司，广东 深圳 518107
为了实现激光选区熔化（SLM）无支撑低角度成形，进而提高样件的成形效率和降低打印成本，笔者提出了一种基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法，并对该方法成形的样件的表面质量以及该方法的适用性进行了探究。结果表明：过高或者过低的能量密度都会对悬垂区域的多层成形产生负面影响，采用适熔工艺成形悬垂结构能在保证低孔隙率的同时实现多层打印。将悬垂结构进行上、下、内表面区域划分，基于向下比较层数T进行区域面积调控能够显著影响悬垂样件的可制造性和结构完整性，应用下表面工艺区域的面积越大，悬垂样件的成形性越好。对上下表面的成形机理进行了深入分析，结果显示，下表面的成形质量主要受粘粉以及熔池下陷引起的凸起的影响，而上表面除了受粘粉影响外，还主要受阶梯效应和轮廓边界熔道间隙的影响。最终，成形了不同尺寸的测试样件以及最低角度为15°的叶轮零件，证明了所提低角度成形方法的可行性。
激光技术 激光选区熔化 无支撑打印 低角度 成形机理 表面质量
