1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）结合计算机断层重建算法可获取目标痕量气体的空间分布情况。 为研究在具有背景浓度的条件下, 如城市背景下某个竖直截面上重建NO2空间分布的可行性, 设计了气体浓度可控条件下的验证性实验; 证明了利用MAX-DOAS在竖直平面重建NO2气体分布的可行性。 将充入标准气体的JGS1石英玻璃样品池作为研究对象, 使用两台MAX-DOAS采集光谱数据。 将气体浓度的梯度作为先验信息, 利用经典的ABOCS算法和Barzilai-Borwein算法重建了竖直平面内的NO2气体分布, 验证了利用MAX-DOAS在竖直平面内重建NO2气体空间分布的可行性, 同时确定了背景浓度对重建结果的影响。 研究结果表明, 以天空为背景的光谱作为参考谱和以空样品池为背景作为参考谱, 反演得到的NO2浓度非常接近, 因此研究对象中的样品池容器在NO2竖直平面分布重建方法中对实验结果的影响可以忽略。 实验中以市区为背景的MAX-DOAS具有较高的背景浓度, 特别是在仰角较低的情况下NO2背景浓度几乎达到6×1016 molec·cm-2, 以城市郊区没有明显的污染源为背景的MAX-DOAS, 背景浓度较低可以忽略。 重建结果显示, 当仰角为28°时, 气体沿光路的平均分子数密度为3.932 7×1015 molec·cm-2, 且在样品池内下部密度大, 上部密度小; 重建得到的SCD和测量得到的SCD符合比较好, 计算结果显示重建得到的气体分子数密度的峰值为5.77×1015 molec·cm-2, 与以城市郊区为背景的MAX-DOAS反演结果较为接近, 而以市区为背景时, 特别是仰角较小时, NO2背景浓度特别明显, 重建结果比测量结果的值小很多。 结果表明, 背景浓度在重建图像中表现为伪影, 影响对气体分布的观察, 而如果在重建算法时加入利用样品池内外气体存在浓度突变这一先验信息, 能够减轻背景浓度对重建结果造成的影响。
差分吸收光谱 浓度重建 多轴差分吸收光谱 迭代算法 数据拟合 Differential optical absorption spectrometer Gas reconstructing MAX-DOAS Iterative algorithms Data fitting 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2413
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
针对脉冲光布里渊散射谱在用传统的洛伦兹曲线拟合时存在较大拟合误差的问题，通过理论分析推导出了脉冲光的光纤布里渊散射谱函数表达式。采用布里渊光时域反射（BOTDR）系统对一段3000 m长光纤的布里渊散射谱进行测量，对测得的不同脉冲宽度下的光纤布里渊散射谱分别采用洛伦兹函数和本文推导的函数进行拟合。结果表明：随着入射脉冲光的脉冲宽度变窄，采用推导的光纤布里渊散射谱函数能够有效提高BOTDR系统布里渊散射谱的拟合精度。
光纤光学 布里渊散射 布里渊频移 洛伦兹函数 数据拟合 中国激光
2023, 50(19): 1906002
1 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201203
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海宇航系统工程研究所，上海 210019
太阳电池片可用作粗太阳敏感器（粗太敏），多个等规格粗太敏相互配合可实现太阳矢量的全天域获取；粗太敏的在轨性能决定了其获得太阳矢量的精度。本文基于TZ-1（天智一号）卫星长时间跨度的大量在轨数据，以差分式太阳敏感器确定的太阳矢量为基准，分析粗太敏所确定太阳矢量的角度偏差；对粗太敏输出进行反演，分析其安装偏差及性能衰减情况；并综合多片粗太敏输出，对三结砷化镓太阳电池片对应的凯利余弦曲线进行拟合。分析结果表明，粗太敏安装偏差较小，其所确定的太阳矢量偏差小于5°，性能衰减速率约为0.0621 V/a，可实现一定精度范围内太阳矢量的全天域获取。
光电子学 粗太阳敏感器 太阳电池片 凯利余弦曲线 最小二乘数据拟合 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1725001
1 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
3 中国人民解放军陆军装备部驻沈阳地区军事代表局驻长春地区第一军事代表室，吉林 长春 130022
在激光通信和光电跟瞄系统中已经开始采用基于旋转光栅或光楔的指向-捕获-跟踪(Pointing, acquisition and tracking, PAT)机构对光轴进行角度调整，该结构质量轻、体积小，非常有利于系统的轻小型化。由于结构中两个旋转轴的平行度误差会严重影响PAT机构性能，因此在机械装配时需严格保证两轴平行度。针对旋转轴系轴线不易测量，传统测试方法精度不足，轴系晃动误差影响测量结果等问题，为了满足两轴平行度高精度检测的需求，文中提出基于自准直原理的旋转轴平行度测试方法，利用自准直光学特性，结合特殊设计的半反半透基准镜，采用数据拟合方法剔除轴系晃动的影响，得到旋转轴轴线空间位置，创新地实现了无需调整测试和被测设备即可在同一基准下测量两个平行轴系轴线角度和平行度。该方法只需一台测试设备，排除了传统多台测试设备联合测量时，基准传导与变换中的测量和变换误差，提高了测试精度和测试效率。首先，设计了基于自准直仪的测试系统，采用一台自准直仪测试两个轴系轴线空间位置，从而得到旋转轴同轴误差；然后，对测试结果不确定度进行了研究，分析了测试准确性及其影响因素；最后，采用该测试方法和测试系统，对某双液晶光栅跟瞄PAT机构的两轴平行度进行了测量，系统的实际测试表明两轴平行度测试误差小于10%，该方法可以有效地测量两个同轴旋转轴系的平行度，并且具有较高的测量精度和可信度。
PAT 平行度 数据拟合 不确定度 旋转轴系 PAT coaxiality data fitting uncertainty rotating shafting 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220794
东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040
路面状态传感器是路面状态定性识别和定量测量的重要工具，其定量测量性能依赖于定量标定模型的准确性。为了解决路面状态传感器定量标定数据非线性和非均匀分布问题对定量测量的不利影响，提出基于PSO-ASVR(particle swarm optimization - adaptive support vector regression)的路面状态传感器定量标定模型。构建AP(adaptive preprocessing)流程进行标定数据最优化预处理,降低路面状态传感器非均匀分布问题影响下的标定数据处理误差。采用基于结构风险最小化的SVR(support vector regression)算法进行标定数据拟合，并利用PSO(particle swarm optimization)算法实现SVR中参数最优化，降低路面状态传感器标定数据非线性引入的数据拟合误差。不同路面状态条件下标定数据处理实验表明：新方法相比于传统方法在均方根误差RMSE上至少可减小63%，验证了其在提高定量标定模型精度上的有效性，实现了路面状态传感器定量标定误差的降低。
路面状态传感器 标定模型 数据拟合 误差分析 pavement state sensor calibration model data fitting error analysis
对V棱镜法测定玻璃折射率原理进行了详细的理论推导, 并用实例验证了V棱镜法测定玻璃折射率的精确度可达±0.000 05。同时, 根据大量的玻璃成分及玻璃折射率测试数据, 拟合出CaO-B2O3-SiO2-Al2O3无碱玻璃折射率快速计算公式: n′=1.685 57ωCaO+1.385 31ωB2O3+1.536 71ωSiO2+1.612 23ωAl2O3, 精确度为±0.005, 分析了玻璃成分对折射率的影响。
V棱镜 玻璃 折射率 理论推导 数据拟合 V prism glass refractive index theoretical derivation data fitting
光学 精密工程
2022, 30(13): 1542
东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000
针对红外辐射计标定中的数据拟合问题，提出了一种基于PSO-AMLS算法的数据拟合方法。该方法结合了粒子群算法(PSO)和自适应移动最小二乘法(AMLS)。采用的PSO算法可以实现自适应移动最小二乘法中参数的最优化，提高了红外辐射计的校准精度。区别于传统的应用于红外辐射计校准中的数据拟合方法，文中提出的基于局部近似的PSO-AMLS数据拟合方法，不仅可以得到红外辐射计输出电压与准直辐射源辐射之间的对应关系，而且在数据处理中通过灵活的数据处理机制，可以降低因拟合数据不均匀分布对拟合结果产生的不利影响。实验结果表明，文中提出的PSO-AMLS数据拟合方法，优于红外辐射计校准中所用的传统数据拟合方法，可以提高数据拟合精度。
红外 辐射测量 校准 数据拟合 infrared radiometry calibration data fitting 红外与激光工程
2021, 50(8): 20200471
河海大学计算机与信息学院, 江苏 南京 211100
鉴于目前尚未有用于拟合清澈海洋水质信道冲激响应(CIR)曲线的函数,提出一种使用双指数函数拟合清澈海洋水质CIR曲线的方法,并与现有的其他4种拟合函数如单伽马、逆高斯、双伽马、CEAPF进行对比,以揭示所提方法的优势。在不同海水水质、传输距离、接收机视场角条件下,研究5种拟合函数各自的拟合效果和适用范围,并通过蒙特卡罗仿真实验加以验证。理论分析和仿真结果表明:所提双指数函数不仅在清澈海洋水质下的拟合效果很好,浑浊海港水质下的拟合效果也相当不错,特别是在短距离(比如10 m)清澈海洋水质、各种传输距离和视场角的浑浊海港水质下,皆超越其他4种函数的拟合性能。原用于拟合大气环境CIR的单伽马函数也可用于拟合清澈海洋和浑浊海港两种水质的CIR;采用逆高斯函数拟合清澈海洋、近海海岸、浑浊海港三种水质的CIR都有较大误差;双伽马函数则可较好地拟合近海海岸和浑浊海港这两种浑浊水质下的CIR,但却无法拟合清澈海洋的CIR;CEAPF函数总体上可用于拟合三种水质的CIR,且取得了不错的拟合效果。
光通信 水下无线光通信 信道冲激响应 蒙特卡罗仿真 数据拟合 双指数函数 光学学报
2021, 41(11): 1106001
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
为了研究近红外激光对图像传感器的干扰机理，利用波长为1064nm的连续激光辐照黑白电荷耦合器件相机，观察激光对黑白相机的干扰现象,将实验中采集到的数字图像进行处理，提取了黑白相机在不同激光功率下的干扰程度曲线，并进行了分析。结果表明,图像传感器相机干扰包括干扰光斑和串音线，激光功率越高，干扰光斑半径越大，串音线缓慢变宽，相应干扰区域中饱和像元数越多，干扰程度越严重；对于1064nm激光对黑白相机的干扰过程，饱和像元数量正比于激光功率基本呈线性增长；对实验现象中出现的规律性点阵光斑和旁支串音线的新现象解释为与光学镜头的傅里叶频谱性质有关；利用相关公式推导得出一般干扰过程的拟合曲线，并根据图像传感器基本像元结构的电容势阱特点和载流子溢出方式来对干扰过程进行仿真模拟，仿真结果与实验数据基本相符。该结果有助于近红外激光对CCD的干扰研究。
激光技术 数据拟合 数字图像处理 激光干扰 饱和像元 金属氧化物半导体结构 laser technique data fitting digital image processin laser interference saturated pixel metal oxide semiconductor structure
