1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解，得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数，根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数，进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率，总结扫描轨迹与速度比之间的规律，提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比，从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。
光学设计 光楔 非近轴光线追迹 花瓣形扫描轨迹 速度比
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
针对水下平台与高空飞机的激光通信中有效通信时间短、使用信标光的捕获对准时间较长、链路不易建立的问题，设计了一套基于水下平台的高空飞机轨迹预报跟踪及指向系统。系统根据飞机发送的航行参数对飞机轨道进行预报，并驱动伺服电机进行跟踪指向。仿真分析了轨道预报算法的误差，并将轨道预报算法应用在实际实验中。实验结果表明，水下平台接收到航行参数后，能在2 s内建立上行通信链路。该算法能够在0.6 s内预测60 s内的轨道位置，误差小于350 m，对应的理论指向误差不超过0.51 mrad。通过比较指向电机的实时反馈与理论指向角，得到系统的指向误差为0.77 mrad。所设计的系统在满足通信指向精度的同时缩短了链路的建立时间，为水下平台与高空激光系统的猝发激光通信提供了具有高可靠性的保障。
激光通信 跟踪 指向系统 指向精度 轨迹预报
1 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 310027
2 浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021
3 电子科技大学信息与通信工程学院，四川 成都 611731
报道了一种高性能大孔径分布式光纤水听拖曳阵列，其总长度为150 m，声学传感段长度为100 m，具有192个传感单元，采用单根光纤离散增敏制备而成，无需其他分离器件。传感基元通过驻波桶标定，在20~1000 Hz，平均声压灵敏度达到-127.44 dB（re rad/μPa）。阵列同时装配了自研的姿态感知模块，可实现拖曳过程的实时姿态获取。针对所研制的大规模分布式光纤水听拖曳阵列，开展了湖试综合测试，6 kn拖速下阵列声学段的倾角仅为7.8°，将192个传感单元数据波束合成后得到了16.87 dB的空间增益，传感器表现出了优异的综合性能。该高性能大规模分布式光纤水听拖曳阵列为光纤水听器发展提供了一条全新的技术路线，有力推动了基于DAS的“第三代声呐技术”的发展。
光纤光学 光纤水听器 光纤水听拖曳阵列 分布式光纤声波传感 声压灵敏度 姿态感知 目标轨迹跟踪
1 厦门市特种设备检验检测院，福建 厦门 361000
2 福建省太赫兹功能器件与智能传感重点实验室，福建 福州 350108
3 福州大学 物理与信息工程学院，福建 福州 350116
4 中国航空油料有限责任公司厦门分公司，福建 厦门 361000
5 浙江创力电子股份有限公司，浙江 温州 325025
结合频分复用技术与扫频光学相干测振仪，提出一种基于光学相干多点测振仪（swept-source optical coherence multi-point vibrometer, SSOCMV）的转轴轴心轨迹监测方法和系统，其具有非接触式、非侵入式、高精度以及多点振动同步测量的优点。首先，对SSOCMV的系统组成和测量原理进行了介绍与分析；其次，搭建实验对比系统以验证SSOCMV系统的测量准确性，在SSOCMV系统探头的对称位置安装电涡流传感器以同步监测转轴轴心轨迹，便于对比两个系统的测量结果。实验结果表明，基于光学相干多点测振仪的转轴轴心轨迹监系统比电涡流传感器具有更高的位移分辨率和更好的信噪比。因此，SSOCMV系统在旋转机械状态监测、参数识别和故障诊断等方面具有良好的应用前景。
光学相干测振仪 转轴监测 轴心轨迹 动态测量 optical coherence vibrometer rotation shaft monitoring trajectory of shaft center dynamic measurement
武汉第二船舶设计研究所, 湖北 武汉 430000
在复杂海域场景下如何综合利用舰船监测的多模态数据进行高效特征提取和特征融合, 以此来综合提升舰船识别精度仍存在巨大挑战。针对海域环境中舰船单一数据源识别准确率问题, 提出一种有效的多模态数据特征提取和特征融合的舰船识别算法, 然后基于深度残差网络模型进行特征融合以提升舰船识别准确率。通过实验结果对比, 相比于其他算法基于多模态数据的舰船识别算法平均准确率提升约18%, 有效地提升了舰船识别准确率, 对相关船舶领域的研发工作具有借鉴意义。
舰船识别 舰船轨迹 合成孔径雷达图像 多模态特征 深度残差网络 ship identification ship trajectory SAR image multi-modal features deep residual network
1 南京信息工程大学自动化学院, 南京 210000
2 南京信息工程大学自动化学院, 南京 210000 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 南京 210000
针对存在外界干扰的四旋翼无人机轨迹跟踪问题, 提出了一种分数阶Super-Twisting滑模控制器。基于双闭环控制策略, 将四旋翼无人机系统解耦为位置子系统和姿态子系统; 利用Super-Twisting算法设计出滑模控制器, 可在消除系统抖振的同时实现全局有限时间收敛; 为了进一步提高系统的控制精度和抗干扰性, 引入了分数阶微分积分算子; 最后, 与传统Super-Twisting滑模和积分终端滑模进行的仿真对比,验证了所提算法的优越性。
四旋翼无人机 分数阶滑模 轨迹跟踪 quadrotor UAV fractional-order sliding mode Super-Twisting Super-Twisting trajectory tracking
针对全驱动无人船(USV)的轨迹跟踪问题, 提出了一种模型预测控制和积分滑模控制相结合的双层控制方法。首先, 针对无人船系统的运动学模型, 设计模型预测控制器(MPC)根据期望轨迹得到满足约束条件的期望速度信号; 针对动力学模型, 设计积分滑模控制器(ISMC)使得系统在外界干扰存在的情况下, 实现对期望信号的跟踪, 提高了系统的鲁棒性; 设计非线性干扰观测器对外界干扰进行估计, 并在控制律的设计过程中进行补偿; 最后, 采用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。数值仿真证明了两者的结合可以有效地实现全驱动无人船的轨迹跟踪。
全驱动无人船 轨迹跟踪 模型预测控制(MPC) 积分滑模控制(ISMC) 非线性干扰观测器 fully-actuated unmanned surface vessel trajectory tracking Model Predictive Control(MPC) Integral Sliding Mode Control (ISMC) nonlinear disturbance observer
甘肃同兴智能科技发展有限责任公司，甘肃兰州 730046
在传感器无法满足相关条件的情况下，变电站机器人巡视轨迹的点云数据不能准确匹配，为此提出红外图像特征融合下变电站机器人巡视轨迹三维点云配准方法。提取机器人运动方向梯度直方图和局部自相似描述两种特征，即 HOG特征和 LSS特征，并采用多特征自适应融合方法融合两种特征，并通过三维点云初步配准获取融合后轨迹特征的关键点和最佳的目标轨迹位姿参数，采用优化的迭代最近点算法精配准巡视轨迹，提升巡视轨迹位姿配准结果。实验结果表明：所研究方法特征融合效果良好，能够提升图像的边缘清晰程度，融合后偏差指数均低于 0.2，准确完成不同大小图像中关键点的配准，并且配准后的巡视轨迹与期望轨迹吻合程度较高。
红外图像 特征融合 变电站机器人 巡视轨迹 三维点云配准 关键点 infrared image, feature fusion, substation robot,
中铁十九局集团 矿业投资有限公司, 北京 100161
在露天矿台阶爆破时, 台阶区域内的岩石移动轨迹是露天矿实现精准采矿的重要影响因素, 尤其针对矿化不均匀的矿体。针对乌山铜钼矿台阶爆破过程中内部岩石移动轨迹尚不明确的难点问题, 将通过采用信号标志物的跟踪算法, 并依托满洲里乌山铜钼矿开展了现场台阶爆破测试。通过现场智能信标安装、定位、监测和数据分析, 研究结果表明: 第一排信标运动时间长, 移动速度快, 平均速度达到5.8~9.8 m/s, 运动距离在18.4~29.4 m; 由于受到台阶前段岩体的约束和阻碍, 2#监测信标的运动时间、飞行速度与移动距离明显下降, 平均速度为1.8~4.8 m/s, 运动距离为5.3~14.2 m; 3#爆破孔信标移动距离和移动时间最小, 3-3号信标斜向下俯冲角度达到25°左右, 6-1、6-2、6-3号信标斜向下俯冲角度较为平缓2°~8°左右。从深度上来看, 浅部信标在前冲的这段时间内, 前半段水平向前移动, 后半段有明显的下降趋势, 深部信标的垂直运动距离明显小于浅部信标。
露天矿 台阶爆破 岩石移动轨迹 信号标志物 open-pit mine bench blasting trajectory of rock movement signal marker
