反小型无人机系统发展综述
刘鑫
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.001
摘要 (84)
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PDF (1.96 MKB) (699)
Abstract:
无人机尤其是小型无人机战场威胁与日俱增,甚至成为改变战争的关键要素,获得了战场上的非对称作战优势,这带来了对反小型无人机系统的迫切需求。世界各军事强国纷纷加大反小型无人机作战投入,初步形成了一定的反小型无人机对抗能力。本文在对小型无人机目标和反小型无人机作战需求分析的基础上,总结反小型无人机系统的系统框架、技术手段与发展现状,并探讨发展趋势,可为后续反小型无人机系统的发展建设提供指导,进而为反小型无人机作战提供支撑。
基于BA/NDT与LOAM融合的激光SLAM方法
杨奎, 梁冬泰, 胡盛辉
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.002
摘要 (31)
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PDF (3.59 MKB) (634)
Abstract:
针对3D激光雷达SLAM算法缺乏回环检测及雷达移动过快易导致里程计漂移的问题,提出了一种BA(光束法平差)/NDT(正态分布变换)与3D激光雷达LOAM融合的SLAM方法。首先,改进激光BA算法,最小化特征点与边缘和平面之间的距离；其次,采用LOAM算法,前端通过帧到帧的里程计估计输出粗位姿,后端采用BA输出精位姿；最后,通过NDT估计线面特征矩阵信息,进行旋转不变性转化并执行回环检测,直至最新帧与初始地图对齐,完成全局位姿修复。在公开的数据集KITTI测试表面,本文总的位置均方根误差为16cm,相比与LOAM算法减小了约33误差,整体运行速度是LOAM的223倍。为了进一步在实际环境中验证,设计了手持式建模设备,并以cartographer算法的位姿数据为基准,测试结果表明本文方法总的位置均方根误差为2023cm,相比与LOAM算法减小了约75,有效提高了定位精度。
一种改进的渐进三角网点云数据滤波算法
张飞1, 2, 王磊1, 2, 陈元非1, 2, 戚鑫鑫1, 2, 陈月1, 2
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.003
摘要 (33)
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PDF (2.14 MKB) (624)
Abstract:
针对传统的渐进三角网滤波算法中初始不规则三角网对地形模拟精度依赖于初始种子点选取的问题,本文提出了一种改进的渐进三角网滤波算法。首先,通过移动的矩形格网获取更多的初始地面种子点,然后采用三次曲面拟合函数对区域局部地形进行模拟,通过判断种子点与拟合曲面的高差剔除错误的种子点,并使用多尺度策略逐级减少用于曲面拟合的种子点个数实现对局部地形的精确模拟,从而约束噪声点对曲面拟合的影响,进而达到剔除噪声点的目的,得到最终用于构建初始不规则三角网的种子点。实验结果表明,改进的算法能够获取更多的种子点并提高种子点提取准确率,使得最终构建的初始不规则三角网更逼近真实地形,进而提高滤波精度。
基于激光雷达的多目标路径规划算法
韩慧妍1, 2, 3, 郑心怡1, 2, 3, 况立群1, 2, 3, 杨晓文1, 2, 3, 韩燮1, 2, 3
2025, Doi: 103969/jissn1001-5078202507004
摘要 (33)
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PDF (2.17 MKB) (640)
Abstract:
随着人工智能技术的发展和机器人技术的进步,路径规划问题受到越来越多的关注。强化学习由于无需训练数据、泛化能力强,被广泛应用于移动机器人目标路径规划,虽然取得了一些成果,仍存在一系列挑战,包括多目标路径规划算法较少、有效经验利用率低、环境奖励稀疏和模型收敛困难,为了解决这些问题,本文首次将柔性动作-评价算法(Soft Actor Critic,SAC)应用于多目标路径规划,并提出了一种基于优先经验回放和专家经验柔性动作评价的多目标路径规划方法。基于优先经验回放的策略提高了有效数据的采样效率。通过优化奖励函数使机器人在执行每个动作后都能从环境中得到及时合理的反馈,解决SAC算法易陷入局部最优的问题。基于专家经验进行模仿学习,提高强化学习的训练效率,提升模型收敛速度。最后,在ROS平台上进行多目标路径规划仿真,结果表明,相较于多目标SAC算法,本文提出的算法在包含障碍物的简单和复杂环境中都可以加速收敛,且能够生成更短、更平滑、无碰撞的路径。
1064nm连续激光对彩色CCD的损伤实验研究
张翠恒, 佐明慧, 聂品, 叶文镇, 王頔
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.005
摘要 (32)
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PDF (3.56 MKB) (644)
Abstract:
本文研究了CMYG系列彩色CCD探测器在1064nm连续激光下的损伤特性。结合彩色CCD多层结构的损伤形貌、损伤深度以及激光辐照后的输出图像,分析了彩色CCD不同阶段的损伤机理。根据实验现象将彩色CCD的损伤过程分为点损伤,线损伤和完全损伤三个阶段。研究表明,在点损伤阶段,彩色CCD输出图像出现颜色变化,主要是1064nm激光导致分色滤色片损伤引起的。在线损伤阶段,出现纵向白色亮线损伤,是由于部分激光经过透射和衍射进入传输沟道,引起信号电荷溢出传输势阱导致的。时钟线和各个电极之间的损伤导致部分像素无法通过时钟驱动完成信号电荷包转移,产生横向暗线。在完全损伤阶段,因N型硅基底的损伤使信号电荷无法完成转换、储存和转移动作,导致彩色CCD完全失去成像能力。
偏振激光烟雾传输特性仿真模拟方法研究
钟国舜1, 李萌1, 孙剑峰2, 刘秋佐1
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.006
摘要 (21)
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PDF (2.52 MKB) (639)
Abstract:
研究偏振激光的烟雾传输特性对于提高抗烟雾干扰成像能力至关重要。传统蒙特卡洛方法(简称MC法)在仿真光束传输特性时缺乏对光子偏振、相位信息的跟踪记录。本文基于Mie散射理论和电场蒙特卡罗方法(简称EMC法),选取不同偏振激光进行激光烟雾信道传输特性的仿真建模并分析其强度与退偏振变化规律。结果显示,高斯光束入射时,散射光子在平面上仍呈现近高斯分布；同时,随衰减距离增加,光束强度衰减、扩散增宽,且退偏程度加剧,逐渐趋于非偏振光。对比其他类型完全偏振光发现,圆偏振光经过传输后的退偏程度最低,具有更好的保偏性能。本研究对激光雷达抗烟雾干扰成像研究具有理论指导意义。
红外探测器快启动冷头结构仿真研究
赵璨, 李娟, 魏威, 李进武, 苏鹏翼
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.007
摘要 (31)
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PDF (1.45 MKB) (639)
Abstract:
为解决探测器的快速启动问题,本文对影响冷头结构降温的因素进行了系统研究。计算了冷头结构降温所需冷量,并根据冷头结构的实际传热路径建立了热网络模型；对冷头结构的热阻进行计算和分析,表明冷屏壁厚影响降温所需冷量和热阻,两者相互矛盾并存在最佳值；结合有限元仿真对不同的冷头结构、冷屏壁厚和粘接剂进行了计算,得出快启动探测器中冷头结构的最佳参数,并提出针对性的优化设计。
高均匀性接触孔碲镉汞探测器件研究
赵泽人, 陈书真, 杨茂生, 王丛
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.008
摘要 (22)
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Abstract:
接触孔是碲镉汞红外探测器引出光敏元信号的电极所附着的区域,其形状尺寸均匀性对探测器性能有重要影响。随着探测器芯片感光像元间距的减小,高深宽比光刻图形加工得到的接触孔均匀性下降。本文提出了使用金属层作掩膜,通过薄胶光刻、薄胶刻蚀的方法,制备出了均匀性高、孔底形貌好的接触孔,接触孔非均匀性从光刻胶掩膜的1154降低到了金属掩膜的598,突破了小间距碲镉汞芯片均匀性较差的难题,对探测器信号均匀性的提升具有参考意义。
CdTe钝化层质量对碲镉汞界面电学特性的影响
王娇, 戴永喜, 李浩冉, 刘世光, 刘兴新, 范叶霞, 吴卿
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.009
摘要 (35)
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Abstract:
本文通过对高结晶性CdTe钝化层的生长条件进行优化,调控薄膜致密性,利用SEM和椭偏仪等表征手段对钝化层的表面形貌、微观结构和光学性能进行深入分析,获得薄膜最佳致密性生长条件；通过结合C V、I V表征手段,对不同致密性的CdTe薄膜与HgCdTe之间的界面电学性质及其对光电二极管性能的影响进行系统研究。结果表明,在溅射功率200W时,获得CdTe钝化层致密性最佳,能对钝化层与HgCdTe界面电学特性有效改善。此功率制备的MIS器件具有更低的界面固定电荷密度121×1011cm-2和慢界面态密度126×1011cm-2,且以此功率制备的二极管器件可以有效抑制器件表面漏电现象。
基于状态判断模块的红外长时目标跟踪方法
王美怡1, 2, 王向军1, 2, 赵美蓉3, 刘峰1, 2
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.010
摘要 (16)
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PDF (1.83 MKB) (626)
Abstract:
针对红外目标长时跟踪场景下跟踪置信度的可信度不足、相似目标中易出现误判所导致的跟踪错误问题,本文提出了一种基于状态判断模块的红外长时目标跟踪方法。该方法以孪生网络作为基础跟踪器,融合跟踪器输出的几何信息、判别信息、状态信息进行状态判断模块构建,包括LSTM网络堆叠适配设计、场景的自适应调节设计以及触发重检测机制设计等,实现了对红外目标跟踪状态的精准评估和长时跟踪。方法在红外长时跟踪数据集LSOTB-TIR-LT上进行了测试验证,结果表明:本文方法的F分数达到0681,相较于经典的SiamRPN++LT算法性能提升了176,特别适用于红外目标被遮挡、消失、被相似目标干扰或尺度发生显著变化时进行持续跟踪的应用场合。
疏水SiO2气凝胶复合隔热毡的红外性能研究
张飞1, 2, 刘珩1, 于开胜2, 吴雨2, 任浩2, 吕琪1, 贺明武1
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.011
摘要 (12)
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PDF (2.53 MKB) (615)
Abstract:
为应对日益先进的红外探测侦察与精确打击技术,有效提升人员装备的战场生存能力,本文探索采用纤维浸渍成型法,选择硅酸四甲酯作为硅源,以氨水作为碱催化剂,使用三甲基氯硅烷、正己烷进行疏水化处理,运用常压干燥工艺制备出疏水SiO2气凝胶复合隔热毡,并对其微观形貌、隔热性能、疏水性能、红外光谱等性能指标进行了表征研究。在戈壁荒漠和城市绿地两种背景下,使用伪装网、隔热饰片等不同材料与疏水SiO2气凝胶复合隔热毡进行对比实验,验证其红外隐身性能。结果表明,疏水SiO2气凝胶复合隔热毡的隔热性能明显优于伪装网、隔热饰片等材料,并且其隔热性能随着毡体厚度增加逐渐增强,同时表现出良好的疏水性能,能够满足野战环境需求。
喀斯特矿区土壤重金属As、Sb高光谱反演研究
张杨1, 吴琳娜1, 2, 3, 欧阳坤长1
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.012
摘要 (20)
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PDF (4.88 MKB) (615)
Abstract:
喀斯特矿区土壤在高地质背景和人类活动双重影响下,重金属污染严重,是区域重金属迁移的重要源区,快速监测其重金属含量能为区域重金属的迁移转化研究提供基础。本研究同步测定土壤样品As、Sb含量和采集高光谱数据。通过对比9种高光谱数据预处理方法,优选出5种较优预处理方法,基于遗传算法筛选光谱特征波段,分别建立了两种机器学习(偏最小二乘回归(GA_PLSR)和随机森林(GA_RF))的高光谱反演模型。结果表明:(1)多元散射校正+一阶微分(MSC+FD)预处理方法是土壤As和Sb的最优光谱预处理方法；(2)喀斯特矿区土壤重金属As的最优反演模型为偏最小二乘回归模型,该模型训练集与测试集的R2均大于09,RPD均大于30；土壤Sb的最佳反演模型是随机森林模型,该模型训练集与测试集的R2均大于09,RPD均大于30；(3)喀斯特矿区反演土壤As的光谱特征波段分布在4461～4684、5347～5612、685～7283、7357～7666、817～8397和8522～1077nm之间；而土壤重金属Sb的特征波段主要为3436～3596、6715～6865、746～7534、9212～9986、10243～10377nm。该结果可以为喀斯特矿区快速获取土壤中As和Sb含量提供依据。
基于渐进特征交互的红外小目标检测方法
乔志平, 李国栋, 黄成章, 黄静颖
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.013
摘要 (25)
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PDF (1.55 MKB) (641)
Abstract:
红外小目标检测在军事、安防和航天等领域有着广泛的应用。在这些应用中,红外小目标通常具有目标尺寸小、信噪比低、缺乏纹理特征和形状特征等特点,给目标检测带来了巨大的挑战。现有的红外目标检测方法依赖于复杂的特征提取步骤或无法有效提取小目标的信息,难以获得理想的检测效果。针对以上问题,本文提出了一种基于嵌套网络与注意力机制的红外小目标检测模型,该模型首先利用嵌套网络结构有效提取图像的多尺度特征,然后引入注意力机制增强目标区域信息,抑制背景信息,进而提高对红外图像中小目标的感知能力,提升目标检测的精度和鲁棒性。实验结果表明,本文提出的方法在检测率和定位精度上具有明显的优势,对红外图像处理领域的进一步研究具有积极的意义。
多波段空间方位角融合的红外测温优化研究
熊立春1, 2, 3, 石东平4
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.014
摘要 (16)
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PDF (2.25 MKB) (637)
Abstract:
被测物体表面发射率对红外测温结果产生影响,本文以红外辐射基本理论为基础,提出多波段优化算法。通过多波段设计,通过数学转化推导,构建红外多波段测温向量组,可在未知被测物表面发射率的条件下实现温度的封闭求解。通过相关实验表明:多波段算法所得的计算温度同真实温度的吻合度较常规单波段红外测量法高,更有效接近真值,相对误差较小。该方法可在无需表面发射率标定的情况下获取被测物表面温度,减少红外测量过程中空间方位造成的误差,保证了红外测温的精确性。
航空发动机环境背景干扰源高效抑制方法研究
张安琪1, 邰会强1, 赵会妮2, 李恒2, 王国洪2, 李瑶3, 张百灵1
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.015
摘要 (15)
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PDF (2.65 MKB) (626)
Abstract:
为了解决航空发动机红外辐射特性测试过程中环境背景辐射干扰影响问题,本文对发动机红外测试过程中环境背景辐射干扰源进行了梳理,提出了背景干扰源抑制方法,并以四种不同表面特性的材料为抑制装置的基材,验证了不同表面特性的抑制装置及不同遮蔽角度的抑制效果,确定了航空发动机红外测试的高效抑制方法。通过搭建模型发动机红外测试平台,以铝板、亚克力板、木板和岩棉板四种材料为环境背景干扰抑制装置基材,验证其在遮蔽角度为60°和90°的抑制效果。通过试验得到,中波3～5μm,抑制装置基材为木板、遮蔽角度为60°时的抑制效果最好,抑制率可达9332。
超大视场反远距红外光学系统设计
刘洋1, 孙绪绪2, 柳翀2
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.016
摘要 (26)
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PDF (1.62 MKB) (636)
Abstract:
为满足某机载设备超大视场红外成像需求,设计了工作波段 3μm～5μm,97°×97° 超广角、低畸变大相对孔径红外光学系统。采用二次成像结构形式减小后组透镜直径,在光学被动式无热化设计基础上利用结构件材料线膨胀系数补偿剩余热差,实现了全温度范围的无热化设计,采用 “非相似” 成像技术校正畸变。设计结果表明,系统在典型空间频率 33 lp/mm 处,全视场调制传递函数(MTF)值均优于 04,接近衍射极限,成像质量良好,最大畸变量小于 06,满足设计指标要求。
面向目标检测的红外与可见光图像融合
陈坤亚, 刘俊
2025, Doi: 103969/jissn1001-5078202507017
摘要 (29)
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PDF (1.25 MKB) (625)
Abstract:
针对现有的红外与可见光图像融合算法对源图像的细节特征提取不够充分,以及未能考虑融合网络和检测网络之间的关系等问题。文中提出了一种基于RepVGG的改进的红外与可见光图像融合算法。算法首先采用PIAfusion的网络架构。将该网络架构中图像特征提取部分的卷积块和特征重建卷积块部分替换为RepVGG卷积块。然后YOLOv5检测网络检测融合图像。YOLOv5用于构建检测损失。然后,利用检测损失通过反向传播指导融合网络的训练。使融合网络输出的融合图像能够更加容易被检测模型检测。最后得到融合网络输出的融合图像在YOLOv5检测网络的检测结果。对比现有的融合方法,从客观指标和YOLOv5的检测结果来看,所提方法获得的融合图像效果较好。
基于改进YOLOv8的轻量化红外目标检测算法
宋成梁, 张奇志, 刘伟, 刘琼
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.018
摘要 (39)
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PDF (2.58 MKB) (638)
Abstract:
针对红外图像目标检测任务中存在的分辨率差、对比度低、信噪比低等挑战。本文设计了一种改进YOLOv8的算法,实现了高效的红外场景目标识别。该算法首先构建FasterBlock模块,替换颈部(Neck)部分的Bottleneck模块,从而有效减少模型参数量,提高模型的轻量化水平。然后,增添SE注意力机制,增强模型对关键信息的感知和提取能力,增强特征提取的效果,从而提升模型面对复杂场景的适应性与运行稳定度。同时,引入双层路由注意力机制,利用特征图中存在的大量冗余信息,通过稀疏连接的方式节省计算和内存开销。最后,改进损失函数,引入了完整的交并比EIoU作为回归损失,提高了模型对目标边界框的回归精度。实验结果表明,本文改进算法与YOLOv5,YOLOv8等主流算法相比,其召回率达到81；模型体积分别下降了72,216,仅有46 MB；同时参数量,计算量大幅度降低。与主流算法进行比较,本文改进的算法在检测精度、模型体积、计算量等方面显著提升,可以满足对红外目标的检测。
基于YOLO的末敏弹复合探测信号识别与定位
李宁1, 武军安1, 郭锐1, 赵旭2, 孔繁林3
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.019
摘要 (16)
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PDF (1.55 MKB) (597)
Abstract:
为了提高末敏弹的作战性能,实现对目标的识别与精确打击,本文参考YOLO模型实现目标定位的思想,提出了YOLO 1D模型,以此来实现末敏弹复合探测信号的目标识别与定位。根据激光和红外探测信号出现目标时的信号变化特点,基于YOLO思想设计了标签并构建数据集。同时,构建了基于多任务学习策略的网络结构MT CNN(Multi Task Convolutional Neural Network)与基于人工特征提取的随机森林识别算法作为对照组。最后,利用无人机探测试验数据对上述模型的目标识别与定位性能进行评估和对比。测试结果表明,YOLO 1D模型的识别与定位效果最佳,识别准确率达到了9561,定位准确率达到了8110。
基于神经网络的焊缝缺陷红外图像跟踪检测
李旸1, 冯乃勤2, 孙滨1, 程艳艳3
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.020
摘要 (24)
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PDF (1.48 MKB) (608)
Abstract:
在实际焊接作业中,由于强烈的光学噪声、火花飞溅及烟雾等复杂环境因素的干扰,传统依赖于单一跟踪器的焊缝检测方法常难以维持对焊缝的精确追踪,从而导致跟踪性能显著下降乃至失效。为此,提出一种基于U net神经网络的焊缝表面缺陷红外图像实时跟踪检测方法。该方法在焊接初始阶段,通过准确识别焊缝表面红外图像中的焊缝特征,并对特征点进行精确定位。为了应对焊接过程中的强干扰环境,设计了两个并行的核相关滤波器来追踪焊缝特征点,并通过卡尔曼滤波器融合这两个跟踪器的输出结果,确保在复杂环境中也能实现焊缝的实时、稳定且鲁棒的跟踪。将实时跟踪获取的焊缝特征点信息作为关键输入送入U net神经网络中。在U net的架构中,引入一个分支网络,以优化特征提取过程并提升分割图的质量,增强对焊缝表面缺陷的细节捕捉能力。利用边界框机制分析U net输出的分割图,实现对缺陷区域位置和大小的自动判定,完成焊缝表面缺陷的红外图像检测。实验结果表明,该方法在焊缝跟踪和焊缝表面缺陷红外图像检测方面均表现出色,评价函数Q值低至2136,具有较高的检测精度。
面向水下深度检测的增敏型FBG传感器设计
梁芳1, 3, 廖建军2, 荀燕琴1, 付建梅1, 张琼1, 丁伟杰1
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.021
摘要 (20)
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PDF (1.99 MKB) (598)
Abstract:
在水下深度检测中,为了提高水下深度检测的灵敏度和稳定性,设计了一种增敏型封装结构。该封装采用了增敏桥与空腔结构结合的新式设计,用于提高FBG传感器的灵敏度。该结构将FBG1固定于柔软的硅胶顶盖与增敏桥连接处,并紧贴密封胶装。将FBG2固定于坚硬的密封外壳底部,从而构成一个空腔型增敏结构。FBG1对水深造成的水压十分敏感,推导了FBG1波长变化与水深的函数关系。FBG2完成对FBG1温度偏移的补偿。仿真分析了水深与结构参数的对应关系,对比了增敏桥在不同外力条件下的变形程度。实验在18m深泳池中对该传感器及传统多层结构型FBG传感器进行对比测试。结果显示,传统结构的波长总变化量为1524nm,深度灵敏度为84 pm/cm。而增敏优化后波长总变化量可达3312nm,深度灵敏度提高至184 pm/cm,且平均误差减少了289。验证了增敏型优化设计的可行性。
水下无线光通信技术研究分析
石勇1, 李朝阳2, 李江勇2
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.022
摘要 (27)
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PDF (936.49 KKB) (942)
Abstract:
由于水下无线光通信在水下环境中具有高速、大容量数据传输等技术优势,近年来受到了广泛关注。本文概述了水下光通信的工作原理,分析了水下光通信相较于其他传统水下通信方式的优缺点,系统阐述了水下无线光通信系统核心技术,重点涵盖了发射光源选择、水下信道建衰及信号调制与编解码方案等关键技术。同时,总结了水下无线光通信的未来发展趋势,为水下无线光通信的未来发展提供了参考。
雪花状冰晶粒子太赫兹波偏振特性的研究
孙孟奇1, 3, 王金虎1, 2, 4, 5
2025, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2025.07.023
摘要 (21)
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PDF (1.75 MKB) (625)
Abstract:
为探究太赫兹波下(15 THz,2524 THz,3437 THz)雪花状冰晶的偏振特性,利用离散偶极子近似法计算其线偏振度、圆偏振度和圆偏振光光强占比,并与相同等效半径的六角平板状冰晶进行对比。结果表明:雪花状冰晶的偏振特性依赖于粒子的等效半径、形状以及电磁波频率。在同一粒子尺寸下,3437 THz频率下雪花状冰晶粒子的偏振特性影响较大；在同一频段下,雪花状冰晶粒子的尺寸越大,偏振特性随散射角度的变化越显著,并且90°为散射角与偏振特性变化的一个分界点；若用六角平板状冰晶代替雪花状冰晶,在15 THz下将会远远低估其圆偏振度,而在3437 THz下其线偏振度将被高估。研究结果对深入理解太赫兹波与冰晶粒子相互作用的机理具有重要意义。