双线偏振雷达在郑州“7.20”极端暴雨中的应用分析

2021-07-20郑州遭遇了极端暴雨天气，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，文章利用洛阳S波段双线偏振雷达资料对此次暴雨过程进行了分析。结果表明：此次过程降水强度大，强降水持续时间长；强降水回波和逆风区的持续存在，是造成郑州极端降水的重要因素；低质心结构、差分反射率因子柱和差分传播相移率柱均在融化层高度以下，表明郑州极端降水时段以液态降水为主，强降水中心扁椭球形大雨滴数浓度高，近地面降水效率高。     

频域OCT的光学相移器的标定

本文提出了一种频域OCT系统中压电陶瓷相移器标定法。此标定法是在干涉条纹跟踪法初步标定的基础上，用差分光谱法进行精确标定。该方法将标定精度提高约6%。经过在差分SDOCT系统中的实验验证，表明该方法能够将SDOCT图像的信噪比(SNR) 提高约10%。     

分焦平面偏振图像传感器信噪比标定

为了标定分焦平面偏振图像传感器的信噪比,设计了分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比标定实验。对分焦平面偏振图像传感器信噪比参数对偏振角度测量结果的影响程度、信噪比标定原理、标定实验流程等进行了研究。根据分焦平面偏振传感器的结构和数字图像传感器的数学模型得到信噪比的标定原理。在不同信噪比、不同入射角度线偏振光情况下,对偏振角度测量结果进行了仿真。然后,根据标定原理设计标定实验的装置结构和实验流程。最后,进行实际标定并对实验数据进行了分析。信噪比-偏振角度测量精度仿真结果表明：分焦平面偏振图像传感器的信噪比越大,偏振角度测量精度越高,且入射偏振光角度也会影响测量精度。分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比参数的实际测试结果表明：标定值与指标值相差不超过0.55 dB。实验结果证明,该方法是准确有效的,能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比的标定任务。     

分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定

分焦平面偏振图像传感器的偏振主轴方向对后续使用斯托克斯矢量进行偏振参数解算的结果准确性有重要影响。为了标定该类型传感器,提出一种基于测量分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向像素输出平均值所拟合曲线相位差的方法,并对该方法进行了仿真与实际测试。控制照射到传感器表面的线偏振光,按照设定步长旋转若干周期,传感器同时拍摄图片。选定图片的感兴趣区域,并对该区域内同偏振主轴方向的像素值求平均,获得各偏振主轴方向像素平均值随旋转角度变化的序列。使用傅里叶级数拟合法对各序列进行拟合,获得像素输出值随旋转角度变化的表达式。选定一个偏振主轴方向为基准方向,其他偏振主轴方向为该方向表达式与基准方向表达式的相位差。实际测试结果表明:标定值与名义值相差不超过0.1°。该方法的标定精度高、可操作性好,能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定任务。     

晴朗天气下全天空域偏振定向方法

天空偏振导航定向具有无误差累积、不受电磁干扰的优势.提出一种以信标发光二极管为基准的鱼眼镜头天顶角标定方法,并利用瑞利散射理论和太阳矢量约束计算载体坐标系下的太阳方位角.通过实际实验分析,所提出的方法相比拟合太阳子午线的两种方法(最小二乘法、分箱法),太阳相对转角的均方根误差(RMSE)最小为0.28°,表明这种标定方法有效,将其用于天空偏振导航定向具有可行性.     

双球面法标定立式参考球面的精度分析

采用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定以确定由重力、安装夹持力等导致的面形形变量,提高立式光学系统中光学元件的面形检测精度.首先,推导了双球面法标定算法;进而,理论分析和模拟计算了影响检测精度的环境、重力、安装夹持力等因素;最后,利用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定,并利用误差合成理论分析实验结果.实验结果显示,利用双球面法标定F/1.5的立式Fizeau干涉仪参考面的精度为2.3 nm.其中,算法本身以及实验操作引起的测量重复性不大于0.7 nm,包含环境误差时的重复性低于1.2 nm;重力导致的面形形变约为0.9 nm,标准镜安装导致的面形形变约为1.7 nm.结果论证了双球面法具有很高的标定精度;环境对检测精度的影响与干涉腔长度有关,长度增加时影响很明显;立式工作时,重力、安装等因素导致的标准镜参考球面的面形形变很大,在高精度使用前必须进行标定.     

多通道型偏振成像仪的偏振定标

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。     

多种材料软X光平面镜反射率标定

利用北京同步辐射装置(BSRF) 3W1B束线及反射率计靶室,在束流强度40～120mA、贮存环电子能量2GeV专用光运行模式下,做了不同材料掠入射平面镜反射率标定实验。标定过程用高灵敏度无死层的硅光二极管代替X射线二极管(XRD)作探测器,使输出信号提高2～3个量级,可标定能区从150～270eV拓展为50～1500eV能区,对C,Si和Ni材料平面镜给出完整的反射率标定曲线,最终把实验数据与理论计算比对并分析。     

基于位形优化的机器人基坐标系标定与跟踪

为了精确标定测量设备和机器人基坐标系之间的坐标变换关系,建立了机器人运动学模型以及待标定关系模型,基于差分进化算法对机器人位形进行优选,提出了一种离散型差分进化算法结合线性最小二乘法的标定方法。实验表明,与同样数目随机姿态下的标定结果相比,优选姿态可以显著降低机器人基坐标系的标定误差。针对基坐标系跟踪问题,测量机器人移动前后基座处多个光靶坐标值,通过基于单位四元数法点集匹配,实现基坐标系的实时跟踪。与新位置下的标定结果对比,该方法的跟踪误差与标定误差相近,从而避免了烦琐的机器人标定过程。     

极紫外宽带Mo/Si非周期多层膜偏振光学元件

研究了极紫外宽带多层膜偏振光学元件,包括反射式检偏器与透射式相移片。基于Mo/Si非周期多层膜结构,采用解析与数值优化相结合的方法进行了多层膜的设计;采用磁控溅射技术制备了多层膜。利用X射线衍射仪对非周期多层膜的结构进行了表征,利用德国BESSY-II同步辐射实验室的偏振测量仪对多层膜的偏振特性进行了测试。测量结果表明,在13~19 nm波段,s偏振分量的反射率高于15％;在15~17 nm波段,获得了37％的反射率。宽带多层膜同样可作为宽角偏振光学元件,在13.8~15.5 nm波段,宽带透射相移片的平均相移为41.7°。采用所研制的宽带多层膜相移片与检偏器,建立了宽带偏振分析系统,并对BESSY-II的UE56/1 PGM1光束线的偏振特性进行了系统研究。这种宽带多层膜偏振光学元件可以极大地简化极紫外偏振测量。     

基于FPGA的单探测器偏振OCT信号解调系统设计

为了探测组织的双折射性质,搭建了以FPGA作为处理芯片的单探测器偏振OCT系统.FPGA利用内部RAM、乘法器、IP核和宏功能模块构建数字正交解调电路,提取偏振OCT干沙信号,获取组织的反射率信息和双折射信息.获取的数据经USH2.0接口送入计算机显示.对玻片和生物组织进行信号解调实脸,结果表明,系统能够对偏振OCT信...     

基于单目视觉的双机器人协同标定技术

由于机器人的基坐标系隐藏在底座内部,导致双机器人基坐标系间位姿关系的测量变得十分困难,而该关系作为机器人离线编程、协同控制的基石,对于多机器人系统的正常工作至关重要。为此提出了基于单目视觉的协同标定方法,利用单目视觉和棋盘格标定板求解双机器人基坐标系间位姿相对关系并使用激光跟踪仪标定法作为对照对双机器人基坐标系关系进行了标定,并通过双机器人位姿协同实验对标定的结果进行验证,最终得到基于单目视觉的协同标定方法所对应的双机器人位置协同误差最大值为1.278 mm,最小值为0.601 mm;姿态协同误差最大值则为0.481°。     

软X射线偏振光学元件的设计与制备

叙述了软X射线波段反射式多层膜起偏器和检偏器的设计原则和设计方法,优化计算了5.9nm波长处多层膜光学元件的偏振性能,阐述了其制备的过程,利用小角度衍射法对多层膜的厚度进行了测量,并对同步辐射测量的反射率结果进行了拟合分析。     

X波段双线偏振雷达电磁波衰减订正效果评估

文章以山东省首部X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达(724XSP型)的2次强对流天气过程观测资料为例,与济南CINRAD/SA型多普勒天气雷达观测的同一降水系统的回波强度对比,利用差分相移(φDP)订正反射率因子来验证XSP型雷达衰减订正的效果。结果表明:通过对对流云的对比观测,724XSP型天气雷达对45dBz以上强回波的探测能力稍差,当探测到冰雹云时与S波段雷达探测的云体结构差别较大。XSP型雷达经过衰减订正后,与济南SA型雷达的回波强度一致性得到了提高,说明通过差分相移进行电磁波衰减订正是一种有效的订正方法。     

利用残余声强校正双传声器声强测量系统相位不匹配误差的研究

本文讨论了利用残余声强法校正双传声器声强测量相位误差的基本原理，推导了两通道增益不匹配时的标定因子表达式。用实验证明了该方法方便、有效。     

基于差分进化算法的手眼标定方法

针对眼在手机器人视觉系统的手眼标定问题，提出了一种基于差分进化算法的手眼标定方法。首先建立了眼在手机器人视觉系统手眼标定的数学模型，通过李群李代数理论，将手眼标定问题转化为误差函数的优化问题，同时保证了优化问题的最优解落在特殊欧氏群ＳＥ（３）上。通过差分进化算法对优化问题进行求解，避免了求解过程中的局部最优问题。最后在实物平台上进行了手眼标定实验，实验结果验证了算法的可行性和有效性。     

牛顿环偏振效应的探讨

采用霍尔型牛顿环实验装置以及多角度入射的偏振光源,对牛顿环实验进行了研究,发现其有明显的偏振效应。在P光和S光入射时,牛顿环的可见度随入射角变化有很大不同。利用P光和S光在界面上反射时有不同的振幅反射率,来对P光和S光入射时的可见度进行了理论计算,较好的解释了该现象。于是将传统的牛顿环等厚干涉推广到可同时演示光的偏振,扩大了牛顿环的教学与技术应用范围。     

基于实时反射率修正的离轴积分腔甲烷测量系统

针对大气CH_4浓度测量中的H_2O干扰以及高反镜反射率的标定问题,提出了一种波长调制离轴积分腔测量系统中反射率实时标定的方法,并结合CH_4浓度免标定反演修正算法解决了CH_4浓度测量中H_2O干扰的问题,实现了大气CH_4浓度的免标定测量。利用该系统对大气CH_4浓度进行了测量,测量得到的大气CH_4平均浓度为1.821 ppmv,标准偏差为0.024 ppmv,时间分辨率为10 s。Allan方差分析表明该测量系统检测限可达4.6 ppbv。因此,该系统可实现大气CH_4浓度的免标定实时测量。     

差分吸收式甲烷气体传感系统的研究

为了补偿甲烷传感系统的非传感因素引起的误差，设计了基于差分吸收技术的光纤传感系统。系统以廉价的1.33μm波段的LED为光源，利用旋转双波长滤光片进行波长切换，用单光路实现差分吸收检测，完全消除了双光路系统中双光路的差异和双光电探测器件的漂移等引起的误差。理论和实验证明，这些措施有效地提高了系统的灵敏度和稳定性。     

空时域混合差分法在光纤光栅传感器的检测与定位研究

在对光纤光栅传感器检测与定位时,因偏振衰弱影响,传感器定位准确率下降,故提出一种基于空时域混合差分的检测定位法。分别在空间域和时间域对光纤中返回的光强进行差分处理,并在空间域和时间域分别设置相应的光强检测阈值,可提高光纤光栅传感器的定位准确率。并在光纤长度为100 m、空间分辨率为1 m的实验条件下进行了多次验证,结果表明该方法具有可行性,与现有时域、空域差分检测定位法相比,光纤光栅传感器的定位准确率得到了提高,具有实用价值。