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激光与光电子学进展 2025年第3期62卷 287-291页

作者：陈旭彬凌秀兰邵智聪中北大学信息与通信工程学院

光学系统及光电器件在高能激光辐照下易出现损伤，因此光电器件的激光防护至关重要。二氧化钒有独特的相变特性，在热和光的刺激下能够实现可逆的半导体-金属相变。同时，二氧化钒具有较低的相变阈值、较高的损伤阈值和较短的响应时间... 详细信息

光学系统及光电器件在高能激光辐照下易出现损伤，因此光电器件的激光防护至关重要。二氧化钒有独特的相变特性，在热和光的刺激下能够实现可逆的半导体-金属相变。同时，二氧化钒具有较低的相变阈值、较高的损伤阈值和较短的响应时间，非常适用于激光防护。针对处于半导体相单层二氧化钒薄膜红外透射率不高的问题，进行了多层复合膜系的设计与优化，并且利用有限元法分析了激光诱导二氧化钒相变的光热耦合特性，得出二氧化钒折射率随温度的变化规律，在此基础上反演了多层复合膜系的透射率。结果显示，所设计的多层膜系在波长为3μm时，透过率为66.81%，红外开关率为75.43%，该研究拓展了二氧化钒薄膜在中红外领域的激光防护应用。

关键词：复合多层膜二氧化钒相变透射率红外开关率

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高速目标碰撞闪光光谱感知与特征分析

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红外与激光工程 2025年第1期54卷 231-238页

作者：李绍栋刘吉武锦辉于丽霞孙鹏郭大千中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

闪光现象存在于各类撞击场景中,通过获取闪光光谱并对其谱线波长和强度分析,能够得到许多关键性信息,例如碰撞材料的成分、辐射的强度以及其他环境条件等。在深空探测领域,获取太空陨石等材料类型并分析其结构是深空探测任务的重要指标... 详细信息

闪光现象存在于各类撞击场景中,通过获取闪光光谱并对其谱线波长和强度分析,能够得到许多关键性信息,例如碰撞材料的成分、辐射的强度以及其他环境条件等。在深空探测领域,获取太空陨石等材料类型并分析其结构是深空探测任务的重要指标,对太空材料碰撞产生的闪光光谱进行研究,分析碰撞光谱时间变化特性对于深空探测技术的发展具有重要意义。为了深入探究高速碰撞中的光谱特性,使用主要成分为Al和少量的W的金属材料与钢板进行高速撞击,利用光谱连续采集系统和高速相机,采集了有效时间200μs内撞击光谱的有效变化情况以及撞击完整过程,观察到了清晰的原子(离子)发射谱线。在有效光谱数据中均检测到了Na I和K I的特征谱线,在第二次有效采集时刻,460~530 nm的波长范围内发现了一组强度虽低于Na I和K I谱线但依然可辨的线状光谱,经过研究主要为金属铝气相燃烧过程中AlO发射光谱,同一时刻还检测到W原子的发射光谱,实验造成钢板完全破碎。对实验后的典型碎片样品进行LIBS分析,发现在三种样品中均检测到了同样波长的Na I和K I谱线,并且在金属材料碎片以及表面覆盖金属材料熔融物质的钢板碎片中检测到了不同强度的AlO发射谱线,证明了实验采集光谱的有效性。由此提出在以铝和钢材作为主要构成材料的高速碰撞过程中,可以依据460~530 nm范围内谱线的变化情况,来解析并判断碰撞是否发生并根据碰撞光谱时间变化特性分析其材料构成。由此可以提出通过分析高速碰撞光谱及其时间变化特性能够为深空探测任务中太空陨石等材料的结构分析提供一种可能的新途径。

关键词：深空探测碰撞闪光光谱特性材料分析

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基于双线结构光的圆筒形工件直径测量研究

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激光杂志 2025年第2期46卷 101-105页

作者：米星如金永郭鑫王鉴中北大学信息与通信工程学院太原030051

针对圆筒形工件直径测量系统复杂且误差较大的问题,提出一种基于双线结构光视觉系统的直径测量方法。该方法将两条非交叉激光线照射在工件表面,有效利用激光条纹的曲率信息,准确提取出亚像素中心点,并设置法向偏差阈值剔除异常点。通过... 详细信息

针对圆筒形工件直径测量系统复杂且误差较大的问题,提出一种基于双线结构光视觉系统的直径测量方法。该方法将两条非交叉激光线照射在工件表面,有效利用激光条纹的曲率信息,准确提取出亚像素中心点,并设置法向偏差阈值剔除异常点。通过双平面校准,推导出中心轴垂面的方程,用于纠正激光线非垂直投射的误差。最后在垂面上对有效点进行圆拟合,并取多角度拟合数据的平均值作为测量结果。实验结果表明,本方法与局部激光扫描方法相比较,测量精度提升了大约30μm,且200 mm直径内的圆筒形工件直径测量平均误差在17μm以内,提高了检测精度且放宽了测量系统要求。

关键词：双线结构光视觉检测直径测量激光中心线提取

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基于虚拟阵元自适应波束合成超声成像算法

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现代电子技术 2025年第7期48卷 23-28页

作者：左天乐杨录滕生超孟睿中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

为克服超声成像中分辨率和探测深度之间的矛盾以及图像对比度低的问题,提出一种基于虚拟阵元自适应波束合成的超声成像算法。该方法通过虚拟阵元双聚焦波束合成调节超声成像中的分辨率和探测深度,利用最小方差波束合成算法对回波数据进... 详细信息

为克服超声成像中分辨率和探测深度之间的矛盾以及图像对比度低的问题,提出一种基于虚拟阵元自适应波束合成的超声成像算法。该方法通过虚拟阵元双聚焦波束合成调节超声成像中的分辨率和探测深度,利用最小方差波束合成算法对回波数据进行最优加权处理后添加相干因子对整体图像进行处理。虚拟阵元双聚焦用于增加阵列的有效孔径大小,提高分辨率和聚焦性能;最小方差波束合成用于抑制噪声并提高目标信号的强度;相干系数用于提高图像的质量和对比度。在FieldⅡ中对模拟点目标和模拟囊肿目标进行仿真实验并对四种成像算法进行比较,实验结果表明该方法的分辨率不随探测深度的增加出现大幅度降低,并在对比度方面优于传统的成像方法。

关键词：超声成像虚拟阵元最小方差相干系数分辨率对比度

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基于分层特征DS合成的机载LiDAR植被提取方法

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现代电子技术 2025年第3期48卷 1-6页

作者：张琳杨风暴赵丹箐刘朝辉中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

精准城区植被提取对城市建设、气候调节及固碳评估具有重要意义。针对目前城区植被边界模糊导致提取精度低的问题,提出一种基于分层特征DS合成的机载LiDAR植被提取方法。首先,对LiDAR数据进行特征提取和适用性分析得到特征分层结构;其次... 详细信息

精准城区植被提取对城市建设、气候调节及固碳评估具有重要意义。针对目前城区植被边界模糊导致提取精度低的问题,提出一种基于分层特征DS合成的机载LiDAR植被提取方法。首先,对LiDAR数据进行特征提取和适用性分析得到特征分层结构;其次,以DS证据为理论基础,构建具有模糊类的信任分配函数,对每个特征进行概率分配并引入中值滤波去除噪声;最后,根据正交信任函数最大值规则进行决策,得到植被提取结果。在TopoSys数据集上对所提方法进行测试,实验结果表明,文中所提方法有效提升了提取精度,准确率达到了90%以上,能够满足植被提取高精度的要求。

关键词：机载LiDAR系统植被提取 DS证据理论信任分配函数特征提取分层结构

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基于特征点匹配的激光雷达与相机间外参标定方法

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现代电子技术 2025年第3期48卷 19-25页

作者：李新王肖霞杨风暴中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

激光雷达点云和相机图像融合常被应用在多个领域,准确的外参标定是融合两种信息的前提。现有的基于特征的标定算法,提取的3D⁃2D特征存在不匹配的问题,影响了整体标定的性能。为此提出一种基于特征点匹配的激光雷达与相机外参标定方法。... 详细信息

激光雷达点云和相机图像融合常被应用在多个领域,准确的外参标定是融合两种信息的前提。现有的基于特征的标定算法,提取的3D⁃2D特征存在不匹配的问题,影响了整体标定的性能。为此提出一种基于特征点匹配的激光雷达与相机外参标定方法。首先利用圆心特征提取算法从点云和图像中分别获取标定板上4个圆心特征点的三维和二维坐标;然后建立三维点云数据和二维图像数据中点对间约束关系;最后通过非线性优化算法得到激光雷达和相机标定的外参,利用外参矩阵将激光雷达点云投影在对应的图像上。实验结果表明,文中所提方法平均重投影误差在2.6像素内,与基于手动匹配的标定方法相比,精度提升了42.2%;与基于两孔圆形标定板的标定方法相比,精度提升了27.8%。

关键词：激光雷达点云相机图像融合外参标定特征点匹配平均重投影误差

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基于特征过滤法和Stacking集成学习的无人机影像作物精细分类

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现代电子技术 2025年第7期48卷 1-10页

作者：刘朝辉杨风暴张琳中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

针对目前多种典型作物分类中特征冗余导致同科作物混淆、分类精度低的问题,文中提出一种结合特征过滤法筛选特征和Stacking集成学习的作物精细分类方法。首先,结合敏感波段构造新型植被指数并进行阈值分割,实现作物区域提取;然后,提取... 详细信息

针对目前多种典型作物分类中特征冗余导致同科作物混淆、分类精度低的问题,文中提出一种结合特征过滤法筛选特征和Stacking集成学习的作物精细分类方法。首先,结合敏感波段构造新型植被指数并进行阈值分割,实现作物区域提取;然后,提取不同作物的颜色和纹理特征,进而计算单类作物特征系数和作物间特征差异系数,实现各典型作物的分类特征过滤法优选;最后,构建融合多种机器学习算法的Stacking集成学习作物分类模型,其中第一层的基学习器选择随机森林、支持向量机、K⁃最近邻算法,第二层的元学习器选择逻辑回归模型,实现多种典型作物精细分类。实验结果表明,所提方法对7种典型作物的总体分类精度和Kappa系数分别为85.2%和83.34%,相比于未进行特征选择的分类结果分别提升了2.18%和3.68%,具有较高的分类精度,为多种典型作物的精细分类提供了新方法。

关键词：作物分类特征选择 Stacking集成学习植被指数阈值分割衍生特征

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基于物联网超市生鲜冷链设备监控系统设计

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现代电子技术 2025年第3期48卷 119-123页

作者：张婉婷孙运强姚爱琴杨宵中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

大型超市在生鲜产品的储藏、售卖期,为防止设备故障对食品品质和安全造成影响,需对设备进行即时管理。针对超市冷冻设备和冷藏设备,文中为其定制了一套基于物联网的生鲜冷链设备监控解决方案。该系统通过对不同设备参数进行监测,并利用... 详细信息

大型超市在生鲜产品的储藏、售卖期,为防止设备故障对食品品质和安全造成影响,需对设备进行即时管理。针对超市冷冻设备和冷藏设备,文中为其定制了一套基于物联网的生鲜冷链设备监控解决方案。该系统通过对不同设备参数进行监测,并利用无线通信模块与云平台相结合,实现对超市冷链设备远程实时监测和管理。监控平台采用***开发,包括MySQL数据库和Web服务器,能够实现数据可视化,为用户提供直观的监控界面和数据分析功能。通过该系统,超市管理人员能够有效监测冷链设备运行状态,及时发现异常并采取措施,从而保障食品品质和安全,提高运营效率。

关键词：冷链设备监控系统 4G通信数据传输数据交互云平台数据库

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基于ZYNQ+GPS的抗干扰爆炸零时获取技术研究

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现代电子技术 2025年第5期48卷 1-6页

作者：王孝鑫张斌褚文博李宸凯赵冬娥中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学机电工程学院山西太原030051

针对爆炸场中弹药爆炸零时难以获取以及多个测试设备难以同步触发、时间同步性差等问题,文中设计了一种基于ZYNQ+GPS的爆炸零时获取系统。该系统使用ZYNQ芯片作为控制核心,采用GPS同步技术对系统进行同步授时,为系统提供了高精度时钟。... 详细信息

针对爆炸场中弹药爆炸零时难以获取以及多个测试设备难以同步触发、时间同步性差等问题,文中设计了一种基于ZYNQ+GPS的爆炸零时获取系统。该系统使用ZYNQ芯片作为控制核心,采用GPS同步技术对系统进行同步授时,为系统提供了高精度时钟。此外,针对恶劣的爆炸环境,系统采用了DDR+EMMC存储结构和磁耦隔离技术,有效地提高了系统的存储效率与可靠性。理论分析并验证了在GPS正常工作条件下,系统之间的最大时间误差为2μs。实验结果表明,该系统具有良好的时间同步性,能获取到精确的爆炸零时,为构建弹药爆炸威力场提供了有效的时间数据。

关键词：存储测试时间同步爆炸零时获取同步触发 GPS ZYNQ

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高速碰撞金属靶闪光辐射特征研究

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激光杂志 2025年第1期46卷 46-49页

作者：赵浩霖刘吉武锦辉李绍栋郭大千苏海鑫中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051

为探究高速碰撞过程中不同金属靶材闪光辐射特性,提出将本征光谱与实测光谱相结合分析的方法,并构建适用于外场复杂测试环境下的瞬态光谱探测系统。利用该系统,成功探测到钢弹丸以1300 m/s~1500 m/s的速度正碰撞不同金属靶材(钛、铝、钢... 详细信息

为探究高速碰撞过程中不同金属靶材闪光辐射特性,提出将本征光谱与实测光谱相结合分析的方法,并构建适用于外场复杂测试环境下的瞬态光谱探测系统。利用该系统,成功探测到钢弹丸以1300 m/s~1500 m/s的速度正碰撞不同金属靶材(钛、铝、钢)的光辐射特性曲线,波长探测范围为350 nm~900 nm。实验发现:3种金属靶相比,铝合金靶更容易受激发,产生的辐射特征谱线最丰富,而特钢靶未发现明显的强辐射特征谱线;在撞击钛合金靶及铝合金靶过程中均发现了强辐射特征明显的Na、K元素谱线;相同靶材的光谱曲线具有高度一致性,证明了实验数据的可重复性。

关键词：高速碰撞原子跃迁光谱辐射本征光谱

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