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关键词： 光栅周期   测量   图像处理   误差分析  

摘要： 衍射光波导作为实现增强现实的一种方案具有体积小、重量轻等优势。光栅波导表面的亚波长光栅的周期对成像质量有很大的影响，因而需要实现对亚波长光栅周期快速准确的测量。李特洛衍射法具有成本低、非破坏性的优势。然而李特洛衍射法对光栅样品的位姿有严格的要求，测量前需要反复调节位姿，不利于实现快速测量。针对这个问题，我们对光栅未对准的情况下的衍射特性进行了分析，提出了基于图像处理计算失配角并修正误差的方法。本方法可以在光栅位姿不严格对准的条件下精确测量光栅周期，提高测量的效率，有望实现增强现实光栅波导的快速检测。

关键词： 多视图聚类   一致性   差异性   低秩张量表示   自适应加权  

摘要： 针对如何利用多视图数据中的隐含信息以及避免后续处理过程中带来的聚类性能次优问题,提出一种基于一致性和差异性的低秩张量多视图聚类算法.首先,该算法同时考虑视图的一致性和差异性信息,将多个一致性相似矩阵叠加在一个受低秩约束的张量中,以探索视图间信息的高阶相关性,从而得到更高质量的相似矩阵;其次,通过学习一个一致非负嵌入矩阵直接获得聚类结果;再次,采用自适应加权策略考虑不同视图数据的重要性;最后,通过在6个真实数据集上与其他算法进行对比实验,验证了该算法在多视图聚类问题上的有效性.

关键词： 光纤布拉格光栅   锂电池   应变   荷电状态预测   深度学习  

摘要： 针对锂离子电池的荷电状态（SOC）估计问题，提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器和深度学习模型的新方法。首先，搭建了基于FBG传感器和可调谐光纤法布里珀罗（FFP）滤波器的锂电池状态监测系统，两个FBG传感器被黏贴在锂电池表面，分别测量由应变和温度变化引起的光栅特征波长变化量。然后，卷积神经网络（CNN）被用来从两个波长变化量中提取数据空间特征。最后，门控循环单元（GRU）根据提取的数据特征估计锂电池的SOC。实验结果表明，仅使用FBG传感器即可对锂电池SOC进行准确估计，均方根误差（RMSE）达到2.911%，平均绝对误差（MAE）达到2.481%。同时，混合深度学习模型CNN-GRU比单深度模型GRU的SOC估计精度更高。CNN-GRU模型相比GRU模型，在RMSE和MAE上的降幅分别达到了17.113%和18.281%。本研究证明了光学传感技术与深度学习算法的结合在锂电池SOC估计上的有效性，为锂电池管理系统提供了技术参考和实施方案。

关键词： 导模共振   多层膜禁带特性   共振耦合型连续域束缚态   品质因子  

摘要： 连续域束缚态(Bound states in the continuum, BIC)因其强局域的特性广受关注。在BIC中，共振耦合型BIC通常由同一个结构中的多种共振强烈耦合干涉相消而形成。在这里，我们设计了一种由交替堆叠的二氧化硅和二氧化钛薄膜组成的新型多层膜光栅混合结构，可以同时支持类导模共振和类布洛赫表面波模式。通过在周期性多层膜结构中引入缺陷层和改变多层膜禁带中心波长的方法，可以改变类导模共振和类布洛赫表面波模式之间的耦合程度，当两种模式相位匹配发生干涉相消时就形成了共振耦合型BIC，品质因子高达～10～5。通过改变光栅周期和光栅材料可以有规律地调控多层膜光栅混合结构所形成BIC的波长，为利用多层膜光栅结构设计高Q谐振提供理论指导。

关键词： 遗传算法   光纤光栅传感   自适应解调   改进遗传算法  

摘要： 目前各类传感器层出不穷，但其在自适应解调方面仍旧存在一定问题，包括误差大，效率差等，为解决这些问题，提出一种基于改进遗传算法的光纤光栅传感自适应解调方法。首先通过学习反射波长以及传感应变的关系以获取光纤光栅传感器的理想工作状态，再研究应力和温度与传感器谐振波的关系，最后通过调节应力和温度造成的波长偏移实现自适应解调。实验结果证明，该方法解调误差小，最低仅为0.000 3 nm，且效率高，最少仅用2 s即可实现解调，效果较好。

关键词： 城市轨道   出行模式   张量分解   机器学习   归因分析  

摘要： 科学的轨道交通出行模式分析是运营决策优化的重要依据。为挖掘城市轨道交通时空流动特征及其影响机理，提出一种基于非负张量分解的OD客流强度时空分布计算方法，采用融合SHAP归因分析的极端梯度提升树（eXtreme Gradient Boosting,XGBoost）对各模式OD客流强度进行拟合预测。使用城市轨道交通AFC (Automatic Fare Collection System, AFC)系统数据，从空间、时段以及出行日3个维度构建三阶客流OD张量，采用交替非负最小二乘法（Alternating Non Negative Least Squares,ANLS）实现非负CP张量分解。基于张量分解结果，从北京轨道交通344个站点连续1周16,266,966条出行数据中，提取出晨高峰长距离通勤、早高峰中短通勤、平峰休闲中转出行、晚归出行4种出行模式的时、空分布特征。基于可解释性机器学习模型，对各模式OD客流进行预测。结果表明XGBoost与CatBoost、LightGBM、OLS相比更具优势。根据OD起终点站域环境特征，考虑起终点缓冲区内各类兴趣点（point of interest,POI）数量、小区住户数、房价、人口数量、站点偏离距离以及出行距离等指标，构建OD强度关联指标体系，解释各指标对OD客流强度的正负反馈效应。SHAP归因分析说明，居民更倾向于14站以内的中短途出行，并分别得到了就业类POI数目对晨、早通勤客流正向影响，以及餐饮类POI数目对休闲中转出行客流正向影响的临界阈值。该方法可为轨道交通精细化出行引导和客流组织提供数据支撑，优化城市轨道交通供需平衡及服务水平。

关键词： 磁场   折射率   液体浓度   全反射  

摘要： 基于光的全反射原理,设计了一种可研究磁场与物质折射率关系的测量装置。利用该装置,通过改变磁场强度大小以及磁化时间长短精准地测量了甘油、NaCl溶液以及不同浓度的KCl溶液折射率的变化。实验结果表明:磁场强度越大,折射率越大;折射率随磁化时间增大而增大,且磁场越大,折射率到达稳定所需时间越短。该装置囊括了物理原理、装置设计、智能化数据分析等多方面技术,体现了光学实验与数据采集实验的联动,操作方便、数据实时显示、测量效率及精度较高,在教学及磁场对液体折射率测量仪器的研制上具备实际推广意义和参考价值。

关键词： 级联倾斜光纤光栅   聚合物光纤光栅   温度   应变  

摘要： 【目的】为解决倾斜光纤光栅（Tilted fiber Bragg gratings， TFBGs）在传感时所产生的温度和应变交叉敏感问题，本文提出了一种基于环状透明聚合物（Cyclic transparent optical polymer， CYTOP）的级联倾斜光纤光栅（Cascaded tilted fiber Bragg gratings， CTFBG）的新型传感结构，该结构旨在实现对温度和应变的同时精确测量，从而克服传统光纤光栅传感器的局限性。【方法】由于两个不同结构参数的倾斜光纤光栅在不同波段对温度和应变的响应不同，通过监测分析两个光栅不同模式的中心波长位移解调温度和应变，并利用计算得出的灵敏度作为双参数矩阵系数，建立双参数矩阵，以此达到同时测量温度和应变的目的。此外，对整个系统的可行性以及稳定性进行证明，通过测量了在不同温度和应变水平下传感器的应变和温度灵敏度，并监测同时变化温度和应变能否达到双参数传感。【结果】数据表明，该结构在实验温度和应变范围内能够满足温度和应变的双参数传感，能够减少温度和应变产生的交叉影响，同时具有较好的稳定性以及准确性。【结论】本文提出的基于CYTOP的CTFBG传感器有效解决了温度与应变的交叉敏感问题，展现出良好的灵敏度和精确度。通过对不同结构参数的设计和优化，CTFBG能够在复杂环境中实现高效的双参数测量。这一创新型传感器不仅扩展了光纤传感器的应用范围，并为聚合物光纤光栅传感开辟了新道路。

关键词： 物联网   大规模接入   联合设备活跃性检测和信道估计   张量分解  

摘要： 在未来无线蜂窝网络中，旨在支持物联网（Internet of Things，IoT）及机器类通信（Machine Type Communication，MTC）的大规模接入成为其关键性任务。为减少设备在接入时产生的碰撞及信令开销，人们提出了免授权随机接入（Grant-free Random Access， GF-RA）方案。在GF-RA中，其核心任务是联合设备活跃性检测和信道估计（Joint Active Device Detection and Channel Estimation， JADCE）)。但在实际场景中，低成本的IoT设备通常会使用廉价的晶体振荡器来降低生产成本，产生的频率偏移严重影响了检测性能。而设备的零星活动模式使得该联合检测问题可建模为一个大规模稀疏性约束问题。为避免频偏与信道的非线性耦合引入的非凸性，利用张量分解将接收信号从前导序列、信道以及频偏的三维张量的角度进行建模，随后利用交替最小二乘（Alternate Least Square，ALS）方法对分解的子问题进行并行求解，可同时获得设备活跃性、信道响应以及频偏的估计值。同时，为使得子问题变得严格凸，采用近端最小化（Proximal Minimization，PM）方法加入正则化约束，提高算法的收敛性以及稳定性。最后，从天线数、前导序列长度对所提出算法的检测性能进行评估，仿真结果证明，新算法在给定的天线数量以及前导序列长度变化范围内，漏检概率检测性能可接近10-3，信道估计归一化均方误差（Normalized Mean Square Error， NMSE）可接近10-6。较现有频偏下设备活跃性检测以及信道估计的算法而言，新算法在检测性能上有着明显的提升。

关键词： 亚波长金属光栅   散射矩阵   液晶有效折射率   相位调制   空间光调制器  

摘要： 空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)是实现光场调控的关键器件。本文研究了一种将亚波长金光栅嵌入硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)构成的SLM(G-LCoS)器件模型的反射相位特性,该器件模型以ITO透明导电层和液晶构成G-LCoS中亚波长金光栅的非对称边界。首先运用散射矩阵原理给出了亚波长金光栅反射相位的计算表达式,其次给出了下表面液晶的有效折射率计算公式。在此基础上,利用TechWiz 3D软件模拟加电情况下金光栅下表面液晶指向矢的变化,给出金光栅下表面液晶有效折射率的变化值。将得到的有效折射率数据导入到FDTD Solutions软件,对该器件结构开展了相关的仿真实验和结果分析。综合考虑了上表面的ITO色散情况、金光栅高度变化以及不同电压下液晶有效折射率值,实现了可见光范围内多波长的近2π相位调制。本文研究的器件也为AR/VR显示系统以及全息视频显示的优化提供了一种新思路。