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关键词： H-MB方程   NH-MB方程   四阶Reverse Space NLS方程   四阶Reverse Space-Time NLS方程   达布变换方法   精确解   对称破缺   对称保持  

摘要： 随着社会的进步和科学技术的发展,孤子理论已经发展成为了较为完善的理论体系,孤子也已经成为了非线性科学的重要研究课题.其数学本质是非线性波动方程,所以对非线性波动方程精确解的研究是非常必要的.目前,求解其精确解的基本方法包括:反散射方法、达布变换、B?cklund变换、Jacobi椭圆函数展开法、双线性方法等.许多非线性波动方程的精确解已经被建立,并且也通过渐近分析,数值模拟等方法和手段对孤子的性质进行了分析和研究.近年来,研究者们又将PT-对称和非局域理论也增添到了孤子理论中,于是我们又得到了更一般的孤子解.本文在此基础上研究了四类非线性波动方程,分别是H-MB方程,NH-MB方程,四阶Reverse Space NLS方程,四阶Reverse Space-Time NLS方程.基于Lax 对,取不同对称约化条件和不同背景的初始解,运用达布变换方法,结合符号计算,求得了方程的孤子解、呼吸子解和怪波解,并应用数学软件给出了这些解的图像.下面就本文所研究的四类非线性波动方程的精确解做出简要说明:1.H-MB方程:基于给定的Lax对,并取相应的对称约化条件得到了 H-MB方程,该方程的N阶达布变换已有研究给出,所以本文在此基础上,取初始解为平面波解,运用达布变换得到了双呼吸子解,并进一步研究了位置参数和调制频率对双呼吸子结合的影响,最后结合图像归纳出了它们的碰撞规律.***-MB方程:NH-MB方程是H-MB方程的非局域形式.基于H-MB方程的Lax对,并取相应的对称约化条件得到NH-MB方程.在零背景下,构建了其对称破缺的单孤子解和双孤子解,在特殊情况时,得到了对称保持的单孤子解;在平面波背景下,得到了其暗孤子解和反暗孤子解,并研究了它们的不同碰撞类型,总结了碰撞规律并推广到了更一般的情形.3.四阶Reverse Space NLS方程:基于给定的Lax对,取相应的对称约化条件得到了四阶Reverse Space NLS方程,构造了其一阶、二阶和N阶达布变换,并以类行列式的形式表示.在零背景下,给出了对称破缺的单孤子解和双孤子解,在特殊情况下,得到了对称保持的单孤子解,更进一步分析了自感应势函数在对称破缺和对称保持时的取值情况.在连续波背景,得到了暗孤子解和反暗孤子解,通过选取不同的参数值并结合符号计算,研究了暗孤子和反暗孤子的不同碰撞类型,并对其规律进行总结和归纳,推广到了更一般的情形.4.四阶 Reverse Space-Time NLS 方程:基于四阶 Reverse Space NLS 方程的 Lax 对,取与之不同的对称约化条件,得到了四阶Reverse Space-Time NLS方程.构造了其一阶和N阶达布变换.在零背景下,给出了单孤子解和双孤子解;在连续波背景下,得到了单呼吸子解,双呼吸子解,进而得到了一阶怪波解,而且在双呼吸子解求解过程中,同时考虑了位置参数对双呼吸子结合的影响.

关键词： 长周期光纤光栅   机械微弯法   平纹玻纤预浸料   压力传感   温度抑制  

摘要： 长周期光纤光栅在通信和传感方面有广泛的应用,可作为滤波器、光纤耦合器、温度和弯曲传感器等,其制备技术中有的成本高昂或精确控制较难,机械微弯法最为快捷实用,但存在调制深度易回弹的不足。针对上述问题,本文采用平纹编织预浸料与机械微弯技术结合,提出一种长周期光纤光栅成栅与封装一体化的制备方法,重点研究其压力传感特性。论文的主要内容如下:首先,总结了长周期光纤光栅的应用和制备方法,阐述了长周期光栅的光学耦合模理论,推导了机械微弯法制备的长周期光纤光栅光信号传输透射解析式。其次,设计并制备玻纤-长周期光纤光栅。设计玻纤-长周期光纤光栅的总体结构,分析平纹玻纤预浸料的几何和物理性能,设计考虑几何参数匹配的长周期光栅成栅机械模板,研究平纹玻纤预浸料固化特性、光纤铺放位置、玻纤与上模板对齐形式、压力和温度等工艺参数对成栅稳定性的影响。接着,研究一体化制备的长周期光纤光栅的谐振峰表征及其优化。分别建立矩形齿和圆弧齿两种机械模板的几何物理模型,对相同位移载荷下光纤成栅过程进行有限元仿真,提取光纤表面不同刻槽调制深度对应的应力曲线,以及刻槽表面形貌图,并与实际裸光纤刻槽的高倍显微图像对比,结果表明圆弧齿模板制备的玻纤-长周期光纤光栅刻槽周围应力裂纹更少,能承受更大的压力载荷。最后,研究玻纤-长周期光纤光栅的压力传感特性及温度交叉灵敏度。恒温(室温)采用不同侧向压力加载,对制备的玻纤-长周期光纤光栅的压力传感系数进行标定,进一步通过实验测试获得该压力传感器的量程;基于纳米微孔材料的隔热功能,采用外贴基片式结构纳米氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)膜的方式对玻纤-长周期光纤光栅压力传感器的温度进行抑制,通过优化贴敷工艺参数,实现一定温度范围内压力的准确测量。

关键词： 光纤法珀传感器   法珀解调   动态光栅   增益系数   超声探测  

摘要： 光纤法珀(Fabry-Perot,F-P)传感器由于其灵敏度高、体积小和抗外界干扰能力强等特性在航空航天、桥梁监测、生物医疗、石油化工等领域受到广泛的关注。因此,光纤F-P传感器的解调方法开始被广泛研究,光纤F-P传感器的解调主要分为强度解调、光谱解调法和低相干干涉解调法,其中光谱解调和低相干干涉解调属于相位解调。强度解调法虽然简单直接,但存在光强稳定性差、易受干扰等问题,大家开始广泛研究光谱解调和低相干干涉解调。随着新型材料和F-P传感器新结构的出现,若提出一种快速、精确且具有大动态范围检测的光纤F-P传感信号解调方法,则可广泛用于实际应用中。在这种背景下,提出一种基于光折变晶体中动态光栅的光纤F-P传感信号解调方法。本文研究的主要工作如下:(1)介绍了光纤F-P传感器在提出后的发展状况,以及在航空航天、桥梁监测和石油化工领域的应用和发展前景。根据光纤F-P传感器的光学传感原理和参数,概述了光纤F-P传感器的主要解调方法及发展状况。(2)为了研究光纤F-P传感信号解调方法,首先制作光纤F-P传感器。分别制作基于铝膜的光纤F-P传感器和基于单模光纤(Single-mode fiber,SMF)-空芯光纤(Hollow-core fiber,HOF)-SMF结构的光纤F-P传感器。搭建基于光纤F-P传感的掺铒光纤(Erbium-doped fiber,EDF)环形激光系统,输出不同光纤F-P的传感信号。不同泵浦电流下的波长激光光谱都比较稳定,在这种情况下,施加在传感器上的干扰会引起波长的偏移。将波长偏移转换为相应的相位移动可以通过动态光栅解调装置进行解调。(3)在基于光折变晶体的动态光栅解调中,强度调制会光激发出晶体中的载流子,在这里我们需要计算空间电荷场,需要一个合适的材料模型。该工作采用单缺陷双边带模型,缺陷水平为Fe2+和Fe3+的结合态。推导In P:Fe晶体中的动态光栅增益系数方程,再进行仿真,从理论上求得最佳外界可控参量例如外加直流电场、入射角度、光强等以得到最佳的动态光栅增益。在室温T=298K和外加电场E0=5.14k V/cm下,计算得到理论上最佳入射角度为5°和泵浦光强为268m W/cm2。再与动态光栅增益实验结果进行对比,得到最佳研究参量,为后续的基于动态光栅解调的光纤F-P传感应用研究奠定了基础。(4)对基于铝膜的光纤F-P传感器进行解调应用研究,将搭建的基于光纤F-P传感器的EDF环形激光装置和动态光栅解调装置结合起来,进行解调实验。首先进行超声波探测实验,搭建了一个典型的强度解调装置与本装置进行实验对比,都能准确解调出超声波信号。再进行扬声器声波信号探测实验,与粘贴在光纤F-P传感器附近的压电换能器(Piezoelectric transducer,PZT)进行对比实验,该装置成功解调出扬声器发出的1k Hz-2.5k Hz声信号,且解调信号较为稳定。实验证明该装置能够成功解调光纤F-P传感信号,且由于动态光栅的解调的自适应性,对低频振动或者温度变化等环境干扰不敏感。(5)对基于SMF-HOF-SMF结构的光纤F-P传感器进行解调应用研究,利用基于动态光栅解调的光纤环形激光装置进行解调实验。首先进行高频动态应变实验,使用环氧树脂将光纤F-P传感器贴在蜂鸣片上,利用函数发生器驱动蜂鸣片发出不同的动态信号。该装置成功解调出10k Hz-650k Hz的动态信号,且与粘贴在光纤F-P传感器附近的PZT传感器进行对比,该装置信号波形良好且更为稳定。同样进行水中超声波信号探测实验,成功解调出超声波清洗机正常工作时的工作频率。总之,通过实验证明该装置能够成功解调光纤F-P传感器信号,且能够检测高达650k Hz的动态应变信号。

关键词： 仿生非线性隔振系统   人足弓   缓冲减振机理   摄像式绝对光栅尺  

摘要： 随着科技的发展，摄像式绝对光栅尺亟需具备更高的动力学性能，以便满足更高加速度和更高精度的应用场景需求。光栅尺应用场景宽泛、工况复杂的特点，要求隔振系统具有宽频带隔振性能的同时必须满足逼仄的安装空间。这为隔振系统设计提出了严峻的挑战。本文面向宽频带振动激励复杂工况下摄像式绝对光栅尺的隔振需求，研究了人足弓的隔振缓冲机理，提出了一种仿生准零刚度（以下简称 QZS）隔振单元。研究了该仿生QZS隔振单元的力学特性，建立了面向光栅尺隔振的5自由度非线性动力学模型，提出了多自由度非线性耦合动力学系统的简化分析方法，进行了动力学仿真。构建了 5 自由度仿生隔振实验系统，对理论分析进行了实验验证。本文主要研究内容如下：　　1.分析了动物肢体协同运动的仿生缓冲减振机理和 QZS隔振系统的研究现状，结合摄像式绝对光栅尺的结构与工况特点，尤其是振动对精度高敏感特征，明确了面向光栅尺的仿生隔振系统的研究重点。　　2.提出了仿足弓机构模型及其QZS隔振单元新结构。提出了仿人足弓2维3铰接点的机构模型，分析了足底肌肉与足底筋膜存在正负刚度并联的力学属性，研究了人足纵弓的准零刚度被动隔振机理，并创新设计了仿足弓QZS隔振单元。　　3.建立了仿足弓QZS隔振单元的静动力学模型。研究了仿足弓QZS隔振单元的静力学特性，给出了仿足弓 QZS 隔振单元处于近零刚度状态的静平衡区间。建立了该QZS 隔振单元的非线性动力学模型，基于谐波平衡法研究了其振动传递特性。分析表明，该仿足弓QZS隔振单元可实现全频段有效隔振。　　4.建立了面向光栅尺隔振的 5 自由度仿生非线性动力学模型及分析方法。基于摄像式绝对光栅尺隔振需求建立了 5 自由度隔振系统，提出了以无量纲非线性矩阵形式研究多自由度非线性耦合关系的方法，有效降低了系统非线性耦合自由度数量，简化了对多自由度非线性耦合系统的分析难度。在此基础上采用4阶龙格?库塔法进行了数值仿真，分析了自由衰减和强迫振动工况下的系统响应，仿真结果验证了理论分析，该系统隔振效果良好且存在非线性耦合响应。　　5. 构建了实验系统，分别对仿足弓准零刚度隔振单元和面向光栅尺的 5 自由度仿生隔振系统开展了实验研究。以隔振传递率评估的实验结果与理论分析一致性较好。5 自由度仿生隔振系统存在不影响隔振效果的轻微非线性耦合现象，其高频谐波抑制效果良好，在全频域均可有效隔振。实验结果验证了创新型 5 自由度仿生隔振系统和单自由度隔振单元的均具有有效性和可行性，隔振效果良好。　　本文基于仿生学原理的隔振结构设计与分析方法为类似应用提供了新的思路;本文的多自由度非线性隔振系统的建模与分析方法，简化了非线性隔振系统的设计复杂性和分析难度。为长条状精密仪器的动力学建模分析提供了参考。

关键词： 张量   稀疏表示   稀疏卷积   手势识别   SIMO雷达  

摘要： 近年来,手势识别成为了人机交互技术实现的关键,而随着雷达传感器技术和信号处理技术的飞速发展,基于雷达的手势识别技术凭借其用户隐私性较好且不会受到环境光照影响等特点,成为了该技术实现的重点方向。传统基于雷达的手势识别方案只使用了雷达回波的某单一维度特征或只是对多个维度特征进行简单拼接,忽略了雷达回波的多维特性和空间结构特性。本文将张量和稀疏表示相结合,从回波信号整体的角度完成手势动作特征的提取,并且对特征数据进行稀疏处理,实现基于回波信号张量稀疏表示的手势动作识别,不仅可提高手势识别准确率,而且减小了系统运算压力。本文主要工作及研究内容如下所示: (1)首先介绍了张量的基本定义和运算规则,然后介绍了信号稀疏表示的基本理论,为后续模型推导提供理论基础。最后介绍了本文实验所用雷达的基本工作原理,介绍了所用雷达系统硬件平台。 (2)研究了一种基于张量稀疏表示的手势动作表示方法。首先,本文根据SIMO(Single-Input Multiple-Output)雷达手势回波的特点,将其按照特征维度分别建立基于距离-慢时、多普勒-慢时、天线角度维度数据的稀疏表示模型,然后通过稀疏重构信号和原始信号的对比,验证了各维度稀疏表示模型的有效性。接着,本文在此基础上引入张量理论,推导建立了一种利用张量稀疏来联合表征雷达回波距离、多普勒、角度维度特征的数学模型,得到了手势回波信号的张量稀疏表示,然后通过张量稀疏重构信号和原始信号的对比,验证了张量稀疏表示模型的正确性和有效性。 (3)提出了一种基于张量稀疏表示的手势动作稀疏卷积网络识别方法。首先,本文搭建了手势回波卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN),完成了三种基于单一维度特征以及三种基于单一维度特征稀疏表示的手势动作分类实验。接着,本文将张量稀疏表示和稀疏卷积相结合,搭建了基于张量稀疏表示的手势动作稀疏卷积网络,并完成了手势分类实验。最后将各实验结果进行比对分析,本文所提的基于张量稀疏表示的手势动作稀疏卷积网络能得到最高的手势识别准确率(98.1%),该实验结果验证了本文所提方法的有效性。

关键词： 广义椭偏技术   光学薄膜   薄膜测量   误差修正  

摘要： 随着科技的发展,光学薄膜发展迅速,光学薄膜因其特有的性质已广泛应用于信息检测、武器装备、航空航天、新能源等高新技术领域,特别是在各种集成电路、激光器件、生物芯片、液晶显示等生产制造中发挥着重要的作用。由于光学薄膜的主要光学参数,如膜厚、折射率、消光系数等对于薄膜的设计和工艺制造都是不可或缺的衡量指标,因此光学薄膜的广泛应用也推动了薄膜检测技术的发展,同时面对高新技术产业的不断发展,对评价薄膜的优劣、提高薄膜的性能以及已有的检测仪器提出了更高的要求。目前,随着测量精度和效率要求的不断提高,使得很多学者将工作重点转向对高精度椭偏理论及测量技术的研究上来。广义椭偏测量技术是一种具有多角度、非接触和高精度等优点的光学测量技术,单次测量即可获取被测物全部穆勒矩阵元,进而可获得其诸如光学常数、表面形态及膜厚等重要参数。为实现膜厚、折射率等参数的高精度测量,关键在于建立正确的系统传递函数、样品光学模型、合适的椭偏数据分析及误差修正方法。基于此,本文在广义椭偏技术的基础上,重点开展了光谱椭偏建模和薄膜测量的研究工作。在直通模式对空气介质进行测量,实验结果显示穆勒矩阵元素在全光谱范围内的误差均小于0.5%;在斜入射模式下,分别测量不同角度的硅基Au、Ag、Cu样品,以及不同厚度的硅基底SiO2薄膜,实验结果表明,当入射角在布儒斯特角附近时,测量结果更佳;而厚度越大时,测量误差也会增大。为了进一步实现高精度测量,弥补目前椭偏测量中很少或没有实时误差校正研究的不足,本文创新性地提出一种基于参考光路的误差修正方法,本方法在双旋转补偿器广义椭偏仪结构基础上加入参考光路的设计,并且改进椭偏数据处理的误差分析方法,通过仿真和椭偏测量实验相结合的方法,开展了基于广义椭偏仪的误差校正分析的工作。实验结果显示,采用校正方法后SiO2的穆勒矩阵与理论矩阵的绝对误差从≤0.028减小为≤0.008,标准偏差由0.9%降低至0.3%,表明采用校正方法后样品的穆勒矩阵与理论矩阵的绝对误差、标准偏差均减小,样品厚度测量精度得到提高。证明本文提出的方法可以实现实时检测测量过程中的随机误差并进行实时误差校正,最终实现椭偏测量精度的提高。

关键词： 晶体材料   钽铌酸钾   电光效应   空间电荷场   光束偏转  

摘要： 随着互联网信息时代的到来与科学技术的快速发展，对海量信息的高效传输与准确处理等问题成为大家关注的焦点，对此人们提出了将信息进行电信号与光信号的相互转换和调制的观点，随之对电光效应、电光调制材料以及电光调制器件的研究引起人们广泛的关注。　　当外电场作用于介质导致其折射率发生变化，这种现象称为电光效应。对于电光调制材料，其电光系数的大小会直接关系到电光调制器件的参数，因此对大电光系数的材料研究需求愈发迫切，本文的研究对象钽铌酸钾晶体具有二次电光性能突出可达10-14m2/V2量级、电控衍射效率高于80%、响应速度快即响应时间达到ns、透明范围宽至0.4-5μm等优异性能，同时可调整KTN晶体的组分比例实现对性能的调控，因此其是最理想的电光材料之一，共掺Mn、Fe离子的KTN晶体具有更低的能级带隙、更优异的电光性能，能够实现低驱动电压与宽光学带宽。在电光调制技术中，以往的通过材料组分梯度、空间电荷注入和温度场等调制技术存在功能单一、物理场构建困难等问题，而利用光折变效应在晶体内部通过可控的辐照光场诱导折射率分布进而实现对光信号的调制可有效解决以上问题，且具有结构构建灵活性及可擦除性等优点，是实现复杂功能设计的有效途径。因此本文通过对Mn∶Fe∶KTN晶体的光生空间电荷场可控构建研究实现其内部折射率分布的构建及透射光束的偏转，进而实现光束扫描。分别进行了如下的研究：　　首先对Mn∶Fe∶KTN晶体的物理性能进行了测试，使用Sénarmont单光束补偿法与M-Z双光束干涉法测量了二次电光系数，直接表征了晶体的二次电光效应随外场的变化关系。通过晶体的介温曲线、变温条件下的拉曼光谱分析了Mn∶Fe∶KTN晶体内部结构在温度场下的演化特性以及响应机制;通过P-E曲线研究了极化强度P对电光效应的贡献，通过铁电畴随温度的变化关系阐明了晶体内部电畴结构随温度的演化特性;利用相对介电常数随频率的变化关系以及晶体阻抗随频率的演化，揭示了Mn:Fe:KTN晶体的电光性能随频率的演化特性及响应机制，为后续光生空间电荷场的表征提供理论基础。　　其次为了对构建光生空间电荷场的全程进行无损、实时监测，搭建了数字显微离轴全息测试系统，分析了光折变效应中光激发载流子的带输运模型以及空间电荷场建立的理论模型，为空间电荷场的表征提供理论基础;对Mn∶Fe∶KTN晶体进行了紫外-可见漫反射光谱的测试，找到了合适波长的激光进行载流子的激发与空间电荷场的构建;在光栅诱导的条件下对晶体内部折射率梯度进行可控构建，阐明了空间电荷场构建动态过程，分析了辐照时间、电场对动态和稳态空间电荷场的调控作用。　　最后，通过设计梯度分布的辐照光场，对晶体内部进行图案化的光生空间电荷场构建，实现内部折射率的梯度分布，在此基础上实现了透射光束的二维偏转，实验结果符合理论预测。基于光束偏转机理，利用矩形函数形式优化诱导晶体内部折射率的梯度构建，实现了偏转角度的提升，基于优化的梯度分布光场分析了光束偏转器件的调制性能，包括调制速率、温度响应特性以及时间稳定性，为该器件在电控全息光开关以及光学信息存储领域的应用提供可能性。

关键词： 无人机通信   毫米波大规模MIMO   张量   雷达辅助   信道估计   混合波束成形  

摘要： 毫米波通信技术是一个典型的军民两用技术。在军事领域可以应用于星际间通信或中继、毫米波频段的保密通信等;在民用领域可以应用于宽带多媒体移动通信系统、测量雷达、卫星的毫米波链路系统等诸多方面,并将进一步扩大其市场。通过利用大规模阵列天线,毫米波大规模多进多出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)无人机通信能够在一定的方位上产生较高的径向增益,适用于具有空间和能量约束的无人机。毫米波信号的波长较短,即使在很小的区域也可以配备一个大的天线阵列。因此,具有灵活波束形成的毫米波通信可以支持无人机的通信。然而,在无人机通信系统中,在无人机高速移动的情况下,无人机的多普勒频移是不可避免的。无人机在风力影响下抖动会导致波束失准,这使得无人机与地面用户之间的信道估计与波束成形更加复杂。特别是在毫米波大规模MIMO无人机通信系统中,信道衰落表现的更加明显。雷达系统具有方便处理等优点,有利于毫米波大规模MIMO通信系统进行信道估计。张量能够将高维信号分解成低维信号,将计算的复杂性减弱。可重构智能表面(RIS,Reconfifigurable Intelligent Surface)辅助毫米波大规模MIMO通信已被设想为未来无线网络的一个突出技术,因为它可以提供丰富的频谱资源和良好的传播环境,能更好地提升通信系统系能。本文将进行以下研究。首先,针对在毫米波大规模MIMO无人机通信系统中由于无人机高移动性引起的多普勒频移和高维信道带来的大量复杂计算,研究一种基于TT(Tensor Train)张量的频率分集阵列(FDA,Frequency Diverse Array)MIMO雷达辅助毫米波大规模MIMO无人机通信系统的信道估计方法。先建立了 FDA-MIMO雷达辅助毫米波大规模MIMO无人机系统的信道模型,通过雷达控制中心来处理雷达系统与无人机通信系统之间的干扰问题,利用基于FDA-MIMO雷达的无网格方法来准确、高效地估计信号的到达角和离开角,解决了雷达系统中因网格化的角度估计方法带来的功率泄漏问题。然后,利用一种盲均衡方法将雷达系统估计出的角度信息进行坐标转换,从而使其可以被毫米波大规模MIMO无人机通信系统所接收利用。最后,通过TT张量分解将地面单用户端接收到的雷达辅助毫米波大规模MIMO无人机通信系统的多维信号表示为低秩张量信号,利用分解因子矩阵准确地估计出快衰落信道功率衰落因子,路径增益与多普勒频移。通过功率幂(PM,Power Method)提高了地面单用户端接收信号分解因子的收敛性。仿真结果说明,本章提出的方法具有更高的信道估计精度。其次,针对在城市环境下的毫米波大规模MIMO无人机因抖动性导致波束失准从而造成室内盲区,进而使得系统频谱效率下降的问题,提出一种RIS辅助毫米波大规模MIMO无人机混合波束成形的方法来提高系统频谱效率。先建立好RIS辅助毫米波大规模MIMO无人机系统信道模型,通过TT张量分解把RIS辅助毫米波大规模MIMO无人机的高维接收信号表示为低维信号,将系统频谱效率最大化的问题分解为优化RIS相移矩阵和求解混合波束成形矩阵两个子问题,对混合信道矩阵进行奇异值分解(SVD,Singular Value Decomposition)。分解后,优化RIS相移矩阵。再通过对收发两端进行解耦合,利用基于低复杂度相位提取交替最小化方法(PE-AltMin,Phase Extraction Alternating Minimization)的改进混合波束成形的方法求解混合波束成形矩阵。仿真实验证明,本章提出的方法较其它方法具有更高的频谱利用率。最后,通构建实验场景对前两章的方法进行实验验证,在不同的实验场景下,评估两种方法的性能。实验结果表明了前两章的方法能够在很大程度上提高整个毫米波大规模MIMO无人机通信系统的性能。

关键词： 刮板输送机   光纤光栅   调直   预测模型   误差评定  

摘要： 本文以智能工作面刮板输送机调直方法为研究对象,在分析刮板输送机姿态模型的基础上,通过光纤光栅曲率传感器感知刮板输送机运行轨迹,实现刮板输送机姿态实时感知。针对工作面刮板输送机调直问题,提出了一种基于光纤光栅曲率传感器感知的刮板输送机调直方法。本文主要研究内容包括:(1)分析了刮板输送机的结构组成及工作原理,建立了刮板输送机姿态模型,并对姿态模型进行分析。介绍了光纤光栅曲率传感器感知原理,结合刮板输送机姿态感知模型,利用光纤光栅曲率传感器实时感知刮板输送机姿态位置信息,以提高刮板输送机姿态感知的精度和效率。(2)提出了刮板输送机调直方案,选择以刮板输送机为基准的调直方法,具体包括两个方面:首先由光纤光栅曲率传感器感知刮板输送机当前轨迹,然后对刮板输送机轨迹按照调直算法进行调整。提出了基于LSTM神经网络算法的刮板输送机调直预测模型,将刮板输送机姿态实时感知与预测有效结合,提高了刮板输送机调直准确性。在刮板输送机调直过程中,为了验证刮板输送机调直效果,需要及时对当前调直后的轨迹进行调整。分析了评价直线度误差的方法,并引入刮板输送机调直误差评定的准则,选择MSE作为刮板输送机调直效果的评价指标。(3)对本文提出的基于光纤光栅曲率传感器感知的刮板输送机调直方法进行验证,选择在MATLAB环境中进行数值仿真。在考虑误差影响的情况下,按照调直算法对刮板输送机连续50次推移,经调直后的刮板输送机直线度误差最大为34.52mm,最小为21.74mm。通过LSTM神经网络算法对刮板输送机调直轨迹进行预测,预测出刮板输送机调直轨迹可以为下一刀刮板输送机调直提供参考依据,保证刮板输送机直线度满足工作面的要求。(4)搭建了刮板输送机调直试验平台,对刮板输送机模型进行了推移试验,根据调直试验结果数据,验证了本文提出的刮板输送机调直方法的合理性。分析了刮板输送机在调直过程中的误差。根据本文提出的刮板输送机调直方法,设计一种刮板输送机调直系统,并选择在12307工作面进行可行性分析。该论文有图48幅,表9个,参考文献88篇。