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关键词： 溶胶-凝胶法   光学薄膜   激光疲劳损伤   真空损伤  

摘要： 在强激光系统中,大多数光学元件都需要用表面镀膜的方法来提高光学透过率从而减少传输过程中的能量损耗,而溶胶-凝胶法制备的SiO2薄膜由于其优异的减反射特性与较高的激光损伤阈值而被广泛应用。溶胶-凝胶法制备的SiO2薄膜的折射率可以通过分散SiO2颗粒的孔隙率来调节,然而正是因为孔隙的存在,导致薄膜的机械性能较差,涂覆于光学元件表面后其粘附性与硬度远低于介质膜;同时,较高的孔隙率使得环境中的水与有机污染物更容易吸附在薄膜表面填充孔隙,尤其是工作在紫外激光辐照与真空环境中,溶胶-凝胶薄膜在经历过数百次的激光辐照后会出现显著的脱落损伤现象,严重制约了薄膜的使用寿命。因此,如何提高强激光系统中光学薄膜的使用寿命是当前薄膜性能的主要问题。本文简述了惯性约束核聚变和KDP晶体薄膜紫外损伤的基础理论,对KDP晶体薄膜的涂膜方式、损伤模型进行了系统的阐述,在KDP晶体薄膜改性方法研究现状的基础上提出了本文的研究内容。针对文中所应用的实验方法及其原理使用进行了简要说明。在实验内容方面,本文首先对KDP晶体溶胶-凝胶减反膜的疲劳损伤进行实验研究。主要包括:利用扫描近场光学显微镜等表征手段,获得了 KDP晶体表面AR薄膜的损伤主要是由其表面剥落引起的,随着激光脉冲发次的增加,拉伸应力的累积导致薄膜损伤;初步观察到薄膜损伤扩展并相互连接,进而形成明显的剥落现象。同时还发现了 Si-O-Si(TO3)在1064 cm-1和1096 cm-1振动模峰处分裂机制,这代表了辐照损伤过程是渐进的。结合小口径高斯脉冲激光器,利用ToF-SIMS等表面分析手段研究了薄膜紫外损伤动力学过程,主要包括:通过分析Si-O-Si键向Si-O-K键的转变过程,解释了紫外激光辐照引起薄膜致密化的原因;此外,与未辐照薄膜相比,得到激光辐照后薄膜变形的动态演化规律。利用正电子湮没寿命谱、X射线光电子能谱等缺陷分析手段对薄膜疲劳损伤过程中的缺陷变化情况进行了详细表征。主要包括:采用扫描电子显微镜(SEM)和慢正电子束(SPB)技术研究了薄膜损伤过程中的宏观缺陷和微观缺陷。利用X射线光电子能谱(XPS)分析了损伤过程中非桥接氧(NBO)的形成以及O/Si比值沿薄膜深度方向的变化。利用小口径薄膜损伤平台对薄膜损伤因素进行了探究。主要包括:通过控制激光能量密度、油污染程度、环境气氛等条件来研究影响薄膜损伤的主要因素;利用小口径薄膜损伤平台验证了多种膜参数制备的溶胶-凝胶薄膜的抗疲劳特性。在传统HMDS改性的疏水薄膜的基础上,制备了盐酸/氨强化薄膜并验证其性能。主要包括:利用固体核磁共振表征了改性薄膜的29Si结构,验证了改性过程;利用小口径损伤平台在6 J/cm2通量3000发下改性薄膜的损伤抗性,结果表明两种改性手段均可以提升薄膜寿命,其中氨强化方法效果最明显。最后总结了本论文的工作并对后续的研究进行了展望。

关键词： 热辐射器   钨   电化学抛光   工艺参数   正交试验  

摘要： 在热光伏系统中,钨因其熔点高、红外区发射率低、相较于其他难熔金属蒸汽压低等优点,可作为热辐射器材料。对热辐射器表面进行抛光处理有利于提高其辐射效率。电化学抛光是一种加工过程无接触、加工效率高的表面处理技术,能够适用于提升钨热辐射器的表面质量。 根据电化学抛光特点及工件形状,自主搭建了一套电化学抛光试验平台,主要包括电化学抛光工装、温控系统和电解液循环系统,其操作简单,便于使用。 基于搭建的电化学抛光试验平台开展单因素试验,探究了不同工艺参数对钨电化学抛光的影响规律。结果表明,表面粗糙度随着加工电压、加工时间、加工间隙和电解液温度的增加均呈现先减小后增大的趋势。其中,当加工电压为20V时,抛光后的表面粗糙度最低,为21nm;当加工时间为160s时,抛光效果最好,表面粗糙度为24nm;当加工间隙为5mm时,表面粗糙度最低,达到18nm;当电解液温度为25℃时最小,表面粗糙度为22nm,此时的抛光效果最佳。 通过开展正交试验对工艺参数进行了优选,分析试验结果后确定了加工参数对钨电化学抛光效果的影响程度。影响程度从大到小依次为加工电压、加工间隙、电解液温度、加工时间。同时得到电化学抛光最佳工艺参数组合为:加工电压20V、加工时间160s、加工间隙5mm和电解液温度30℃,在最佳工艺参数组合条件下抛光后的工件表面粗糙度值为13nm,表面平整且光亮。

关键词： 抑郁症   青少年   自杀未遂   弥散张量成像   白质  

摘要： 目的:基于弥散张量成像技术(diffusion tensor imaging,DTI),探索有无自杀未遂史的抑郁症患者脑白质的异同,寻找有自杀未遂史的抑郁症患者脑白质特异性改变。方法:符合《美国精神疾病诊断与统计手册》第五版抑郁症诊断标准,用17项汉密尔顿抑郁量表(Hamilton ratingscale for depression,HAMD-17)对26例自杀未遂抑郁症患者、27例无自杀未遂抑郁症患者进行评估,并招募16例健康志愿者。采集弥散张量成像数据,应用纤维束示踪空间统计分析(Tract-Based Spatial Statistics,TBSS)方法,对比自杀未遂组、无自杀未遂组及健康对照组之间的白质各向异性(fractional anisotropy,FA)分数差异,并分别对三组组间差异性脑区的FA值与HAMD-17量表评分进行相关分析。结果:与健康对照组相比,自杀未遂组FA值在左侧脑区广泛显著降低(P<0.05),其中包括:丘脑后部辐射(Posterior thalamic radiation)、胼胝体压部(Splenium of corpus callosum)、大脑脚(Cerebral peduncle)。与健康对照组相比,无自杀未遂组FA值在左右脑区广泛显著降低,包括内囊(internal capsule)、胼胝体压部(Splenium of corpus callosum)、胼胝体膝部(Genu of corpus callosum)、胼胝体体部(Body of corpus callosum)(P<0.05)。自杀未遂组与无自杀未遂组相比,FA值在左侧内侧丘系(Medial lemniscus)、小脑上脚(Superior cerebellar peduncle)显著降低(P<0.05)。Spearman分析结果显示,无自杀未遂组与健康对照组差异性脑区的FA值与HAMD-17量表评分呈负相关(P<0.01,r=-0.564)。自杀未遂组与健康对照组两组差异性脑区的FA值与HAMD-17量表评分呈负相关(P<0.01,r=-0.637)。自杀未遂组与无自杀未遂组两组间差异脑区的FA值与HAMD分数之间没有相关性(P>0.05)。结论:1.与健康对照组相比,自杀未遂组与无自杀未遂组FA值降低的脑区在胼胝体有重叠。2.自杀未遂抑郁症患者存在特异性白质损伤,包括内侧丘系、小脑上脚以及丘脑后部辐射、胼胝体压部、大脑脚。3.与健康对照组相比,自杀未遂组及无自杀未遂组差异性脑区的FA值与病情严重程度呈负相关。自杀未遂组与无自杀未遂组差异性脑区的FA值与病情严重程度之间与无显著相关性。

关键词： 投影栅相位法   三维轮廓测量   强反射表面   多曝光融合技术   外差解相  

摘要： 与传统的接触式三维测量方法相比,光栅投影三维测量技术因具有适用性广、非接触式、和精度高等优点而被广泛应用。但对于具有强反射表面的被测物体,利用该方法采集到的图像可能会出现局部过亮或过暗的情况,从而在解相时产生相位误差,导致计算出的点云存在缺失,造成物体的测量精度大为降低。因此,为了提高光栅投影三维测量技术对于强反射物体表面的测量精度,本文做了以下工作:首先,基于一种灵活的测量模型,使用标准的四步移相法提取被测物体的相位主值,然后需对其进行展开才能得到完整连续的绝对相位,本文使用双频外差法进行相位展开,最后将展开后的绝对相位结合系统标定得到的参数求解三维点云数据。同时针对解相时由于误差而产生的相位跳变,提出一种改进的基于三频外差相位展开法,首先通过标准的四步移相法获得三种频率的相位主值,利用双频外差相位展开法得到两种频率更低的包裹相位,再次通过双频外差解相原理推导出条纹级数小数部分的理论值和由四步移相法获取的相位主值计算出条纹级数小数部分的实际值,利用二者之差的绝对值设置阈值,该阈值的设置与光栅条纹节距有关,用该阈值与上述差值进行比较,以此对周期次数进行调整,减少跳变次数,从而校正绝对相位。实验结果表明,相对于传统的双频外差解相原理,本文提出的方法对跳变点的消除率可达96.8%以上,且对噪声有很强的抗干扰性。其次,针对测量强反射物体表面时产生明显的反射和散射,造成光栅条纹无法清晰投影在被测物体表面上,导致测量精度下降的问题,提出一种投影栅相位法和改进的多曝光图像融合技术相结合的三维测量方法。首先在投影仪投射白光下采集不同曝光时间的被测物体的图像,通过设置阈值去除图像中过曝的区域制作掩模图像;其次在相应的曝光时间下采集的光栅条纹图像与同等曝光时间下的掩模图像相乘,此时得到条纹图像去除了高光区域;接着选择合适的系数对条纹图像进行线性变换后叠加,目的是防止图像叠加后产生新的高光区域;然后将叠加之后的条纹图像进行灰度值归一化处理,最后对其伽马变换和灰度值还原。此时的条纹图像可以去除图像中原本过明或者过暗的区域,且条纹清晰均匀,利用解相原理和标定参数可以解出被测物体的三维点云数据。实验选择了三种具有平滑、空洞、内陷和凸起等特性的样件进行测量和分析,本文方法不仅可以去除图像中的过曝区域且在融合时不会出现新的过曝区域,也能对图像灰度值较低的区域进行提高,保证了条纹图像的质量,使得能在后续步骤中被提取相位信息,同时也验证了所提方法的可行性和适用性。最后,基于灵活的系统模型搭建了一个结构光三维测量平台,用于对不同金属目标物进行三维形貌重建。实验分别使用本文方法和其他多种现有方法对金属目标物测量所得的点云图像进行对比分析,实验证明,本文方法可检测出99.3%以上的三维点云,同时对选取过曝和过暗区域的相位进行误差分析,与原始相位对比时,最大相对误差不超过0.17%,说明本文所提方法并未引入较大误差,保证了测量精度,验证了本文所提方法的普适性和有效性。图[41]表[10]参[62]

关键词： 高光谱图像解混   Tucker张量分解   低秩   自编码网络   深度奇异值分解  

摘要： 高光谱卫星遥感图像,是通过卫星搭载的成像光谱仪获得的包含多个波长范围图像的三维立方体。其包含了非常丰富的光谱信息,在许多领域中有非常重要的作用。但由于卫星遥感成像的局限性,多个地物的光谱在传播过程中会发生线性或非线性的混合,导致高光谱图像中的混合像元往往包含多种纯净地物的光谱信息,而高光谱图像中广泛存在混合像元。这对后续的应用造成了极大的阻碍。为了得到纯净的地物光谱及其组成比例,基于低秩矩阵的解混方法近年得到了广泛的研究与应用。然而,将高光谱遥感图像降维成二维矩阵会破坏相邻光谱波段间光谱的联系,无法充分利用高光谱图像相邻光谱相似性以及空间结构相关性;通常为了不损失这一部分的空谱信息,研究者们会增加多个正则项来保证解混的精度,而由于高光谱图像的单个数据量大,这一类的方法的运算效率通常较低,求解过程会比较复杂和繁琐。因此,为了提高解混的精度,得到更为准确的端元以及其对应的丰度,本文探索了张量以及自编码网络框架下的解混方法,进一步提升模型提取高光谱图像端元光谱以及丰度反演的性能。主要包括以下内容:(1)提出了一种基于L范数和Tucker张量分解的高光谱图像盲解混方法。该方法在处理过程中保持高光谱图像的三阶张量结构,通过Tucker张量分解来利用高光谱图像的低秩特性,以张量的形式实现对高光谱图像空间信息的利用。同时,在模型中添加L范数实现对高光谱图像稀疏性的利用。在实验中与当前在解混问题中表现优异的方法进行了对比,结果表明,本章方法无论是端元提取还是丰度反演,都优于其他对比方法。(2)提出了一种基于深度奇异值分解网络的高光谱图像解混方法。该方法以自编码网络为基础,在编码器中使用一维卷积代替全连接网络进行编码降维编码,以保持高光谱图像的三维立体结构充分利用高光谱图像的空间信息。此外,通过自编码网络结构模拟奇异值分解刻画高光谱图像的低秩结构,同时,在深度奇异值分解模块中通过自定义的阈值激活函数深度挖掘高光谱图像的稀疏特性。该方法中还在损失函数中引入了差分正则项以利用相邻光谱间的相关空间信息。通过添加不同信噪比噪声的模拟数据以及公开的真实数据,验证了方法的优越性。

关键词： MIMO   毫米波   信道估计   张量分解   时变信道  

摘要： 在5G(Fifth Generation)无线通信系统中,用户迫切需要高速率、低时延和高可靠的无线数据传输业务,却往往面临着频谱资源短缺的问题,因此将频谱拓展到更高频带已经成为5G通信的主要方向之一。毫米波(Millimeter Wave,mmWave)的庞大带宽足以提供每秒千兆比特的数据吞吐量,是下一代蜂窝无线通信技术的核心技术之一。与此同时,通过结合毫米波通信与多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统,不仅能够有效提高毫米波通信的频谱利用率,而且可以克服高频通信带来的严重路径损耗。为了保证毫米波通信与MIMO系统的高效结合,基站和用户端都需要良好的信道状态信息,而在5G毫米波高速移动场景中,用户端的高移动性导致信道状态愈加复杂,多普勒频移的影响为信道估计带来了更大的挑战。因此本文将以毫米波MIMO系统时变信道估计问题为核心,针对时变信道估计算法中低导频开销、低复杂度、高鲁棒性的需求,结合张量分解的数学理论对不同通信场景下的信道估计算法展开研究。本文的主要内容包括:(1)对于频分双工(Frequency Division Duplex,FDD)系统,主要研究下行时变信道估计,用户端可以反馈信道状态信息给发射端。在点对点MIMO系统下,用户端采用两阶段信道估计的方法将信道估计划分为角度估计、多普勒频偏与复增益估计两部分,并使用张量分解的方法辅助信道估计。在第一阶段,将接收信号建模为三阶张量,针对传统张量分解方法低稳定性的问题,提出了一种结构化张量分解方法来估计角度信息,该方法利用张量因子矩阵的范德蒙结构,使用纯代数的方法恢复参数,避免传统张量分解方法需要迭代的不稳定性,达到了提高稳定性并提升性能的效果;在第二阶段,通过已求得的角度和接收信号来恢复多普勒频偏和复增益。(2)扩展到多用户MIMO场景,在时分双工(Time Division Duplex,TDD)系统中,基站端可以利用信道互易性将上行信道转化为下行信道,因此主要研究上行信道估计。基站端采用两阶段信道估计的方法将信道估计划分为角度估计、多普勒频偏与复增益估计两部分。在第一阶段,针对传统张量分解方法复杂度偏高的问题,提出了一种基于字典的张量分解方法来估计角度,该方法利用毫米波信道在角度域上的稀疏性,大大降低了张量分解计算过程的迭代次数,从而达到了降低复杂度的效果;在第二阶段,通过已求得的角度和接收信号来恢复多普勒频偏和复增益。本文采用张量分解的方法来进行信道估计,能够有效降低信道估计的导频开销,进一步的通过利用张量因子矩阵的稀疏性与范德蒙结构,改善了传统张量分解方法的复杂度与性能,对后续的相关研究有一定的参考价值。

关键词： X射线   能谱CT重建   张量字典学习   张量分解   稀疏性   低秩性  

摘要： 基于光子计数探测器的X射线能谱CT(Computed Tomography)技术相较于传统的XCT技术,在能谱信息的获取和对材料组分的准确表征方面具有显著优势,对于生物医学成像、安全检查、无损检验等应用领域的新型发展有着重要意义。但能谱CT的能谱通道狭窄且光子计数有限,使得投影数据存在较大噪声,导致重建图像质量易受噪声和伪影的影响,影响能谱CT技术的实际应用。传统重建方法仅关注单通道图像的相关性,忽略了多通道图像间的关联性,影响图像结构的准确恢复。为了捕捉能量通道间图像的相关性特征,提高重建准确度,基于张量模型的重建算法相继被提出。尽管目前的算法已取得显著成效,但对能谱图像相关性的特征表征还不充分,在能谱图像噪声抑制、伪影去除及图像结构恢复方面仍存在不足,影响图像质量及后续的材料组分表征。为此,本文在现有重建算法基础上,进一步研究能谱单通道空域内和多通道谱域间图像的相关性特征,开展基于张量分析的能谱CT图像重建算法研究,使重建算法更加有效可行。本文的研究内容如下:(1)针对张量字典学习在稀疏角度重建容易丢失图像边界和细节的问题,提出了一种基于增强约束性张量字典学习的能谱CT重建算法。该算法首先利用了张量字典学习充分挖掘CT能谱图像各通道间相关性的优点;其次联合全能谱图像的高信噪比特点和图像梯度L范数保护图像边缘的优势设计一体化的正则项,进一步增强单通道图像域中的稀疏性约束。在仿真小鼠和实际小鼠数据集上验证了算法的性能,实验结果表明本章算法能有效地保留图像边缘特征和细节结构,同时抑制了图像噪声,提高重建图像质量。(2)针对基于张量字典算法重建得到的图像质量严重依赖于训练张量字典样本,而在实际中很难获得高质量的预训练全局张量字典的问题,构建了一种总广义全变分(Total Generalized Variation,TGV)约束的张量分解能谱CT图像重建模型。在张量体的构造过程中,算法利用图像的非局部相似性特征构建四阶张量体,以CP(Canonical Polyadic)张量分解代替预训练张量字典来探索图像的通道相关性;同时引入TGV正则项表征空域稀疏性特征,高阶导数的使用可以更好地适应不同的图像结构和噪声水平。在仿真小鼠和实际小鼠数据集上验证了算法的性能,实验结果表明本章算法能更好的抑制伪影和噪声,并且有利于细小图像结构的恢复。(3)针对Tucker和CP张量分解算法无法在张量空间中做到低秩性和稀疏性统一的问题,提出了一种联合KBR(Kronecker-Basis-Representation)张量分解和全变分TV(Total Variation)一体化的能谱CT图像重建算法。该算法利用KBR张量分解同时探索三阶图像张量的低秩性和稀疏性,统一了张量空间的稀疏性度量;单通道图像域引入TV正则项一方面可以有效地进一步抑制张量分解过程中图像块聚合引起的伪影,另一方面在提升图像质量的同时不再过度增加算法运行时间。在仿真小鼠和实际小鼠数据集上验证了算法的性能,实验结果表明本章算法能更好的恢复图像结构特征,并且有利于伪影和噪声的抑制。

关键词： 变系数的波动方程   Wave-ODE耦合系统   谐干扰   阻尼项   反步方法   LaSalla不变原理   输出反馈   自适应稳定  

摘要： 常系数波动方程的控制问题在过去几十年中一直是分布参数系统控制领域的重要研究课题之一,其中就有带阻尼项的波动方程的系统,但随着人们研究的不断深入,变系数偏微分方程的许多控制问题也逐渐引起了众多学者的关注,因为它们广泛应用于隐形模型(构建导致观察隐形特性的设备),种群遗传学,气候学,天体力学等领域.这些诸多领域的应用也使得变系数偏微分方程面临许多具有挑战性的数学问题.此外,耦合系统一直是活跃的研究领域,在电磁耦合,机械耦合和化学反应耦合的控制问题中备受关注,其中反步法是设计ODE-PDE系统反馈控制律的有效方法之一.值得一提的是,实际应用中,由于对被控对象工作机理认识不清或受外部扰动影响,例如风,雨等等不可控的条件使得系统不可避免地存在许多不确定性,这也让控制分析与设计变得更加复杂,已有的控制方法不再适用.因此,研究变系数波动方程的控制设计及其稳定性分析具有非常重要的理论和实际意义.本文研究变系数波动方程控制设计及其稳定性分析问题.通过利用反步方法、算子半群理论、Riesz基、Lyapunov稳定性理论、自适应方法、La Salla不变原理以及无穷维干扰估计器方法,提出了构造边界控制器以及证明闭环系统的适定性和稳定性的分析方法.与已有的研究相比,本文所研究的系统更加复杂且容许不确定性,拓宽了已有方法的适用范围.