基于双光梳的激光吸收谱真空分压力测量技术研究

为了提高真空分压力测量的准确度和灵敏度，弥补传统测量方法的固有缺陷，真空分压力将结合理想气体定律，使用气体密度来表征。利用气体分子的红外吸收光谱，通过双光梳光谱技术测量其对特定波长光的吸收可实现对混合气体中目标气体密度的精确测量，进而反演出真空分压力。研建了基于电光双光梳的真空分压力测量系统，结合双光梳外差光谱技术与腔增强光谱技术，实现了非侵入、大动态、高速度的真空分压力测量。实验对CO₂,CO,N₂三元混合气体中CO₂与CO的真空分压力进行了测量，其相对误差分别为2.84%和2.77%。通过不确定度分析得出，吸收线强度误差是真空分压力测量中最主要的不确定度分量。     

基于深度学习光流法的荧光油膜全局速度测量

针对基于先验的传统光流法存在前提条件苛刻的问题，提出使用基于深度学习的光流法进行荧光油膜全局速度测量。采用数值仿真试验对基于先验的改进HS光流法和基于深度学习的FlowNet2光流法进行对比，结果显示：在不外加干扰时，改进HS光流法和FlowNet2光流法的平均端点误差分别为0.458 7像素/s和0.381 7像素/s；在亮度变化、噪声干扰或不同的演化时间下，FlowNet2光流法的平均端点误差均明显低于改进HS光流法，平均端点误差差值最大可达5.19像素/s；风洞试验进一步证明，FlowNet2光流法能够获得正确、清晰、定量的荧光油膜全局速度场，较改进HS光流法鲁棒性更高，对风洞工程应用具有一定的参考价值。     

基于互相关的光流测速法在湍流热对流中的应用

同时准确地测量大尺度流动结构和小尺度湍流统计特性对于理解湍流的能量传递规律有着重要意义。尽管粒子成像测速（PIV）技术得到了广泛的应用，但由于算法原理的要求以及商用相机分辨率的限制，PIV技术在同时获取大、小尺度流动特性方面并不实用。另一方面，近年来逐渐引起关注的光流测速法虽然可以实现单像素分辨率的大区域速度场测量，但其准确性通常受限于应用场景而难以保证。本文采用一种基于互相关的光流测速法来分析RayleighBénard对流的粒子图像，进而同时获得全局速度场和小尺度湍流特性。结果表明，这种方法不仅可以获得与PIV技术一致的全局场和流动强度，还能有效地解析出湍流耗散区的速度结构函数。进一步的，分别基于速度结构函数和定义直接计算而获得的能量耗散率不仅在数值大小上互相吻合，还与直接数值模拟的结果以及理论预测相一致。这些结果表明基于互相关的光流测速法在同时测量大尺度流动结构和小尺度统计特性上有很好的应用潜力。     

图像灰度和相位信息耦合的化铣胶膜刻型三维测量方法

航空航天等薄壁类金属结构件化铣过程中需进行多次刻型以生成凸台、筋条等结构。对其加工图案进行三维测量，不仅可检验加工精度，还可为轨迹规划、刻型工艺等参数优化提供基础数据，是保证化铣零件制造质量的关键技术。现有检测方法主要有人工模板比对、被动双目重建、三维点云分析等，可实现轮廓尺寸等基础参数检测，但在测量精度与完整性上仍存在较大问题。针对此，在结构光与被动双目三维测量的基础上，提出了一种耦合灰度-相位变化信息的化铣胶膜刻型三维测量方法。首先，分析刻型图案邻近区域灰度-相位变化特征，构建对应数学模型；然后，在此基础上，提出耦合左右相机灰度-相位信息的snake模型（Gray-Phase snake, GP snake），实现刻型图案中心线的高精度提取，克服灰度变化不均匀、左右相机视角不一致等因素导致中心线提取不精准的难题；最后，基于相位信息实现轮廓三维重建，解决传统方法上下边缘处重建不完整的问题，保证刻型图案测量的精度与稳定性。实验结果表明，所提方法可以实现化铣胶膜刻型图案中心线的完整三维重建，精度达0.036 mm。     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

基于DSP和FPGA的静电悬浮加速度计控制器设计

针对静电悬浮加速度计高稳定悬浮控制和极微小加速度信号处理需求，设计了一种基于数字信号处理（digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA)的加速度计控制器。该控制器采用DSP作为主控芯片，FPGA为辅助控制芯片。基于加速度计的工作特性，设计了一种加速度计工作模式切换控制策略，可根据加速度计当前工作状态，自动或者手动切换工作模式。基于加速度计的工作原理和测量需求，设计开发了基于FPGA的比例、积分、微分(proportional integral derivative,PID)控制算法和有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波算法。为验证该控制器的控制性能，开展了地面高压悬浮实验。结果表明，该控制器及控制算法可以快速准确地实现加速度计稳定悬浮控制和模式切换，并且可以实现软件在轨重构和控制参数在轨更新，为后续重力场探测、空间引力波探测以及自主导航等提供了工程参考依据。     

芯片级光钟技术综述

芯片级光钟是一种基于热原子中光频跃迁的新型光钟,近年来随着光子集成技术、激光技术和微机电技术的发展,该类光钟可以实现较小的体积和较高的精度,有望广泛应用于对体积、质量、功耗和精度敏感的各种国防装备中.介绍了国内外芯片级光钟技术的进展情况,阐述了芯片级光钟的相关技术,包括基于双光子跃迁的光频标技术、微制造气室技术和微腔光频梳技术等,分析了影响频率稳定度和准确度的主要因素,最后对芯片级光钟面临的机遇和挑战进行了简要的展望.     

单个中性球形颗粒在三维方腔中的运动

采用多松弛格子Boltzmann方法模拟了单个中性球形颗粒在三维顶盖驱动方腔流中的运动。考虑了展向弱受限的对称边界和强受限的固壁边界两种情况下初始位置、颗粒大小以及雷诺数的影响。对于展向弱受限的情形，发现颗粒的初始位置显著影响着最终的运动轨迹。根据相图被划分为三个区域：外层稳定区、内层稳定区以及涡中心区域。通过对颗粒受力的分解解释了其在极限环上运动的机理。此外，还详细介绍了球形颗粒在极限环上的顺时针旋转运动。随着雷诺数的增加，颗粒逐渐向外围靠近，不断旋转达到相应的极限环轨迹。对于选定的初始位置，观察到在高雷诺数时大颗粒向外迁移，而在低雷诺数时大颗粒的极限环靠近涡中心。对于展向强受限的情形，极限环与颗粒的初始位置无关。随着雷诺数的增加，除方腔左上角外，极限环轨迹有向外迁移的趋势。最后，随着颗粒尺寸的增大，极限环向方腔内部收缩。     

用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统设计

针对铯光泵磁强计对原子气室温度高稳定性及无磁干扰的要求，设计了一种用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统。该系统主要包括无磁加热器件与无磁恒温控制电路。无磁加热器件采用微机电系统工艺的双层对称四线结构，可有效抑制电流产生的磁场；无磁恒温控制电路通过交流加热进一步减小恒定磁场干扰，以现场可编程门阵列为核心，使用直接数字式频率合成技术产生高频加热信号，再经功率放大进行无磁恒温控制，减少硬件电路资源。测试结果表明，气室恒温控制的温度噪声峰峰值可达到0.02 ℃，满足光泵磁强计的性能要求。     

基于ISPSO的半透明介质中多种辐射特性参数反演（英文）

半透明介质广泛存在于工业和化工设备中，其热辐射特性在研究介质传热过程中起着重要作用。本文提出了一种改进的随机粒子群优化（Stochastic particle swarm optimization, ISPSO）算法，从角度光散射测量信号中反演半透明介质的热辐射特性参数，即吸收系数、散射系数和不对称系数。研究结果表明，与随机粒子群算法（Stochastic particle swarm optimization, SPSO）相比，ISPSO算法避免了局部最优和收敛精度低的现象，即使在5%的随机测量误差下也能获得合理的检索结果。当只需要研究两个参数时，反结果的鲁棒性是令人满意的。当反演的参数较多时，反演精度会降低。此外，在5%随机测量误差下，同时反演多个辐射特性参数时，即吸收系数、散射系数和不对称因子，本文提供的方法仍能得到满意的结果。结果表明，本文提供的反演方法是一种有效可靠的方法，可以同时估计半透明介质中的多个辐射特性参数。