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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 33 期 4，2025 2025年33卷第4期

  • 现代应用光学

    “最新研究报道，科研团队开发出三种规格的光纤布拉格光栅穿戴式多关节指套，可屏蔽温度影响，精确监测手指各关节运动角度灵敏度和运动情况，适用于不同人群。”

    闫希研, 冯艳, 章紫微, 张华

    DOI：10.37188/OPE.20253304.0497
    摘要：根据手指尺寸的不同，设计出三种规格的光纤布拉格光栅（FBG）穿戴式多关节指套，该指套可以屏蔽温度对FBG的影响。它具有良好的固定耦合性和抗蠕变的能力。建立了多关节手指运动模型；将三种指套穿戴到手指模型和志愿者1、志愿者2的手指上进行了关节运动角度标定实验；使用惯性测量单元（IMU）传感器和光纤光栅感知单元进行了人体食指、中指、环指角速度监测的对比实验；利用指套监测三种不同的手势，并结合反向传播（BP）神经网络进行了预测分析。模型食指灵敏度对比理论分析的食指灵敏度误差小于7.7%。手指模型相应关节的“正行程”和“反行程”的平均灵敏度大于5.3 pm/°，两名志愿者手指相应关节“正行程”和“反行程”的平均灵敏度大于3.8 pm/°。标定实验研究表明，该指套可以精确监测手指不同关节的运动灵敏度，且可适用于不同人群，指套装置可以屏蔽人体温度的影响。利用Bland-Altman分析方法对对比试验监测的数据进行分析，得到二者的监测结果具有一致性，证明了光纤光栅感知单元可以对食指、中指、环指的运动进行有效监测。利用指套监测手势，并利用BP神经网络对两名志愿者进行预测分析得到均方误差分别为0.000 04和0.000 002。综合上述实验研究表明，FBG多关节指套可以精确地监测手指各关节运动角度灵敏度和运动情况，可以利用BP神经网络对其进行预测。  
    关键词：光纤布拉格光栅;穿戴式多关节指套;关节运动灵敏度;手势监测   
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    更新时间：2025-03-31
    “在光电精确制导领域，专家建立了基于数据驱动的多模复合光电制导导引头数据层融合方法，大幅提升了制导精度和抗干扰能力，满足实际应用需求。”

    刘书信, 吴辉, 王代华, 佘俊超

    DOI：10.37188/OPE.20253304.0512
    摘要：为了提高光电精确制导导引头的制导精度和抗干扰能力，建立了基于数据驱动的多模复合光电制导导引头数据层融合方法。首先，分析激光/毫米波雷达/红外多模复合光电精确制导数据融合与物理结构的关系。接着，采用拉格朗日插值法和坐标变换实现多模制导数据配准。最后，提出了基于新型卷积增强Transformer模型的多模复合制导信息融合方法，实现了多模复合制导导引头的数据层融合和干扰识别。为了验证所提方法的有效性，构建了导引头挂飞实验系统。实验结果表明：多模复合制导信息融合方法可以实现多模制导在数据层的融合，与互协方差融合法相比，均方根误差降低22%以上，受干扰时的捕获概率从71%提升至91%，大幅提升了多模制导精度和抗干扰能力，可满足多模复合光电精确制导实际应用需求。  
    关键词：多模复合制导;深度学习;数据融合;目标跟踪   
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    更新时间：2025-03-31
    “在小行星地形探测领域，研究人员提出了一种新型接收光学系统，成功解决了激光雷达在极端环境下的应用难题，为小行星探测提供了新方案。”

    张运方, 朱飞虎, 郑岩, 陈建峰, 洪帅, 曹哲, 张东来, 史广青, 李林, 王立

    DOI：10.37188/OPE.20253304.0521
    摘要：为使激光雷达满足小行星地形探测时的温度范围以及真空环境要求，解决存在探测盲区、探测范围小以及照明阵列和像素阵列难以精确对准等技术难题，本文从任务需求出发，提出了一种基于透反镜、多曲率球面透镜以及平板玻璃的接收光学系统。通过45°放置具有80%反射率的透反镜实现了发射光学系统和接收光学系统的共光轴。利用多曲率球面透镜不同口径区域具有不同曲率半径的特点避免了探测盲区，同时实现了超宽的探测范围。通过镜片材料以及镜片间距公差的优化实现了光学系统的热不敏特性以及畸变和焦距的精确控制。测试结果表明，接收光学系统可实现Ø1.91°的视场，30~300 m的超宽工作距离，具备0~40 ℃的工作温度范围，可适应真空和常压两种工作环境，已成功应用于小行星地形探测激光雷达。  
    关键词：激光雷达;接收光学系统;光学设计;多曲率球面透镜   
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    更新时间：2025-03-31

  • 微纳技术与精密机械

    “在数字化位移测量领域，研究者设计了基于球面光投影成像的直线位移测量系统，实现了高分辨力直线位移测量，为减小系统体积提供技术依据。”

    赵志财, 于海, 万秋华, 梁立辉, 张红鑫, 曾琪峰

    DOI：10.37188/OPE.20253304.0532
    摘要：基于图像识别算法的图像式位移测量具有较高的鲁棒性和容错性，是一种新型数字化位移测量技术。为了减小测量系统体积，同时实现高分辨率直线位移测量，设计基于球面光投影成像的直线位移测量系统。首先，采用球面光投影的放大作用，设计球面光投影成像放大光路，并根据光波平面模型对图像传感器采集到的像素灰度值进行补偿。接着，为了在单码道上实现绝对位置测量与编码元素区分，设计伪随机序列的编码方式及基于宽度阈值的译码方法。然后，为实现亚像素级直线位移测量并提高系统精度，设计直线位移细分算法与多质心融合算法。最后，设计实验装置对所提出的方法进行实验验证。所设计的实验装置测量光路高度仅有5 mm。实验结果表明，所提出的方法能在250 mm的量程范围内，实现理论分辨力为5 nm，误差范围为-3.3~3.6 μm，补偿后误差范围为-0.6~1 μm的直线位移测量。所做的研究，可在减小系统体积的同时实现高分辨力直线位移测量，为开展高分辨力直线位移测量研究提供技术依据。  
    关键词：球面光投影成像;图像式直线位移测量;高鲁棒性;高容错性;高分辨力   
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    更新时间：2025-03-31
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