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用于长期自主机器人的新型鲁棒同时定位与建图方法 Research Articles

魏伟1,朱晓蕊1,2,王毅1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第2期页码 234-245 doi: 10.1631/FITEE.2000358

摘要：自主移动机器人的基本任务是同时定位与建图（SLAM）。此外，长期鲁棒性是 SLAM的一个重要属性。当车辆或机器人快速旋转或在某些场景中（例如低纹理环境、长走廊、隧道或其他重复的结构环境）转向时，大多数SLAM系统可能会失效。本文提出一种新颖的鲁棒视觉惯性激光雷达(LiDaR)导航(VILN)SLAM系统，包括立体视觉-惯性LiDaR里程计和视觉-LiDaR闭环。所提出的VILN SLAM系统即使在偶尔会降低LiDaR或视觉测量性能的复杂场景中也可以长期稳定地运行。大量实验结果表明，与最先进的SLAM系统相比，VILN SLAM系统在各种场景下的鲁棒性都有了很大提高。

关键词：同时定位与建图（SLAM）；长期；鲁棒性；激光雷达（LiDaR）；视觉惯性激光雷达导航（VILN）

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片上激光雷达系统技术助推智能汽车和手机发展

Mitch Leslie

《工程（英文）》 2022年第18卷第11期页码 3-5 doi: 10.1016/j.eng.2022.09.003

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利用机载激光雷达和近地表地球物理方法空间识别复杂低幅度第四纪硅质碎屑岩层——以美国得克萨斯滨海平原为例 Article

Jeffrey G. Paine,Edward W. Collins,Lucie Costard

《工程（英文）》 2018年第4卷第5期页码 676-684 doi: 10.1016/j.eng.2018.09.005

摘要：

保存在全球滨海平原上的沉积单元控制着浅地层岩性分布，这对基础设施的设计和建设至关重要，同时也是许多第四纪冰期—间冰期循环中发生大规模气候变化的重要信息库。传统上在低幅度滨海平原上描绘的第四纪硅质碎屑沉积单元建立在航拍图和低分辨率地形图的基础上。低幅度和低曝光率影响了观测的准确性和精确性。高分辨率机载激光雷达探测、地表地球物理勘探和地球物理测井正被用于识别得克萨斯州滨海平原上第四纪地层岩性单元的精确横纵向边界。从机载激光雷达探测获得的高分辨率数字高程模型揭示了以前不为人知的地形细节，有助于识别地表特征，如砂质通道、富含黏土的河间沉积和更新世障壁岛上的堆积特征。在低幅度滨海平原环境中识别岩性和地层分布的最佳方法是：①首先使用激光雷达探测生成详细的高程模型；②基于激光雷达数据和航拍图的初步定位，选择性进行地表采样和地球物理探测；③在激光雷达和地表探测完成后，选择关键位置进行钻孔取样

关键词：岩性地球物理电磁感应激光雷达

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HY-2卫星激光观测精密定轨技术

王晓慧,彭海龙,林明森,周旭华,吴斌

《中国工程科学》 2014年第16卷第6期页码 90-96

摘要：

2011 年8 月16 日发射的海洋二号（HY-2）卫星是中国第一颗海洋动力环境卫星，配备的卫星激光测距跟踪系统即作为HY-2 卫星定轨基准系统，同时又是HY-2 卫星定轨系统之一。本文较为详细地介绍了HY-2 卫星激光观测、轨道预报和激光跟踪系统（SLR）定轨技术，并对SLR定轨结果进行了初步检验。

关键词：精密定轨全球定位系统多普勒雷达和无线电定位组合系统（DORIS）卫星激光测距

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长走廊环境下视觉特征辅助的移动机器人定位研究 Research Article

葛耿育1,3,张毅2,王维1,胡立鹤1,王洋1,蒋勤1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第6期页码 876-889 doi: 10.1631/FITEE.2200208

摘要：定位在移动机器人导航系统中起着至关重要的作用，是自主移动的基本能力。在室内环境中，当前主流的定位方案使用2D激光雷达，利用即时定位和建图（SLAM）技术来构建占据栅格地图；然后，基于已知的地图来定位。为解决这一问题，本文提出一种从粗到细的模式，该模式使用视觉特征辅助长走廊中的移动机器人定位。首先，移动机器人被远程控制，沿着中线从起始位置移动到终点。在移动过程中，使用基于激光的SLAM方法建图。同时，根据关键帧选择策略创建关键帧图像组成的视觉地图。关键帧通过时间戳与机器人的姿势相关联。其次，基于提取的激光扫描距离特征，提出一种移动策略，确定初始粗略位置。然后，移动机器人根据移动策略以适当的视角捕捉图像，并将其与图像地图进行匹配，以获得粗略的定位。最后，提出一种改进的粒子滤波方法来实现精细定位。实验结果表明，该方法对全局定位是有效和鲁棒的。定位成功率达98.8%，平均移动距离仅0.31米。此外，当移动机器人被绑架到走廊中的另一个位置时，该方法依然有效。

关键词：移动机器人；定位；即时定位和建图（SLAM）；走廊环境；粒子滤波；视觉特征

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HY-2卫星双频GPS精密定轨技术

林明森,王晓慧,彭海龙,赵齐乐,李敏

《中国工程科学》 2014年第16卷第6期页码 97-101

摘要：

海洋二号（HY-2）卫星双频全球定位跟踪系统（GPS）接收机获取的GPS数据是基于非差简化动力学方法应用于HY-2 卫星精密轨道确定。差分GPS载波相位数据可以消除钟差，同时利用GPS数据获得HY-2卫星轨道和GPS卫星轨道。GPS数据确定的轨道利用激光测距进行了检核，并与法国太空总署确定的轨道以及综合定轨策略确定的轨道进行了比较，HY-2 卫星基于GPS数据精密轨道径向成分优于3 cm。

关键词：精密定轨 GPS 多普勒雷达和无线电定位组合系统(DORIS) 卫星激光测距(SLR)

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无线信息与能量同时传输的鲁棒协作中继波束形成优化设计 None

Lu-lu ZHAO, Xing-long JIANG, Li-min LI, Guo-qiang ZENG, Hui-jie LIU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第11期页码 1432-1443 doi: 10.1631/FITEE.1601268

摘要：研究了应用于无线信息与能量同时传输的协作中继波束形成设计。基于中继节点拥有理想信道状态信息的假设，提出一种非鲁棒波束形成设计。实际中信道状态信息误差通常不可避免，为此，提出一种鲁棒波束形成设计。采用二分法和半定松弛法解决非鲁棒和鲁棒波束形成设计的非凸优化问题。由于半定松弛法的解不总是秩一的，提出一种迭代次梯度法求秩一解。仿真结果表明，在非理想信道状态信息下，所提鲁棒波束形成设计性能优于非鲁棒设计。

关键词：无线信息与能量同时传输；信道状态信息；鲁棒波束形成；半定松弛；迭代次梯度

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我国激光技术与应用2035 发展战略研究

“我国激光技术与应用2035 发展战略研究”项目综合组

《中国工程科学》 2020年第22卷第3期页码 1-6 doi: 10.15302/J-SSCAE-2020.03.001

摘要：

为促进激光技术及应用的发展，中国工程院于2018 年启动了“我国激光技术与应用2035 发展战略研究”重点咨询项目，本文是项目研究综合报告，文章简要分析了激光技术及在科研与产业中的工具性、引领性和颠覆性作用，分析了我国激光技术在前沿激光、制造加工、信息通信、医疗诊治等领域的科研和应用的发展现状，梳理了多个制约加速发展的问题，提出了我国激光技术及应用2035 年发展目标设想：强化顶层统筹谋划，引领我国激光技术与应用产业快速发展；加强基础研究，聚力突破产业化发展中的重大基础问题、共性技术基础和基础材料、器件；设立应用研发专项，打造多个新激光产业链；创新产业协同机制，完善激光产业创新生态；强化激光基础教育，加大对激光及光学学科人才培养力度等政策措施建议。

关键词：激光技术激光制造激光通信激光诊疗

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激光去除与连接技术发展研究

陈俐,巩水利,何恩光

《中国工程科学》 2020年第22卷第3期页码 78-84 doi: 10.15302/J-SSCAE-2020.03.012

摘要：

随着激光技术的发展，激光去除与连接技术深刻影响着制造业技术的发展，并以柔性、高效、高质的综合优势成为不可或缺的先进制造技术。在先进制造智能化发展的时代，激光技术、数字信息技术等的融合必将推动激光去除与连接技术的应用发展与创新。本文选取工业应用最广的激光焊接、激光切割、激光打孔、激光打标4 种激光去除与连接技术，概述了激光去除与连接技术的应用现状，分析了其在支撑先进制造发展过程中存在的问题。研究表明，激光去除与连接技术的发展应注重工艺基础和装备研究一体化的研究，解决激光加工单元部件、激光加工工艺、智能集成各环节的关键技术，强化工艺基础研究平台建设，关注技术创新和人才培养的多维度结合，以促进激光去除与连接技术从工艺应用开发到装备市场保障的生态链式的协同发展

关键词：激光加工激光焊接激光切割激光打孔激光打标

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基于全局和单调递减鲁棒性策略的鲁棒神经网络训练方法 Research Article

梁震1,吴陶然2,3,刘万伟4,5,薛白2,杨文婧1,王戟1,庞征斌4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第10期页码 1375-1389 doi: 10.1631/FITEE.2300059

摘要：深度神经网络的鲁棒性引发了学术界和工业界的高度关注，特别是在安全攸关领域。相比于验证神经网络的鲁棒性是否成立，本文关注点在于给定扰动前提下的鲁棒神经网络训练。现有的代表性训练方法——区间边界传播（IBP）和CROWN-IBP——在较小扰动下表现良好，但在较大扰动下性能显著下降，本文称之为衰退风险。具体来说，衰退风险是指与较小扰动情况相比，IBP系列训练方法在较大扰动情况下不能提供预期的鲁棒神经网络的现象。为了缓解这种衰退风险，我们提出一种全局的、单调递减的鲁棒神经网络训练策略，该策略在每个训练轮次考虑多个扰动（全局鲁棒性训练策略），并将其相应的鲁棒性损失以单调递减的权重进行组织（单调递减鲁棒性训练策略）值得注意的是，与原有训练方法相比，所提训练策略保留了更多的模型准确度，这意味着该训练策略更加平衡地考虑了模型的鲁棒性和准确性。

关键词：鲁棒神经网络；训练方法；衰退风险；全局鲁棒性训练；单调递减鲁棒性

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LTE外辐射源雷达多普勒维模糊副峰分析及抑制 Research Articles

左罗,王俊,陈刚

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第8期页码 1140-1152 doi: 10.1631/FITEE.2000143

摘要：本文详细介绍了LTE频分物理下行链路信号(LTE信号)作为照射源的外辐射雷达系统。根据LTE信号特定的物理帧结构分析其模糊函数特性，同时探讨多普勒维不同类型副峰的形成机理。仿真结果表明所提方法可将副峰抑制至−40 dB以下，同时主峰损失仅为1.7 dB，验证了所提算法有效性。

关键词：外辐射源雷达（PBR）；长期演进（LTE）；多普勒模糊副峰；距离多普勒二维联合

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激光增材制造的热力学和动力学多尺度理解

顾冬冬, 马成龙, 夏木建, 戴冬华, 石齐民

《工程（英文）》 2017年第3卷第5期页码 675-684 doi: 10.1016/J.ENG.2017.05.011

摘要：

选择性激光熔化（SLM）增材制造（AM）技术已成为精密制造高性能复杂形状金属零件的重要选择。SLM AM 工艺涉及复杂的物理化学现象、热力学特性以及高能激光束融化散粉颗粒时产生的相变。从中尺度研究AlSi10Mg 和Inconel 718 合金粉末的激光吸收和熔化/ 致密化特性。最后，从宏观尺度提出了逐行局部激光扫描过程中的应力发展和SLM 处理后的复合材料变形的参数依赖控制方法。多尺度数值模拟和实验验证方法有利于监测SLM AM 过程中复杂的粉末激光作用、传热传质特性以及微观结构和力学性能的发展。

关键词：增材制造选择性激光熔化多尺度建模热力学动力学

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中国新一代多普勒天气雷达网的建设与技术应用

许小峰

《中国工程科学》 2003年第5卷第6期页码 7-14

摘要：

新一代多普勒天气雷达已成为对灾害性天气监测、预测的重要手段之一，世界上一些发达国家已普遍使用这一技术。我国从1998年开始建设新一代天气雷达网，已将这项工程列入国债资金支持项目。介绍了多普勒天气雷达的技术发展情况，目前我国的建设和应用情况，提出在发展建设中应注意的几个问题，以及未来雷达技术在天气监测中的若干发展和应用领域。

关键词：新一代多普勒天气雷达技术分析系统建设与应用未来发展

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室内导航系统视觉标记性能分析 Article

Gaetano C. LA DELFA,Salvatore MONTELEONE,Vincenzo CATANIA,Juan F. DE PAZ,Javier BAJO

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第8期页码 730-740 doi: 10.1631/FITEE.1500324

摘要：智能手机大规模普及，人们对可穿戴设备和物联网兴趣倍增，以及定位服务指数级增长，使得室内定位导航成为近年来最重要的技术挑战之一。室内定位系统不仅在零售行业及定向推送广告行业有着巨大的市场，同时，它还可以部署在医院、机场、博物馆等公共建筑中，成为提升人们生活质量的基础性配置。甚至，在紧急情况下，是否部署室内定位系统，会造成生死之别。文献中已报道多种方法。近年来，得益于智能手机相机性能的大幅提升，无标记点和有标记点的计算机视觉方法得到开发。在之前的研究中，我们提出了一种利用低功耗蓝牙和嵌入地面的2D视觉标记系统进行室内定位导航的技术。本文重点研究了附于地表瓷砖的3种视觉标记在特定情况下的表现，提出了最优视觉标记的甄选原则，为我们提出的室内定位导航技术提供技术支撑。

关键词：室内定位；视觉标记；计算机视觉

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基于海面更快区域卷积神经网络的导航雷达平面位置指示器图像海面目标检测方法 Research Article

陈小龙,牟效乾,关键,刘宁波,周伟

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第4期页码 630-643 doi: 10.1631/FITEE.2000611

摘要：更快的区域卷积神经网络（Faster R-CNN）作为一种经典深度学习目标检测算法，已广泛应用于高分辨率合成孔径雷达和逆合成孔径雷达的图像检测。本文以导航雷达PPI图像为例，针对复杂背景（如海杂波）和目标特性情况，提出一种基于海面的更快的区域卷积神经网络（Marine-Faster R-CNN）算法的海面目标检测方法。首先，为提高检测海面目标的准确率，降低虚警率，设计了特征融合网络FFNet（Feature Fusion Network），并从锚点尺度、多目标检测、数据样本平衡性、尺度归一化等方面优化Faster R-CNN然后，利用日本无线电株式会社（JRC）导航雷达采集不同条件下的回波数据，构建海面目标数据集。最后，与经典Faster R-CNN方法和恒虚警率算法对比，证明所提方法准确率更高，稳健性更佳，泛化能力更强，可应用于导航雷达海面目标检测。

关键词：海面目标检测；导航雷达；平面位置指示器（PPI）图像；卷积神经网络；更快的区域卷积神经网络