可见性分析

可见性分析（精选八篇）

可见性分析 篇1

关键词：空间目标监视,天基观测,可见性分析,地光,地影

1 引言

随着全球太空资源开发热潮的进一步高涨,越来越多的卫星发射升空,使得在轨工作和失效的卫星的数量不断增多,空间碎片对人类航天活动的威胁日益明显,为了解决空间目标编目、预警以及危险规避等实际问题,迫切需要一种对空间在轨目标进行有效监视的手段[1]。与地基观测相比,天基观测不受地球大气和固定布站的限制,可在目标特征获取和观测覆盖性等方面发挥较大优势。天基光学监视系统以被动探测方式,观测距离远,具备长时间连续监测的能力,可以获取目标的几何特征,并且载荷技术简单、容易实现,是目前较为成熟的方式[2,3]。

天基光学观测的在轨目标可见性分析是天基空间监视系统中的关键问题之一。文献[4]在讨论天基光学设备监视范围时,以被观测空间目标相对于心的弧长为判断依据,所有轨道均视为大倾角(90°)圆轨道,且以平面几何考虑,太阳光视为与赤道平面平行的平行光,该假设过于简单。对监视卫星和空间目标是否处于地影的判定,文献[5]中提出利用卫星处的地球、太阳和月亮的视角半径和视面积来判断卫星是否处在阴影中;文献[6]通过解四次方程求得卫星进出地影的位置,为解此方程,对方程系数做了一些简化,由此产生一定的传播误差[7]。文献[7]对判定空间目标是否处于地影,提出了一种新的算法。该算法基于特定时刻的地影范围是确定的假设,以任一时刻太阳直射点的坐标为输入量,推导出该时刻描述地影范围所需的精确参量,从而判断空间目标在该时刻是否处于地影中。这些关于天基光学观测可见性的研究,通常都局限在对地影条件的讨论上,而忽略了同样影响光学可见性的地光、日光以及月光等条件,文献[8]虽然对这些条件有所提及,但未系统阐述,也未对这些影响因素进行详细分析。

针对上述问题,本文利用在轨目标、观测卫星、地球、太阳以及月球之间的几何关系,综合考虑地影、地球遮挡、地光、日光以及月光等多种条件推导出目标对于观测卫星的光学可见条件,建立天基光学可见性预报方法。通过仿真得到低轨观测卫星分别对高轨、中轨与低轨卫星的可见时段,并对结果进行了分析,得出了有益的结论。

2 天基光学观测可见条件分析

如图1所示,用符号P表示观测卫星位置,O表示目标的位置,S表示太阳位置,M表示月球位置,地球半径为RE。在J2000地心赤道坐标系中,某个时刻,太阳的地心矢量为rs,月球的地心矢量为rm,观测卫星的地心矢量为rp,目标卫星的地心矢量为ro;目标卫星相对于观测卫星的矢量为rop=ro-rp,太阳相对于观测卫星的矢量为rsp=rs-rp,月球相对于观测卫星的矢量为rmp=rm-rp。

给定某一时刻,令满足地球遮挡与地光可见条件的区域为GEarth,满足地影可见条件的区域为GEclipse,满足日光可见条件的区域为GSun,满足月光可见条件的区域为GMoon。上述四个区域取交集,即得该时刻监视卫星P的光学观测的实际可观测区域,即

相对于观测卫星,目标只要进入G区域,即认为是光学可见的。下面分别讨论这些条件。

2.1 地球遮挡与地光条件

地球对天基观测的影响除了目标会受地球遮挡外,还受到地球对太阳光的反射与大气散射作用的影响。当目标出现在地球视圆面及其附近区域时不宜观测,这种影响称为地光条件。由于地球遮挡条件包含在地光条件中,因此,地球对天基观测的影响只需要考虑地光条件即可。

地光条件通常用临界视轴距离地面的高度h0作为指标(如图2)。只要目标O相对于观测卫星构成的矢量rop与-rp构成的夹角θ大于临界视轴与地心构成的夹角θ0就可以观测。因此,满足地光条件的可观测区域GEarth表示为

由于0<θ0<π/2,式(2)可以写成矢量形式,即:

2.2 地影条件

当目标进入地球阴影,不能被太阳光照射时,光学相机无法观测到目标。因此,目标应满足地影条件才能被观测到。地影可近似看成圆柱体,假设目标的地心矢量ro与太阳的地心矢量rs的夹角为β,见图3。

则目标的地影条件的可见区域GEclipse为

由于0≤β≤π,因此式(4)可写成矢量形式,即:

2.3 日光条件

要实现对目标的观测,目标不能在太阳的视圆面上及其附近区域,这就是目标应满足的日光条件。如图4所示。即目标O相对于观测卫星P矢量rop与太阳S相对于观测卫星的矢量rsp之间的夹角大于某一临界角α0,该临界角为太阳的视半径与光散射角之和。因此,满足日光条件的可见区域GSun表示为

其中α0为非负锐角,且0<α<π。因此,式(6)可以写成

空间目标、观测卫星与太阳的关系满足式(7)时,不受日光条件影响。

2.4 月光条件

由于月亮反射太阳光,目标不能出现在月球视圆面上,在满月前后目标也不能出现在月亮附近区域,空间碎片应满足月光条件,与日光条件相同的方法,满足月光可见条件的区域为GMoon为

式中φ0为临界角,是月球的视半径与光散射角之和。

空间目标、观测卫星与月球的几何关系满足式(8)时,不受月光条件影响。

3 高精度轨道预报

在建立观测卫星与目标在任一时刻光学可见性模型的基础上,为了实现对在轨目标天基观测可见时段的准确预报,还需对预报模型中涉及到的太阳、地球、月球、目标以及观测卫星的地心矢量进行准确预报。

3.1 太阳与月球地心矢量精确预报

目前,为获取高精度的太阳系大行星和月球的位置,通常采用高精度的太阳系行星历表内插的方法得到。JPL DE405考虑了影响较大的300颗小行星的摄动作用,成为当今通用的行星历表。DE 405历表以32天一组Chebychev多项式的形式给出了1 600AD~2 200AD期间太阳、大行星和月球的位置速度,以及地球章动和月球天平动的数据。本文利用DE405内插地球、月球在太阳系质心坐标系中的精确位置信息,再通过转换得到月球与太阳在J2000地心赤道坐标系中的位置矢量rs与rm,完成对太阳与月球的地心矢量的高精度预报。

3.2 卫星地心矢量的预报

对卫星的轨道预报通常可采用解析法和数值法。解析法预报器相对于数值法的其中一个优点就是没有积分发散,在简略模型下是精确的。但也由于简略模型很难反映真实情况,因此,解析法不适合用于精确轨道预报。数值法轨道计算模型区别于解析法轨道计算模型的是它可考虑更多的摄动因素,在小步长短时间段的轨道预报中现实轨道比较接近。因此,为了精确预报观测卫星和目标的位置,本文采用高精度轨道数值积分方法。轨道摄动模型考虑了地球引力摄动、大气摄动、光压摄动与日月第三体引力摄动等[9]。

4 仿真实验与结果分析

4.1 仿真实验结果

利用本文推导的在轨目标天基观测可见性判断模型,以某太阳同步轨道作为观测卫星轨道,利用数值仿真的手段,分别对典型低轨、中轨和高轨卫星进行了可见性预报。

仿真时间设为2008年1月11日12时(UTC)到2008年1月12日12时(UTC),共计24 h,仿真步长为1 s。观测卫星与目标的轨道初值如表1所示。

取地球半径RE为6 378.140 km,地光条件中临界视轴距离地面的高度h0为150 km,日光条件临界角α0为10°,月光条件临界角φ0也为10°。分别选取风云卫星碎片(编号为32369)、GPS 2R-16卫星(编号29601)与TDRSS(编号27566)卫星代表低轨、中轨与高轨卫星进行实验。所选取的三个目标的可见性预报结果分别如图5、图6和图7。

结果图中,横轴表示时刻,第1行是日光条件可见性预报结果,第2行表示地光条件可见性预报结果、第3行为月光条件可见性预报结果、第4行为地影条件可见性预报结果。第5行表示为取上述4个条件的交集,即为实际可见性预报结果,其中,实线表示可见。通过对三个目标的可见时段进行统计,分别得出了24小时内的观测次数、单次最长观测时间、最短观测时间以及总观测时间等可见性指标,结果如表2。

4.2 结果分析

本文选取的具有代表性的低轨卫星、中轨以及高轨卫星进行天基观测可见性预报,分析预报结果数据,可以得出如下结论:

1)综合低轨观测卫星对低轨、中轨以及高轨三大类在轨目标的可见性进行分析,在地球遮挡与地光条件、地影条件、日光条件、月光条件四个条件中,地球遮挡与地光条件是影响可见的最主要因素;地影条件对低轨目标影响较大,而对于高轨卫星影响较小甚至没有影响;其次,日光和月光条件对目标的观测影响也较小。

2)在本实验时间段24 h中,风云碎片的可见时段中,时间最长为923 s(15.4 min),最短仅22 s;GPS2R-16的最长观测时间为4 223 s(70.4 min);TDRSS的最长观测时间为8 499 s(141.6 min)。24 h总观测时间内,对风云碎片可观测总时间仅为2.7 h,而GPS 2R-16总可观测时间为12.1 h,TDRSS的总可观测时间达到14.4 h,中轨和高轨目标的总可观测时间要远远多于低轨目标。这说明天基空间目标监视系统对低轨目标的观测持续时间短,观测能力有限;而对高轨卫星观测持续时间较长。因此,可以得出结论,一般情况下,目标轨道高度越高,可观测的时间就越长,观测效能就越高。

5 结论与展望

本文利用目标卫星、观测卫星、地球、太阳以及月球之间的相对位置关系,推导出目标对于观测卫星的光学可见条件,包括地球遮挡与地光条件、地影条件、日光条件与月光条件,并建立了天基光学预报方法。通过仿真实验,基于低轨观测卫星平台,分别对对典型的高轨、中轨与低轨卫星的可见性时段进行预报。对预报结果进行分析表明,地球遮挡与地光条件是影响可见性的最主要因素;在观测时间方面,低轨空间目标监视平台对低轨目标的监视能力有限,而对高轨目标具有良好的监视性能。

本文的工作是在不考虑平台与传感器指向限制的情况下,建立纯几何关系上的可见性预报模型。在此基础上,如果考虑平台的姿态、传感器的指向以及视场角等参数,还可以研究对传感器设备的几何可见性分析;再进一步,如果还考虑目标的光学特性以及传感器的物理成像模型,就可以在几何可见的基础上,进一步分析目标相对于传感器的物理可见性。此外,天基空间目标监视系统的发展必然由单星上升为星座模式,以单星的可见性研究为基础,进行监视卫星星座的可观测性研究也是下一步研究的方向。

参考文献

[1]王兆魁,张育林.面向空间目标监视的星图模拟器设计与实现[J].系统仿真学报,2006,18(5):1195-1211.WANG Zhao-kui,ZHANG Yun-lin.Design and Implementation of Star Pattern Simulator for Use of Space Surveillance[J].Journal of System Simulation,2006,18(5):1195-1211.

[2]余建慧,苏增立,谭谦.空间目标天基光学观测模式分析[J].量子电子学报,2006,23(6):772-776.YU Jian-hui,SU Zeng-li,TAN Qian.Analysis on the Space-based Optic Observation Mode for Space Object[J].Chinese Journal of Quantum Electronics,2006,23(6):772-776.

[3]Stokes G H,Braun C,Sfidharan R,et al.The Space-Based Visible Program[J].Lincoln Laboratry Journal,1998,11(2):205-238.

[4]柳仲贵.空间目标监视系统设计[D].南京:南京大学,2005.LIU Zhong-gui.Design of Space Surveillance System[D].Nanjing:Najing University,2005.

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[6]Mullins L D.Calculating Satellite Umbra/Penubm Entry and Exist Positions and Times[J].The Journal of the Austronantical Science,1991,39(4):411-422.

[7]赵砚,易东云,潘晓刚,等.基于天基光学观测的空间目标可见性分析[J].飞行器测控学报,2007,26(3):5-12.ZHAO Yan,YI Dong-yun,PAN Xiao-gang,et al.Analysis of Space Object’S Visibility Based on Space-based Optics Observation[J].Journal of Spacecraft TT&C Technolog,2007,26(3):5-12.

[8]桑思武,许尤楠,刘艳华,等.空间碎片天基光电光学可见条件与预报[J].天文研究与技术,2006,3(3):271-274.SANG Si-wu,XU You-nan,LIU Yan-hua,et al.Visible Condition and Prediction of the Space Debris With Space2Based Phtotoelectricity[J].Astronomical Research&Technology,2006,3(3):271-274.

可见性分析 篇2

GLONASS卫星可见性的一种预测方法

基于GLONASS接收机研制的实践,提出了一种GLONASS卫星可见性的预测方法.根据GLONASS卫星的某一已知状态和GLONASS卫星的.运行规律,计算GLONASS卫星的地心地固空间直角坐标,然后转换为以地面观测点为参考的站心极坐标,求出卫星的高度角,得出卫星对于地面用户的可见性.这种算法计算简便,准确度高,在接收机的研制中具有实用价值.

作 者：刘晖 王银锋 张其善 LIU Hui WANG Yin-feng ZHANG Qi-shan 作者单位：北京航空航天大学,电子工程系刊 名：北京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS年，卷(期)：26(1)分类号：V412.4+1关键词：卫星轨道 导航接收机 预测 GLONASS 可见性 高度角

可见性分析 篇3

2009年3月3日收到

卫星工具包STK(Satellite Tool Kit)是航天领域中先进的系统分析软件,由美国分析图形有限公司(AGI)研制,用于分析复杂的航天、航空、陆地及海洋任务。它可提供逼真的二维、三维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析结果,支持卫星寿命的全过程,在航天飞行任务的系统分析、设计制造、测试发射以及在轨运行等各个环节中都有广泛的应用,对于军事卫星的战场监督、覆盖分析、打击效果评估等方面同样具有极大的应用潜力[1]。而STK/Matlab接口模块提供了专门对Matlab的支持。这种支持的核心,体现在STK提供了超过150个Matlab格式化过的命令[1]。同时,通过STK为Matlab添加的连接支持,Matlab还可以从STK中直接调用STK连接模块的指令集合。通过这些指令集合,Matlab可以与STK进行广泛的数据交流,包括数据传输与控制,以及报告创建与管理等。

1 STK/Matlab 接口模块简介

STK/Matlab接口在STK和Matlab之间提供了一个双向的通信路径。利用超过150个Matlab指令,使Matlab用户能够像使用Matlab自身工具包一样地使用STK进行分析、处理和计算。另外,MexConnect 提供了从Matlab 命令行直接使用STK/Connect 指令的能力[2]。MexConnect 工具使得用户可在MATLAB 中创建、复制和报告各种不同的STK对象类。所有的STK数据,包括动态位置、速度和高度数据,可以被传送到Matlab 的工作空间中做更深入的数学分析。另外,Aerospace Toolbox (航空工具箱,ATB)可以使Matlab 用户创建和输出多重坐标下的STK格式的星历和姿态文件,用于在STK/VO 中进行三维显示[3]。

2 Matlab的初始化配置

利用Matlab与STK 进行联合分析,需要对提供STK连接支持的初始化文件进行相关的配置,具体的配置步骤根据STK与Matlab的安装顺序有所不同[4]。

如果先安装Matlab后安装STK,那么STK会自动配置好一些初始化文件,只需要进行Matlab的运行配置就可以了。如果先安装STK,后安装Matlab,不但要在Matlab中进行STK的运行配置,还需要进行一些初始化文件的配置[1]。

3 初始化连接

正确配置好STK与Matlab 之间的关系后,有两种方法在两者之间建立连接:一是通过STK启动Matlab 进行连接;另一种是分别启动STK和Matlab 后,在Matlab 环境中执行“stkInit”命令即可。在利用Matlab进行STK应用开发时后者比较常用。

4 在GPS卫星可见性仿真中的应用

该仿真系统中,利用STK支持的Matlab命令向场景中分别添加了24颗GPS导航卫星和按预定轨迹飞行的无人机,通过STK的三维可视化模块VO动态显示了无人机整个飞行途中的每个时刻对卫星的可见情况,并导出了由STK提供的相关数据,绘制出各颗卫星详细的访问时间段[5],进而判断无人机在预定航路上是否至少可见4颗GPS卫星来满足导航要求。

仿真的具体工作流程如图1所示。

4.1 打开连接

首先要获得STK的地址,这里采用默认地址stkDefaultHost。得到地址后,利用命令stkOpen 打开默认地址,建立Matlab 与STK的连接,代码如下:

remMachine = stkDefaultHost;

coind = stkOpen (renMachine);

另外,在STK中创建新场景前,需要检查STK中的当前场景,如果目前STK中已经存在一个场景,就可以利用语句stkUnload关闭场景,或者利用语句stkClose关闭当前连接。

4.2 初始化场景

场景的初始化包括新建场景、新建24颗GPS卫星并设置参数、新建无人机并设置航迹,都是通过相应的命令语句来实现的。

1)建立新场景、卫星和无人机:

stkNewObj (‘parentPath’,‘class’,‘name’)

2)设置GPS卫星的基本参数:

stkSetPropSGP4('objPath', tStart, tStop,

dt, 'SSC', 'orbitEpoch',

meanMotion,

eccentricity,

inclination,

argOfPerigee, RAAN,

meanAnomaly,

meanMotionDot,

meanMotionDotDot,

bStar)

3)设置无人机的飞行航迹:

stkSetWaypoints('objPath', 'startTime',

llaMat, speedVec)

4.3发送命令

在Matlab 环境中向STK发送命令主要通过stkConnect 语句来实现,其格式为:

rtn=stkConnect(conid,’<Command>’,’<ObjectPath>’,’<Paramaters>’)

其中,coind 代表stkOpen打开的当前连接,Command代表要执行的命令,ObjectPath代表对象名称,Paramaters代表相应命令的执行参数。

建立卫星与无人机的连接关系并产生报告是通过stkAccReport 语句实现的,其格式为:

[secData,secNames]=stkAccReport('objPath', 'accObjPath', 'rptStyle')

其中,objPath,accObjPath 是建立连接关系的两个对象名,rptStyle是产生报告的类型,返回值secData 是两个对象之间存在路径时,记录的相关信息值,可以利用stkFindData命令从报告中导出需要的数据文件。

4.4 仿真数据分析处理

源文件VisGPSSat.m创建完成后,在Matlab环境中运行该程序。可以清楚地看到在STK中创建场景的全过程,同时也可以在Matlab中看到Matlab的执行流程,以及Matlab在对STK场景分析后统计的结果。其中,Matlab产生的无人机对各颗卫星的可见性分析示意图如图2所示,而STK的场景图可以动态显示整个飞行途中,无人机对各颗GPS卫星的可见情况,如图3所示。

图2中,纵坐标表示GPS卫星的编号,分别为GPS1,GPS2,…,GPS24。横坐标表示无人机对各颗卫星的可见时间段。由图2可以看出,在无人机的整个飞行航迹上,至少可见10颗GPS导航卫星,因此可以利用GPS卫星导航系统进行实时的导航。相反,如果在某个飞行段可见的GPS卫星数目少于4颗,就不能单纯依靠GPS系统,而要借助于其它导航手段,例如惯性导航、地形辅助导航等,与GPS一起进行组合导航。

4.5 断开连接

仿真完成后,结束Matlab与STK的连接关系,并关闭此次连接,代码为:

stkClose(coind)

stkClose

5 结论

STK作为先进的专业卫星分析工具软件,具有强大的分析能力,它可以快速而准确地计算卫星的位置和姿态,评估航天器与太空、陆地、海洋和天空中的目标之间的相互关系。为了将其应用到GPS卫星可见性仿真系统中,较深入地研究了STK/Matlab Interface模块,并通过编程实现了STK与Matlab之间的数据传输,同时成功地将STK强大的演示功能运用到该仿真中并取得了良好的效果。

摘要：卫星工具软件STK(Satellite Tool Kit)是航天领域中进行卫星系统分析和仿真的有效工具,其重要模块之一STK/Matlab Interface可提供用户Matlab与STK的连接。以此接口模块为基础,将STK与Matlab联合分析的方法应用于GPS卫星可见性仿真实例,取得了良好的效果。

关键词：卫星工具软件,STK/Matlab Interface模块,GPS

参考文献

[1]潘成胜,张馨,李定主.STK/Connect模块在GPS仿真演示系统中的应用.火力与指挥控制,2008;33(10):117—118

[2]杨颖,王绮.STK在计算机仿真中的应用.北京:国防工业出版社,2005

[3]STK/VO User’s Manual.Analytical Graphics,Inc.325Technology Drive,Malvern,PA19355

[4]STK8.0Tutorial.Analytical Graphics INC(AGI),2008

大规模场景可见性判断算法研究 篇4

关键词：可见性,遮挡剔除,大规模场景,实时漫游

0 引言

自从计算机图形学诞生以来,可见性计算就是其研究的重要问题之一。可见性计算主要用于解决复杂场景的低负荷绘制问题,对于给定的场景和观察点,通过对遮挡关系的快速判断,剔除不需要绘制的图形对象,在保证整个场景真实感的前题下,降低场景的复杂程度,提高场景的绘制速度。早在20世纪70年代,针对隐藏面消除HSR(hidden surface removal)就已提出了众多算法,但随着信息技术的发展,特别是计算机图形学的快速发展,场景规模不断增大,所需处理的场景数据量越来越庞大,场景的计算复杂度与稳定性问题成为可见性计算难点,用传统的方法对场景进行实时操纵与漫游变得非常困难。在保证场景真实感的前题下,为了提高人机交互的实时性,要求尽可能减少绘制的工作量。因此,关于可见性计算的研究得到越来越多的重视[1]。

1 可见性判断算法分类

目前,在场景重建过程中,重建的场景及物体大都由几何面片来模拟表达,一个几何面片就是一个平面多边形。若一个物体或其面片是可见的,在重建过程中必须满足3个条件:在成像的视域内,面向视点的、没有被其他离视点更近的面片所遮挡。因此,可见性计算方法包括剔除在视域外的面片、剔除背离视点的面片和剔除被遮挡的面片,即视域剔除、背面剔除以及遮挡剔除[2]。如图1中的二维例子所示,从视点发出的2条粗线所限定的阴影区域代表视域范围。物体1在视域外,因此它的面片不可见,属于视域剔除;物体2中虚线所表示的面片是背离视点的,这些面片是不可见,属于背面剔除;物体3的面片被其他面片所遮挡,它们也是不可见的,属于遮挡剔除。

目前,关于视域外剔除的方法和背向面剔除的方法已比较成熟,也比较简单,它们往往结合场景和视域空间的多分辨率组织进行应用,以尽可能地在粗略的层次剔除更多的不可见部分来节省计算开销。当前,可见性计算研究的重点是基于遮挡剔除的方法,即如何快速剔除那些被遮挡的面片。由于遮挡剔除要涉及场景中各个部分之间的相互遮挡关系,其计算很复杂,但对于大规模复杂场景,在绘制效率上可以获得更多的收益。因此,是大规模复杂场景可见性计算的重点研究内容。

2 常用算法分析

早在上世纪70年代,针对隐藏面消除就已经提出了众多算法。由于应用的局限性,研究的目标主要是消除隐藏面,只关心结果的准确性而没有特别考虑场景的规模与复杂度,因此一旦规模与复杂度稍有增加,绘制效率就会急剧下降,算法的实时性差。随着场景规模与复杂度的增加,为提高大规模场景可见性计算与漫游的实时性,近年来出现一些快速可见性剔除算法,可以快速地剔除被遮挡物体。下面对目前常用的算法进行介绍与分析。

2.1 区域图法

区域图(aspect graphs)是计算机视觉中的一个非常重要的概念。区域图法是通过对场景数据的预组织来实现快速计算遮挡关系。在计算相对于视点的可见面时,这类方法将场景空间划分成许多单元,使每个单元满足以下特征:当视点位于一个单元中的任何位置时,它所能看到的面片集合是不变的。显然,大规模场景的区域图会很大,需要大量的计算来生成。透视投影时,这种算法的复杂度高达O(n9);而平行投影时,其复杂度也仍然有O(n6)。为简化区域图的生成,可以使用支撑面和分离平面来反映由基于2个凸多面体之间的相对关系而生成的可见性状态[1]。图2所示是2维的例子,对于2个物体A和T,基于支撑面与分离面,空间分为3种区域:位于区域1的视点完全可见T;位于区域2的视点部分可见T;位于区域3的视点完全不可见T。基于这种支撑平面和分离平面来表达和计算可见性,可以通过利用空间实体的可见性在时间上的关联关系,对于每个视点充分估计可见对象,当视点移动时,可以利用前一个视点的可见性信息进行计算,这种算法可以很好地避免场景的突跃现象,在最优情况下可将其复杂度降低到O(n5)以下。

然而,这种可见性计算方法的复杂度通常都非常高,虽然提出了多种改进算法,但都无法解决其效率比较低的问题,不能用于处理大规模的场景。但这类方法具有很重要的理论指导意义。

2.2 基于树结构的算法

基于二叉树(binary space partitioning tree,BSP tree)算法是将多边形构成的场景组织成一个可递归遍历的树,以二叉树的形式保存模型的拓扑结构信息,从三维空间中的任意给定点出发递归遍历整个树,得到由后往前或由前往后的多边形集合,然后利用画家算法由后往前画出多边形。BSP树是一种相当复杂的实现方式,并且没有提供避免重画的机制。

对于复杂场景要计算出所有对象的可见性,必然非常消耗时间和空间资源。为了快速进行可见性判断,降低遮挡裁减过程对场景的规模与复杂性的敏感程度,Bittner通过挖掘场景实体之间的空间位置关系,提出了遮挡树和另外一种空间数据结构SVBSP(Shadow Volume BSP trees)树[2]。SVBSP树实质上是BSP树的一种扩展,如图3所示。场景以kD-tree的形式来组织,可以有效地合并当前遮挡物的遮挡空间,根据视点快速、准确地确定其中一部分被遮挡物体,而不需要严格计算出真实存在的可见对象,使用空间层次结构来表示场景的拓扑结构,基于给定视点和一组遮挡物来创建遮挡树,这种方法只适用于静态场景,而且创建SVBSP树需要消耗一定的时间。

2.3 基于图像的算法

传统的Z-Buffer算法在扫描转换中充分利用了图像空间中的内在连续性,只需要对一个图像空间的一个图像单元进行计算,在像素级上以近物取代远物,从而实现对整个多边形的可见性计算。但是,对于大规模复杂场景来说,使用这种方法会对场景中的每个多边形在像素层次上进行可见性计算,增加了很多计算时间,效率很低。层次Z缓冲算法[3]的提出就是针对这种问题的改进,算法中使用了2种数据结构:八叉树和Z-pyramid,算法将成像面进行多分辨率的四叉树组织,并对场景中的实体以八叉树结构组织。它利用场景空间的相关性来判断每一八叉树结点的可见性。为提高可见性判断效率,算法还利用了图像空间的相关性,以Z-pyramid形式表示。这样,利用层次算法就可实现景物八叉树结点和当前屏幕像素可见点集的快速区域重叠测试和深度比较,从而快速地判定结点和面片的可见性。虽然层次Z-Buffer算法能高效地剔除不可见实体,但是,该方法不便用硬件加速,要用软件来模拟,资源消耗相对较高,难以实时地绘制大规模场景。

针对深度复杂性较高的场景,Zhang等人[4]提出了层次遮档图(hierarchical occlusion map,HOM)算法。算法以多分辨率的方式记录成像面上各个部分进行遮挡剔除的效率。剔除效率以非透明度来表示,非透明度越高,则剔除被遮挡物体的概率越高。为充分发挥遮挡图的作用,该方法预处理生成一个遮挡面集合,即场景中对遮挡剔除有较大作用的面的集合。绘制时,先绘制遮挡面集合来初始化层次遮挡图,绘制其他物体时,先将各个物体的包围盒投影到成像面上,并与各个层次的遮挡图进行重叠区域的检测。如果重叠区域的非透明度不是很高,则绘制该物体;否则进行进一步的深度检测。如果该物体通过了深度检测,则绘制它;否则不绘制。每当绘制了一个物体,就对层次遮挡图中相应部分的非透明度值进行更新。该方法能很好地发挥遮挡面集合的作用,并利用硬件进行重叠区域的检测,有很高的遮挡剔除效率。在这个方法中,最先遮挡物的选取是至关重要的,如果选取的遮挡物所形成的遮挡图的不透明度很低,那么就很难进行有效的遮挡裁减。

基于图像处理的方法是离散化进行的,简单、易用,但其计算精度受离散化的限制。这类方法在进行可见性计算时,可根据误差控制忽略计算一些较小的可见性变化来提高成像速度且不对成像质量有明显的影响。

2.4 基于区域的算法

基于区域处理的方法为每个区域计算保守的潜在可见性集合(potentially visible set,PVS)。为提高可见性计算的效率,PVS所包含的面片应尽可能地接近实际可见的面集合,并且容易计算。文献[5]提出了一种遮挡融合的方法,先将场景物体离散化到各个空间单元,并将这些单元设为非透明单元;然后将相邻的非透明单元进行合并,形成一些大的非透明体。这样,根据这些大的非透明体进行遮挡计算时,可以很好地提高效率。

上述方法的遮挡体的遮挡范围是对视点区域中所有视点有效的。这在计算遮挡体的遮挡范围时有很大的计算开销,而使用视点区域中数个视点相关的遮挡范围,可以用来近似地表达对视点区域中所有视点都有效的遮挡范围。基于些种思想,文献[6]提出一种基于采样的方法,只在视点区域边界上选取一些视点进行相关的遮挡锥计算。由于一个视点的遮挡锥对于其附近的视点而言有部分空间是可见的,这些遮挡锥的大小都要收缩一些。于是,遮挡计算时,一个物体只要落入一个遮挡锥中,它就是不可见的。当然,这些遮挡锥也可进一步融合起来。

3 需要进一步研究的问题

针对可见性判断问题,国内外众多学者从各自的应用背景出发提出了许多算法,取得了许多重要的成果,但是依然存在着很的问题需要深入研究,其难点主要有以下几点:

① 数据结构的通用性。

现有很多算法都通过场景数据的组织来快速计算场景空间中的可见性问题。在大规模复杂场景中,通常会包含多种不同的模型结构,现阶段的算法是通过不同的数据组织方式对模型分别进行处理,数据结构实现上复杂。因此,研究一种通过的数据组织方式可以处理尽可能多的不同结构的模型数据,将尽可能多的计算预先处理,从而降低实时过程的计算量,是进一步提高场景绘制效率的关键问题;

② 复杂场景的处理。

在复杂度高的场景中,观察者视点位置很小的变动,可能会造成显示帧率的急剧变化,产生跳跃现象,影响漫游的连续性。同时,在交互变化的动态场景中,为提高漫游帧速,通常需要预先计算出可见性集合,因此,当遮挡物或者被遮挡物在漫游过程中位置发生了改变,可见集合可能无法实时地更新,从而导致错误的可见性计算。为解决这一问题,目前大多数的算法都是基于空间褓在时间上的相关性进行的,但需要的计算量大。因此,研究有效的动态场景组织方法依然是一个研究难点和热点;

③ 可见性计算结果的精确性。

为了满足场景重建实时性的要求,对可见性的计算通常需要采用近似计算的方法,因此得到的可见集不能保证一定是精确的,通常会增加或者遗漏部分可见实体。为保证重建的精度,在进行近似计算时,要保证误差在一定可接受的范围之内。因此,有效地提高可见性判断结果的精确性是实现场景低负荷绘制的重要手段;

④ 算法基于硬件的实现。

虽然通用的可见性判断算法要尽可能降低对硬件条件的依赖性,但是与软件实现相比,通过硬件来进行加速在执行效率上存在很大的差别。因此,优秀的可见性判断算法不仅要容易软件实现,而且还要便于基于计算机的硬件体系结构的实现,以提高计算速度。

4 结束语

大规模复杂场景可见性判断技术主要用于解决复杂场景的低负荷绘制问题,是通过研究场景复杂性和人类视觉感知规律等相关因素的内部联系,实现与场景规模和复杂度无关或弱相关的快速绘制技术。在总结和分析已有可见性算法的基础上,提出未来仍然需要重点研究的若干关键问题,希望能为相关领域的研究者提供理论与方法上的参考。

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可见性分析 篇5

关键词：紫外可见光光度计,检定,注意事项

0引言

近年来,紫外可见分光光度计被广泛应用于环境监测、精细化工以及生物制药等领域,同时也被纳入了《中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录》中,必须定期按照检定规程进行检定。目前,虽然国内检定机构严格按照JJG178-2007《紫外、可见、近红外分光光度计》检定规程对紫外可见分光光度计进行检定,但是仍然存在各检定机构在检定同一台仪器时,其检定结果存在不一样的情况,这样导致在将检定不合格的仪器送回生产厂之后,在对其进行修理的过程中,却并不能发现问题。因此,为有效防止出现误判的情况,检定人员就必须对检定中的细节问题加以重视。

1波长最大允许误差与重复性检定注意的事项

波长最大允许误差检定是指在对标准滤光片、标准样品的扫描过程中,仪器所测出的光谱峰波长值和规定标准值的差异程度。由于仪器的不同,波长最大允许误差也有所差异,但通常情况下都在0.2~1nm之间。在JJG178-2007《紫外、可见、近红外分光光度计》检定规程中共有九种标准物质可供选择,在波长准确度检测中,一般会用到汞灯发射谱线、镨钕滤光片、钬滤光片吸收峰以及光源氘灯发射谱线等仪器。 紫外区波长不超过365nm时,氘灯在其中不会产生分立谱线,而波长超过365nm,其谱线分立就比较清晰, 但是强度一般都很弱,稍好的两条只有486nm和656.1nm,能够对波长准确度进行检查。在可见区或紫外区,汞灯的分立谱线条数很多,有利于对分光分度计进行校准,但是其操作较为复杂。因为汞灯并非仪器的光源,首先需要点燃汞灯,并将其固定于单色器的某个位置中,确保汞灯产生的光能够在单色器光栅及准直镜上均匀照射。目前,运用最广泛的汞灯谱线为546.1nm。钬滤光片与镨钕滤光片有着操作简便的特点,在日常检定中运用较多。镨钕滤光片波长不超过400时不会出现吸收峰,并且也没有尖锐的吸收峰,钬滤光片的波长吸收峰值点较为完整。从检定的实际状况分析,波长在200~700nm间使用钬滤光片,波长在700~900nm之间使用镨钕滤光片,这样才能获得最好的检定效果[1]。波长重复性是指重复、多次扫描同一发射谱线和吸收峰的过程中,峰值波长测量结果的重复程度,能够对扫描机构的转动误差和制造准确度加以反映,通常情况下,波长准确度误差要大于重复性误差,约为重复性误差的一倍。

2透射比示值误差检定中注意的事项

透射比示值误差能够将仪器测光的准确度反映出来,常用的标准器主要有中性滤光片、金属镀膜滤光片以及标准溶液等[2]。但在实际检定过程中,中性滤光片与金属镀膜滤光片一般使用较多,在检定可见光段与紫外光段时可以使用金属镀膜滤光片,而中性滤光片只能够对可见光段进行检定。在检定过程中部分单光束低端仪器时常发生透射比示值误差超差的情况,比如721型分光光度计、752型分光光度计等,导致出现这种结果的原因有以下3点。

第一,紫外分光光度计存在较大入射光光斑的问题。很多单光束紫外可见分光光度计入射光的光斑较大,在检定中使用滤光片,部分光被滤光片的支架边缘挡住,导致出现超差的检定结果。解决措施为: 将空气作为参比,调节分光光度计透射比达100%,将未安装滤光片的空白支架插入到比色皿中。

第二,在检定过程中使用滤光片,由于光的反射所带来的误差。在利用金属镀膜滤光片对仪器透射比误差进行检定的过程中,一般会出现这种情况。最佳的滤光片要在对仪器透射比误差检定时,能够将入射光强度均匀的降低,确保入射光不会发生反射[3]。 然而现阶段常用的金属镀膜滤光片表面会造成入射光发生反射,导致测量结果出现误差,尤其是在使用透镜式光路的低端紫外可见分光光度计检定中较为明显。同时金属镀膜滤光片的计量性能稳定性较差, 因为金属镀膜滤光片表面有一层镀膜,所以镀膜表面被污染后,在清理过程中极易破坏镀膜,并让滤光片原有数值发生改变。解决措施为:在检定紫外光段透射比误差时使用金属镀膜滤光片,检定可见光透射比误差时使用中性滤光片,如果只有紫外光段透射比误差存在不合格时,利用标准溶液对其复测,紫外光段透射比误差的最终检定结果要以标准溶液的检定结果为准。

第三,由于滤光片所选择的入射面的差异,导致检定结果出现误差。因为受制于滤光片制作工艺水平,难以让滤光片保持均匀的厚度,并且也无法确保将滤光片插入比色皿架后,所有入射光都可以垂直照射在滤光片中。从而导致在同一个滤光片中,由于入射面选择的不一致,所测得的透射比示值也是存在差异的,导致出现测量误差,影响最终的判断结果。解决措施为:在对滤光片进行定值时,从定值的实际状况出发,将入射面和入射光方向准确标在滤光片上, 在对仪器进行检定时,能够按照滤光片上的标注,合理选择滤光片入射面。通过这种方法,能够有效降低由于选择的滤光片入射面不一样,所带来的测量误差。

3关于杂散光的问题

仪器的检测灵敏度与可靠性一般取决于紫外可见分光光度计的杂散光指标。如果杂散光较大,不仅能直接将小吸收峰淹没,导致光谱图线条出现不光滑、不连续的情况,同时仪器的测光准确度也会因此受到影响[4]。杂散光主要是指在所有到达接收器中的光中,除了规定波长之外的其他波长的光,一般有2种出现形式:一是测量波长和杂散光波长相同,会直接射到检测器上,而没有经过样品。造成这种情况的主要原因是样品与其他光学机械零件的散射及反射。二是杂散光是测定波长之外的偏离正常光路到达检测器的光线,这是因光学系统本身缺陷导致的, 比如灰尘散射、光学系统像差、光学表面差痕、多余反射面、以及光束孔径不匹配等。在检定杂散光时一般使用标准滤光片法与标准溶液法,其中标准滤光片法在实际检定中运用较多。在光谱透光率的检测器灵敏度较低、光强强度较弱时,会加大杂散光比例,因此,首先应该对紫外分光光度计中200~220nm区域内的杂散光进行检定。

4结语

可见性分析 篇6

本文分析小容量注射剂可见异物的产生是从生产过程中安瓿清洗、干燥、药液及过滤系统及灌封、环境、人员等环节中影响可见异物的各种因素, 并提出相应的改进措施, 希望能在生产中减少产品可见异物, 保证注射剂质量, 保证人们用药安全。

1 药液配制

1.1 原辅料

配制药液的原辅料必须合格, 原辅材料的质量是注射剂生产的基础, 级别应符合相应要求, 比如注射级或药用级等。另外在生产之前要对原辅料的生产厂家进行供应商审计, 确保原辅料符合规定。

1.2 药液输送和过滤系统

过滤系统对注射剂的可见异物起着决定性的作用, 我公司的脱碳过滤活性炭选取8~10μm钛棒, 一级精滤采用0.45μm聚醚砜滤芯, 二级终端过滤0.22μm聚四氟乙烯微孔膜滤芯。生产前后要对终端滤芯进行完整性测试, 以确保在生产过程中药液的终端有保障。生产过程中过滤物料时的压力应保持相对稳定, 以保证过滤效果的均一。接触药液的管道、容器具使用前要彻底清洗和消毒。更换品种或连续生产3天后要进行管道清场, 用碱液进行在线清洗和消毒, 一段周期要将管道拆卸进行彻底处理。

1.3 药液pH值

注射剂制备过程中, pH值对药物稳定性起着非常重要的作用。不同品种的注射剂有着不同pH值要求, 尤其是中药注射剂, 中药的某些有效成分溶解性与溶液的pH值有很大的关系, pH值不适合就会产生沉淀。此外, 使用针用碳的注射剂, 活性炭在偏酸性的环境中吸附效果好。

2 洗瓶和灌封

2.1 包装材料

小容量注射剂中的可见异物主要是玻屑, 而产生玻屑的主要因素就是洗烘灌封的生产设备。笔者单位采用洗烘灌封联动线, 洗瓶机采用的是超声波预清洗与水气压力喷射清洗相结合方式。安瓿的清洗是注满水后在水箱中超声波振荡, 再插入清洗针头经过循环水、压缩空气、新鲜注射用水冲洗。然后进入灭菌干燥机, 经烘箱隧道传到灌封岗位。由于安瓿口径较小, 洗瓶机上的喷针位置稍有偏差, 就容易戳破瓶口使玻屑掉入瓶内, 而破碎安瓿进入隧道烘箱, 在网带上移动时, 瓶间的机械力挤压又造成更多破损, 破瓶率高会产生过多的玻屑, 烘箱中的循环热风又能将小玻屑带入洗净的安瓿内, 进一步致玻屑产生。在往灌封岗位传送洁净安瓿的过程中, 隧道烘箱和灌封机之间有一段距离, 安瓿通过螺杆和扇形块的衔接进行传送, 运转时稍有差错也容易将安瓿挤破, 玻屑掉入安瓿内。灌封过程设备行走梁位置出现偏差时会出现炸瓶, 也会产生玻屑。针对上述种种情况, 我们采取的措施是:理瓶时先将破瓶挑出;随时调整清洗机与烘箱接口处的安瓿疏密传感器, 使安瓿处于疏松状态, 发现喷针位置不对应时及时调整, 减少洗瓶过程的破碎安瓿的产生;调整洗瓶机速度与网带保持以及灌封机速度, 减少隧道烘箱中因瓶多挤瓶和瓶少倒瓶问题的发生;隧道烘箱测定尘埃粒子测定, 适当调节进出风的压差, 使隧道内的空气保持垂直流向, 确保灭菌机内的洁净度, 以及安瓿经过灭菌机后的洁净度;定期对设备进行维修保养, 减少设备异常而引发的挤瓶问题。

2.2 其他异物

洗烘瓶过程中, 可能由于压缩空气或洗瓶水不洁净, 或者烘箱隧道的尘埃粒子不合格引入其他可见异物, 灌封过程由于灌封枕头的位置不准确而出现碳化, 针对种种情况我们要做到:经常清洗洗瓶机水槽, 每次生产前要检查洗瓶使用的清洗过程循环水、注射用水可见异物, 检查合格才可以使用;使用的压缩空气洁净度要经过洁净度验证。另外, 要检查过滤器材的完整性, 终端过滤要做完整性测试, 避免使用过程出现滤芯的损坏。洗瓶时控制压缩空气和注射用水的压力。要定期清洁网带, 定期测隧道烘箱尘埃粒子, 测定要符合规定。生产前调整灌封的灌封机针头, 调节灌注器给药情况, 避免二次给药, 减少碳化的发生。

3 生产环境

按GMP的规定, 药液配制及洗瓶都必须在10万级洁净区中进行, 药液除菌过滤、灌封过程在万级洁净区内进行, 灌封和安瓿的干燥是在局部百级的环境中进行生产操作的。生产车间的空气净化系统, 尤其是高效过滤器的有效性, 如隧道烘箱中高效过滤器的安装、维护和日常检测, 百级层流罩都必须有效运行。另外洁净生产区的空气流向应合理, 不存在涡流, 换气次数及静压差等应符合洁净区的要求。定期测定洁净区的尘埃粒子、沉降菌、浮游菌;每天都关注洁净室的静压差。如有异常, 要对空调系统进行维修或清洁。此外生产车间要制定规范的洁净室环境卫生清洁消毒的制度, 洁净室的消毒一般采用消毒剂消毒方式和环境臭氧消毒方式。环境清洁和设备清洁所使用的消毒液需过滤后使用, 避免带入新的微粒。还有洁净服和清洁卫生也要有规范的消毒方式。

4 人员因素

在影响药品质量的诸多因素中, 人的因素永远是第一位的, 人体是一个永不休止的污染媒介, 特别是在洁净室, 人体有一定的发菌量, 洁净室内当工作人员穿无菌服时, 静止时的发菌量为10~300个/ (min/人) , 一般活动时的发菌量为150~1 000个 (min/人) , 快步行走时的发菌量为900~2 500个 (min/人) ;室内空气中的微生物主要附在微粒上和由人体鼻腔与口腔喷出的飞沫中。因此, 人是灰尘量和细菌散发量的主要因素, 所以要严格控制进入洁净室人员的数量, 并关注口罩的使用。另外, 人员操作的正确性和熟练程度也和成品可见异物存在相关性。所以严格控制进入洁净室人员的数量, 人员洁净服、口罩的穿戴要按规定使用, 加强培训使相关人员能够正确熟练地操作, 减少人为因素带入微粒。

5 结语

小容量注射剂具有药效迅速、作用可靠可使某些药物发挥定时、定位、定向药效的优点, 因而成为医院临床用来抢救及治疗重症患者的常用和必备药品。中国药典 (2010年版) 对注射剂中可见异物检查提出了更严格的检查要求, 目的就是为了保证注射剂的质量和临床使用的有效性和安全性。鉴于注射液可见异物的影响因素在生产的各个环节都有, 在实际生产过程中, 应根据各个生产企业各个环节的问题具体分析, 严格按照符合GMP的标准操作, 才能更好地解决可见异物问题, 保证药品质量, 保证人们的用药安全。

摘要：小容量注射液包装材料“安瓿”的质量、瓶内的清洁度是关系到小容量注射液产品质量的重要因素, 特别是关系到可见异物的来源。

可见性分析 篇7

VLC (可见光通信) 技术已经成为未来无线通信发展中备受关注的研究方向, 有非常广阔的应用前景。MIMO (多输入多输出) 技术采用多个发射机发送数据, 同时采用多个接收机接收数据, 可以提高信道的容量可靠性。基于MIMO技术的优势, MI-MO技术成为近年来的研究热点, 已经广泛应用于射频通信, 如3G、4G无线通信等领域。

但是, 目前结合可见光和MIMO技术的综合性研究比较少, 还处于探索研究阶段。与射频系统相似, 采用MIMO技术并行传输数据可以提高VLC的性能, 如成倍地提高系统容量和可靠性, 以及解决发射机和接收机对齐问题。国际上对光通信MI-MO系统的研究有MSD (多点漫射) -MIMO、像素化MIMO、非成像MIMO和成像MIMO系统, 而VLC系统的研究主要集中在成像MIMO系统。本文分析了光通信中MIMO建模和技术, 总结了各种MIMO模型的优缺点, 可作为深入理解和进一步研究可见光MIMO通信技术的基础。

1 可见光MIMO通信系统类型

可见光MIMO通信系统框图如图1所示。系统对原始的二进制数据流进行预处理和编码调制后, 把电信号转换成光信号, 进行传输。对于信道部分, 由于信号从发射机到接收机的路径不止一条, MIMO通信信道会受到多径效应和信道衰落的影响, 多径效应会使系统产生码间串扰, 室内光信道特性稳定, 而室外光信道容易受到环境的影响。接收机采用光电检测器检测信号, 并将光信号转换成电信号, 再利用信号处理技术恢复出原始信号。

1.1 MSD-MIMO系统

MSD-MIMO系统[1]是一个混合的配置, 它结合了漫射和视距链接的特性, 以发挥它们的优势。文献[2]介绍了使用漫射传输配置的室内无线光链接的MIMO特性, 漫射光链接需要精确的信道模型, 如图2所示的MSD-MIMO链接阻塞模型。这种系统不需要发射机和接收机之间的严格对齐, 因此可以抵抗由于阻塞引起的链路损失。在MSD-MIMO配置中, 发射器发射多个可以照亮小区域的窄波束, 光信号被多单元方向分集接收器接收。若设计适当, MSD-MIMO链接实际上是不受多径信号失真影响的, 因为信号功率的大部分通过单一路径接收。由于MSD-MIMO链接是使用房间天花板或者墙面的漫射, 所以要求的功率相对较高。关于MSD-MIMO系统中的接收器, 设计的关键是确保较大的视场, 同时维持高质量的成像。在MSD-MI-MO系统中, 总的接收器视场必须足够大以覆盖多个漫射点, 确保在部分漫射点阻塞的情况下, 通信不中断。另一方面, 为了获得更好的光噪声抑制, 接收器视场应该尽可能窄, 以允许使用较窄频谱宽度的光滤波器。

1.2 像素化MIMO系统

P-MIMO (像素化MIMO) 无线光信道[3], 即点到点的MIMO光信道, 使用二维光发射器阵列形成编码成像序列来传输高速率数据, 图像被成像检测器检测。二维光强度信道在许多应用中存在, 包括全息图像存储、面向页的存储器、光互连、二维条码以及MIMO无线光链接等[4]。图3所示为P-MI-MO无线光通信系统模型图。发射器是空间光调制器, 它产生被电域寻址控制的输出光强度空间分布。传输图像幅度要受到以下限制:发射信号的光强度有非负限制;平均图像幅度的上界受到平均光功率的限制。接收器定向捕获发射器图像, 产生一个代表撞击器件上光功率空间分布的输出电信号, 采用适当的镜片在检测器阵列表面形成聚焦的图像。

传输和检测包含几百万像素的一系列图像是一项很有前途的技术, 可以提供很高速率的短距离无线光链接。通过利用大量发射器和检测器像素之间固有的空间自由度, 像素化无线光信道可以实现频谱效率增益。由于其非常高的频谱效率, 像素化无线光链接对于短距离室内光通信是有前途的。像素化无线通信也可以应用在VLC中。

1.3 NIVLC (非成像可见光通信) -MIMO系统

NIVLC-MIMO系统的几何形状是基于文献[5]的。系统有NT个LED (发光二极管) 发射器和NR个接收器。来自每一个LED阵列的光信号发送并行独立的数据流, 且都被独立的接收器接收, 但所接收的强度不同。独立的数据流用MIMO信号处理技术获取。图4所示为4×4NIVLC-MIMO系统模型图。

NIVLC-MIMO系统的原理框图如图5所示。系统输入是串行传输的数据流, 它被转换为大量的并行数据流, 数目与发射器数目一致。光从每一个LED传播到接收器, 通常有两种形式的传播, 每一个LED都由视距部分传播到接收器, 在空间也有来自表面反射传播的漫射部分。

1.4 IVLC (成像可见光通信) -MIMO系统

由于使用非成像来设计光MIMO系统时, 在理论上得到的是对称的信道矩阵H, 而不是可逆的矩阵, 这被认为是不实际的[6], 所以提出使用成像分集光MIMO系统。使用非成像单元来实现角度分集需要对每个接收单元采用分离的聚光器, 非常笨重, 成本也很高。使用成像棱镜的角度分集接收机相比使用非成像有两个好处: (1) 所有的光电检测器共享一个聚光器, 减小了设计尺寸, 降低了成本; (2) 所有的光电检测器可以放置在单个平面阵列上, 有利于大量接收单元或者像素的使用。图6所示为IVLC-MIMO系统模型图。

一个成像接收器在几何空间受到限制时, 也能够从空间任何位置的发光单元中完全解码数据。成像接收机代替了非成像设备, 保证H矩阵可逆。IVLC-MIMO系统的原理框图如图5中虚线框所示。检测器阵列上的每个像素就是一个接收机信道, 通过测量每个像素与每个LED阵列发射机之间光学连接特性的H矩阵 (MIMO处理) , 接收到的信号能够被分离开来。在接收到信号之后, 矩阵H的逆矩阵与接收信号相乘, 得到对发射信号的估测值。完成对发射信号估测之后, 对信号进行低通滤波和均衡处理。然后将数据流合并以产生单个的接收数据流, 这个数据流用来与发送的数据流相比以获得差错率。利用可见光LED进行并行通信传输, 速率达到Gbit/s量级是可行的, 高数据速率通信采用的是MIMO-OFDM (正交频分复用) [7,8]。

2 结束语

在理想情况下, 能够利用MSD系统来进行VLC, 但在实际中由于存在阻塞问题而导致接收机接收到的信号强度很弱, 以致无法恢复出原始信号。MSD系统应用于实际环境需要发射机的功率足够大。P-MIMO容易因遇到障碍物而使通信受阻, 可以结合MSD系统来设计性能更可靠的系统, 该系统适用于图像传输和图像检测。NIVLC-MIMO存在信道矩阵不是满秩的问题, 无法真正恢复出原始信号, 因此不能够实际应用, 进而提出了IVLC-MI-MO, 以解决信道矩阵不是满秩的问题, 同时降低系统设计的复杂性。

当前的研究主要集中在IVLC-MIMO系统, 在高速通信中, 主要考虑的是用MIMO-OFDM调制技术, 以减少码间串扰。VLC-MIMO技术结合高级编码技术和高阶调制技术, 可以取得非常高的通信速率。VLC-MIMO技术是新兴的技术, 还有许多问题要解决, 相信VLC-MIMO技术今后会有更重大的发展。

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可见性分析 篇8

小容量注射剂中的异物按照不同标准可以有不同的分类,这里我们依据可见异物是否可溶于该注射剂将其分为两类,分别是可溶性可见异物以及不可溶性可见异物。由于这两类可见异物都有可能携带不同种类的病菌,因此,会对注射剂的质量安全产生影响。

一、包装材料

在注射剂的生产过程中,不可避免的会使用到包装材料,包装材料对注射剂的可见异物有着重要的影响。经过调查研究发现,小容量注射剂一般采用的包装为安瓿。安瓿的生产厂家在进行生产时周围环境控制没有达到标准,就会在生产安瓿的过程中将可见异物引入。另外,安瓿的清洗过程中洁净度不达标,有些可见异物会附着在瓶子的内壁。这些都是导致小容量注射剂产生可见异物的原因之一。

针对这种情况,应当在安瓿的生产过程中,对于生产车间的环境质量要严格把关,同时,应当加大对于安瓿的抽查力度,对其质量进行控制。防止因为包装材料的不合格致使小容量注射剂产生可见异物。

另外,由于安瓿所装的药品属于化学制品,因此,难免会与药液进行反应,因此,在进行加工生产时,应当根据药液的化学特征,比如说酸碱度、以及溶解性等等进行考虑。当药液中的某些成分与安瓿或者其它材料进行反应时,有可能会产生沉淀,这就会产生我们平时所说的小容量注射剂中有可见异物的现象,不仅会影响药品的质量,同时会影响人们的用药安全,因此在进行包装材料的选择时,不能仅仅只注意材料的性能,同时还要考虑到药品的化学特性,只有这样,才能够最大程度的避免在生产小容量注射剂的过程中有可见异物的产生,才能从根本上保证化学制剂的质量。

二、机器设备

机器设备是小容量注射剂产生可见异物的最主要的原因。关于生产设备,再注射剂生产的过程中主要涉及三种生产设备,分别是超声波清洗剂、隧道式干热灭菌器以及安瓿灌封机。

1. 超声波清洗剂

超声波清洗剂对安瓿清洗的工位有七个,前三个工位对安瓿进行清洗,第四个工位为吹气,排出循环水,第五个工位运用四十度到五十度的水进行冲洗,这个工位冲洗后的水可以作为回用水处理。第六个和第七个工位对安瓿进行吹气,用于将瓶子内部的水吹干。在第五个工位进行操作时,很有可能会有玻屑进入回用水,导致注射剂中可见异物的产生。因此,该设备最重要的是对于回用水的控制,首先是,回用水的出水口不能位于低端,因为玻屑会进行沉淀;其次,可以对回用水进行过滤操作,有效地防止玻屑再次进入回用水;最后,在生产结束后,应当及时的对水箱进行冲洗,做好清洁工作。

2. 隧道式干热灭菌器

隧道式干热灭菌器在输送安瓿运行过程中,安瓿与安瓿之间会发生挤压,加之灭菌过程中经受300℃左右的高温,许多安瓿会被挤压破损,破损后玻屑会飞溅到其它安瓿内,形成注射剂中可见异物。因此在进行该工序时,应当适当的调整传送带的速度,减少安瓿之间的相互挤压,避免由于相互挤压而产生的玻屑落入瓶子内部,导致可见异物的产生。

3. 安瓿灌封机

由于安瓿本身以及罐装的的特点,在操作的过程中就可能发生针头将安瓿戳破的情况,这时就会产生玻屑,使其他安瓿内可能产生可见异物。因此,在这个过程中,应该适当的控制灌封的速度,保证机器的运行状态。

三、灯检

这是容易产生可见异物的最后工序,对于这道工序,应当从以下几方面着手以减少可见异物发生的概率,首先应当是工作人员方面,应当保证灯检员的视力在正常范围内,由于灯检是人为操作,所以这一步显得尤为重要。其次,在使用灯检仪的时候,应当对灯检仪的各项指标进行检查,防止在灯检过程中由于设备的原因出现注射剂中可见异物产生的现象。最后,根据科学管理理论建立工作人员合理的工作时间,应当尽量的减慢灯检的速度,保证质量,同时,可以针对不同岗位的员工进行轮休,使灯检员的视力从疲劳状态中解脱出来,有助于下一步的灯检工作的进行。加大抽查力度,对员工制定一定的奖惩制度,将其工作质量与其业绩工资挂钩,能够有效地保证灯检工作的效率,同时,还能够调动员工的积极性,减少可见异物发生的概率。

四、生产人员

在小容量注射剂产生可见异物的原因之中,人为因素是较为重要的。首先,在洁净室内,人就像一个永不休止的污染媒介,人的一举一动都可能会使生产的注射剂质量产生问题。这就要求在生产过程中工作人员一定要严格遵守相关的规章制度,进入洁净室内必须穿无菌服、戴口罩,这是由于空气中的为力主要是在人体鼻腔以及口腔喷出的飞沫中。其次,还要控制进入洁净室内的人员的数量,减少因为人为因素而产生的生产药品不合格的现象。最后,由于工作人员的知识水平与职业技能不同,对于各流程的操作熟练程度也不尽相同,这都是小剂量注射剂质量的影响因素。对于员工应当加强安全意识,平时企业可以开展对员工的法律法规以及思想道德建设,另外,对于员工应该定期开展职业技能培训,增强员工的知识深度与广度,不仅如此,企业还应当着重培养员工的职业技能,时期服务于小剂量注射剂的安全生产。

五、药液配制

1. 原辅料

小剂量注射剂是由原辅材料组成的,因此,为保证小剂量注射剂的质量就必须要对配制药液的原辅料进行质量控制,只有合格优质的原辅料才能生产出安全的注射剂,对于原辅料国家有相关的规定,比如说是药用级别还是注射剂别等等,身为生产厂家,必学要对生产的原辅料的质量进行保证,同时注射剂的生产人员应当在生产之前对原辅料的质量进行检验,以保证生产的注射剂的作用。

2. 药液输送和过滤系统

注射剂内是否有异物与过滤系统有着紧密的联系,对于滤芯不仅要保证质量,还要在生产之前和之后对其完整性进行检验,以保证生产出的注射剂没有质量问题。在过滤的过程中,应当时不时地检查过滤物料时的压力,只有过滤物料上的压力使一个稳定的值的时候,才能够保证过滤效果能够均一。在成产过程中的任何一个程序中所使用的器械以及容器,在使用之前,都要进行彻底的清洗与消毒,用来保证所生产的注射剂内没有可见异物。当生产的注射剂的品种更换时,或者连续生产同一种注射剂达到三天时,就应当对管道进行清场,所谓的清场就是指用碱液对管道进行消毒和清理,另外,经过一段时间后应该对管道进行拆卸,彻底清理。

3. 药液PH值

我们都知道,注射技术与化学制品的一种,因此,生产过程中以及装瓶的过程中难免会和其他物质反应,因此,这就要求有合适的PH值。在生产过程中,酸碱度对药物的稳定性有很重要的作用。不同的药物所需的环境不同,酸碱度就不同,应当根据所生产的药物的特点来制定生产环境的酸碱度。尤其在生产一些中药制剂时,中药的某些成分与溶液的PH值有很大关系,一部分中药成分会溶解于溶液当中,产生沉淀。另外,使用针用碳的注射剂,活性炭在偏酸性的环境中吸附效果好。

六、结束语

随之科学水平的发展,小容量注射剂开始凸显出其优点,比如说药效迅速、作用可靠,因此成为临床用来抢救以及治疗患者的常用以及必备药品。国家制定了严格的政策法规对于注射剂中可见异物的检查,起目的就是为了保证小剂量注射剂的质量和临床使用的有效性和安全性,间接保证了人民的生命安全。

通过上文中对小容量注射剂的可见异物的产生原因进行分析得知,影响小容量注射剂中可见异物的原因是多种多样的。在生产过程中,应当从各个方面入手,将可见异物的产生扼杀在源头。其中包装材料、机器设备、人员以及灯检是产生可见异物的主要原因,通过对这几个过程进行控制,能够大大减少小容量注射剂当中可见异物产生的概率。由于小容量注射剂的生产过程极为复杂,因此,在实际生产过程当中,还需要结合实际情况具体分析,不断探索可见异物产生的原因,对症下药,改善药品的质量,切实保障人民的用药安全。

参考文献

[1]国家药典委员会编.中国药典》2010年版二部〔M〕.北京:中国医药科技出版社,2010.附录76-78.

[2]徐艳龙,杨金丰,等.《中国药典》2010年版可见异物检查方法研读〔J〕.科技创新导报,2010,33:242.

[3]国家食品药监督管理局.药品生产验证指南(2003)第1版〔M〕.化学工业出版社、现代生物技术与医药科技出版中心(北京),2003,398-399.