2015年第1期文章目次

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  • 1  一种光栅型激光告警系统设计与实现
    曹俊卿 赵冬娥 王志斌 张敏娟 张瑞 韩枫
    2015, 45(1):5-8.
    [摘要](607) [HTML](0) [PDF 976.92 K](635)
    摘要:
    激光告警系统是用来截获、测量、识别敌方来袭激光信号并实现自动告警的侦查设备,在现代化战场上,准确识别来袭激光的波长和入射方位角,可提升我军的生存率。为准确获取来袭激光的波长和方位角等信息,本论文基于光栅衍射原理,设计了基于DSP+FPGA的激光告警系统,采用特定的图像处理算法,实现了对来袭激光的准确识别。经试验验证:该系统能有效探测来袭激光波长范围为:800~1500 nm,精度≤10 nm,角度分辨率≤2°。
    2  相干通信系统中激光线宽与放大器个数问题
    张博 刘云清
    2015, 45(1):9-11.
    [摘要](442) [HTML](0) [PDF 950.49 K](445)
    摘要:
    针对相干光通信系统中的零差探测系统中的科斯塔斯环对整个系统的相位误差影响问题进行了深入的理论研究。论文分析了接收机的灵敏度、功率分光比、掺铒光纤放大器的个数对激光器线宽的影响。在设定条件下,利用仿真得到了在比特率和误码率一定的条件下,激光器线宽与接收机的灵敏度、功率分光比、掺铒光纤放大器的个数之间的关系,对系统中激光器线宽控制有一定的参考作用。
    3  基于激光点云的建筑平立剖面图半自动绘制
    车尔卓 詹庆明 金志诚 梁玉斌 陈明文 张玥
    2015, 45(1):12-16.
    [摘要](487) [HTML](0) [PDF 922.18 K](558)
    摘要:
    () ()基金项目:。摘要:地面激光扫描是一种可以快速精确获取室内外环境三维数据的有效手段。近年来激光扫描技术在古建筑保护与归档中得到了广泛的应用。建筑平面图、立面图、剖面图能够准确直观地表现出建筑的真实状态,因此平立剖面图绘制对于古建筑保护有非常重要的作用。但是,利用地面激光扫描数据进行平立剖面图的绘制需要大量的人力和时间。因此,本文提出了一种基于地面激光点云的建筑平立剖面图半自动绘制的方法,该方法包括三个部分,首先利用地面激光点云数据生成正射深度影像,然后从正射深度影像中对线特征进行提取,最后对建筑部件进行进一步的细化和完善。实验结果证实了本文提出方法的有效性,可以在平立剖面图绘制中大量的减少数据处理量和人工的参与。
    4  硼硅酸盐玻璃晶片激光标识的制作技术
    李悦
    2015, 45(1):17-21.
    [摘要](425) [HTML](0) [PDF 809.52 K](524)
    摘要:
    晶片标识码的手写方式存在不美观、字体边缘玻璃蹦渣及划痕深等缺点。某些MEMS工艺玻璃-Si键合片需KOH腐蚀。采用手写,KOH通过玻璃片标码部位侵入晶片正面而腐蚀器件结构。因此,采用波长10640 nm CO2激光器针对玻璃晶片进行激光标识制作的打标工艺。研究中分别改变激光平均输出功率、脉冲频率及扫描速度,借助目视、金相显微镜及动态三维光学轮廓仪来观察标识码的清晰度、是否产生裂纹及字体凸起程度,了解它们与上述参数间相互对应关系。重点解决清晰度与凸起高度的矛盾,从而得到清晰、无裂纹且凸起高度满足后续半导体纳米级加工工艺要求的激光标码技术。结果表明:脉冲频率对清晰度、裂纹产生及凸起高度无显著影响;平均功率与清晰度及凸起程度呈正比例关系,与裂纹产生无相关性;扫描速度与清晰度、裂纹产生的可能性及凸起高度呈反比关系。采用40%平均功率,20 kHz频率,150 mm/s 扫描速度及单线字体(JCZ Single Line)进行标刻时,标识码在目视及镜检下清晰可视,无微细裂纹,轮廓仪测量结果显示字迹凸起高度为185 nm。应用上述条件标码的玻璃片与Si键合并在KOH中腐蚀5 h后无KOH进入晶片正面的现象发生。
    5  海洋上行激光通信的蒙特卡罗模拟
    吴方平,章曦,杨军,苗仁德,马书云,刘翠翠
    2015, 45(1):22-26.
    [摘要](485) [HTML](0) [PDF 1.30 M](515)
    摘要:
    将潜艇作为高斯分布激光源,通过蒙特卡罗方法数值模拟,研究了海洋上行激光通信中潜艇深度和风速对接收光子数目,空间分布及相对能量径向分布的影响。模拟结果显示,在相同风速条件下,随着潜艇深度的增加,接收光子数急剧下降,并且只在潜艇深度较浅时,接收平面上的光子分布才接近高斯分布。潜艇深度一定时,风速对接收光子数目以及接收光子的空间分布影响不大。风速一定时,对于相同的相对能量,潜艇深度越低,对应的区域半径越小,而相同潜艇深度时,风速对接收平面处光子相对能量径向分布的影响并无明显规律。
    6  基于有限元的脉冲激光辐照材料温度场研究
    马健 赵扬 周凤艳 孙继华 刘帅 郭锐 宋江峰 陈建伟
    2015, 45(1):27-31.
    [摘要](568) [HTML](0) [PDF 1.93 M](579)
    摘要:
    在激光超声检测过程中,为了合理加载脉冲激光的能量,以便获得幅值较大的超声波信号,同时避免脉冲激光造成材料的损伤,需要对脉冲激光辐照材料的温升进行数值计算。依据有限元理论,建立脉冲激光辐照材料的有限元模型,结合导热微分方程,将脉冲激光以热流密度的形式加载于材料表面,分析材料表层受激光辐照时的温度场,讨论有限元热分析时网格尺寸的选取对分析结果的影响。给出了材料表层受脉冲激光辐照时温度场的计算方法和网格尺寸的选择依据,并利用温度场的理论解析结果和应力场分析结果分别验证了温度场有限元计算方法的正确性和有效性。
    7  内定标法水中Cr元素LIBS定量分析
    胡慧琴 黄林 姚明印 何秀文 杨平 刘木华 林金龙 欧阳静怡
    2015, 45(1):32-36.
    [摘要](555) [HTML](0) [PDF 1.17 M](573)
    摘要:
    以提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术精准检测水体中的重金属元素Cr为研究目的,对实验室配制的7种不同质量浓度的含铬(Cr)水溶液采用护肤棉进行富集,并对自然晾干后的护肤棉进行LIBS试验。首先对试验参数进行了优化并确定425.43 nm为Cr的特征分析谱线。选择护肤棉中固有的钙(Ca)元素作为内定标元素,其特征谱线为422.67 nm。分别采用内定标法和直接定标法进行定量分析,取其中的五个样品建立定量分析模型,并利用另外的两个样品验证模型的准确性,得出拟合曲线的线性相关系数分别为0.99614、0.73655,两个验证样品的相对误差值分别为11.38%、4.84%和64.66%、11.58%;内定标法LIBS的检出限为5.27 μg/mL,优于之前滤纸富集的6.06 μg/mL。试验结果表明以护肤棉为吸附基质结合内定标法能提高LIBS检测水体Cr元素的准确性、并能降低检出限。
    8  输出镜透过率对Cr∶YAG被动调Q激光器的影响
    林洪沂,李霖钦,许英朝
    2015, 45(1):37-40.
    [摘要](564) [HTML](0) [PDF 1020.39 K](768)
    摘要:
    对LDA端面泵浦Cr∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器的输出特性进行了深入细致的研究,重点分析了输出耦合镜的透过率(T=3%、8%、20%、30%、40%)对平均输出功率、脉冲宽度、重复频率、以及单脉冲能量和峰值功率的影响。研究结果表明:在特定的激光参数下,Cr∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器的某些输出参数由输出镜透过率决定。T=8%时可以获得最大输出功率与重复频率,而T=20%时,可以获得最窄脉冲宽度、最高峰值功率以及最大单脉冲能量。
    9  临近空间高超声速导弹红外特性研究
    张海林 周林 左文博 范奇 谭西江
    2015, 45(1):41-44.
    [摘要](499) [HTML](0) [PDF 829.02 K](833)
    摘要:
    研究临近空间高超声速导弹的红外辐射特性,对于反临近空间武器系统侦察监视临近空间目标具有重要意义。通过对临近空间高超声速导弹X 51A试验飞行过程的研究,深入分析了高超声速导弹的红外辐射特征,并建立其红外辐射模型。以导弹蒙皮、发动机及尾喷焰作为高超声速导弹的主要红外辐射源,以X 51A试验飞行器为参考,计算临近空间高超声速导弹在3~5 μm和8~14 μm波段在不同方向上的红外辐射强度,并针对计算结果进行了分析。
    10  红外成像跟踪系统作用距离等效测试方法与验证
    申子卿 王德飞 楚振锋
    2015, 45(1):45-49.
    [摘要](479) [HTML](0) [PDF 834.03 K](550)
    摘要:
    考虑到大气环境条件、红外探测器的性能以及目标和背景热辐射特征等因素对红外成像跟踪系统作用距离的影响,针对红外成像跟踪系统作用距离的指标要求,在保证目标成像像素大小和目标与背景图像反差不变的情况下,提出了通过近距离小目标小温差等效替代的作用距离测试方法,并对等效测试的结果进行了远场动态试验验证,所得结果为红外成像跟踪系统的设计和作用距离评估提供了依据。
    11  可见与红外双波段光学系统的共变焦补偿方法
    吕宏 高明 陈阳
    2015, 45(1):50-52.
    [摘要](538) [HTML](0) [PDF 870.87 K](637)
    摘要:
    基于一种可见与红外双波段共光路成像探测光学系统,研究双波段变焦补偿方法。采用机械式正组被动补偿变焦形式,根据变焦理论对可见与红外双波段变焦比差异进行补偿。通过在变焦比较小的光路后拼接变焦比补偿光路,结合ZEMAX中的多重组态设置,调整并优化得到多个符合变焦比补偿的特征点,计算出随变倍组移动量变化的焦距变化曲线。研究表明,系统中可见与红外光路变焦比相差小,可实现可见与红外波段同时变焦。
    12  氧化热处理对VO2薄膜红外光学相变特性的影响
    徐凯 路远 凌永顺 乔亚 唐聪
    2015, 45(1):53-57.
    [摘要](464) [HTML](0) [PDF 1.25 M](528)
    摘要:
    采用直流磁控溅射法在硅基底上制备VO2薄膜,并对薄膜氧化热处理。分别对热处理前后薄膜进行X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)透射率测试,分析了热处理对VO2薄膜晶相成分与红外透射率相变特性的影响。实验分析表明,经热处理的VO2发生非晶态向晶态转变,单斜金红石结构VO2(011)晶体具有明显择优取向,晶粒尺寸均匀度提高,且薄膜的红外透射率具有明显相变特性,相变温度为60.5℃,3~5 μm、8~12 μm波段的红外透射率对比值达到99%,适合应用于红外探测器的激光防护研究。
    13  非制冷红外焦平面探测器固定图形噪声研究
    雷述宇,陶禹,杨妮,方辉,谭果
    2015, 45(1):58-62.
    [摘要](568) [HTML](0) [PDF 1.00 M](924)
    摘要:
    针对国标GB/T17444-2013中对红外焦平面阵列(Infrared Focal Arrays,IRFPA)固定图形噪声定义不能直接反映成像画面质量的问题,指出IRFPA在实际成像时要先经过非均匀性校正,校正残留才是影响成像质量的主要因素。本文先介绍了典型的两点校正方法,基于典型两点校正提出随环境温度实时更新的两点校正公式。通过对校正后的探测器输出通过时域滤波和小波变换分离出了固定图形噪声(FPN),给出了FPN的测试和计算方法。讨论了如何选择定标温度点来计算增益校正系数使得FPN值在指定的温度范围最小。通过对比4个增益校正阵列各个温度点下的FPN曲线,并结合同一参考目标的成像画面,验证了本文提出的FPN值能够准确反应成像画面质量。
    14  光电经纬仪视轴晃动的标定补偿
    王涛 唐杰
    2015, 45(1):63-65.
    [摘要](521) [HTML](0) [PDF 923.13 K](544)
    摘要:
    为了修正视轴晃动对经纬仪测角精度的影响,补偿系统误差产生的测角误差,实现高精度测量,分析了星体标校方法补偿系统误差的基本原理,设计了一套利用平行光管对经纬仪视轴晃动进行室内标定和补偿的方法。通过对视轴误差标定,测试出系统误差的逼近函数,从而可根据逼近函数对任一目标进行补偿修正。该方法操作便利、测试试验条件简单,通过试验验证测角精度可达到10″内。为实现视轴误差修正和高精度光电测量提供了一种有效的途径。
    15  光纤光栅传感网络的优化研究
    王桂娜 曾捷 穆昊 梁大开
    2015, 45(1):66-69.
    [摘要](427) [HTML](0) [PDF 1004.85 K](281)
    摘要:
    光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景,对光纤光栅传感网络优化的研究具有重要的意义。分析了结构健康监测中光纤传感网络优化布局和可靠性的研究现状,对光纤传感网络优化中的传感器优化布局与光纤传感网络可靠性两方面进行研究。通过对结构响应特性研究,提出了对结构静力响应参数监测时,传感器布局的一般规则。将概率计算引入光纤FBG传感网络不同拓扑结构,给出了基于不同拓扑结构的光纤传感网络形式及其可靠性数值分析。
    16  0.2 THz频段的光子晶体微带天线研究
    丰春芳 许丽萍 温廷敦 王志斌
    2015, 45(1):70-72.
    [摘要](490) [HTML](0) [PDF 1.11 M](1279)
    摘要:
    将缺陷型一维光子晶体应用在微带天线上,设计了一款工作在0.2 THz频段处的光子晶体微带天线,并且利用基于有限元法的三维电磁仿真软件HFSS以及软件Origin进行模拟仿真及作图。研究表明:光子晶体微带天线的增益可以达到9.3 dB,与普通微带天线相比增益增加了2.5 dB。并且讨论了光子晶体的周期层数对微带天线的影响,发现光子晶体周期层数为3层时,天线的回波损耗最低。然后以周期层数为3层的光子晶体微带天线为例,讨论了不同的光子晶体与微带天线的距离对天线的增益和回波损耗的影响。
    17  定向红外对抗系统干扰性能研究
    唐聪 殷松峰 凌永顺 杨华 张志业
    2015, 45(1):73-78.
    [摘要](416) [HTML](0) [PDF 1.64 M](627)
    摘要:
    立足于定向红外对抗系统(DIRCM)的干扰性能的研究,将目标导引头红外焦平面功率密度和系统持续照射目标时的照射容差角作为评价定向红外对抗系统干扰性能的两个指标。综合考虑大气传输透过率和光束传输过程中光束自身衍射效应与大气湍流效应引起的光束发散角对目标导引头接收功率的影响,建立了定向红外干扰模型,模拟了定向红外对抗系统照射光束在目标导引头红外焦平面上的功率密度。利用概率论置信区间的概念,将目标中心相对于光束中心的距离偏离量转化为角量与光束发散角进行对比,建立了定向红外对抗系统的照射容差角模型。通过仿真,定量分析了照射距离、大气湍流强度、光束出射口径对目标导引头红外焦平面的功率密度和系统照射容差角的影响。
    18  弹道导弹中段目标角度极化相关性分析
    帅玮祎 王晓丹 宋亚飞 雷蕾
    2015, 45(1):79-83.
    [摘要](422) [HTML](0) [PDF 1.70 M](506)
    摘要:
    现代信息化战争条件下,随着相关技术的不断发展更新,弹道导弹中段目标的识别难度越来越大。近年来,极化特征在目标识别领域得到了广泛应用。本文首先采用建模仿真的方法获取了五类中段目标的动态全极化散射数据,然后在窄带和宽带两种雷达体制下分析了五类目标的角度极化相关性,仿真结果表明,角度极化相关性可用于目标的初识别;在此基础上,进一步研究了进动参数对目标极化相关性的影响,所得结论对目标的精细识别有一定的参考价值。
    19  基于线列红外探测器的图像增强算法研究
    郑为
    2015, 45(1):84-87.
    [摘要](568) [HTML](0) [PDF 1021.19 K](499)
    摘要:
    针对线列红外探测器扫描成像特点,提出了一种基于平台直方图统计的红外图像增强算法。仿真结果表明,该算法能够校正扫描型热像仪由盲、闪元引起的黑白道,提高图像的对比度,修正全局灰度等级,锐化图像中的边缘细节,对扫描成像系统的红外图像具有较好的增强效果。
    20  基于时序多帧投影的空间目标检测算法
    张健 娄树理 任建存
    2015, 45(1):88-93.
    [摘要](555) [HTML](0) [PDF 1.44 M](577)
    摘要:
    为了对星图中空间目标进行检测识别,对基于SURF(Speed Up Robust Featrues)算法的星图精确配准技术和美国SBV(Space Based Visual)计划采用的MTI(Moving Target Indicatior)在轨目标检测算法进行了深入研究,提出一种针对16 Bits星图的多目标检测算法,具体包括:首先利用SURF算法提取序列星图的特征点,根据最小二乘法计算得到的全局运动参数对星图进行精确配准;然后利用一种改进的MTI算法对序列星图进行时序多帧投影以抑制背景,得到仅含有疑似目标的序列图像;最后经过目标初始运动状态的建立,速度滤波以及坐标插值得到目标的运动轨迹。利用实拍的20帧序列星图验证算法性能,经本文算法配准后,星像质心的均方误差(RMSE,Root Mean Square Error)最小达到0.3269 pixel,平均值为0.5441 pixel;序列图像中的3个运动目标均被检出,且无虚警。实验结果表明,本文配准算法的精度能够满足时序多帧投影的要求,且目标检测算法符合恒虚警原理。
    21  单幅干涉条纹图相位提取新算法
    郭媛,陈小天,毛琦,赵丽娜
    2015, 45(1):94-98.
    [摘要](409) [HTML](0) [PDF 1.54 M](1541)
    摘要:
    散斑干涉测量中,得到的干涉条纹图必须通过提取当中的真实相位才能够得出所测的物理量。从干涉条纹图中提取相位常用的相移法,过程复杂、对环境要求较高,而且要通过解包裹运算才能求得真实相位,容易产生误差。通过希尔伯特变换,基于离散余弦求解泊松方程的方法,提出从单幅干涉条纹中提取真实相位的新算法。通过实验分析,本文提出的新方法能够有效地从单幅干涉条纹中提取真实相位,并且在现实情况中,本文提出的新方法从单幅干涉条纹图中提取相位误差小于相移法,而且运行速度快,为从干涉条纹图中提取真实相位提供了新的参考。
    22  联合多特征提取与内部优化的海陆分离
    程红 刘思彤 孙文邦
    2015, 45(1):99-103.
    [摘要](321) [HTML](0) [PDF 1.37 M](471)
    摘要:
    目前大多数海陆分离方法依靠先验信息或仅利用灰度特征对图像进行处理,对导致的误分割或大量孤立区域无法较好处理,造成后续处理工作难度大。针对这一问题,提出一种联合多特征提取与分离结果优化的海陆分离方法。针对不同的陆地类型提取不同的特征进行分割,对得到的结果采用面积与纹理相结合的方式进行优化,进而得到最终的海陆分离结果。实验结果表明,本文方法与常用的海陆分离方法相比能够快速完整地实现海陆分离并将陆地屏蔽,有利于后续处理工作的进行。
    23  基于星图模拟的星空目标提取
    徐韬祜 孙华燕 张廷华 都琳
    2015, 45(1):104-108.
    [摘要](367) [HTML](0) [PDF 994.21 K](490)
    摘要:
    提出了一种将星图模拟技术应用于星空背景空间目标提取的方法,建立了地基光测设备的星图模拟模型,推导了光轴指向计算和星体到焦平面成像的坐标转换。利用模拟星图生成掩模,对实拍星图处理去除恒星背景。实验证明利用模拟星图能够有效去除恒星背景提取空间目标。
    24  基于粒子滤波的TBD算法研究
    边旭 李江勇
    2015, 45(1):109-112.
    [摘要](291) [HTML](0) [PDF 1.55 M](775)
    摘要:
    结合粒子滤波算法基本理论与弱小目标检测问题建立了目标运动与量测模型。针对传统粒子滤波算法存在的问题提出了一种基于分步采样与改进重采样的新型算法,通过软件生成测试图像对算法进行仿真研究,实验结果表明算法具有较高的检测性能并且算法复杂度较低。

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