2015年第4期文章目次

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  • 1  基于光散射的粒子测量方法综述
    叶超,孟睿,葛宝臻
    2015, 45(4):343-348.
    [摘要](607) [HTML](0) [PDF 995.62 K](1223)
    摘要:
    基于光散射的粒子测量方法具有非接触、测量范围较大、实时测量等优点,是颗粒物理化学特性测量的一类主要方法。介绍了基于光散射测量颗粒粒径、复折射率和浓度等参数的主要方法、原理以及各种方法的适用范围,以及基于光散射的粒子测量研究方面的新进展和存在不足的方面。基于光散射的粒子测量方法的适用范围各有侧重,其趋势将向着更宽的测量范围,更高的测量精度,与多参数同时测量等方向继续发展。
    2  Si晶片激光标识码制作技术的研究
    李悦
    2015, 45(4):349-352.
    [摘要](418) [HTML](0) [PDF 798.59 K](290)
    摘要:
    Si片标识码在工艺加工管理中起重要作用。传统手写方式存在字体不美观、划痕深及硅渣污染等缺点。鉴于此,采用波长1060 nm光纤激光器进行激光标识码制作。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清晰程度、污染程度及深浅程度的变化,了解它们与上述参数间相互对应关系。重点解决清晰度与打标深度之间的矛盾,从而得到清晰、清洁且深度满足后续半导体纳米级加工工艺要求的激光标码技术。研究表明:低脉冲频率(20 kHz)下,随平均功率上升,标识码的清晰度逐渐增加,镜检结果显示硅渣的数量及其分布区域增大;高脉冲频率(90 kHz)下,平均功率增加对标识码清晰度的影响不明显,镜检结果没有发现硅渣。扫描频率与清晰度及污染程度成正比关系。扫描速度与打标深度呈反比关系。采用40%平均功率,25 kHz频率,1500 mm/s 扫描速度及双线填充字体(TrueType)的工艺条件,所得标识码在目视及镜检下清晰美观,无硅渣污染。轮廓仪测量结果显示字迹深度及边缘凸起均在200 nm以下。经批量产品验证,根据研究成果所开发的工艺技术稳定且对后续工艺无不良影响。目前已取代手写方式。
    3  强联合大气湍流下到达角起伏时间频率谱分析
    都文和 杨婧翾 刘剑
    2015, 45(4):353-358.
    [摘要](644) [HTML](0) [PDF 1.00 M](263)
    摘要:
    考虑到折射率结构常数和传输距离对星地链路激光通信质量的影响,本文在修正Rytov方法的基础上,根据星地链路的实际情况,建立了强联合大气湍流模型;并采用谱分析法,得出适用于强湍流区的到达角起伏时间频率谱表达式;最后,分析了对流层Kolmogorov湍流和平流层Non-Kolmogorov湍流对星地链路瞄准捕获跟踪的联合影响。结果表明:大气湍流对星地链路激光通信具有显著影响,且对流层的影响远小于平流层;适当增大接收孔径和频率,可以有效降低大气湍流对星地链路稳定性和可靠性的影响,从而提高星地链路的通信质量。
    4  湍流大气中动态激光散斑的数值模拟
    韩星星
    2015, 45(4):359-363.
    [摘要](577) [HTML](0) [PDF 1.22 M](353)
    摘要:
    首先在分步傅里叶算法中引入了时变相位屏,模拟了真空中漫射平面激光回波动态散斑场,统计计算了真空散斑场的空间和时间相关函数,分析了目标运动速度和发射波束半径对散斑相关特性的影响。然后根据冻结场理论,模拟了湍流大气中激光波束照射漫射面的回波动态散斑场,分析了风速对散斑特性的影响。结果表明,相关长度由目标上的光斑尺寸决定,光斑越大,接收面上的散斑越小。而相关时间不仅受目标平面上的光斑尺寸影响,还受目标平面上的光场相位影响,光场相位随着位置的变化越快,相关时间就越短。
    5  LD侧泵Nd∶YAG薄板条MOPA激光器
    王喆 刘洋 刘磊 刘善超 赵鸿
    2015, 45(4):364-368.
    [摘要](510) [HTML](0) [PDF 1.16 M](469)
    摘要:
    报道了一种基于主振荡—功率放大(MOPA)方式工作的脉冲激光器。为了获得高重复频率、高平均功率的激光输出,采用尺寸为4 mm×35 mm×160 mm,掺杂浓度为1%的Nd∶YAG薄板条。通过对侧面出光的浸入式板条激光器进行LD阵列侧面泵浦,在泵浦光平均功率为15 kW时,实现了稳定的4.15 kW的激光输出,谐振腔的光光转换效率为27.7%。在此基础上,采用两个放大模块建立了一级振荡二级放大的MOPA装置,输出光平均功率达6.4 kW。
    6  980 nm大光腔单发光条大功率LD失效分析
    凌小涵,崔碧峰,张松,王晓玲,刘梦涵,何新
    2015, 45(4):369-372.
    [摘要](419) [HTML](0) [PDF 1.18 M](268)
    摘要:
    采用大光腔结构、真空解理镀膜、腔面非注入区技术制备了980 nm单发光条大功率半导体激光器,其连续输出功率达到12 W。封装后测试,对于同一批量的180只器件进行可靠性测试,经过64 h电老化测试分析,功率基本未发生变化72只,综合成品率达到40%。对失效器件进行综合分析可得,此次试验中,镀膜后分离时产生的膜撕裂是激光器失效的主要原因。
    7  双通道半导体激光电源控制技术
    金文东,李迎新,杨基春,穆志明,王晗
    2015, 45(4):373-377.
    [摘要](424) [HTML](0) [PDF 1.16 M](362)
    摘要:
    研制了一种808 nm/635 nm双通道半导体激光器驱动电源,主要由恒流源驱动和温控电路两部分组成。通过12位DA的输出电压对两个通道的驱动电流进行控制,808 nm和635 nm 通道的电流驱动范围分别为0~3 A和0~1 A,控制精度分别为0.73 mA和0.24 mA。温控电路由温度传感器、差分放大电路、比例积分微分(PID)控制电路和半导体制冷器(TEC)驱动电路组成,采集的温度信号与设定的温度值进行差分放大后通过硬件PID控制驱动TEC进行制冷制热,实现温度控制以保证输出功率和波长的稳定。在室温23 ℃下进行应用测试(设定工作温度为25 ℃),10 min内,808 nm通道在2.2A驱动时,功率不稳定度为1.805%;635 nm 通道在640 mA驱动时功率不稳定度为1.233%。两个通道的P/I特性曲线线性拟合结果的校正决定系数(Adj.R-Square)都大于0.998。
    8  系统偏差对激光相干合成效果的影响
    周军 唐晓军 陈三斌 刘洋
    2015, 45(4):378-382.
    [摘要](576) [HTML](0) [PDF 1.24 M](346)
    摘要:
    以两高斯光束相干合成建立理论模型,数值模拟和分析了在不同系统误差条件下,非共轴的阵列相干合成与共轴相干偏振合成的远场特性。结果显示,两种相干合成在同种系统误差中,不同误差值范围内分别显示不同的合成效果。
    9  大功率LD泵浦激光器驱动电源能量管理策略
    初华,孙斌,黎伟,万强,曹海源,韦尚方,田方涛
    2015, 45(4):383-388.
    [摘要](396) [HTML](0) [PDF 1.05 M](286)
    摘要:
    针对大功率LD泵浦固体激光器对驱动电源的要求,提出能量管理的概念,分别分析储能元件、开关元件、采样电阻、放电电阻在能量管理策略中的作用及降低损耗的方法,最后得出结论:降低电源内阻,降低电容压降,可以提高能量利用率,增加能量转化效率。经过具体实验结果分析,电源的能量转换效率可达到88%以上,验证能量管理策略的可行性。
    10  大功率双路交错并联APFC模块的设计与实现
    吕伟强 崔国栋 王超 杨爱武 刘铁军
    2015, 45(4):389-392.
    [摘要](574) [HTML](0) [PDF 1.01 M](423)
    摘要:
    采用双路交错并联有源功率因数校正技术(interleaved active power factor correction,Interleaved APFC),设计并实现了一款高功率因数、小体积、高效率、低谐波的“绿色”功率因数校正模块。3500 W样机实验结果表明:该功率因数校正模块在单相165~275 VAC电压范围内,得到稳定的直流电压输出,输入交流电流能很好地跟踪输入交流电压,峰值功率因数达到0.998,峰值效率达到96.9%。其工作可靠,成本较低,已成功用于多种中大功率激光器供电系统。
    11  平行激励下脉冲涡流热成像响应规律的研究
    孙晓莹 侯德鑫 叶树亮
    2015, 45(4):393-399.
    [摘要](533) [HTML](0) [PDF 2.81 M](204)
    摘要:
    为探索脉冲涡流热成像技术中涡流与裂纹平行时的响应规律并分析致热机理,运用有限元仿真软件分析了具有贯穿裂纹缺陷的铁磁、非铁磁材料平行激励时的温度分布;运用MATLAB软件提取仿真及实验数据定量分析磁通密度、电流密度、温度等参数并探究了导致铁磁、非铁磁材料温度分布差异的原因;提出铁磁材料除尖端效应外,裂纹内表面趋肤效应导致裂纹边缘温度升高,非铁磁材料裂纹内表面趋肤效应和裂纹边缘涡流密度增大共同作用导致裂纹边缘温度升高。运用高周波电感应加热器进行了实验验证。实验结果与仿真分析存在较好的一致性。研究成果揭示了非铁磁材料平行激励下的温度响应规律,为工程应用中可能的各方向裂纹定性分析和定量表征奠定基础。
    12  FTIR光谱辐射计测量结果的非均匀性修正
    黄伟,吉洪湖 斯仁
    2015, 45(4):400-405.
    [摘要](597) [HTML](0) [PDF 1.57 M](262)
    摘要:
    由于探测器响应存在非均匀性,从而造成FTIR光谱辐射计测量结果也存在非均匀现象。通过对黑体辐射源进行测量,研究了不同视场时的方向响应分布,以及目标面积与视场面积之比对测量结果的影响。以目标理论辐射强度与仪器测量值之比作为修正系数,实现了对FTIR光谱辐射计测量结果的修正。研究结果表明:视场越大,方向响应的均匀性越差;目标与视场的面积比越小,测量值越偏离实际值;对FTIR光谱辐射计的方向响应进行均匀性修正,可提高辐射强度测试精度。
    13  轰炸光电瞄准模型建立
    王昊鹏,刘泽乾,张会勇,刘成亮,李星宇
    2015, 45(4):406-411.
    [摘要](494) [HTML](0) [PDF 1.00 M](313)
    摘要:
    国内现役主战轰炸机均未配备光电瞄准系统,其轰瞄设备为纯光学目视老设备,夜间及复杂气象条件下无法观测目标,不能完成精确轰炸,需要配备光电瞄准系统。为解决轰炸光电瞄准模型这一目前轰炸光电瞄准系统实现过程中待研究的关键技术问题,本文通过航行法下瞄准任务分析、轰炸目标在水平坐标系下坐标的计算、侧向瞄准距和纵向瞄准距的计算、轰炸光电瞄准机理、飞控参数解算算法、瞄准数据流分析等研究,建立了基于测距法的轰炸光电瞄准模型,分析了模型误差,确立了瞄准诸元预告、开舱、投弹时间的解算算法。结果表明,瞄准模型能够稳定解算瞄准诸元,控制飞控、预告、投弹指令输出。
    14  基于非色散红外CO2浓度测量的温度补偿研究
    张学典,王业生,伍雷,梅晓敏,常敏
    2015, 45(4):412-414.
    [摘要](554) [HTML](0) [PDF 987.39 K](681)
    摘要:
    非色散红外(Non-dispersed Infrared,NDIR) CO2气体传感器测量CO2浓度时,外部温度是个重要的影响因素。利用Levenberg-Marquardt算法收敛速度快的优点,建立改进型BP神经网络模型,消除环境温度对CO2浓度在线监测的非线性影响,提高了系统测量精度。
    15  航空相机扫描像移片上补偿技术
    匡海鹏 王德江 孙崇尚
    2015, 45(4):415-421.
    [摘要](462) [HTML](0) [PDF 1.31 M](329)
    摘要:
    查打一体化是当前航空相机的一个主要发展方向,其中一项关键技术为扫描像移的动态、高精度补偿。基于面阵探测器的时间延迟积分(TDI)扫描像移补偿方式相比于光机式的像移补偿方式具有天然的优势,然而当前的面阵探测器TDI像移补偿精度是像素级的,进一步提高查打一体化相机分辨率遇到了瓶颈。针对于此本文首先介绍了查打一体化航空相机工作原理,然后针对帧转移CCD的特性建立了电荷行间转移的数学模型与电荷转移像移的调制传递函数模型,在此基础上提出了一种查打一体化航空相机扫描像移的片上补偿方法,采用该方法可将相位面阵TDI CCD的像移补偿精度提高至1/2像元。最后搭建了实验平台并给出了二、三、四相位面阵TDI CCD电荷转移像移对遥感图像质量的影响,同时也证明了提出的方法能够显著提高图像质量。
    16  光功率稳定性对光纤陀螺性能的影响研究
    王杰 杨明伟 杨远洪
    2015, 45(4):422-426.
    [摘要](385) [HTML](0) [PDF 1.17 M](520)
    摘要:
    首先通过对数字闭环光纤陀螺的原理分析,推导出了光纤陀螺输入输出的关系式,结合随机游走系数的表达式,指出光功率稳定性的两种影响方式,一是引入白噪声,二是改变控制参数。然后建立了光纤陀螺控制模型,研究了光功率衰减与波动对系统调节时间和控制噪声的影响,同时针对光功率衰减对随机游走系数的影响,提出了动态调整最佳调制深度的优化方法。研究结果和优化控制方案对于高精度光纤陀螺的精度保持具有重要的实际意义。
    17  应用于光学遥感仪器的扫描机构设计
    王晓旭 林冠宇 曹佃生 于向阳
    2015, 45(4):427-432.
    [摘要](426) [HTML](0) [PDF 1.15 M](434)
    摘要:
    针对空间光学遥感仪器扫描机构的高精度、长寿命运转需求,首先分析设计了基于油脂润滑方式的运动部件润滑与密封方法,保证了机构的运转寿命与精度;然后使用有限元方法,对扫描机构各重要组件的结构进行了分析优化,得到了轻量化的反射镜结构与优化的支撑结构。分析结果表明,在实验温度(-30~70 ℃)范围内反射镜的面形精度RMS值优于13.2 nm;润滑与密封设计可靠,5年内润滑剂泄漏量小于3.5 mg;扫描机构总质量4.94 kg,一阶固有频率116.2 Hz。扫描机构可以满足空间光学遥感仪器的设计要求。
    18  斜入射对超扭曲向列相液晶滤波输出的影响
    夏刚 高傲 王文龙 刁利 孔勇 韩华
    2015, 45(4):433-436.
    [摘要](423) [HTML](0) [PDF 1.76 M](329)
    摘要:
    在考虑了超扭曲向列相液晶的双折射效应和超扭曲效应,探究了斜入射对超扭曲向列相液晶滤波器的输出特性的影响,并对其进行深入的理论分析和模拟,也推导出了其透射率的表达式。并且通过实验进一步验证了随着斜入射角的增大,超扭曲向列相液晶滤波器的透射峰值向短波方向移动,且其透射率与斜入射方向无关,与入射角有关。
    19  光纤光栅非金属耐腐蚀封装及其温度特性研究
    张学智,祝连庆,张荫民,刘锋,郭阳宽
    2015, 45(4):437-441.
    [摘要](392) [HTML](0) [PDF 1.21 M](325)
    摘要:
    由于裸光纤本身的脆弱性问题,介绍了一种光纤光栅非金属耐腐蚀的保护性封装工艺,并通过使用恒温箱对其温度传感特性进行了研究。在35~80 ℃温度范围,对这种光纤Bragg光栅温度传感器的反射谱进行了测量。实验结果表明:封装的传感器获得很好的重复性并没有迟滞现象,其温度灵敏度系数为9.93 pm/ ℃,线性拟合度高于0.999。
    20  基于科斯塔斯锁相环的光学零差相干接收技术
    徐圣奇,董光焰,李玉韩,胡亮,郭涛涛,杨海涛,胡永钊,邬双阳,章宇兵,刘伟伟
    2015, 45(4):442-445.
    [摘要](491) [HTML](0) [PDF 3.43 M](572)
    摘要:
    零差相干光通信能够实现极高的通信速率和接近量子极限的灵敏度,是新一代空间通信领域极具潜力的通信体制。以窄线宽激光器作为本振源,结合90°光学混频技术和科斯塔斯光学锁相环技术,实现了信号光的零差相干接收。试验结果表明,信号光和本振光经过90°光学混频后I、Q两路信号相位差保持 90°,科斯塔斯光学锁相环可以长时间实现信号光和本振光之间的相位锁定,接收速率为2Gbps的二进制相移键控(BPSK)信号,试验结果表明,该接收机能够很好地实现基带信号解调。
    21  采用稀疏特征选择的红外运动目标跟踪方法
    雍杨,王升哲,王兵学,陈咸志
    2015, 45(4):446-451.
    [摘要](146) [HTML](0) [PDF 1.18 M](225)
    摘要:
    复杂场景下的红外运动目标对比度低且缺乏细节信息,难以实现稳定持续跟踪。分析了典型红外运动目标的特性,提出一种稀疏编码与特征选择的改进跟踪算法。采用Logistic回归模型,通过对正负样本的监督学习,计算得到最佳权重特征矢量,并将原始特征模板和粒子采样对象均向该特征矢量投影,削弱了背景成分对运动目标跟踪的影响并降低了运算量。在模板更新策略上采用了每帧更新的方法以适应运动目标的机动性。文中给出的方法与其他两种经典方法的实验比较,证明了本方法对运动目标跟踪的有效性。
    22  基于显著性与尺度空间的红外弱小目标检测
    周姣,辛云宏
    2015, 45(4):452-456.
    [摘要](134) [HTML](0) [PDF 1.31 M](396)
    摘要:
    针对复杂的天空背景,提出了一种基于显著性与尺度空间的红外弱小目标检测算法。首先通过频域残差法对原始图像进行初步处理,缩小红外弱小目标的待识别目标区域;接着利用DoG算子得到预处理后图像的尺度空间并实行特征点检测,获得最佳尺度图像,再对特征图像进行加权融合;最后通过信息熵分割来实现红外弱小目标的检测。仿真结果表明,本文方法跟文献中所提的优秀算法相比,能有效地检测出红外弱小目标,提升了目标图像的信杂比。同时,能很好地适应不同复杂场景,为红外弱小目标的跟踪应用奠定了基础。
    23  夜视环境下激光助视成像与红外热像的融合
    蒋涛,左昉,郝延福
    2015, 45(4):457-461.
    [摘要](114) [HTML](0) [PDF 1.12 M](265)
    摘要:
    以夜视环境下激光助视成像和红外热成像为研究对象,提出了一种基于非向下采样Contourlet变换和分割模板的图像融合方法。通过引入脉冲耦合神经网络对两幅输入图像进行分割,利用类间方差比判断分割效果的优劣并选取分割模板。在NSCT域中,根据分割模板对激光助视成像和红外热成像的高低频系数进行分区域处理,得到低频和高频融合系数。最后对融合系数进行NSCT逆变换得到融合图像。实验结果表明本文方法能够在融合图像中最大程度呈现出夜视环境下激光助视成像的细节信息和红外热像的目标信息。
    24  基于纹理特征驱动AdaBoost算法的海面场景分类
    戴军,金代中,高志峰
    2015, 45(4):462-466.
    [摘要](108) [HTML](0) [PDF 1.31 M](427)
    摘要:
    为提高红外成像系统对场景的感知能力,对海面场景分类进行了研究,提出了一种基于纹理特征驱动AdaBoost算法的海面场景分类方法。该方法首先提取图像的纹理特征,然后引入AdaBoost算法进行最优特征选择,构建强分类器,最后通过二叉树结构实现对海面场景的多分类。实验结果表明:该方法适应能力强,对多种复杂的海面场景分类效果好。分类结果可为目标检测算法的选取以及复合制导的综合决策提供依据。

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