2016年第3期文章目次

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  • 1  激光多普勒测速雷达技术研究现状
    白蕊霞 王斌永 童鹏
    2016, 46(3):249-253.
    [摘要](718) [HTML](0) [PDF 998.29 K](822)
    摘要:
    多普勒频率提取算法是激光多普勒测速雷达的关键技术之一,它会直接影响测速精度、作用距离、动态响应范围。本文以一款典型激光多普勒测速雷达为例介绍了测速系统的组成与关键技术,对比分析了国内外典型激光多普勒测速雷达的性能指标及技术参数,重点研究了各种多普勒频率提取算法,并对各种算法的优缺点进行概括总结。最后对多普勒频率提取算法进行了展望。
    2  脉冲激光辐照小尺度空间碎片的影响规律
    杨丽薇 赵尚弘 方英武
    2016, 46(3):254-258.
    [摘要](522) [HTML](0) [PDF 994.46 K](389)
    摘要:
    通过建立了激光辐照小尺度空间碎片的物理模型。仿真分析了小尺度碎片的速度增量与激光功率密度的关系,讨论了不同功率密度下激光的有效作用时间以及不同脉宽下激光冲击波的传播波形和到达位置;在此基础上,模拟分析了冲量耦合系数随不同激光脉宽和功率密度的变化规律。结果表明:速度增量随激光功率密度的增加而增加,激光冲击波波形随脉宽增加有明显展宽,且在激光功率密度、脉宽一定条件下短波长可获得更大的冲量耦合系数。
    3  陶瓷刀具表面微织构激光加工工艺的实验研究
    刘泽宇 魏昕 谢小柱 华显刚 洪继伟
    2016, 46(3):259-264.
    [摘要](508) [HTML](0) [PDF 1.23 M](433)
    摘要:
    较好的刀具表面微织构可以改善刀具摩擦磨损性能,提升刀具切削性能,延长刀具使用寿命。针对光纤激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光功率、频率、扫描速度和扫描次数对微沟槽尺寸和形貌的影响进行了实验研究。确定了使用1064 nm波长光纤激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参数。选用不同形貌微织构和无织构刀具进行摩擦磨损实验并进行对比。实验结果表明,微织构可以降低陶瓷刀具表面摩擦系数,提高其抗磨损性能。微织构沟槽深度或宽度较大时作用效果较差。
    4  基于激光距离传感器的路况识别系统的设计
    张燕 许京 陈玲玲 刘作军
    2016, 46(3):265-270.
    [摘要](343) [HTML](0) [PDF 1.19 M](419)
    摘要:
    针对动力型下肢设备存在的运动模式识别率低的问题,设计了一种可穿戴式路况识别系统。通过安装在腰部的便携式激光距离传感器和惯性测量传感器分别采集激光距离信息和地形高度信息,利用小波去噪算法对所采集的数据进行处理,提取特征值,最后选择训练简单、结构清晰的概率神经网络进行路况识别。实验结果表明,该便携式系统能有效识别平地、上楼、下楼、上坡和下坡五种路况并提高识别精度,证明了将可穿戴式路况识别系统应用于假肢或助行器等动力型下肢设备环境感知系统的有效性和可行性。
    5  基于EMCCD的激光主动成像参数分析
    刘智超 樊桂花 郭惠超 周玢 朱建国
    2016, 46(3):271-274.
    [摘要](456) [HTML](0) [PDF 1.16 M](485)
    摘要:
    摘要:分析了EMCCD成像噪声,建立了EMCCD成像信噪比模型,并推导出基于EMCCD的激光主动成像信噪比模型,最后,仿真大气水平传输、大气斜程传输和空间传输情况下,基于EMCCD的激光主动成像的探测距离和激光功率与成像信噪比之间的关系。
    6  基于嵌入式的网络激光标刻控制系统研究
    闫久江 万辉 史富君 李红军
    2016, 46(3):275-278.
    [摘要](455) [HTML](0) [PDF 1.12 M](408)
    摘要:
    根据传统激光标刻控制系统中现有标刻数据传输与处理模式存在硬件构成冗余复杂等缺点的问题,提出一种基于集成多模块嵌入式系统的解决方案,通过数据传输方式的改变,实现整个激光标刻生产控制模式的改变,从而使激光标刻脱离工控机及标刻控制软件,且可实现网络在线、离线标刻等功能。该方案以MCU与RTL8019AS芯片构建的嵌入式以太网实现数据的接收与发送,通过MCU I/O口的分时复用扩展SRAM并实现对激光发生器和振镜扫描头的并行控制。方案中,待标刻数据通过TCP以太网网络传输,该系统将接收后的字符数据进行算法转换,形成激光点阵控制数据,最终实现点阵扫描式激光标刻。综合实验表明系统整体具有良好的鲁棒性和高效的标刻速度。
    7  新型相位式激光测距系统电路的设计
    谭晓瑞 张丕状 范圆圆
    2016, 46(3):279-283.
    [摘要](355) [HTML](0) [PDF 1.09 M](1704)
    摘要:
    为了提高相位式激光测距系统的精度和可靠性,设计了一种新型的相位式激光测距系统的发射和两路几乎一致的接收电路。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术,差频测相技术等原理,系统可以实现特定环境下的高精度测量。系统由级联式PLL可编程时钟信号源、激光发射与接收模块、自动增益控制、混频滤波及数据采集组成。利用时钟源产生调制信号,并对反馈信号和接收信号进行放大、混频滤波等信号调理,进而采集数据并对数据进行处理分析。在电路的设计中,优化了激光的调制发射电路,采用低回波损耗的尾纤式激光器,增加简单实用的自动增益模块等。实验观察的波形和数据结果分析表明,此相位式激光测距系统电路简单实用,并且具有较高的稳定性和较高的测量精度。
    8  反射镜热畸变对激光光束质量影响的研究
    李艳娜 谢翔云 王刚 唐力铁
    2016, 46(3):284-288.
    [摘要](724) [HTML](0) [PDF 1.09 M](620)
    摘要:
    基于热传导理论,建立了高斯光束辐照硅反射镜的物理模型,利用多物理场数值分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程,仿真计算得到镜面表面温度分布曲线以及镜面变形曲线,进一步结合光学仿真软件模拟计算,研究得到Si反射镜镜面的热畸变对输出光束质量的影响。结果表明:随着激光辐照时间的增大,反射镜热变形越显著,输出光束质量β因子越大,但β值的变化首先较快而后趋于平缓。随着辐照激光功率的增加,反射镜热变形越大,输出光束质量β因子不断增大。
    9  基于REC技术的可调谐激光器模块
    刘森 倪屹 曹宝丽 曾盼
    2016, 46(3):289-293.
    [摘要](444) [HTML](0) [PDF 1.19 M](669)
    摘要:
    通过重构-等效啁啾(REC)技术实现了一种基于分布式反馈(DFB)激光器矩阵的低成本可调谐激光器模块,对该模块进行了波长调谐、稳定性以及其他性能的测试,并将特定波长的参数加以标定。模块中的相邻激光器之间的中心波长间隔均匀等距且P-I特性良好,可调谐激光器输出波长的波动小于±3 pm,光功率变化小于0.02 dBm。波长调谐范围为1536.64~1559.36 nm,在该范围内依照ITU-T的DWDM标准涵盖了60特定波长通道,通道切换时间为5~30 s。
    10  基于双焦距微透镜的半导体激光束准直的研究
    廖明星 王翔 简伟明
    2016, 46(3):294-299.
    [摘要](603) [HTML](0) [PDF 1.22 M](877)
    摘要:
    针对半导体激光器光束的准直,从分析光束本征像散的角度出发,给出利用单个双焦距微透镜准直LD光束的方法;理论分析和ZEMAX模拟表明在快慢轴两个方向均为双曲面轮廓的双圆锥曲面透镜能实现对光束快慢轴的同时准直;利用光刻胶热熔融法制作了具有双焦距的椭圆形微透镜,并进行了半导体激光器光束的准直实验,测量光束准直前后的发散角,结果表明双焦距微透镜可以实现准直。
    11  抽运系统参数对全固态激光输出特性的影响
    方宁 蔡薇洋 石豪柯 毛雅晴 林悠悠 段延敏 朱海永
    2016, 46(3):300-303.
    [摘要](573) [HTML](0) [PDF 958.75 K](488)
    摘要:
    为了优化全固态激光的抽运系统,研究抽运系统参数对激光输出特性的影响。以半导体激光端面抽运Nd∶YVO4晶体的全固体激光器设计为例,实验对比了采用不同波长(880 nm和808 nm)和不同光纤芯径(100 μm和200 μm)的半导体激光抽运源对激光输出功率、效率和光束质量等特性参数的影响。结果表明采用880 nm直接抽运技术结合采用小光纤芯径长焦深的抽运系统,可减少斯托克斯光子亏损,实现抽运光模式和激光腔模式的匹配来提高效率和激光输出光束质量。
    12  一种精确快速的大气吸收工程计算模型
    王彦 谢晓方 曹建 孙涛 徐从安
    2016, 46(3):304-307.
    [摘要](549) [HTML](0) [PDF 881.03 K](633)
    摘要:
    逐线积分法计算大气吸收透过率虽然具有最高的计算精度,但实时性欠佳,限制了其工程应用价值。针对红外实时仿真的工程应用背景,提出了一种光谱分辨率为1 cm-1的大气吸收计算模型,能够兼顾计算精度和实时性要求。利用逐线积分计算得到恒定气压、温度、分子浓度和不同传输距离条件下,气体分子1 cm-1波段吸收透过率并建立了吸收透过率与高度的数学模型,进而插值计算任意路径下气体的吸收。实验表明,大气吸收透过率的计算精度高于MODTRAN,并且运算速度远快于逐线积分法。
    13  基于区域特征分割的红外弱小目标提取算法
    赵慧青
    2016, 46(3):308-312.
    [摘要](505) [HTML](0) [PDF 869.01 K](411)
    摘要:
    针对现有的红外图像中目标分辨率低且边缘弱等问题,提出了一种基于区域特征分割的红外弱小目标提取算法;该算法根据灰度形态学理论,利用红外背景与目标轮廓信息来提取图像的目标信号;其中算法先根据红外图像的灰度与形状的相似度进行归属度处理,来分类出图像中的目标区与背景区;接着,根据边缘检测算法,该算法对目标区的目标的进行轮廓提取;实验结果表明,该算法能够有效的进行目标提取针对红外图像的不同性质;具有精度高,抗干扰能力强的分割优势。
    14  针对静态感知系统的坐标系改进设计
    田少华,侯爽
    2016, 46(3):313-316.
    [摘要](385) [HTML](0) [PDF 875.59 K](424)
    摘要:
    由于四个菲涅尔透镜和四个热释电传感器组成的四元十字阵列静态感知系统探测视场角度大,相邻感知区域有重叠,导致传统的感知系统坐标系的探测精度降低。为了提高探测目标的可靠性,提出一种改进的二维坐标系。该坐标系根据相邻感知区域的重叠区,重新建立十字坐标系统。文中建立了新坐标系的理论模型,经过实验验证,该改进坐标系设计切实可行,使感知系统探测目标精度有所提高,具有一定的实际应用价值。
    15  一种多元信息融合技术的方案实现
    夏寅辉 白廷柱 徐长彬 殷金坚 何文忠
    2016, 46(3):317-320.
    [摘要](421) [HTML](0) [PDF 1.17 M](671)
    摘要:
    对多元信息融合的概念、原理、模型进行了论述,基于以上论述提出了一种基于多传感器信息融合的设计方案。该设计方案采用多元信息融合技术对多源战场信息进行获取、感知,通过信息融合算法对可疑目标进行探测、识别、定位、组合,可获得精确的目标状态估计,以及战场态势估计与威胁估计,从而实现未来战争中陆、海、空、天、电磁频谱全维战场感知。
    16  微弯型光纤双向扭转传感器
    茶国智 郑晓虹 谢再新
    2016, 46(3):321-324.
    [摘要](541) [HTML](0) [PDF 999.20 K](421)
    摘要:
    在深入研究扭转理论的基础上,设计了一种新颖的双向多模光纤缠绕型扭转传感器。传感结构的核心是两个缠在轴上绕向互反而参数相同的光纤段,利用它们相互间呈差动变化的微弯损耗对扭转参数进行检测。经实验测试表明,它具有良好的线性响应。对扭转检测的相关领域,所设计的这种传感器具有特殊的应用潜力。
    17  基于自由曲面的大视场离轴四反光学系统设计
    黄辰旭 刘欣 潘枝峰 陈建发 张红刚
    2016, 46(3):325-328.
    [摘要](917) [HTML](0) [PDF 973.42 K](449)
    摘要:
    反射系统具有体积小、重量轻、无色差、成像性能优良等特点,广泛应用于航空机载领域。本文基于矩阵光学理论,并以此建立非线性方程组,用数学软件求解得到满足要求的初始结构。优化过程中不断调整系统各镜的偏心和倾斜,消除系统的中心遮拦。在光学系统中引入自由曲面,提升了光学系统的轴外像差平衡能力,增大系统视场角。设计了焦距100 mm,视场角20°×20°,相对孔径为F/7的离轴四反射镜光学系统。结果表明,该光学系统具有较大的成像视场,结构紧凑,无中心遮拦,成像质量接近衍射极限。
    18  基于最优匹配区域的结构光系统的投影仪标定
    王中任 万仁全 刘亚俊
    2016, 46(3):329-333.
    [摘要](434) [HTML](0) [PDF 1.07 M](405)
    摘要:
    针对现有的投影仪标定算法精度不高的问题,根据投影仪的非线性模型,提出一种基于最优匹配区域的新投影仪标定算法。首先通过试验得到最优匹配区域,然后在最优匹配区域内计算角点的局部单应性矩阵,最后采用相机标定的方法对投影仪进行亚像素级标定。实验结果表明,该方法标定过程简便,投影仪标定误差最大为0.10617 pixel,算法的执行时间为0.1907 s,系统三维重构的点云密度达9.14个/mm2。该方法只需要普通的平面标定板,操作简单,可满足高精度的三维测量系统要求。
    19  基于散射模型的霓虹现象研究
    韩凯 许晓军
    2016, 46(3):334-339.
    [摘要](512) [HTML](0) [PDF 1.09 M](411)
    摘要:
    霓和虹是天空中常见的大气光学现象,采用几何光学理论能够较准确地解释其成因。然而,几何光学理论的物理模型相对简单,不能说明雨滴尺度等因素对霓、虹形成的影响。本文采用散射理论研究了不同尺度水汽粒子的散射相函数以及雨滴粒子集群的角向色散特性,从散射的角度解释了霓和虹的成因,最后对散射理论和几何光学理论做了对比。研究结果为大气光学现象的研究提供了新的思路。
    20  太赫兹波段复合型FSS带通滤波器的分析与设计
    胡章芳 刘金兰 罗元 李岩岩
    2016, 46(3):340-345.
    [摘要](567) [HTML](0) [PDF 1.13 M](421)
    摘要:
    利用谱域法对频率选择表面 (frequency selective surface,FSS) 结构进行理论分析,设计了中心频率为0.338 THz工作在大气通信窗口的复合型FSS带通滤波器。该滤波器是对圆环槽单元滤波器进行改进,增加了三极子单元,通过研究结构参数对滤波性能的影响关系,进行结构优化。实验表明,该滤波器综合滤波性能更好,3 dB带宽可以达到69.5 GHz,回波损耗小于-13.46 dB,带内插入损耗小于0.45 dB,带内纹波低到0.1 dB,且通带平坦,有较好的带外抑制和矩形系数,边带比较陡峭。同时该滤波器在不同极化波和相同极化波不同入射角度入射时都有很好的频率稳定性,能有效地用于太赫兹通信。
    21  基于改进圆拟合算法的激光光斑中心检测
    吴泽楷 李恭强 王文涛 杨雪 唐晓军 姜东升
    2016, 46(3):346-350.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 1.08 M](614)
    摘要:
    主要运用图像处理的方法来检测激光器输出光斑的中心位置,在圆拟合基础上改进了算法,加入了采集处理,去噪滤波,以及多次迭代等处理方法,提高了检测光斑中心位置的精确度,同时预处理和去噪滤波有效地减少了测量时的白噪声以及椒盐噪声的干扰,增强了抗干扰能力。
    22  红外图像WBC变换方向内和尺度间降噪
    郑佳枫 张炜 叶树亮
    2016, 46(3):351-356.
    [摘要](404) [HTML](0) [PDF 1.08 M](336)
    摘要:
    针对传统图像降噪算法不能很好处理含噪红外图像的问题,本文分析红外图像在WBC变换后邻域系数相关性将广义CB形态学应用于邻域系数降噪,并结合基于尺度间相关性的自适应阈值降噪,提出一种基于WBC变换邻域系数相关性和尺度间相关性的红外图像降噪算法。仿真结果表明,该方法相比Bayes估计降噪、WBC尺度间硬阈值降噪和WBC尺度间自适应降噪获得了更好的SNR提升,其SSIM值也更接近于1。
    23  基于特征提取的红外与可见光图像融合
    陈天明 王俊琦 张星祥 任建岳
    2016, 46(3):357-362.
    [摘要](513) [HTML](0) [PDF 1.63 M](604)
    摘要:
    为提高红外与可见光图像融合的效果,加快融合算法处理速度,提出了一种基于特征提取的图像融合算法。改进了数学形态学中的顶帽运算,用于提取源图像的特征图像及背景图像;设计融合规则,对特征图像及背景图像分别进行融合处理;最后重构得到融合图像。另外,对本文融合方法的参数选择进行了分析,并且设计了适用于背景图像融合的自适应加权融合规则。实验表明,该融合方法能有效获取源图像的特征信息,提供丰富的背景信息,运算速度快,易于硬件实现。
    24  基于NSCT的自适应多判决图像融合方法
    罗萍 黄良学 黎羡飞 马强
    2016, 46(3):363-367.
    [摘要](409) [HTML](0) [PDF 962.96 K](289)
    摘要:
    针对传统的融合方法对于红外图像目标信息和可见光图像丰富的背景信息无法有效地保留到融合图像的问题,提出一种基于NSCT变换的自适应多判决红外与可见光图像融合方法。首先,将来自同一场景配准后的红外与可见光图像进行NSCT多尺度、多方向分解;然后,分别对高低频系数采取不同的融合规则:低频系数采用基于区域能量调节因子自适应加权的方法,对高频系数采用混合的融合方法,即对于高层,采用像素点绝对值选大的融合方法,对于低层采用基于对比度的多判决融合方法;最后,将得到的高低频融合系数进行逆NSCT变换得到融合图像。实验结果表明,经主客观评价,本文提出的融合方法优于文中其他基于多尺度分析的图像融合方法,可得到更理想的融合图像。
    25  基于局部特征的单帧红外小目标检测算法
    吴涛 何文忠 陈晓露
    2016, 46(3):368-371.
    [摘要](325) [HTML](0) [PDF 966.31 K](395)
    摘要:
    针对单帧红外小目标具有能量值高于背景和噪声的特点,提出了一种基于局部特征的单帧红外小目标检测算法。该方法首先分析了单帧红外图像各部分的高低频关系,利用单帧红外小目标与背景在频率上的不同,采用二阶巴特沃斯低通滤波器滤除背景干扰;然后设定能量与灰度阈值进行自适应阈值分割,保留疑似目标点;最后通过改进的拉普拉斯算子突出红外小目标轮廓。经过红外图像仿真实验验证,该方法能够在复杂空域快速而准确地检测出单帧红外小目标。
    26  基于Mean Shift的目标跟踪算法性能比较研究
    苏永钢 唐晨 程佳佳 谷帆
    2016, 46(3):372-376.
    [摘要](422) [HTML](0) [PDF 1.45 M](406)
    摘要:
    针对目前尚未有对基于Mean Shift的各类目标跟踪算法在同一数据集下进行性能比较这一问题,选取了七种具有代表性的基于Mean Shift的目标跟踪算法,分别从算法时效性、跟踪成功率和跟踪精确度三个方面对算法在25段包括多种复杂场景的图像序列上的性能进行了仿真实验比较。实验结果给出了算法在不同评价指标以及不同图像场景下的性能表现。由实验得出的结论可以为基于Mean Shift的目标跟踪算法的进一步优化改进提供参考。

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