2016年第8期文章目次

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  • 1  红外偏振在目标探测识别中的研究进展
    夏寅辉 骆守俊 白廷柱 宋佩珊 乔育花
    2016, 46(8):909-915.
    [摘要](585) [HTML](0) [PDF 1.81 M](618)
    摘要:
    简要论述了红外偏振成像技术的特点及其优势,并分类讨论了红外偏振成像系统的结构;随后,重点介绍了红外偏振技术在国内外被应用于目标探测与识别方面的研究进展;最后,基于红外偏振技术的特性,提出了采用圆偏振光进行目标探测识别的概念。
    2  高级次轴对称偏振光束的聚焦特性及应用综述
    周哲海 祝连庆
    2016, 46(8):916-921.
    [摘要](579) [HTML](0) [PDF 1.26 M](362)
    摘要:
    高级次轴对称偏振光束具有更为复杂的偏振分布,在高数值孔径聚焦情况下可获得多个超小聚焦光斑,这样的聚焦特性使其在显微成像、材料加工、粒子捕获等领域体现出一定的应用价值,引起了广泛关注。综述了近年来关于高级次轴对称偏振光束的聚焦特性及主要应用的研究成果。介绍了高级次轴对称偏振光束的基本概念,并基于矢量衍射理论给出了聚焦场的数学表达式,最后介绍了该类型光束在粒子捕获与操控、并行光学显微成像方面的典型应用。
    3  基于拉曼晶体的多波长激光技术研究进展
    王晓斌 康文运 宋小全
    2016, 46(8):922-928.
    [摘要](592) [HTML](0) [PDF 1.30 M](492)
    摘要:
    利用受激拉曼散射效应,以拉曼晶体作为介质,可产生同轴输出的多波长激光信号,该种激光器具有结构紧凑、脉冲能量高和波长可调谐等特点,在全色激光成像与显示、光电对抗等领域有着重要的应用前景。本文介绍了受激拉曼散射基本原理和常用拉曼激光器结构,研究了国内外基于拉曼晶体的多波长激光技术的研究进展,总结了利用受激拉曼散射产生多波长激光存在的不足。针对目前受激拉曼散射高阶散射光较难生成,生成的多波长激光信号覆盖谱段较窄,输出功率较低,调谐方式单一等问题,提出了今后多波长激光技术发展方向。
    4  基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量仪设计
    江伦 张雷 董科研 安岩 王超 佟首峰
    2016, 46(8):929-933.
    [摘要](535) [HTML](0) [PDF 959.19 K](384)
    摘要:
    对基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量系统进行了研究,系统利用脉冲激光在测量区域大气层内不同高度形成信标星,以此测量地面至信标星之间的大气湍流信息。本文在分析瑞利激光导星湍流廓线测试的原理和系统组成基础上,对系统关键参数进行了优化选取,并设计了激光发射系统和差分像移接收系统,最后对系统性能进行评估。结果表明:系统可对地面高度0.2~10 km范围内的大气进行湍流廓线测量,该技术在地基天文观测、星地激光通信、地基激光武器领域具有重要的应用价值。
    5  基于差分光路的脉冲激光测距实验研究
    穆嘉星 曹杰 郝群 程杭林 程阳 王鹏
    2016, 46(8):934-937.
    [摘要](435) [HTML](0) [PDF 1.19 M](362)
    摘要:
    为降低背景噪声对测距精度影响,提出一种基于双通道的差分光路测距方法。该方法采用双探测器接收回波信号,在最佳位置进行回波差分,将峰值时刻鉴别转化为过零点鉴别,有效抑制了背景噪声及脉宽展宽对测距性能的影响。通过搭建差分光路测距系统,针对50 m处的漫反射目标对比测距实验误差,实验结果表明:在有背景噪声的情况下,相比较传统单光路测距方法,采用差分光路将测距误差均方根由95 mm降至70 mm。同时,验证了当差分距离为光速与回波脉宽的乘积时,可获得最高的探测灵敏度。
    6  基于激光测距扫描的室内定位方法研究
    宋凯楠 王彪 唐超颖
    2016, 46(8):938-942.
    [摘要](619) [HTML](0) [PDF 1.18 M](867)
    摘要:
    在未知室内环境下,基于迭代最近点(ICP)匹配的同步建图与定位(SLAM)算法较为复杂,运算量较大,在微小型飞行器ARM嵌入式控制系统上实现难以保证实时性。本文提出了一种基于激光测距扫描的室内飞行定位方法,用室内环境的特征点替代激光扫描数据进行ICP匹配,减少了匹配时间,提高了SLAM算法的快速性。在环境特征点提取过程中,提出了一种真实特征点筛选机制,减少因虚假特征点导致的匹配误差,保证了匹配精度。设计搭建了试验平台,试验结果表明,本文提出的方法能够满足微小型飞行器室内飞行定位快速性和准确性的要求。
    7  不锈钢表面镀铜对铝/钢YAG激光焊接的影响
    李玉龙 李鹤 王裕波 余啸 温昌金 崔庆波
    2016, 46(8):943-947.
    [摘要](514) [HTML](0) [PDF 1.22 M](502)
    摘要:
    对0.3 mm厚的316L不锈钢/6061铝合金进行了脉冲激光(YAG)封边焊接试验。为了改善铝钢的冶金结合,对不锈钢表面进行了镀Cu处理,对比了镀铜前后的焊接情况;利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头界面区显微组织特征、熔合情况、元素分布和断口形貌。结果表明:对于铝/钢直接焊接,焊接电流I=130 A,激光脉宽D=4 ms,激光频率f=13 Hz,焊接速度V=150 mm/min,气体流量25 L/min,零离焦时,焊缝平整、成型美观。镀铜层形成了铝钢焊接的过渡层,减缓了界面处液态金属传递,抑制了铁铝之间的熔合,铝钢熔合线向钢一侧偏移。不锈钢未镀铜情况下,焊接接头组织主要由靠近铝一侧的针状或粗大板条状Fe2Al5及靠近钢一侧的FeAl 组成;镀铜后Cu主要固溶到Fe中,接头界面组织主要由(Fe,Cu)2Al5、(Fe,Cu)3Al组成。镀铜前后接头拉伸断口形貌未发生明显变化,然而,接头强度明显提高,提高约40.32%,达到15.63 N/mm。
    8  飞秒激光加工SiC模型参数优化设计研究
    李晓宇 孙会来 赵方方 聂晓菊
    2016, 46(8):948-952.
    [摘要](501) [HTML](0) [PDF 1.08 M](399)
    摘要:
    开展飞秒激光与SiC相互作用机理研究,探索飞秒激光加工SiC材料的作用机理与激光功率密度阈值、脉冲宽度、频率、重叠率等参数的相互影响,这其中增加了在激光脉冲宽度范围内由于多种因素的影响,导致自由电子密度减少的因素;考虑了飞秒激光光束在被加工材料传输过程中由于被加工材料表面反射而造成的损失量,以及由于激光束电离后光电子与晶格发生碰撞而“反射、散射”造成的能量损失,从而对现有作用机理进行理论模型优化,通过比较研究和实验验证自由电子密度,为飞秒加工过程中激光与材料相互作用研究提供分析和参考。
    9  可控频率差的双频激光器的研究
    陈炳初
    2016, 46(8):953-957.
    [摘要](521) [HTML](0) [PDF 1.02 M](400)
    摘要:
    传统的可控频率差的双频激光器是基于双折射效应来实现的,研究了S偏振光和P偏振光在全内反射和减反射薄膜的相位特性,提出基于双全内反射和倾斜减反射膜的相移之间的差别来实现可控双频激光。通过调节入射角的大小或设计不同的薄膜结构来控制双频激光器的频率差。最后在实验中发现,氦氖激光器的硬封接的透射窗存在较大的残余热应力双折射,可产生不可控却稳定的残余热应力双折射,用于制作频率差为中频的双频激光器。
    10  大功率脉冲氙灯灯管透过率的研究
    陈佳 崔新强 郭向朝 刘建军 李海兵
    2016, 46(8):958-962.
    [摘要](471) [HTML](0) [PDF 1.03 M](395)
    摘要:
    大功率脉冲氙灯是惯性约束聚变(ICF)装置的核心器件,它的光效直接影响ICF的输出效率,氙灯灯管的透过率是氙灯光效下降的重要原因。在大功率脉冲氙灯运行不同发次后,复合石英灯管透过率会下降。实验选取了脉冲氙灯放电0发次、88发次、2000发次、3000发次、5000发次、8000发次后的复合石英管中部,对这些样品进行光谱透过率测试并加以对比,发现灯管的透过率在88发次到8000发次就趋于稳定,不再明显下降。为找到复合石英灯管透过率下降的原因,特选取放电试验0发次和2000发次的复合石英灯管(灯管中部和靠近阴极部分),进行透过率、X射线衍射、荧光、成分分析测试,分析其中原因:氙灯在运行过程中,复合石英灯管内没有晶体析出,说明透过率下降并不是由于析晶导致的;灯管掺铈层铈离子价态的转变可能是透过率下降的一个原因;电极溅射出较多杂质附着在灯管内壁上,则是导致靠近电极附近灯管透过率下降的另一个原因。
    11  波长间隔为20 GHz的多波长布里渊光纤激光器
    周雪芳 胡孔文 魏一振
    2016, 46(8):963-966.
    [摘要](590) [HTML](0) [PDF 1.38 M](472)
    摘要:
    设计了一种基于环形腔的双倍布里渊频移间隔的可调谐光纤激光器实验装置。 该实验装置由一个3 dB耦合器、一台可调谐激光源(TLS)、一台980 nm泵浦和一个实现双倍布里渊频移环形腔构成。该结构耦合输出偶数阶Stokes光,从而实现间隔约为20 GHz或0.16 nm的多波长输出。并研究了980 nm泵浦光和BP光功率对输出偶数阶Stokes光波数的影响。当980 nm 泵浦功率固定为26 dBm(400 mW),BP功率为10 dBm时,获得了间隔为0.16 nm的11个稳定激光输出以及36 nm(1530~1566 nm)的可调谐范围。
    12  FTIR光谱仪动镜速度和采样抖动的噪声分析
    邵春沅 顾明剑
    2016, 46(8):967-970.
    [摘要](543) [HTML](0) [PDF 1.20 M](486)
    摘要:
    分析了傅里叶变换光谱仪由动镜速度和采样抖动的随机误差引起的光谱噪声,建立了基于噪声等效辐亮度差(NERD)和噪声等效温差(NETD)的噪声模型。分析表明,动镜速度的波动与抗混叠滤波器幅频响应、时间延迟的综合作用,以及采样触发的短时抖动,都会引起系统的噪声。通过MATLAB数值模拟,对动镜速度和采样抖动的噪声影响进行了仿真分析与模型计算,验证了理论模型,评估了实际仪器的噪声水平,为动镜控制、抗混叠滤波器的设计以及傅里叶变换光谱仪的噪声定量化计算和改善提供了依据。
    13  工作温度对锑化铟探测系统作用距离的影响
    吴学铭 王海晏 寇添 王芳 寇人可 王领
    2016, 46(8):971-975.
    [摘要](496) [HTML](0) [PDF 1.02 M](373)
    摘要:
    针对工作温度对光伏型锑化铟探测系统作用距离的影响,通过将特定器件的载流子输运与热噪声方程结合,得到温度与器件归一化探测率的关系,并将其提升到系统级,得到工作温度变化条件下,系统作用距离模型;在模型的基础上,设定探测条件并进行仿真,得到系统作用距离随工作温度变化曲线,分析了温度对系统作用距离的影响;为验证模型准确性,设计并进行了不同温度条件下系统作用距离的实验,对比了仿真与实验结果,并分析误差原因,得出该模型符合实际情况的结论,对改善系统工作环境及优化使用方法有重要意义。
    14  高Al组分In1-xAlx Sb/InSb的MBE生长研究
    尚林涛 刘铭 周朋 邢伟荣 沈宝玉
    2016, 46(8):976-979.
    [摘要](427) [HTML](0) [PDF 1.19 M](497)
    摘要:
    高Al(10%~15%)组分的In1-xAlx Sb层可作为势垒层以抑制隧穿暗电流、提高器件工作温度而显得很重要。采用分子束外延的方法对InSb(100)衬底高Al组分的In1-xAlx Sb/InSb外延生长进行了实验探索,确定出了Al组分(约12.5%)并讨论了Al组分梯度递变的In1-xAlx Sb缓冲层和生长温度对外延薄膜质量的影响。
    15  红外探测器工艺用器皿清洗方法研究
    孙浩 宁提 龚志红 白雪飞 王文燕
    2016, 46(8):980-984.
    [摘要](510) [HTML](0) [PDF 1.01 M](325)
    摘要:
    红外探测器材料一般为窄带系材料,在其制备工艺过程中,杂质离子更容易导致缺陷能级或表面快态复合中心,需选取较优的器皿清洗方法,对工艺用器皿所含金属离子进行评测控制。本文通过电感耦合等离子体质谱仪对比碲镉汞红外探测器工艺线上不同的器皿及清洗方法,对清洗后金属离子残留测试分析,获得较佳的器皿清洗方法,更好地保证红外探测器制备后性能。
    16  舰载烟幕遮蔽干扰效果在线评估方法研究
    刘松涛 姜宁 王龙涛
    2016, 46(8):985-988.
    [摘要](421) [HTML](0) [PDF 1.05 M](390)
    摘要:
    针对作战应用时电子对抗干扰效果的在线评估问题,以舰载烟幕遮蔽干扰为例,提出基于我方干扰装备和被保护目标的实际状态和预期状态的差别进行评估。具体思路是综合考虑干扰弹发射延误、是否执行舰艇机动等作战使用因素对干扰成功概率的影响,结合舰载烟幕遮蔽干扰的干扰成功概率理论模型,实现干扰效果的在线评估。仿真结果表明,新方法对干扰效果的评估更具有实际应用价值。
    17  长条形军事目标激光防护假目标配置方法研究
    沈涛 刘志国 苟小涛 姚敏立
    2016, 46(8):989-993.
    [摘要](416) [HTML](0) [PDF 929.96 K](403)
    摘要:
    从长条形军事目标防护的特殊性出发,在分析单个漫反射板的有效防护区域的基础之上,讨论了激光有源角度欺骗干扰中保护典型长条形军事目标所需的假目标数,建立了假目标配置的模型。针对传统方法,在利用多个激光干扰源防护一个目标的基础之上,提出了用一个激光干扰源实现长条形军事目标防护的新方法,为军事目标防护的新技术提供了依据。
    18  金属材料对M-PC-M结构中光学Tamm态的影响
    刘启能 刘沁
    2016, 46(8):994-1000.
    [摘要](513) [HTML](0) [PDF 1.05 M](485)
    摘要:
    为了研究金属材料对金属-光子晶体-金属结构中的Tamm态的影响,采用Drude-Lorentz色散模型研究了金和银复折射率的特性,得出了复折射率的实部和虚部随波长的变化规律。并对Au-PC-Au和Ag-PC-Ag中的光学Tamm态随金属厚度、入射角、周期数的变化规律进行了对比研究。得出:在Au-PC-Au和Ag-PC-Ag中都会出现两个光学Tamm态,即OTS1和OTS2。Au-PC-Au和Ag-PC-Ag中光学Tamm态的中心波长和透射峰值随金属厚度、入射角、周期数的变化规律是一致的。但Ag-PC-Ag中光学Tamm态的透射峰值明显大于Au-PC-Au中光学Tamm态的透射峰值,Ag-PC-Ag中OTS1和OTS2的分离程度明显大于Au-PC-Au中OTS1和OTS2的分离程度。
    19  用于BOTDR的双通道可调M-Z干涉仪研究
    张钰民 骆飞
    2016, 46(8):1001-1005.
    [摘要](476) [HTML](0) [PDF 1021.50 K](275)
    摘要:
    针对BOTDR分布式光纤传感技术中背向散射光中布里渊散射信号光的分离提取问题,设计了一种高消光比双通道可调M-Z干涉仪,该干涉仪由两个3 dB耦合器、电动光纤延迟线、偏振控制器及光隔离器构成。使用C波段宽带光源(ASE)对M-Z干涉仪性能进行了检测。并将脉宽为100 ns,重复频率为20 kHz的脉冲光入射到长度为5 km的普通单模光纤中,将其产生的背向散射光经过M-Z干涉仪滤波后,通过光谱仪检测其输出的光谱信号。实验结果表明该干涉仪能够实现大范围高精度可调节滤波功能,对瑞利散射光的抑制超过20 dB,可以有效地将背向散射光中的布里渊散射光信号分离提取出来。
    20  基于卡尔曼滤波器的焊缝识别算法
    孙浩益 梁冬泰 李国平 周善旻
    2016, 46(8):1006-1013.
    [摘要](322) [HTML](0) [PDF 1.12 M](402)
    摘要:
    为了提高工业现场焊缝跟踪的准确性和抗干扰能力,提出了一种基于约束卡尔曼滤波器的焊缝识别算法。采用结构光测量系统获取焊缝连续图像,然后利用形态学处理定位焊缝图像角点,并通过高斯拟合法提取激光条纹中心点,将角点和中心点的位置和速度作为卡尔曼滤波器的状态变量,建立卡尔曼滤波器的状态方程和测量方程,再由角点和中心点的位置关系构建等式约束方程,通过约束方程对卡尔曼滤波后的结果进行修正。结果表明该算法能有效实现焊缝跟踪,提高了焊缝识别的精度和抗干扰能力。
    21  一种连续电子变倍算法的SOPC实现架构
    刘纪洲 崔昌浩 李刚
    2016, 46(8):1014-1017.
    [摘要](263) [HTML](0) [PDF 1017.24 K](249)
    摘要:
    基于双线性插值算法提出一种连续电子变倍的SOPC实现架构。该方法充分利用FPGA和NIOS软核各自优势,以单FPGA的SOPC实时实现了无级连续电子变倍功能,在减小设计难度的同时大大降低了对硬件资源的占用。实验结果表明,本文架构具备较好的电子变倍效果,可提高观察者对图像中小目标的分辨能力,在成像系统中具有较好的应用价值。
    22  基于SLPP-SHOG的红外图像车辆检测方法
    蔡文靖 王鲁平 张路平
    2016, 46(8):1018-1022.
    [摘要](207) [HTML](0) [PDF 1.11 M](253)
    摘要:
    针对红外图像的车辆检测,结合梯度方向直方图(HOG)特征与监督保局投影(SLPP),提出单帧图像车辆检测算法。首先,为增强特征描述能力、提高检测性能,在不增加特征维数的情况下,利用图像分割将区域的轮廓信息、灰度信息融入HOG特征中;其次,针对传统HOG特征维度过高,影响车辆检测效率以及准确率的问题,采用SLPP对提取的SHOG特征进行降维;最后,利用极限学习机(ELM)对样本图像的低维特征进行训练得到ELM分类器,实现车辆检测。本文以实拍红外图像作为实验数据,实验结果显示:针对红外图像的车辆检测,本文算法的检测性能较好,与原始HOG特征相比,本文所提SLPP-SHOG特征的特征维数由1764降至30,检测准确率升高16.03%,F1-measure提高了8.79%,检测时间由5.7 ms降至2.6 ms。
    23  SDI红外图像在火炮光电跟踪系统中的应用
    岳元 彭亮节
    2016, 46(8):1023-1027.
    [摘要](226) [HTML](0) [PDF 1.23 M](258)
    摘要:
    为实现远距离对可疑目标的捕获、跟踪、锁定功能,提高作战人员工作效率,提出了一种SDI红外图像的传输方式。该方法将4路LVDS数字信号进行解码,利用FPGA产品Virtex-5系列逻辑资源丰富的特点,对图像格式按照SMPTE296M标准进行重新编码组合,实现无损、高清图像数据的实时传输。试验结果表明,该方法与其他数字图像传输方式相比,提高了图像的传输效率和稳定性,并在实际应用中取得良好效果,为进一步研究火炮光电跟踪系统提供了可行的解决途径和借鉴意义。
    24  基于FPGA的红外图像非均匀校正实现方法
    牛英宇 聂瑞杰 李丽娟
    2016, 46(8):1028-1032.
    [摘要](347) [HTML](0) [PDF 929.46 K](542)
    摘要:
    针对某国产探测器成像特点,对传统两点校正和神经网络非均匀性校正算法进行了改进和定点化处理。对算法实现时的存储和数据流需求进行分析后,利用存储控制器对DDR2高速读写的优势,在以FPGA为核心的红外成像装置预处理平台上实现了校正系数的在线标定和自适应迭代。在系数更新时,引入运动判断环节,以防止神经网络校正算法带来的目标退化和鬼影现象。成像系统仅采用一片FPGA芯片,使得系统小型化成为可能,充足的资源余量使其具有功能可扩充性。实验证明该实现方法明显改善了红外成像装置的非均匀性,在抑制时间漂移上也取得了满意的效果。

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