2017年第11期文章目次

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  • 1  氟化物光纤级联激光器技术进展
    白冲冲 李永亮 王斯琦 李仕明 雷雨 毛傲飞
    2017, 47(11):1327-1332.
    [摘要](561) [HTML](0) [PDF 949.44 K](354)
    摘要:
    能同时产生2 μm和3 μm双波段输出的级联氟化物光纤激光器在光电对抗、激光测距、激光通信、激光医疗等诸多领域都有着极高的应用前景和价值,已成为近年来国内外的研究热点。文中从不同的掺杂稀土离子角度对氟化物中红外光纤激光器的级联原理和研究进展进行了阐述,指出了当前发展所面临的问题和今后的研究方向。
    2  激光打标机在音圈切线中的应用分析
    付强 张纪平 马维金 王俊元 王志坚
    2017, 47(11):1333-1338.
    [摘要](393) [HTML](0) [PDF 991.47 K](126)
    摘要:
    为满足人们对扬声器和麦克风日益增加的需求,提高手机扬声器的生产效率、降低扬声器和麦克风的综合生产成本,需要对扬声器生产线进行自动化改造。在扬声器的整条加工生产线上,音圈生产设备是保证扬声器质量的关键,故而对音圈生产设备的自动化改造具有重要的理论和经济价值。本文采取激光切割的方式代替原有的刀具切割方式完成音圈线的切割工序,通过分析比较选取最为经济和便捷的激光器类型;通过系统建模分析,选择最合适的激光功率,并对其数值进行实验验证。结果表明激光切线能够大大增加音圈生产效率,音圈线切割质量也有了较大程度的提高。
    3  基于相干探测的激光超声检测系统设计与实现
    骆湘红 何宁 王明鹏 赵中华 廖欣
    2017, 47(11):1339-1342.
    [摘要](351) [HTML](0) [PDF 1012.36 K](177)
    摘要:
    提出一种基于激光注入光纤相干的材料表面缺陷无损检测系统,将光学传感、空间光耦合及平衡探测技术有机结合,利用脉冲激光激励与单频激光探测手段,探讨激光超声信号在介质中的产生、传播与检测机理,并通过数据采集与LabVIEW图形化编程设计的上位机界面,对信号特性进行分析和处理。实验测试表明,采用激光注入光纤相干探测系统的信号检测,能减小系统噪声的影响,降低输出信号抖动,通过超声回波峰值信号突变,有效实现工件缺陷判断,为工程应用提供一种新的测量方法。
    4  基于RBF神经网络的高精度在线激光测厚算法
    韩振松 杨永立 吴树元
    2017, 47(11):1343-1348.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 1.09 M](152)
    摘要:
    为进一步提高单CCD双光路激光三角法动态在线测厚系统的测量精度,提出了一种基于RBF神经网络的CCD靶面上光斑位置与被测物厚度之间函数关系的拟合算法。通过理论分析之后,设计了基于RBF神经网络直接拟合CCD靶面上两光斑位置信息与被测物厚度之间关系和现有的最小二乘法拟合三次多项式模型方法进行实验对比,两种方法分别得到了一个网络和一个近似数学模型。通过使用十组标准厚度塞尺在不同位置进行验证实验,发现前者方法计算出的厚度值更加靠近塞尺的客观值。实验结果表明,用RBF神经网络拟合两个光斑坐标和被测物厚度之间的关系,成功地提高了现有系统精度,鲁棒性好,时间复杂度尚可。
    5  同步扫描水下激光成像的角分辨率极限
    何大华 李亚鹏
    2017, 47(11):1349-1352.
    [摘要](278) [HTML](0) [PDF 950.98 K](104)
    摘要:
    同步扫描水下激光成像技术是一种能有效抑制后向散射的水下成像技术,它采用高度准直的激光束照明水下目标,通过扫描扩展横向视场,结合载体的纵向运动得到目标的二维灰度图像。建立了目标反射率的一维理论模型,通过该模型分析了激光发散角和采样角对同步扫描水下激光成像系统角分辨率的定量影响。结果表明,若激光发散角为δ,并以对比度衰减至原始目标的0.2倍为下限,则系统的角分辨率可达0.6δ。
    6  基于四象限探测器的光斑中心高精度定位算法
    郭小康 张彦梅 贺仕杰
    2017, 47(11):1353-1357.
    [摘要](500) [HTML](0) [PDF 1.16 M](203)
    摘要:
    为了提高四象限探测器检测光斑中心位置的精度,降低现有算法的复杂度,提出了二段式多项式拟合算法。在光斑能量分布服从高斯分布模型的条件下,利用四象限探测器的对称性,简化数据的处理量,将拟合区间合理分为两段进行多项式拟合。同时,针对在拟合区间两端的拟合误差较大的现象进行了优化。仿真分析结果表明,当最高多项式次数为四次时,在原点附近区间,拟合误差仅为10-5mm数量级;在远离原点区间,拟合误差为10-4mm数量级。最后通过实验验证,证明了算法的可行性。
    7  线阵扫描三维成像激光雷达系统
    唐铂 李振华 王春勇 来建成 严伟
    2017, 47(11):1358-1364.
    [摘要](437) [HTML](0) [PDF 1.46 M](852)
    摘要:
    针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。
    8  LD单端泵浦变热导率Nd∶YAG圆棒热容激光器温度场
    李隆 潘晓瑞 耿鹰鸽
    2017, 47(11):1365-1372.
    [摘要](354) [HTML](0) [PDF 1.21 M](148)
    摘要:
    针对圆棒激光晶体的实际工作情况进行分析研究,以热容激光器的运行模式为依据,从经典热传导方程出发,分别建立泵浦阶段、冷却阶段的热传导模型。然后引入变热传导系数对方程进行求解,分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式。同时分析并对比了不同因素,如光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明:使用脉冲激光对晶体进行泵浦时,将Nd∶YAG晶体的热导率视为常量和变量的情况下,该晶体在泵浦端面获得的最大温升分别为164.84 ℃、195.58 ℃。此时激光光斑半径为800 μm,泵浦功率为60 W、超高斯阶次为3;该激光晶体的尺寸为Ф20 mm×10 mm,掺钕离子为1.0 at%,吸收系数是0.91 mm-1。计算分析结果对LD泵浦固体热容激光器谐振腔的设计具有借鉴意义。
    9  红外探测器测试系统噪声分析与抑制方法研究
    贾天石 崔坤 薛玉龙 苏晓锋
    2017, 47(11):1373-1379.
    [摘要](484) [HTML](0) [PDF 1.50 M](196)
    摘要:
    随着红外焦平面技术的发展,探测器规模变得越来越大,像元噪声水平越来越低,因此对红外探测器测试系统噪声水平提出了更高的要求。本文从线缆、采集电路、电源和偏压以及ADC四个部分分析其对系统的影响,较为完整地分析了系统的噪声,并对相应部分噪声抑制方法进行研究。测试结果表明红外探测器测试系统动态范围优于100 dB。
    10  飞机发动机尾流流场数值模拟与红外特性计算
    吴沿庆 廖守亿 张作宇 花超
    2017, 47(11):1380-1385.
    [摘要](352) [HTML](0) [PDF 1.08 M](613)
    摘要:
    建立飞机尾喷管的三维几何模型,利用Fluent 6.3.26软件对喷管外的流场区域进行数值模拟,基于发动机完全燃烧假设得到尾焰流场温度、压强等流场数据。利用K-分布法计算尾焰气体辐射参数,采用反向蒙特卡洛法(RMC)对气体红外辐射特性进行了计算,最终获得尾焰的红外辐射图像。
    11  面向MEMS红外光源的辐射增强结构设计
    刘卫兵 明安 谭秋林 孟莹 孙西龙 毛海央 王玮冰 熊继军
    2017, 47(11):1386-1391.
    [摘要](381) [HTML](0) [PDF 1.24 M](183)
    摘要:
    针对常规TO封装下红外光源辐射量在一定光程下严重衰减的不足,基于自研的MEMS红外光源结构,提出了用于红外辐射增强的反射镜及用于光束准直的透镜封装结构,以期大幅提高光源有效辐射效率。本文基于Zemax软件对红外光源在光路中的辐射特性进行了模拟仿真。仿真结果表明:红外光源放置于9.52 mm口径、9.41 mm深度的抛物面反射镜的焦点位置,辐射能量提高了15.5倍;采用2.2 mm厚的BaF2材料的双凸曲面辐射透镜,红外光线呈准直收敛辐射,辐射效率最大可以达到27.42%。本工作研究成果为红外光学气体传感器光源提供了合理的红外辐射增强结构尺寸参数,有效提高了系统的稳定性和光源的辐射效率。
    12  基于陀螺稳定的机载光电转塔系统建模与仿真
    余驰
    2017, 47(11):1392-1398.
    [摘要](395) [HTML](0) [PDF 1.36 M](226)
    摘要:
    机载光电转塔系统是一种多自由度高精度随动控制系统。能够快速随动、大范围跟踪、高精度对被探测区域目标进行搜索、捕获、跟踪和瞄准,为载机提供高精度和高分辨率的外部环境信息,用于态势感知和指挥决策。建立两轴两框机载光电转塔系统在方位和俯仰的陀螺稳定数学模型,及两者之间的耦合关系。搭建了机载光电转塔系统在方位和俯仰两个自由度的联合仿真模型,根据实际应用需求,在MATLAB仿真环境下对不同外部输入和模拟载机姿态变化扰动的环境进行了全系统联合仿真。对系统的仿真特性进行了分析,仿真结果表明,建立的全系统联合仿真模型合理,系统能够快速响应与稳定控制调节,具有较高的陀螺稳定随动控制精度。
    13  采用化学腐蚀法制备光纤Fabry-Perot应变传感器
    上官春梅 何巍 娄小平 骆飞 祝连庆
    2017, 47(11):1399-1404.
    [摘要](437) [HTML](0) [PDF 1.64 M](153)
    摘要:
    提出了一种采用化学腐蚀方法制备光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的方法,采用浓度为40%的氢氟酸溶液对单模光纤端面进行腐蚀处理,并通过电弧放电对光纤端面进行熔接,制作光纤F-P传感器。实验中,将单模光纤端面在40%浓度的氢氟酸中腐蚀20 min制作出深度21 μm的凹槽,并将该腐蚀过的光纤和端面切平的单模光纤相对熔接,通过电弧放电进行熔接构成F-P腔结构,条纹对比度为8 dB;对制备的光纤F-P传感器的应变特性及温度特性进行了实验和分析,结果表明采用化学腐蚀法制作的光纤F-P传感器对应变具有良好的灵敏度,加载灵敏度可达到3.78 pm/με,线性度为0.999;卸载灵敏度为-4.25 pm/με,线性度为0.985。
    14  基于AMC和HARQ的大气激光通信跨层系统性能研究
    王磊 郝士琦 赵青松 张岱
    2017, 47(11):1405-1410.
    [摘要](471) [HTML](0) [PDF 1.23 M](192)
    摘要:
    针对大气激光通信中由大气湍流引起的系统性能下降问题,研究了基于物理层自适应调制编码(AMC)和数据链路层混合自动请求重传(HARQ)的大气激光通信跨层系统性能。在建立了大气湍流信道瞬时信噪比模型的基础上,建立了大气激光通信AMC-HARQ系统模型,并推导了系统误包率和频带利用率公式,最后在双伽马信道模型下进行了仿真分析。仿真结果表明,大气激光通信AMC-HARQ系统能够在保证一定误包性能的条件下,大大提高系统频带利用率,提高单一应用AMC时的系统误包性能。随着重传次数增加,误包率和频带利用率均提高,但频带利用率增幅随重传次数增加而减小。
    15  空间光通信视音频同步无线传输技术研究
    王丹 李真 周文超 李广玮 陈振强 尹 浩 朱思祁 李安明
    2017, 47(11):1411-1415.
    [摘要](395) [HTML](0) [PDF 1.08 M](234)
    摘要:
    设计并演示一个可实现视音频信号同步无线传输的自由空间光通信系统。该系统包括信号发生、调制和接收模块。对由信号发生模块输出的视音频信号进行时分复用(TDM),复用信号以电信号形式作用于声光调制器(AOM)并将其加载于入射到AOM的激光束上,AOM输出调制光信号,最后接收模块还原出视音频信号。整个通信系统带宽为6.7 MHz,通过电-光-电转换过程,将时分复用和声光调制相结合实现了视音频信号同步无线传输。本系统针对具体工作环境,自建核心电路:时分复用/解复用电路和输出光端机电路,采用单片机调控输出信号质量。实验证明该系统具备成本低廉、实用性强和灵活性高等优点,为监控系统、应急通信等应用场合提供一种简易有效的视音频信号同步无线传输方案。
    16  岸海要地防空激光威胁环境及对抗方法
    宗思光 曹水 邓银港
    2017, 47(11):1416-1421.
    [摘要](473) [HTML](0) [PDF 1.04 M](267)
    摘要:
    对抗激光精确制导武器是岸海要地防空系统的主要任务之一。本文分析了外军典型激光制导武器的信号特征及对地攻击战术使用模式,针对海岛要地、港口等防空特点,对多层系全程光电对抗模式进行了分析,提出了激光欺骗干扰、激光压制/毁伤干扰、烟幕无源干扰等综合光电对抗手段在空间布设、使用次序的基本原则方法。
    17  大口径空间反射镜轻量化设计及其柔性支撑
    李慎华 关英俊 辛宏伟 袁野 李志来
    2017, 47(11):1422-1427.
    [摘要](409) [HTML](0) [PDF 1.18 M](191)
    摘要:
    设计了空间相机1.5 m口径反射镜组件的结构系统。首先,根据反射镜材料选取原则,选用SiC作为反射镜镜坯材料。初步确定了反射镜支撑方式、镜体结构参数,并对反射镜进行轻量化设计。通过对反射镜结构参数进行优化,得到重为152.4 kg的反射镜结构,轻量化率达到83%。然后,设计了一种双轴柔性铰链结构,并找出了在装调方向柔性铰链安装位置对面形精度的影响规律,利用有限元法对反射镜组件进行了动、静态特性及热特性分析,结果表明,反射镜组件一阶固有频率为100.6 Hz,在1 g重力及4 ℃均匀温升工况下反射镜面形精度RMS值分别为7.7 nm和8.4 nm。最后,对反射镜组件进行动力学试验及面形精度检测,结果表明反射镜组件完全满足设计指标要求。
    18  被动消热差的大口径离轴光学系统
    刘琳 李林
    2017, 47(11):1428-1432.
    [摘要](412) [HTML](0) [PDF 1.06 M](173)
    摘要:
    为了提高大口径离轴反射式光学系统的环境适应性,设计了被动消热差的大口径离轴光学系统。首先通过技术比较,确定了机械被动式的补偿路线。随后通过光学和机械材料的选取、光机结构的优化和补偿结构的计算,利用简单机械结构实现了系统的无热化。最后对系统的设计结果进行了仿真,分析了系统在-40 ℃、20 ℃和+55 ℃的光学传递函数。分析结果表明,利用该方法实现的大口径离轴光学系统完全满足温度补偿的要求,同时具有体积小、重量轻、易于实现且补偿精度高等优点。
    19  基于小波变换的结构光光条图像去噪方法
    刘干 邵新杰
    2017, 47(11):1433-1437.
    [摘要](457) [HTML](0) [PDF 943.78 K](142)
    摘要:
    结构光光条图像通常受到大量噪声的干扰,会对光条图像分析的造成影响。本文通过对结构光光条图像的噪声特点的分析,结合中值滤波和小波去噪特性,提出基于自适应中值滤波和改进小波重构的去噪方法。用本文提出的方法对结构光光条图像进行去噪处理,并与传统小波软阈值去噪法等其他去噪方法结果进行对比。使用客观的评价标准对两种方法去噪效果进行评价,结果表明,本文提出的去噪方法对结构光光条图像有更好的去噪效果。
    20  基于自适应补偿的电子稳像方法
    尹丽华 李范鸣 刘士建
    2017, 47(11):1438-1445.
    [摘要](362) [HTML](0) [PDF 1.47 M](188)
    摘要:
    基于车载的光电系统在采集图像的过程中,载车的随机振动会导致视频序列发生抖动,需要通过稳像技术来消除。为解决传统电子稳像方法中存在帧间跳变、机械性选择参考帧,以及边缘信息丢失的问题,提出了一种基于自适应补偿的电子稳像方法。首先,自适应地更新参考帧,后续帧与更新的参考帧进行特征点的提取和匹配,并通过参数迭代方法求解相对于第1帧的全局运动参数;然后,区分不同的全局运动参数:旋转角度、水平、垂直方向的偏移量,并通过运动滤波从全局运动参数中分离出扫描运动,补偿随机抖动;最后,采用后向映射方式实现运动补偿,并运用图像镶嵌,即利用参考基准帧的信息对校正后图像的边缘信息进行补偿。实验结果表明:稳像后视频序列有很好的视觉稳定效果,且提高了峰值信噪比(PSNR)和帧间变换保真度(ITF)。本文的方法具有很好的鲁棒性,在不同的视频场景下都可以实现稳像,可以满足稳像的精度要求。
    21  基于场景特殊区域的非均匀校正去鬼影算法
    李成立 吕俊伟 任建存 宋庆善
    2017, 47(11):1446-1452.
    [摘要](409) [HTML](0) [PDF 1.39 M](136)
    摘要:
    为了校正红外成像系统的非均匀性噪声,本文提出了一种基于场景特殊区域的非均匀性校正去鬼影算法。首先,采用三边滤波器对图像进行滤波,然后检测图像两种特殊的区域并对其校正系数进行调整。对检测到的高亮度区域,减小该区域相应的校正系数,使得该区域对校正系数的贡献减小;对检测到的灰度突变的边缘区域,增大该区域相应的校正系数,使得该区域对校正系数的贡献增大。通过这些步骤,可以有效避免校正系数的错误更新,可以有效减少鬼影现象。最后通过仿真实验证明,本文算法在去除场景特殊区域所造成的“鬼影效应”的效果优于空域低通时域高通算法和基于双边滤波器的时域高通滤波算法。因此,本文算法是有效的和实用的。

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