2017年第2期文章目次

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  • 1  基于激光的车辆动态侧倾角测量
    张辉 杨永强 庄文盛 龚文森
    2017, 47(2):133-136.
    [摘要](801) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    精确的车辆动态侧倾角检测是车辆控制、辅助安全驾驶的重要基础。针对车辆动态侧倾角难以直接测量的问题,提出一种基于激光和图像分析的车辆侧倾角动态测量方法。本文方法通过在车体上安装激光光源、成像单元,实时拍摄获取激光图像。依据车体、路面、激光光斑和成像单元的几何关系,通过图像分析即可实时计算车辆相对于路面的侧倾角。这一方法简单、便捷,结果不受车辆运动影响,是一种精度相对较高的实验测量方法,对于车辆运动侧倾角测量的各类相关实验研究都具有很高的实用价值。
    2  基于Simulink的时刻鉴别模块误差分析
    王帅 孙华燕 郭惠超
    2017, 47(2):137-143.
    [摘要](751) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    时刻鉴别模块的定时精度是脉冲激光三维成像系统距离分辨率的主要影响因素,选择合适的时刻鉴别方法对系统设计具有重要意义。本文依靠Simulink模数混合仿真特点,在Simulink中对前沿阈值、恒比定时及高通容阻等几种时刻鉴别方法进行了实现,并根据系统参数自定义激光波形,分析了激光脉宽在0.1~10 ns、入射角在50°~90°及目标距离在0.1~10 km等情况下恒比定时法及高通容阻法的定时误差。仿真结果证明高通容阻法要略优于恒比定时法。相较于从统计学角度分析时刻鉴别总体误差,这种方法能够更好地结合激光波形特征和电路特性动态反映各种时刻鉴别方法在不同情况下的定时误差,为实际应用中的时刻鉴别方法选择提供参考。
    3  YSZ全陶瓷涂层加固薄板在激光辐照下的热响应
    张翔宇 陈敏孙 孔斌 杨军 赵国民
    2017, 47(2):144-149.
    [摘要](640) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    实验与数值模拟手段相结合,研究了YSZ全陶瓷涂层加固钛合金薄板在976 nm连续波激光辐照下的热响应。比较了不同功率密度下的温度历史曲线和表面形态。考虑主要换热因素,建立了样品温度场模拟的数值模型,根据实验后YSZ涂层未辐照区与辐照区的反射率测量结果描述了辐照过程中耦合系数的变化。结果表明:YSZ全陶瓷涂层对近红外波段激光具有良好的反射特性,显著提高了基材的抗激光损伤能力;激光辐照过程中耦合系数的变化对温度场有重要影响,耦合系数的变化可能与表面的微量烧蚀过程密切相关。
    4  激光衍射在拉丝模孔型测量中的研究
    杨萍 张玉杰
    2017, 47(2):150-153.
    [摘要](1009) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    随着拉丝模孔径越来越小型化,常用的拉丝模内孔参数测量方法已经不能满足测量的要求。本文将旋转测量法和激光衍射相结合,实现了微小孔孔型参数的高精度测量。测量过程中,通过控制步进电机不断旋转拉丝模中心轴而产生不同的衍射效果,在CCD上分别采样圆孔和椭圆孔衍射图像,利用衍射图像和孔型参数之间的函数关系实现拉丝模各参数的测量。最后通过测试得出各参数的测量误差约为1%,实验结果表明该系统可靠性好、精度高。
    5  宽波带二次谐波产生过程中误差函数的研究
    张丽娟 赵秋爽 赵丽明
    2017, 47(2):154-158.
    [摘要](334) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    在无泵浦损耗近似(undepleted pump approximation,UPA)下用模拟退火算法设计的非周期光学超晶格(aperiodi optical superlattice,AOS)中实现了1.06~1.08 μm波长范围内高转换效率的宽波带二次谐波产生(second harmonic generation,SHG),并且在该结构中研究了已有文献所提出的误差函数对宽波带SHG过程的适用性。该文献提出的误差函数可以用来很好地估计SHG过程中UPA的适用范围,并且指出误差函数只跟SHG的转换效率有关。研究结果表明:宽波带SHG过程中的误差函数曲线与该文献提出的误差函数曲线(本文中称其为标准曲线)是有偏离的,也即该文献提出的误差函数曲线并不适用于宽波带SHG过程。这是因为在实现宽波带SHG的结构中并不能达到好的准相位匹配(quasi phase matching,QPM),该文献提出的误差函数曲线只有在满足完美的QPM的情况下才完全适用。并且还发现在宽波带SHG过程中,误差函数不仅与SHG的转换效率有关,与入射的基频波波长也有关系;对于某些误差函数曲线与标准曲线偏离不大的波长,该文献提出的误差函数曲线可以近似地用来估计UPA的适用范围。
    6  温度自适应调节的光纤激光器电源研究
    陈金彬 严林 万一龙 鲁大剑 夏珉 杨克成
    2017, 47(2):159-163.
    [摘要](516) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    光纤激光器在-40~60 ℃温度范围内恒流驱动时输出功率受LD泵浦源频移等温漂特性的影响而产生波动,影响其在复杂环境下的使用。设计了一种光纤激光器温度自适应调节电源,通过温度反馈控制网络和线性控制恒流源自动调节驱动电流,使光纤激光器输出功率稳定。在-40~60 ℃的测试过程中,光纤激光器输出功率波动在±3%以内,远优于未修正前12.75%的衰减,且无需额外的温控器件和驱动电路,便于光纤激光器和驱动的小型化和轻量化集成。
    7  QKD系统中DFB激光器的可调偏置驱动
    王凯迪 洪占勇 代云启
    2017, 47(2):164-168.
    [摘要](509) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    基于分布反馈式(DFB)半导体激光器的特性,为满足量子密钥分发(QKD)系统研究中对光源的多种需求,设计了一种1550 nm波长的DFB激光器的精密可调偏置驱动方案。该方案以FPGA为控制核心,用上位机软件控制输入,可给DFB激光器提供0~50 mA的精密偏置直流,从而完成光源不同发光模式间的切换,QKD系统中的多种光源需求得以满足。
    8  用于波前校正的自由曲面反射镜设计方法研究
    金奇 霍宏伟 王钢 唐晓军 姜东升
    2017, 47(2):169-173.
    [摘要](536) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    自由曲面反射镜拥有能够校正高能固体激光系统的波前畸变的能力。使用自由曲面反射镜进行波前校正,对镜子加工设计的精度有很高的要求。基于波前的相位互补原理,设计了自由曲面反射镜。并通过BP神经网络算法进行曲面重构,拟合出满足数控加工要求较高精度的自由曲面方程。
    9  150 W级小芯径DL尾纤输出光源设计及实验研究
    吴华玲 郭林辉 余俊宏 高松信 武德勇
    2017, 47(2):174-178.
    [摘要](499) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    基于BTS(Beam Transmission System)整形器件,本文设计了一种针对mini-bar的光纤耦合输出系统,该系统突破了常规方法中mini-bar慢轴准直的焦距限制,可有效简化光束整形结构,提高光束整形效率。ZEMAX模拟和实验验证共同表明:该系统可将4个mini-bar耦合进入105 μm/NA 0.22的多模光纤,稳定输出功率达160 W,对应亮度为13.2 MW/(cm2·sr),电-光效率为42.0%。该系统为小芯径非单管DL光纤耦合模块的研制提供了一条可行途径。
    10  LD端面抽运Nd∶YAG 1338 nm单波长激光器
    甘海波 廖小青 石豪珂 阮秀凯 袁先漳 王鸿雁 朱海永 段延敏
    2017, 47(2):179-182.
    [摘要](450) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    通过LD端面抽运Nd∶YAG激光腔镜膜系的合理设计,抑制Nd∶YAG晶体最强跃迁对应的1064 nm波长和相邻的1319 nm波长的激光振荡,成功实现了1338 nm单波长激光输出。实验中对比了平平和平凹腔型,研究了连续运转和声光调Q模式下的激光输出。连续运转模式时,在12.9 W的抽运功率下,获得了最高3.25 W的1338 nm激光输出;声光调Q模式下,1338 nm激光的平均输出功率和脉冲宽度随着重复频率的减小而下降。在12.9 W的抽运功率下,当声光调Q重复频率从15 kHz减少到5 kHz,平均输出功率由2.8 W降低到1.9 W,对应的脉冲峰值功率由1.7 kW升高到5.4 kW。
    11  实测数据参数拟合的红外大气透过率仿真
    宋福印 路远 杨星 乔亚 吴晓迪 陈杰
    2017, 47(2):183-188.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    计算红外大气透过率的常规方法主要有经验公式法和专业软件计算法,前者存在较大的误差,后者的计算过程复杂且对红外仿真系统的移植和兼容困难,因此,本文基于具体地区多年实测大气数据,利用分子的单线吸收法计算不同温度下的水蒸气和二氧化碳的吸收系数;然后,对不同高度分布的温度、压强以及气溶胶后向散射系数的解析式进行分月拟合。在此基础上,实现红外辐射大气透过率的仿真建模。仿真结果与主流专业软件MODTRAN自定义模式下的精确计算结果很接近,而且本方法使用简单、移植性强,在工程应用上具有一定的参考价值。
    12  飞机红外辐射特征仿真研究
    李韬锐 童中翔 黄鹤松 王超哲 李慎波
    2017, 47(2):189-194.
    [摘要](413) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    真实有效的飞机辐射特征,不仅可以提高导弹的抗干扰能力,还有利于拟定合理有效的防御策略,提高飞机的生存力。基于辐射特征考虑,建立了飞机尾喷口、尾焰、蒙皮以及机体反射的辐射模型;引入大气传输模型,定义了波段平均透过率;通过模型仿真,定性地分析了排气系统(尾喷口、尾焰模型联立)和蒙皮的红外辐射分布规律。将排气系统和蒙皮辐射模型代入大气传输模型之中,分析了飞机红外辐射的高度特性。通过对比仿真与实测结果,验证模型的可靠性。
    13  杜瓦热耗的影响因素分析
    林国画 孟令伟
    2017, 47(2):195-197.
    [摘要](349) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    随着红外探测器杜瓦组件生产数量和品种的增加,对杜瓦热耗提出一致性好和较低热耗的要求,本文从理论上分析了影响杜瓦热耗的因素,从实际出发,根据应用的具体情况提出需要控制的主要因素,通过实际制作样品和对大量数据的统计分析,验证了理论分析的结果,为降低和稳定控制杜瓦热耗提供了明确的依据,对杜瓦设计、开发、生产具有一定的参考价值。
    14  基于大气程辐射比例修正的红外辐射特性测量
    郭汉洲 郭立红 杨词银 李宁
    2017, 47(2):198-202.
    [摘要](301) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    大气程辐射是影响目标红外辐射特性测量精度的重要因素之一。本文利用大气程辐射修正因子修正大气程辐射值以提高其测量精度。首先,给出目标红外辐射特性测量模型,然后,提出利用大气程辐射修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将一定距离下实际测量的大气程辐射和MODTRAN计算的大气程辐射之比定义为大气程辐射修正因子,最后利用该修正因子对其他距离的MODTRAN计算的大气程辐射进行修正并进行目标的辐射反演,获得目标辐射特性。本文利用中波红外摄像机和小面源黑体开展目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,本文方法较传统方法可以在一定程度上提高目标辐射特性测量精度,将精度提高2%左右。
    15  一种基于液体透镜的仿生视觉快速调焦方法
    褚翔 祝连庆 孟晓辰 娄小平
    2017, 47(2):203-209.
    [摘要](410) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    为了提高仿生视觉系统中调焦方法的实时性,在对基于液体透镜的仿生视觉系统调焦控制方式进行研究的基础上,提出一种改进的快速调焦方法,实现系统焦距快速调节的功能。首先将基于激光位移传感器的主动式调焦结果作为预正焦点的判断准则,然后利用基于Sobel算子的灰度梯度评价函数并结合改进的爬山搜索算法对焦距进行精细调整,最后搭建仿生视觉成像系统实验装置,验证本文方法的准确性及实时性。结果表明,利用提出的快速调焦方法,在调焦过程中对同一场景不同模糊程度24帧图像的处理时间可以达到257 ms,相比于传统的自动调焦方法在速度上有很大提升。
    16  快速反射镜扰动信号的模糊补偿控制
    艾志伟 谭毅 吴琼雁 任戈
    2017, 47(2):210-215.
    [摘要](456) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    为了抑制扰动信号对快速反射镜系统输出性能的影响,保证快速反射镜结构特性改变后控制系统抑制扰动信号的能力,提出了一种对扰动信号进行模糊补偿的复合控制系统。系统中,模糊控制环节的输出参数同时用于整定PID控制参数和前馈环节控制参数,补偿系统因扰动造成的偏差,控制系统不需要增加额外的传感器,不会增加硬件系统的复杂性。利用频域分析方法,设计PID控制器的控制参数,进而设计模糊控制的规则。最后,对这种控制系统进行了仿真实验分析,结果表明:快速反射镜的结构参数变化前后,扰动模糊补偿控制系统对系统中的扰动信号均具有较高的抑制能力。
    17  激光告警散射截获半径评估建模与仿真
    姚梅 张乐 陈洁 郭豪
    2017, 47(2):216-220.
    [摘要](334) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    为评估激光告警散射截获半径的边界,根据激光告警系统的散射告警原理,基于米氏散射理论,推导出适于工程应用的波长1.064 μm激光告警离轴散射探测模型。分析了激光告警探测系统的主要噪声源,提出了基于激光告警阈值探测理论的散射截获半径评估方法;利用编程工具MATLAB对某激光告警系统的散射截获半径边界进行了仿真计算。
    18  基于火箭橇的激光导引头抗干扰试验方法研究
    韦卓 杨卫华 姚德龙 孙浩
    2017, 47(2):221-224.
    [摘要](401) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    为了验证激光末制导导引头在飞行过程中的抗干扰能力,文中分析了激光导引头的抗干扰和干扰技术,提出了将导引头搭载在火箭橇上模拟导弹高速接近目标的运动,构建了激光干扰靶场试验系统,各参试设备均取得了测试数据,并对试验数据进行了有效分析。实践证明该试验系统安全、可靠,能够考核导引头在高速接近目标过程中的抗干扰能力。
    19  基于硫系玻璃的折衍混合光学无热化镜头设计
    杨加强 彭晴晴 刘琳 李荣刚 孙昌锋
    2017, 47(2):225-229.
    [摘要](385) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    针对非制冷红外镜头高分辨率、批量化和低成本的需求,通过硫系玻璃和锗单晶的材料搭配,利用折衍混合的设计方法,设计一款仅包含三片,可用于枪瞄、车载夜视和安防监控等领域的光学被动补偿无热化镜头。在理论推导的基础上,进行了相应的工程化设计,提出了满足精密模压生产工艺的光学设计方案。实验验证表明,该镜头在-40~55 ℃范围内成像清晰,满足指标要求。在实际工程应用中,具有生产成本低、成像性能好等特点。
    20  一种改进的Harris角点检测的图像配准方法
    张见双 张红民 罗永涛 陈柏元
    2017, 47(2):230-233.
    [摘要](423) [HTML](0) [PDF 532.43 K](425)
    摘要:
    针对在传统的Harris角点检测过程中,手动输入单个阈值可能出现角点聚簇、伪角点等现象,提出了一种改进的Harris角点检测方法的图像配准方法。首先,将图像分割成3×3个无重叠子图,根据每个子图的对比度的大小,来设置每个子图的阈值。然后,采用NCC算法对检测出的角点进行粗匹配。最后,采用RANSAC算法对粗匹配中误匹配点对进行剔除。实验表明:该算法使得检测的角点分布比较均匀,并在图像配准中有效地增加图像匹配点对数,具有良好的实用性。
    21  一种视觉表格图像全局阈值分割算法
    聂仁灿 何敏 周冬明 余江 丁星丽
    2017, 47(2):234-238.
    [摘要](473) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    针对复杂环境因素影响下的视觉表格图像,提出了一种有效的图像分割方法。首先利用图像的闭运算,估计出图像的背景变化,进而利用定义的图像对比度实现了图像的背景补偿。然后利用背景估计图像的均值作为补偿图像的全局分割阈值,成功实现了表格图像分割。实验仿真表明,本文方法的分割结果体现了较好的视觉效果,而且与基于补偿图像的OSTU方法和基于局部阈值的Niblack方法相比,它在图像单元格区域的过分割与欠分割之间实现了较好的均衡。
    22  模糊图像多波段特征融合的多类舰船识别
    郭少军 沈同圣
    2017, 47(2):239-245.
    [摘要](469) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    利用单波段特征进行多类别舰船识别对舰船的图像质量与特征描述算子要求较高,图像质量的下降会直接导致复杂的特征描述算子识别能力下降。为了多舰船目标识别率的提高,针对单波段特征识别能力的不足,设计了目标图像特征,对多特征进行协方差融合,对多波段目标图像,采用特征并行处理,进行协方差特征融合,最后利用融合后的特征对多舰船目标进行识别分类。对比试验结果显示,本文设计的融合特征,在单波段图像上,比直接利用流行的HOG特征识别率高,多波段融合特征的识别率较单波段融合特征更是得到了质的提升,达到了95%以上。
    23  基于红外面阵扫描图像的配准和融合
    李冰 李范鸣 谢江荣,石永彪
    2017, 47(2):246-251.
    [摘要](461) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    针对红外面阵扫描图像的连续拼接,提出了一种基于灰度特征的配准和融合算法。该算法首先利用Harris算子对待拼接图像的特定区域进行角点检测,并提出了一种自适应阈值方法,用于提取特征明显的兴趣点,同时限定兴趣点的个数;其次选择合适的窗口大小,利用互相关归一化(NCC)函数,对拼接图像兴趣点邻域灰度范围进行图像匹配,获得图像变换关系;最后提出了一种基于双线性变换和渐入渐出相结合的图像融合算法。结果表明,自适应阈值角点检测后的兴趣点特征明显,分布均匀且数目被阈值很好地约束,图像配准精度高,采用本文融合算法后的拼接图像,重叠区域过度平缓,不存在拼接缝和灰度跳变现象。
    24  基于视觉对比度机制的红外小目标检测
    陈玉文 李玲 辛云宏
    2017, 47(2):252-256.
    [摘要](384) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    复杂背景条件下的红外小目标检测是红外预警、红外搜索与跟踪等系统的关键技术和研究热点之一。针对红外序列图像中弱小目标检测问题,提出了一种基于视觉对比度机制的红外小目标检测方法。该方法首先运用加权高斯差分方法计算出目标显著性图,接着采用模糊控制方式优化参数获取显著性区域,最后通过显著区域与周围区域对比度分析获取真实目标。从实验结果以及和其他方法对比可以看出,所提出方法具有较高的检测率和较低的虚警率,是一种有效的小目标检测方法。

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