2017年第3期文章目次

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  • 1  切向气流下激光对旋转靶热烧蚀的数值模拟
    张东来 宋雄杰 丁磊 李晓娇
    2017, 47(3):261-266.
    [摘要](715) [HTML](0) [PDF 1.43 M](172)
    摘要:
    针对连续激光辐照表面存在切向气流的旋转靶目标,数值求解温度场分布以及热烧蚀效应。首先,综合切向气流、固液相变和目标旋转的影响,给出柱坐标下三维瞬态热传导方程,建立激光对旋转靶目标的热烧蚀模型。其次,分析热烧蚀过程中,物质在固态、固液态和液态之间的转化关系,提出一种改进的“单元生死法”处理旋转烧蚀过程中的边界移动问题,并采用有限容积法数值求解热烧蚀模型。最后,数值模拟温度场分布和热烧蚀效应,分析靶目标旋转速率对温度场分布和热烧蚀效应的影响。分析结果表明:靶目标的旋转,导致最大烧蚀深度不断减小,圆柱面的烧蚀区域逐渐增加,并对温度场分布产生一定影响。
    2  运动目标激光主动成像系统MTF建模仿真
    刘鹏 樊桂花 孙健 吴洋
    2017, 47(3):267-272.
    [摘要](421) [HTML](0) [PDF 1.42 M](629)
    摘要:
    根据激光主动成像系统的成像原理和线性系统理论,在光电成像系统通用MTF模型的基础上,考虑了大气湍流和运动对系统成像性能的影响,建立了针对运动目标的激光主动成像系统MTF模型,并利用Matlab进行了仿真研究。结合具体的仿真结果,分析了限制系统MTF的主要因素以及目标运动的影响,为后续进行系统性能的评估和优化奠定了理论基础。
    3  二维艾里光束飞秒成丝特性研究
    李媛丽 吴云龙 宣齐天
    2017, 47(3):273-276.
    [摘要](536) [HTML](0) [PDF 993.81 K](194)
    摘要:
    艾里光束因具有无衍射、自愈和、横向自加速等奇异特性,自被发现以来便成为一个研究热点。对艾里光束的基本理论进行了简单的介绍。利用常用的分步傅里叶数值法对二维艾里光束在空气中的飞秒成丝特性进行了研究。重点计算了二维艾里光束在一定条件下初始光场随传播距离的演化过程。仿真结果表明:当入射的飞秒激光能量足够大时,二维艾里光束在传播很短的距离后便表现出强烈的成丝特性。光丝能量在一定传播距离内会维持较高水平,之后急剧衰减直至光丝消失。所做工作对后续开展相关实验研究具有一定指导意义。
    4  湍流作用下地基激光清除空间碎片的影响规律
    温泉 马赛 杨丽薇 赵尚弘 方英武 王轶 丁西峰 林涛
    2017, 47(3):277-283.
    [摘要](481) [HTML](0) [PDF 1.18 M](182)
    摘要:
    在大气湍流作用下的基础上建立了地基激光辐照小尺度空间碎片在大气中的传输模型。利用该模型对高能脉冲激光远场激光参数与天顶角的关系作了仿真分析,论述了不同束散角下大气湍流对远场激光参数的影响规律;在此基础上,建立了高能脉冲激光在靶表面的冲量耦合模型,对铝靶在激光辐照下的冲量耦合系数与天顶角的关系进行了模拟分析,并讨论了受大气湍流影响的冲量耦合系数变化量与激光脉宽的关系。
    5  温度场模拟激光熔覆TC11钛合金工艺参数的选择
    于天彪 孙佳钰 王航 王博
    2017, 47(3):284-290.
    [摘要](605) [HTML](0) [PDF 1.46 M](333)
    摘要:
    以通过激光熔覆修复钛合金薄壁件并在钛合金表面获得优质激光熔覆涂层为目标,运用ANSYS软件对同步送粉式激光熔覆的温度场进行了三维建模数值模拟。基于该模型对激光熔覆过程中的温度场分布和工艺参数进行了分析。结果表明,激光扫描方向前方的表面温度场相比后方熔池温度小,等温线密集,温度梯度大,熔覆两道后熔覆道1没有重熔,并且对熔覆道2产生预热作用。激光加工的快速加热和冷却的特性显著,冷却时的冷却速度可达104℃/s,在其他工艺参数不变的情况下,理论上在激光功率P=1100 W,扫描速度v=4 mm/s,光斑直径d=1 mm 时模拟过程可获得良好的冶金结合,为修复薄壁零件提供了借鉴和指导作用。
    6  基于石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器研究
    陈恺 祝连庆 姚齐峰 骆飞
    2017, 47(3):291-295.
    [摘要](604) [HTML](0) [PDF 1.23 M](378)
    摘要:
    报道了一种基于单层石墨烯可饱和吸收体调Q锁模的全保偏结构掺铒光纤激光器。研究了单层石墨烯作为可饱和吸收体实现调Q锁模后的激光特征,获得了中心波长1557.69 nm的激光输出。调Q锁模脉冲包络重复频率11.49~40.41 kHz范围变化,包络宽度在10.1~3.62 μs范围变化。在泵浦功率为191.3 mW时,激光器最大输出平均功率9.354 mW,最大光-光转换效率为4.89 %。
    7  10 kHz窄脉宽窄线宽固体激光器技术
    秘国江 姜逸飞 毛小洁 房巨强 邹跃 庞庆生
    2017, 47(3):296-299.
    [摘要](442) [HTML](0) [PDF 1.00 M](506)
    摘要:
    本文报道了一种体光栅作为输出镜的窄脉宽、窄线宽、高峰值功率、高光束质量的主动调Q固体激光器,具有体积小、结构紧凑和环境适应性强等优点。采用LD端面泵浦,体光栅耦合输出、紧凑型电光调Q谐振腔技术。在工作频率为10 kHz时,获得了脉冲宽度为1 ns,脉冲能量117 μJ,光束质量为M2x=1.756,M2y=1.773,在室温25 ℃时,中心波长1064.444 nm,线宽(半高宽)与中心波长漂移量36 pm的激光输出。
    8  商业固体激光器设计软件应用研究
    叶庆 卞进田,王磊
    2017, 47(3):300-303.
    [摘要](532) [HTML](0) [PDF 1.02 M](227)
    摘要:
    利用计算机软件对固体激光器进行数值分析对于激光器设计与优化具有重要的理论指导意义。按照软件来源不同,目前固体激光器设计软件可分为个人开发软件和专用商业软件两种。由于专用商业软件较个人开发软件具有更高的集成度和计算效率而被广泛应用到实践中。采用商业固体激光器设计软件的典型代表ASLD,理论设计了一台典型的调Q激光器,并实际测试了该激光器的输出效果。通过分析理论仿真和实验结果之间的误差得出如下结论:使用商业软件进行固体激光器设计时的确能显著提高设计效率,但也需要对软件使用的物理模型有足够的了解。当软件采用的物理模型能够满足实际需求时,输入合理的初始参数,该软件才能正常工作。当软件采用的物理模型精度不够时,仍然需要进行二次开发或者重新开发。
    9  不同大气条件下红外成像系统作用距离评估
    孙明昭 田超 王佳笑
    2017, 47(3):304-307.
    [摘要](530) [HTML](0) [PDF 1.24 M](219)
    摘要:
    通常红外系统的作用距离考核必须在特定的大气条件下进行,这对试验时机的选择带来不便,本文在分析大气各成分对目标红外辐射能量的衰减机理的基础上,分析出影响红外成像系统作用距离的主要因素,探索不同大气条件下红外系统作用距离的评估方法,为在任意大气条件下该项指标的测试结果评判提供参考,具有较大的借鉴意义。
    10  红外辐射大气透过率影响因素的研究
    王文慧 王高 张猛
    2017, 47(3):308-312.
    [摘要](578) [HTML](0) [PDF 1.01 M](420)
    摘要:
    大气传输是红外测温过程中不可忽视的一个重要问题。研究大气传输最主要的是计算大气透过率。在MODTRAN软件基础上,分析了8~12 μm波段多种关键因素对红外传输大气透过率的影响,研究了其变化规律。结果表明初始高度、边界层气溶胶、路径长度、波数间隔等对大气透过率都有一定的影响。其中路径长度对大气透过率的影响相对明显。通过外场测温实验,进一步研究路径长度对测温精度的影响,得出实际测温过程中的衰减率。比较分析仿真得到的大气透过率与实验测得的大气透过率二者之间的关系,拟合出二者的关系曲线。
    11  基于锁相法的涂层缺陷检测识别的仿真研究
    张金玉 马永超
    2017, 47(3):313-318.
    [摘要](467) [HTML](0) [PDF 1.16 M](418)
    摘要:
    针对涂层脱粘缺陷不易检测识别的问题,建立了涂层脱粘缺陷的三维非稳态导热模型,对模型受热过程进行了仿真计算。在不同涂层厚度与加载频率下,沿缺陷半径方向均匀取点,提取涂层表面温度变化相位,并对相位变化曲线进行一阶差分。研究结果表明:锁相法对涂层缺陷具有很好的检测效果,涂层较厚时适合低频加载,涂层较薄时适合高频加载,在合适的加载频率下,通过相位一阶差分曲线可有效对缺陷进行定量识别。
    12  百万像素级红外焦平面器件倒装互连工艺研究
    谢珩 王宪谋 王骏
    2017, 47(3):319-321.
    [摘要](387) [HTML](0) [PDF 960.72 K](359)
    摘要:
    介绍了倒装互连技术的工艺原理,阐述了红外焦平面器件倒装互连的工艺特点。通过系列实验和分析,最终优化并确定了百万像素级红外焦平面器件倒装互连的工艺参数,获得了良好的互连效果。
    13  F-35全向光电探测系统实战性分析
    李德栋 肖楚琬 逄绪阳
    2017, 47(3):322-326.
    [摘要](449) [HTML](0) [PDF 977.59 K](776)
    摘要:
    全向光电探测系统是F-35的重要任务系统,采用6路红外探测器感知全向态势。该系统与飞行员紧密耦合,人机功效要求严格,理论上可精确指示临近范围目标和火力点,消除近距作战探测盲区,辅助实现机载武器打击,显著影响对方战术。为评判其功能和当前实战性,结合其试验情况和技术进展进行分析。分析表明,该系统理念和技术先进,实战潜力显著,但尚未完全达到设计期望,经过完善将会对航空兵对抗产生影响。
    14  基于单个IMU的光电升降桅杆姿态测量方法
    于洵 苏慧祥 李茜 姜旭 武继安
    2017, 47(3):327-331.
    [摘要](465) [HTML](0) [PDF 1.03 M](169)
    摘要:
    为解决光电桅杆在升降过程中的姿态解算问题,提出了一种全新的光电桅杆工作姿态测量方法。采用1个IMU实时测量光电桅杆升降过程中顶端工作部的点姿态(俯仰角,滚转角γ和方位角ψ),利用桅杆工作部起始点姿态与升降过程中工作点部姿态间的转换矩阵,实时解算出光电桅杆的工作姿态(扭曲角θ,倾斜角α,和偏向角β)。理论上推导了姿态解算方程,构建了光电升降桅杆动态姿态解算模型。利用姿态传感器MPU6050搭建了姿态测量系统,验证了桅杆姿态解算模型。实验结果表明:在 |θ,γ,ψ| < 90°时,此方法可以准确的测量出光电桅杆的工作姿态。
    15  激光陀螺定位定向系统工作模式机理分析
    杨建强 刘灿 尹中锋 刘斌
    2017, 47(3):332-336.
    [摘要](449) [HTML](0) [PDF 1.44 M](666)
    摘要:
    激光陀螺定位定向系统对增强部队的生存能力、机动能力以及作战能力具有十分重要的作用。为充分发挥激光陀螺定位定向系统快速、机动、准确定位定向的性能优势,本文以系统的工作模式作为出发点,分析了其零速修正原理、误差因素以及不同工作模式的适用条件,对系统的工作模式机理进行了详细探讨,并进行了对比试验验证。试验结果验证了理论分析的正确性,为指导定位定向系统正确使用和维护提供了有效的参考依据。
    16  基于EDFA的卫星相干光通信开环补偿技术研究
    许云祥 吴斌 汪勃 赵亿军
    2017, 47(3):337-340.
    [摘要](526) [HTML](0) [PDF 935.24 K](338)
    摘要:
    零差探测是卫星相干光通信的主流探测方式,其主要采用光学锁相环来消除多普勒频移和激光线宽造成的频率偏移的影响。但即使在今天,光锁相环的实现依然有难度,而且存在捕获时间过长等现象。本文将光纤通信中基于数字信号处理的频偏、相偏开环补偿技术应用于卫星相干光通信背景中,实现星间光通信中存在500 MHz量级频偏时的信息解调。同时,结合EDFA和相干探测的特点,利用EDFA对接收光信号进行预先放大,提高了接收机的灵敏度。仿真结果表明当信噪比高于7 dB时,频率估计的标准差小于8 MHz;在添加预先放大器后,当信号光功率高于-57 dBm时,误码率优于10-3。
    17  基于双谱的猫眼目标激光一维距离像特征提取
    张廷华 倪国强 高昆 樊桂花 孙华燕
    2017, 47(3):341-346.
    [摘要](345) [HTML](0) [PDF 1.07 M](236)
    摘要:
    为了验证一维距离像用于光学目标分类识别的可行性,解决复杂环境和远距离条件下光学目标的探测和识别难题,首次尝试利用激光一维距离像识别具有不同光学参数的猫眼目标,并提出基于双谱的激光一维距离像的稳定特征提取方法。该方法通过信号积累和滤波处理来提升复杂背景下的作用距离和回波信噪比增益,利用双谱计算同时实现远距离目标探测和猫眼目标的稳定特征提取;并通过奇异值分解和主分量计算降低双谱特征提取的运算量;通过处理不同距离、类型及入射角的真实数据样本,验证双谱特征的稳定性和有效性。该方法可以识别具有猫眼效应的光学目标和角反射器,与现有方法比较,具有远距离、低信噪比探测和识别的优点。
    18  激光引偏干扰中假目标的防护角与应用
    孙春生 张晓晖 张爽
    2017, 47(3):347-351.
    [摘要](439) [HTML](0) [PDF 896.10 K](148)
    摘要:
    合理地确定假目标的防护角是实现引偏来袭激光半主动制导武器的必要步骤。在充分考虑指示-干扰激光强度、真-假目标反射特性和大气激光衰减系数等因素的条件下,推导了来袭激光导引头处信号压制系数表达式;建立了利用压制系数确定假目标防护角大小的计算公式;并以漫反射板假目标为例,分析不同条件下防护角的取值;最后基于漫反射板防护角,从漫反射板的布设位置、布设姿态、布设数量及协同方法等方面明确了漫反射板假目标在激光引偏干扰中的应用方法。研究结果对于假目标防护角的确定和漫反射板假目标的应用具有指导意义。
    19  基于图像特征相关度的激光干扰卫星效果评估
    张阳 刘湘伟 郝成民
    2017, 47(3):352-356.
    [摘要](569) [HTML](0) [PDF 853.52 K](110)
    摘要:
    针对激光干扰光学成像卫星效果难以评估的问题,借鉴图像处理相关理论,将干扰前后卫星图像特征相关度作为评估指标,并采用HVS(人眼视觉系统)对指标进行修正,利用基于一致相邻度熵权的综合赋权方法,建立激光干扰效果综合评估模型。运用模型对受激光干扰条件下的卫星图像进行评估,得到的结论既能客观地反映激光干扰的实际效果,又能与人的主观感受保持较好的一致性,验证了模型在激光干扰光学成像卫星效果评估方面的适用性和科学性。
    20  伴飞式激光对抗卫星光电探测器干扰效能研究
    李帅 王省书 周金鹏 胡峰
    2017, 47(3):357-362.
    [摘要](501) [HTML](0) [PDF 1013.69 K](245)
    摘要:
    为了研究天基平台激光对抗中高轨道卫星的伴飞干扰能力,建立了天基激光干扰的理论模型。首先分析了伴飞式激光干扰的特点,并分析了激光发射系统、跟踪瞄准精度、接收光学系统及探测器自身的特性,在此基础上建立了激光接收功率密度的数学模型,以最大干扰距离作为评估标准分析干扰效能。由分析可知激光干扰效能与激光功率、发散角、激光波长、干扰阈值等有关。最后以天基红外系统的扫描型探测器为例,定量分析了天基致盲干扰的干扰效能。
    21  离轴反射式光学系统的设计与装调分析
    霍宏伟 金奇 刘洋 王文涛 唐晓军
    2017, 47(3):363-366.
    [摘要](308) [HTML](0) [PDF 845.71 K](85)
    摘要:
    根据双镜反射系统的像差理论,设计了一种全新的离轴反射式像传递光学系统,该系统由两块相对放置的离轴抛物面反射镜组成。对该系统进行了装调分析和误差分析,讨论了元件的哪些失调量会对系统引入像差,根据误差分析的结果,给出了每一种失调量可允许的失调范围,其中反射镜偏心误差范围在-0.4~0.4 mm,倾斜误差范围在-0.1°~0.1°,两镜间距误差范围在-0.7~0.7 mm。
    22  基于等光程原理的激光引信光学整形方法
    甘霖 张合
    2017, 47(3):367-371.
    [摘要](420) [HTML](0) [PDF 1009.03 K](420)
    摘要:
    由于受环境、空间、功耗等方面的限制,常规弹药激光引信难以采用传统光束整形方法实现回波聚焦。本文针对常规弹药激光引信目标回波能量低、探测距离有限这一问题,研究非球面光学设计理论,提出一种基于等光程原理的单级非球面光学整形方法。建立激光接收系统ZEMAX光学理论模型,对比分析不同条件下光学整形能力,仿真结果显示相对于传统单级球面光学接收透镜,单级非球面光学接收透镜能将整形光斑中心辐照亮度提高三倍。在理论分析基础上进行光束整形对比实验,测试不同条件下整形光斑尺寸以及分布情况,实验结果显示单级非球面光学接收透镜能有效压缩光斑,汇聚激光回波能量。
    23  完全基于边缘信息的目标靶快速分割算法
    游江 唐力伟 邓士杰 苏续军
    2017, 47(3):372-378.
    [摘要](506) [HTML](0) [PDF 1.21 M](3447)
    摘要:
    为了快速准确地分割提取目标靶,实现实时处理要求,提出了完全基于边缘信息的目标靶快速分割算法。首先采用基于邻域权值的非极大值抑制法细化Canny算子检测的边缘,并引入断点检测思想,通过构建追踪区域实现断点边缘追踪及连接,而后通过设置四向扫描长度总阈值,对边缘像点实行四向同步扫描填充,最终实现目标区域的准确分割。实验结果表明:相比其他分割算法,本文算法在分割正确率上具有较大优势,且采用较强的并行运行策略,提高了运行效率,达到了目标靶分割提取的实时性要求。
    24  基于主动轮廓模型的红外图像轮廓提取算法
    董恩增 冯倩 于晓 佟吉钢 谷海清
    2017, 47(3):379-384.
    [摘要](343) [HTML](0) [PDF 1.06 M](556)
    摘要:
    针对主动轮廓模型存在的对初始轮廓位置敏感、凹性目标轮廓无法正确收敛等问题,本文将自适应边缘检测和主动轮廓模型相融合,提出一种改进的红外图像目标轮廓自动提取算法。首先,采用最大类间方差法计算红外图像边缘检测算法的自适应阈值,获取目标初次边缘,降低对初始轮廓位置的敏感性;对初次边缘分别进行横向与纵向填充,填充图像相与运算,对得到目标区域提取二次边缘,将其作为主动轮廓模型的初始轮廓,保证目标凹陷区域轮廓的有效收敛。最后,通过仿真分析验证了该方法能够实现红外目标轮廓的精确自动收敛。

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