2017年第4期文章目次

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  • 1  APD阵列单脉冲三维成像激光雷达的发展与现状
    王帅 孙华燕 郭惠超 刘田间
    2017, 47(4):389-398.
    [摘要](657) [HTML](0) [PDF 2.01 M](1532)
    摘要:
    基于APD阵列的激光三维成像雷达发射单个脉冲即能获得目标的三维信息,具有重要的军事和民用价值。首先简要介绍了APD阵列的三维成像激光雷达的特点和原理,并综述了国外盖革APD阵列和线性APD阵列的发展历程和最新进展,然后对国内近年来在此方向的研究成果加以介绍,最后总结了APD阵列激光雷达的优势和发展前景,并归纳了国内外在此方向的研究趋势。
    2  国外机载红外预警系统发展动态分析
    周峰 刘建辉 郭俊 申娟
    2017, 47(4):399-403.
    [摘要](594) [HTML](0) [PDF 832.01 K](754)
    摘要:
    综述分析了美国、北约、以色列、日本等国家和组织机载红外预警系统的发展历程和发展现状,归纳提出了国外机载红外预警系统发展特点和发展趋势,并给出了未来装备应用的技术预判。
    3  最大熵迁移率谱分析的发展与应用
    许秀娟
    2017, 47(4):404-409.
    [摘要](598) [HTML](0) [PDF 1.21 M](350)
    摘要:
    最大熵迁移率谱分析方法是用于研究和获得材料电学参数一种测试手段。它克服了传统的固定磁场霍尔测量方法的缺点,可以获得更多更准确的电学信息。本文介绍了最大熵迁移率谱分析方法的基本原理和特点,论述了最大熵迁移率谱分析方法的发展与应用,最后展望了最大熵迁移率谱分析方法的应用前景。
    4  高频飞秒激光对硅材料烧蚀的热积累效应
    李志明 聂劲松 胡瑜泽 王磊
    2017, 47(4):410-415.
    [摘要](415) [HTML](0) [PDF 1.31 M](819)
    摘要:
    对硅材料飞秒激光损伤进行了数值模拟。首先,在飞秒激光与硅相互作用的双温模型中引入能带电子激发、双光子吸收,俄歇复合等一系列非线性项,通过每一个光场半周期中的麦克斯韦电磁场公式,得出材料中不同时间的光场强度,作为描述材料对光强的响应物质方程的输入项。通过麦克斯韦方程与物质方程间的迭代可以得到烧蚀的硅的一系列参数,如电子浓度、晶格温度等。在此基础上分析了皮秒、亚皮秒量级双脉冲和三脉冲飞秒激光作用下,激光能量密度和脉冲延迟时间对热积累效应的影响。
    5  基于地面激光的探地雷达图像地形校正方法
    张迪 李家存 任丽丽 付景保
    2017, 47(4):416-421.
    [摘要](478) [HTML](0) [PDF 1.19 M](415)
    摘要:
    为消除地形起伏对探地雷达图像畸变和解译的影响,需进行地形校正处理。本文主要通过地面激光建立的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)来实现探地雷达图像的地形校正。首先,利用激光点云构建高精度DEM,借助靶球标记的雷达测线起始和结束位置实现雷达图像与DEM上提取出相应的二维地形剖面之间的匹配。然后,选择测线上最高点所在的水平面为参考基准面,根据时间移位原理并结合线性插值法对雷达图像上各道数据的双程传播时间进行校正;最后,选择实例数据并以差分GPS采集的地形数据为标准,着重分析了不同分辨率DEM下提取出的地形剖面对地形校正效果的影响。结果表明利用激光点云建立DEM实现探地雷达图像地形校正的有效性,当DEM分辨率与探地雷达数据采集道间距相一致时,从DEM上提取出的地形剖面实现探地雷达图像地形校正的效果最佳。
    6  基于激光光强动态固液溶解度检测系统
    王会峰 胡敏芳 赵雪丹
    2017, 47(4):422-427.
    [摘要](499) [HTML](0) [PDF 1.03 M](524)
    摘要:
    溶解度是反映试剂溶解性的重要参数,针对传统方法如平衡法、动态法等测定溶液溶解平衡终点由于人眼目测误差的缺陷进而给实验结果带来误差以及效率低下,自动化程度低等问题,提出了一种基于朗伯-比尔溶液光学吸收定律,采用稳定的激光光源照射、灵敏的PIN光电二极管探测、计算机动态采集温度-时间和光强-时间的自动化动态高效检测系统。设计组装了一种激光-光电检测-数据采集的固液溶解度动态检测实验装置,建立了基于激光强度动态吸收度检测的固液溶解度自动化高效检测系统。采用10 ~ 50 ℃之间的氯化钾-水体系为标准体系对实验装置进行了可靠性检验。结果显示,半导体激光器的输出光功率稳定,光强波动范围为±0.7 mW;测得氯化钾-水溶液体系中氯化钾溶解度误差为±0.005,与文献值吻合良好。该检测系统可以克服传统检测方法的不足,大大提高了溶解度检测的精度和效率,可满足不同行业的需求。
    7  气体等离子体辐射光声信号检测与分析
    吴四清 沈 波 熊钢 徐武雄
    2017, 47(4):428-431.
    [摘要](538) [HTML](0) [PDF 1.06 M](353)
    摘要:
    气体等离子体做为一种新的辐射源,因具有辐射范围宽等优点而备受关注。本文对强飞秒激光脉冲诱导大气等离子体辐射光声信号现象进行了探究,用实验的方法探测和分析了激光脉冲能量、偏振方向以及声传输的径向距离对光声信号强度的影响。
    8  采用四象限探测器的激光跟踪系统设计
    王选钢 王仕明 陈丹丹 赵建宏
    2017, 47(4):432-436.
    [摘要](402) [HTML](0) [PDF 1.21 M](579)
    摘要:
    为简化自由空间激光通信的跟踪系统,本文采用四象限探测器检测目标位置,通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量,结合角速率和角位置信息,采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动频率为3 Hz时,系统的隔离度达到1.0%;目标位置±20°正弦变化时,能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素,峰值信噪比20 dB时,跟踪误差0.07°。结果证明系统设计可行,为激光跟踪样机研制奠定了基础。
    9  激光化学气相沉积石墨烯聚焦光斑测量研究
    刘婷婷 张建寰 林坤 李珊文
    2017, 47(4):437-442.
    [摘要](667) [HTML](0) [PDF 1.22 M](365)
    摘要:
    激光化学气相沉积(Laser Chemical Vapor Deposition,LCVD)石墨烯制备受聚焦光斑影响很大。实时检测光斑,可实现石墨烯LCVD法可控制备。设计聚焦光斑测量光学系统,提出一种基于圆拟合的改进算法检测光斑中心和半径,计算、标定光斑面积。该方法在圆拟合基础上加入了二值化、形态学处理及连通性判别等预处理方法。实验表明,该方法测得圆心位置与真值误差平均为5.58 pixel,光斑面积与真值误差平均为1.93×10-9 m2,优于传统的重心法和霍夫检测法,具有较快的计算速度和检测精度,可实现LCVD法制备石墨烯实验中聚焦光斑的非接触式测量,且对其他激光加工工艺的质量控制有借鉴意义。
    10  高功率光纤激光器涂覆层切口热效应的研究
    丁星 葛廷武 张雪霞 曹银花 王智勇
    2017, 47(4):443-447.
    [摘要](350) [HTML](0) [PDF 1.03 M](682)
    摘要:
    随着光纤激光器迅速发展,单根光纤导光功率的提高对光纤之间的熔接也提出了更高的要求。在光纤的熔接处理中,涂覆层切口处边界条件的变化导致光波泄漏,这种损耗会成为高功率光纤激光器热效应问题的一个因素。本文根据光波传导方向的先后将涂覆层切口分为前切口和后切口。首先理论研究了两种切口处的光模场分布,并分析了引起切口热效应的主要原因:前切口发热原因主要有波导结构突变导致模场不匹配引起损耗和涂覆层光波泄漏引起的损耗,因此切口形状有较大影响;后切口处损耗则是因为耦合损耗引起。其次,实验研究了几种涂层形状在前切口和后切口的发热特征和温度差异,绘制了前切口不同形状引起的漏光和后切口温度与涂覆层剥离长度的关系曲线。
    11  基于红外热像的带式输送机监测与预警系统
    马宏伟 杨文娟 张旭辉
    2017, 47(4):448-452.
    [摘要](695) [HTML](0) [PDF 980.63 K](633)
    摘要:
    针对带式输送机的电机、托辊、滚筒这些关键部件缺乏有效的监测系统,托辊主要依靠人工目测,劳动量大,电机、滚筒采用传统的温度传感器,不便于安装,达不到相应的监测要求,存在实时性差、盲点多等问题,提出了基于红外热像的带式输送机关键部件监测与故障预警系统。该系统利用红外热像仪实时采集带式输送机的电机、托辊、滚筒的红外图像。利用红外图像处理及识别技术对采集的图像进行分割、特征提取和分类,实现对电机、托辊、滚筒的自动分类识别。根据部件温度和识别的部件类型,对带式输送机关键部件的故障等级做出判断,进行故障预警。实验结果表明,该系统能初步实现带式输送机自动故障预警。
    12  红外场景中成像系统非线性效应的动态模拟
    杨壹斌 李敏 杨敏 王亚楠
    2017, 47(4):453-459.
    [摘要](554) [HTML](0) [PDF 1.09 M](390)
    摘要:
    红外成像系统非线性效应对红外图像的成像质量影响较大,也是制约目标识别精度的关键,如何实时高效地模拟成像系统非线性效应已成为当前三维红外视景仿真研究的热点和难点。提出了一种红外仿真场景成像系统非线性效应的动态添加方法,分析了渐晕、扭曲、噪声、离焦等典型非线性效应的计算过程,利用渲染到纹理(RTT)技术为仿真视口添加“镜头”,在Unity平台的基础上利用顶点和片段着色器将非线性效应在“镜头”上模拟,并与零视距红外仿真场景进行逐像素叠加运算,从而实现非线性效应的动态仿真。实验结果表明,该方法具有较高的真实感和可靠性,仿真开销较小,满足成像系统非线性效应的仿真需求。
    13  二元矩形喷管排气系统红外辐射特性
    黄章斌 李晓霞 冯云松 郭宇翔 马德跃
    2017, 47(4):460-464.
    [摘要](423) [HTML](0) [PDF 1.31 M](366)
    摘要:
    排气系统是飞行器最为主要的红外辐射源,而喷管的形状类型在很大程度上影响着排气系统红外辐射强度的大小及分布。文章建立了二元矩形喷管的三维模型,并在此基础上运用ANSYS软件模拟其排气系统的温度场分布,结合C-G谱带法对其尾流的光谱辐射亮度进行了计算,最后得到了二元矩形喷管排气系统在不同平面上的红外辐射强度分布。结果表明:二元矩形喷管外尾流在宽边探测面上的红外辐射强度要远大于窄边探测面上的;二元矩形喷管高温壁面在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的;二元矩形喷管排气系统在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的。
    14  基于场景的红外成像系统盲元检测及校正
    李召龙 韩玉龙
    2017, 47(4):465-479.
    [摘要](472) [HTML](0) [PDF 1.16 M](532)
    摘要:
    根据盲元的响应特性,给出了无需依赖黑体辐射定标的、基于时域平均野值提取的盲元检测算法,然后又提出了基于相关像素加权插值的盲元校正算法。详细探讨了盲元检测过程中阈值的设置方法,研究了参与加权估计盲元灰度值的像素数目对估计误差的影响。最后通过仿真实验对检测算法的准确性及校正算法的有效性进行了验证,实验结果表明:本文提出的检测算法结果准确,误检测率低。校正算法校正效果好,结果图像的RMSE低于两种常用校正算法。
    15  红外焦平面读出电路成像重影问题的分析
    马静 李敬国 王亮
    2017, 47(4):470-473.
    [摘要](615) [HTML](0) [PDF 832.44 K](578)
    摘要:
    随着红外焦平面探测器广泛的应用,在实际成像中会出现一些新的问题。本文针对某款256×256规格的探测器成像出现重影问题,制定了相应的读出电路成像测试分析方案。从读出电路通道、主时钟频率、目标信号强度等方面全面分析该问题与读出电路的关系,并定位了重影问题的原因。
    16  MBE外延InSb基CdTe工艺研究
    王丛 刘铭 王经纬 尚林涛 周立庆
    2017, 47(4):474-478.
    [摘要](619) [HTML](0) [PDF 1.11 M](534)
    摘要:
    成功制备了CdTe/InSb复合衬底,为长波HgCdTe外延提供了可能。通过工艺研究解决了InSb氧化层去除及In元素扩散控制两个难点问题,使用As钝化法可以解决双腔衬底转移的问题,在常用的退火工艺下,通过厚度的调整可以阻挡In元素的扩散。
    17  熔锥型光纤耦合器折射率传感特性研究
    许爱雪 李燕 谢飞 李国玉 杨康 刘明生
    2017, 47(4):479-484.
    [摘要](550) [HTML](0) [PDF 1.36 M](545)
    摘要:
    构建了熔锥型光纤耦合器微米量级下的波导结构模型。利用光束传播法对光功率在熔锥型光纤耦合器模型中的分布变化进行了数值模拟,分析得到了在不同折射率环境下耦合器输出光谱响应图的变化规律。依据微米量级光纤倏逝场耦合模理论,搭建基于熔锥型光纤耦合器结构模型的传感实验系统,研究了其透射光谱与外界蔗糖溶液折射率的变化关系。理论模拟和实验结果表明,当外界环境溶液折射率在1.3330~1.4000范围内变化时,传感结构透射光谱的漂移与折射率变化呈现良好的线性关系,响应灵敏度能够达到2272.7569 nm/RIU。该折射率传感结构测量范围宽,响应速度快,结构紧凑,传感光路搭建操作简单。
    18  基于弯曲压杆的光纤光栅可调谐线性啁啾化
    柳树林 芦吉云
    2017, 47(4):485-489.
    [摘要](476) [HTML](0) [PDF 1.30 M](568)
    摘要:
    提出利用镍钛合金压杆弯曲应变引入到光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)实现无中心波长漂移可调谐线性啁啾化方法并进行了实验验证。设计一种镍钛合金压杆结构,理论计算并有限元分析验证了应变分布情况。将光纤光栅粘贴在镍钛合金压杆上,弯曲压杆将线性拉伸与压缩应变引入到栅区,利用光谱仪记录反射谱。实验结果表明,当压杆移动距离达到12.5 mm时,反射谱带宽增大到1.57 nm,中心波长漂移量仅为0.11 nm。利用光纤光栅啁啾化理论,结合传输矩阵法和龙格库塔法实现啁啾光纤光栅光谱重构。实验结果与仿真结果吻合。该方法制作的啁啾光栅可以实现带宽可调谐且基本无中心波长漂移,在光纤传输和传感领域均具有一定的应用前景。
    19  一种提高四杆靶标空间频率的光学系统设计
    宋佩珊 白廷柱 徐长彬 夏寅辉 邵龙
    2017, 47(4):490-494.
    [摘要](515) [HTML](0) [PDF 1.29 M](410)
    摘要:
    针对高性能红外成像系统MRTD测试用的小尺寸四杆靶标加工难度大,甚至以现有加工水平根本无法加工的问题,采用ZEMAX软件设计了一款离轴全反射成像光学系统。系统由三个非球面反射镜组成,放大倍数为0.4。仿真结果表明,本文设计的光学系统成像质量良好,接近衍射极限,加入现有的测试系统中可以满足高分辨率红外成像系统MRTD测试需求。
    20  基于制导误差的激光压制干扰效果评估研究
    王正林
    2017, 47(4):495-497.
    [摘要](389) [HTML](0) [PDF 867.71 K](378)
    摘要:
    以红外成像制导反舰导弹为干扰对象,通过建模仿真,研究了制导误差对命中概率的影响,确定了3倍制导误差的激光压制干扰效果评估准则,提出了外场模拟评估设备要求和评估方法。
    21  目标温度对中波红外定向干扰效果影响研究
    王冰 赵威 冀翔 李武周 成斌
    2017, 47(4):498-501.
    [摘要](455) [HTML](0) [PDF 1.07 M](339)
    摘要:
    除了干扰激光功率,合作目标温度也是影响定向干扰效果的重要因素之一。本文开展了中波激光对中波红外成像制导系统的干扰实验,获取了不同干扰强度下红外导引头对不同温度合作目标的跟踪情况,分析研究了合作目标温度、干扰激光功率等对红外定向干扰效果的影响。结果表明,导引头所攻击目标温度影响对导引头的红外定向干扰效果,合作目标温度越高,其中波红外辐射强度越高,需要的干扰激光强度越高,即需要更高的干扰压制比,才能达到一致的干扰效果;另外,目标温度影响导引头对图像灰度分割门限的计算,从而影响干扰激光对导引头图像的饱和与串扰现象,最终影响对目标的提取和跟踪。
    22  强光对微光装备作用效应仿真研究
    田超 荆卫国 饶鹏 孙明昭
    2017, 47(4):502-506.
    [摘要](524) [HTML](0) [PDF 1013.11 K](346)
    摘要:
    通过研究火焰的辐照特性、目标辐射与反射特性、传输路径大气效应,建立了野外强光干扰试验的光学辐射和传输模型;通过研究微光装备的信号响应特性模型、光学传递函数模型、渐晕和噪声模型,建立了强光作用下的增益特性、饱和特性和对比度特性模型,揭示了干扰光强与装备响应的变化规律;并在此基础上,构建了强光干扰动态场景与仿真平台,实现了强光源干扰微光系统综合效应模拟。
    23  基于邻域空间特征的低对比度小目标分割算法
    曾毅 郭龙源 赵娇燕
    2017, 47(4):507-512.
    [摘要](442) [HTML](0) [PDF 1.34 M](378)
    摘要:
    低对比度图像具有邻近像素的空间相关性高、灰度变化不明显等特点,从中分割出微小目标是非常困难的。本文提出一种新的低对比度图像提取小目标的分割算法,通过引进局部均匀度,结合局部熵获得空间分布状态,对低对比度图像进行分割,该算法充分利用了目标图像的灰度和空间属性。实验结果表明,该方法能有效地实现低对比度小目标图像的分割。相对于其他算法,分割精度更高,且抗噪性强,可以有效地降低过分分割问题。
    24  星空背景下红外弱小目标的快速检测
    蒲静松 许东 刘乙君 赵子杰
    2017, 47(4):513-518.
    [摘要](375) [HTML](0) [PDF 1.11 M](378)
    摘要:
    为了实时检测天基平台上超远距离成像的星空背景下红外弱小运动目标,提出了一种基于时空域方向滤波和最小二乘预测的算法。首先,介绍了传统的方向滤波及时序上的双向滤波两者的频域理论推导,并经过对比说明了双向滤波的优点。接着,在双向滤波基础上,提出了一种新型方向滤波算法,并分析了新型算法在时耗方面的优势。然后,在分析新型方向滤波算法性能的基础上,说明了基于过门限率的图像分割方法。最后,介绍了最小二乘预测的理论,并给出了相应的跟踪算法。实验结果表明:目标的位置跟踪偏差平均约为1个像素,在图像大小为256×256像素的情况下,20帧图像的检测跟踪时间平均约为1.137 s。检测跟踪效果满足精度要求,检测时间也基本能满足超远距离成像红外系统的实时性要求。

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