2017年第5期文章目次

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  • 1  舰载激光武器火控系统研究与展望
    彭聪 卢发兴 邢昌风
    2017, 47(5):521-526.
    [摘要](918) [HTML](0) [PDF 948.69 K](668)
    摘要:
    激光武器被认为是海军舰艇防御方面最具潜力的新概念武器,被国外军事强国列为未来舰载攻击和防御武器。要实现舰载激光武器精确稳定毁伤目标,其火力控制系统至关重要。通过与传统舰炮火控系统对比分析和研究,系统概述了舰载激光武器火控系统功能、舰载激光武器火控系统组成,以及舰载激光武器火控系统中存在的关键技术,阐明舰载激光武器火控系统研究方向。
    2  铝/钢Nd∶YAG激光封边焊接头力学性能及界面组织
    陈从胜 李鹤 杨瑾 李玉龙
    2017, 47(5):527-533.
    [摘要](476) [HTML](0) [PDF 1.27 M](567)
    摘要:
    对316 L不锈钢和6061铝合金进行了Nd∶YAG激光封边焊接,优化了焊接工艺参数,观察分析了接头裂纹、金属间化合物、显微硬度及拉剪断口形貌。结果表明:当焊接电流为110 A,脉宽4 ms,频率10 Hz,焊接速度200 mm/min时,接头质量较好,单位长度最大抗拉剪力为19.79 N/mm。熔合线附近裂纹两侧硬度较高,最大硬度达到Hv701;金属间化合物存在块状和针状两种形式,主要分布于熔合线附近,其铁元素含量随熔深的增加而逐渐减小。拉剪实验中,接头断裂形式为脆性断裂,局部表现出塑性断裂特征。
    3  有尺度分布的水雾激光散射及其动态测试
    谢文科 李致远
    2017, 47(5):534-540.
    [摘要](653) [HTML](0) [PDF 1.41 M](424)
    摘要:
    研究了单粒子和有尺度分布的水雾粒子对1064 nm激光后向散射的理论模型,根据散射截面与Stocks矢量关联的散射相函数和不同尺度散射参数,将粒子分布尺度代入散射相函数进行加权计算得到有尺度分布的水雾粒子总散射相函数。考察散射角在150°~180°之间后向散射,稀疏大尺度水雾粒子表现为单散射特征、有尺度分布混合型水雾粒子具有相对较大的后向散射效应。利用光电探测器组件、衰减片组、反射镜、偏振片等设计了水雾生成装置和散射效应测试系统,通过独立激光入射出射窗口、尾镜、内壁消光等措施减小和避免因实验环境造成的影响。使用该装置进行了水雾粒子对激光后向散射效应的动态测试,结果与理论符合较好。通过分析水雾粒子对激光后向散射的随机涨落现象、动态规律和特点,指出水雾粒子对激光的后向散射是一个复杂的动态过程,是传输路径上不同尺度水雾散射和强吸收的共同影响。
    4  带涂层金属板件缺陷的激光超声检测研究
    郭海洋 徐志祥 刘志毅 张祥春
    2017, 47(5):541-547.
    [摘要](697) [HTML](0) [PDF 1.65 M](404)
    摘要:
    针对带涂层金属板件的缺陷检测存在分辨率低,形状、尺寸难确定等问题,基于热弹激励原理、依托两套不同的检测系统对带涂层金属板件的缺陷进行检测,展开对激光超声检测技术的方法研究。首先通过实验验证这项技术的可行性和有效性、检验涂层对缺陷检验有无影响,其次利用实验产生的数据以及图像分析了涂层影响下缺陷波形并对缺陷波进行理论分析,然后对波形参数进行了实时计算最终得到了50 μm涂层影响下缺陷的形状和尺寸特征 。研究结果表明:激光超声检测技术可以实现对带涂层机械板件缺陷的定性定量检测,可应用于工程领域的实时在线检测,并有良好的发展前景。
    5  临近空间激光传输特性研究
    陈海龙 刘斌 高保军 薛娴 郭胜鹏
    2017, 47(5):548-552.
    [摘要](620) [HTML](0) [PDF 1.38 M](406)
    摘要:
    基于临近空间大气基本特性,对激光与大气相互作用进行分析和研究,采用MODTRAN软件分析了临近空间大气的吸收和散射,给出了400~2000 nm波长激光的透过率曲线,从激光光斑漂移和扩展两个方面对大气湍流对激光传输的影响进行数值计算,对发生热晕效应的功率阈值进行数值估算,结论表明:与近地空间相比,临近空间大气对于激光传输影响较弱,有利于实现高功率激光的长距离传输。
    6  一种飞秒中红外激光脉冲的产生方法
    高家利 盘红霞 汪科
    2017, 47(5):553-556.
    [摘要](669) [HTML](0) [PDF 973.31 K](376)
    摘要:
    由于能极型固体增益介质的缺乏,利用增益介质的能阶特性直接产生中红外激光相对困难。设计了基于非线性频率变换的光参量放大法来产生中红外激光脉冲。利用发展成熟的高峰值功率近红外激光,产生精准同步的泵浦光和信号光。利用KTP晶体的非线性效应进行光参量放大,得到中红外波段的激光脉冲。实验结果表明:产生的中红外闲频光中心波长为3200 nm,脉冲能量14.9 μJ,脉冲宽度47 fs。
    7  基于ANSYS分析的某型红外瞄准镜优化设计
    王明超 周哲 温庆荣
    2017, 47(5):557-561.
    [摘要](536) [HTML](0) [PDF 2.95 M](446)
    摘要:
    红外瞄准镜工作在高强度、高频率的应力冲击环境,如果设计中不采取相应的防护措施,产品可能出现可靠性问题。本文使用ANSYS软件,对某型红外瞄准镜进行有限元仿真,侧重于冲击瞬态分析,通过数据分析发现不足和缺陷,同时提出解决方案,优化产品设计,满足了产品的环境适应性。
    8  一种船用摄像机的主动红外系统设计与实现
    贾世奎 杨凌 陈博 李鑫 赵书国
    2017, 47(5):562-567.
    [摘要](604) [HTML](0) [PDF 1.37 M](462)
    摘要:
    根据夜视作用距离指标要求,设计了一种船用摄像机的主动红外照明系统。首先给出了系统整体架构,提出根据光电传感器最低感光照度进行夜视照明设计,并进行了公式推导;分析和设定了影响夜视作用距离的参数,在此基础上提出采用波长为0.85 μm的红外LED阵列作为照明光源;针对镜头为电动变焦镜头而LED出光角度固定带来的不匹配问题,提出将LED阵列分四组并根据镜头焦距不同进行实时控制的解决方案,继而采用PIC单片机实现了系统控制功能。试验结果表明,该主动照明系统实用有效,在特定环境200 m距离内目标成像级别达到了B级,同时大幅提高了整体系统的寿命。
    9  中波红外大气透过率特性分析
    赵帅阳 景欣 张飞舟 胡兴帮 贺丽琴 马蔼乃 晏磊
    2017, 47(5):568-574.
    [摘要](579) [HTML](0) [PDF 1.93 M](440)
    摘要:
    大气透过率是影响太阳辐射以及地表热辐射的一个重要参量。利用MODTRAN辐射传输模型,对中波红外波段(3~5 μm)处的大气透过率以及其影响因子的贡献进行了详细的分析。在此基础上,结合MODIS在该谱区设置的6个通道,分别讨论了各吸收气体对通道透过率的影响。结论表明,水汽和混合气体是造成中波红外波段大气透过率衰减最重要的影响因子。MODIS通道透过率与通道光谱响应函数的宽度和气体分子的吸收带位置有关。
    10  涂层材料的偏振光谱反射特性分析
    李兆兆 武文远 黄雁华 杨云涛 范化喜
    2017, 47(5):575-581.
    [摘要](617) [HTML](0) [PDF 1.59 M](334)
    摘要:
    绿色涂层是重要的军事伪装材料。本文基于偏振探测理论,通过高光谱反射偏振实验测量,对比分析了深绿与中绿两种涂层材料的反射与偏振特性,得到了它们的二向反射函数、线偏振度随波长的变化规律,以及二向反射函数BRF与线偏振度DOLP之间的相互关系。结果表明:(1)相比近红外波段,两种涂层在可见光波段的BRF差异较明显,镜面反射的探测角较容易区分两种涂层;(2)当入射角不变时,涂层线偏振度随着探测角增大而增大;随着入射角的减少(或镜面反射的探测角减小),深绿与中绿涂层的DOLP差异增大;(3)涂层的BRF与DOLP的变化在400~1000 nm波段具有负相关性。
    11  基于DM8148的红外视频采集存储系统设计与实现
    石永彪 黄飞 杨龙 张湧
    2017, 47(5):582-585.
    [摘要](781) [HTML](0) [PDF 1.07 M](457)
    摘要:
    为满足红外热成像系统对图像采集、显示和存储的实时性要求,搭建了基于单片多核处理器DM8148的模块化硬件平台,实现了非均匀性校正和动态范围压缩的图像预处理算法,得到了良好的显示效果。该系统与传统的FPGA和DSP多信号处理板的实现方法相比,极大地精简了系统的体积,减小功耗并节约了成本,具有很强的工程实用性。
    12  Si基中短波双色HgCdTe材料生长及表征
    高达 王经纬 王丛
    2017, 47(5):586-590.
    [摘要](772) [HTML](0) [PDF 1.03 M](405)
    摘要:
    报道了碲镉汞(MCT)分子束外延(MBE)的最新研究进展。基于现有Si基中波、短波HgCdTe材料工艺基础,开发获得了Si基中短波双色HgCdTe材料的生长工艺。使用反射式高能电子衍射分析在线监测生长过程,优化了Si基中短波双色HgCdTe材料生长工艺。获得了具有良好晶体质量的Si基中短波双色HgCdTe材料。
    13  拼接红外探测器冷头设计
    张磊 东海杰 王春生 刘伟
    2017, 47(5):591-594.
    [摘要](641) [HTML](0) [PDF 989.52 K](450)
    摘要:
    随着红外探测技术的快速发展,具有长线列/大面阵特征的拼接探测器应用需求越来越广泛。本文结合国内外拼接探测器封装技术的研究情况,分析了拼接探测器冷头结构的常用材料和设计方法,对于拼接探测器的研制具有一定的参考价值。
    14  基于激光测量的高速非接触角度检测技术研究
    杨梦放 陈磊 张登伟 黄腾超 周一览 舒晓武 车双良 刘承
    2017, 47(5):595-599.
    [摘要](608) [HTML](0) [PDF 1.07 M](447)
    摘要:
    提出了一种基于光学三角法测距原理的高速非接触光学角度测量方法,利用两个激光位移传感器测量物体具有角度变化时产生的位移,实时计算得到物体一维运动角度,在摇摆台上进行角度范围及精度的实验,并使用光纤陀螺进行角度实时同步测量,通过最小二乘拟合法对误差进行补偿。实验结果表明,该系统的角度测量范围±10°,角度测量精度±0.005°,测量频率2000 Hz。该角度测量技术使用非接触光学测量方法,对被测物体表面无损伤。
    15  基于鱼群算法的机载光电平台误差分配方法
    陈水忠 王凯
    2017, 47(5):600-605.
    [摘要](790) [HTML](0) [PDF 1.01 M](298)
    摘要:
    由于传统误差分配方法效率低,依赖经验反复试凑,难以满足高精度分配的需要。根据机载光电平台目标测量的特点,构建了由大地地理坐标系到光电平台成像系统坐标系的目标测量数学模型,讨论了转换过程中影响精度的主要因素,确定了待分配的目标测量主要误差源,建立了基于蒙特卡罗统计方法的目标测量误差模型。通过将考虑方向性的目标测量误差分配问题转化为无约束的优化问题,运用鱼群算法对满足测量误差总要求的误差源分配方案进行寻优。计算结果表明,本文提出的误差分配方法有效可行,对机载光电平台误差分配具有一定的参考价值。
    16  一种反射共孔径式激光测距光学系统设计
    谢桂娟 吴健 李长桢
    2017, 47(5):606-612.
    [摘要](585) [HTML](0) [PDF 1.49 M](462)
    摘要:
    基于激光测距系统的基本原理,结合反射系统的光学特性,引入光学环形器,设计了一种全反射共孔径式激光测距系统,激光发射系统与激光接收系统共用一个4倍望远系统,激光发射系统在其基础上后接一个5倍望远系统,激光接收系统在基础上后接一个激光聚焦光学系统。对系统进行公差分析与可靠性分析,确定了其加工材料、加工方法以及加工与装调上的精度与实际应用的可行性。为了节约加工成本,缩短加工周期,降低装调难度,系统较多使用二次曲面。整个系统成像质量好,能量集中度高,结构紧凑,重量轻,满足实际应用需求。
    17  GRENOUILLE系统中时间延迟量参数优化设计
    贾豫东 张晓青
    2017, 47(5):613-616.
    [摘要](557) [HTML](0) [PDF 1.02 M](548)
    摘要:
    GRENOUILLE飞秒脉冲测量系统中,时间延迟量是一个关键参数,直接决定了飞秒脉宽测量范围。本文量化分析了时间延迟量与菲涅尔双棱镜底角、待测光斑直径等参数之间的关系,研究结果表明,菲涅尔双棱镜底角越大,待测光斑半径越大,双棱镜-SHG晶体间距越大,产生的最大时间延迟量越大,可测得的飞秒脉冲越宽。确定了光路系统中器件参数,通过实验进行了验证,测量结果的误差优于5%,为GRENOUILLE测量系统优化设计提供了参考和依据。
    18  航天光学遥感成像半实物仿真系统研究
    李明譞 江刚武 张锐 张一
    2017, 47(5):617-623.
    [摘要](603) [HTML](0) [PDF 1.07 M](400)
    摘要:
    航天光学遥感器的研究周期长、成本高,为了保证航天遥感卫星在轨成像性能,在卫星发射前,必须在地面进行深入可靠的仿真试验研究。本文建立了由六自由度机械臂为运动平台的航天光学遥感成像半实物仿真系统,首先建立坐标系模型并求取坐标转换参数,然后依据STK(System Tool Kit)软件生成星历数据,经坐标转换后输入到机械臂控制系统,最后根据TDI CCD相机的成像原理,控制机械臂使TDI CCD相机对三维地形沙盘线性推扫,从而获取线阵仿真影像。仿真结果表明,建立了正确有效的仿真坐标系,可快速、稳定、实时地模拟航天遥感对地推扫成像过程,且仿真影像中均匀分布的12个圆形靶标的圆度均优于0.95,证明仿真影像质量较高,可满足遥感目标的探测与识别仿真算法研究的需求,为航天光学遥感成像仿真系统的研究提供一定参考。
    19  水平式望远镜静态指向误差的建模与修正
    李梦梦 李振伟 刘承志
    2017, 47(5):624-629.
    [摘要](596) [HTML](0) [PDF 964.43 K](314)
    摘要:
    对水平式望远镜静态指向误差进行建模与修正。根据水平式望远镜具体构架,设立地平坐标系和照准坐标系,推导出水平坐标系、地平坐标系和照准坐标系之间的转换公式,考虑望远镜的三轴误差和编码器误差等因素,建立水平式望远镜静态指向误差补偿模型(以下简称本文模型)。通过实测得到的恒星坐标数据对球谐函数模型、基本物理参数模型及本文模型行修正验证,实验结果表明,某型水平望远镜采用本文模型修正后,设备总指向精度由修正前的150.96″,提高到4.12″,满足系统总体提出的精度要求,能够广泛地应用于科研和工程领域。
    20  量化噪声对FBG波长解调的精度影响及误差分析
    李跃 祝连庆 刘锋 庄炜
    2017, 47(5):630-634.
    [摘要](738) [HTML](0) [PDF 1.25 M](447)
    摘要:
    为提高光纤布拉格光栅(FBG)波长解调精度,建立了“量化噪声-波长误差”转换模型,并通过蒙特卡罗方法,对模型给出的误差预测结果进行了仿真验证。采用16位高精度模数转换器(ADC)搭建波长解调实验电路,误差分析结果表明,当ADC位数从6位到16位均匀增长时,波长解调误差从41.37 pm到0.34 pm呈指数下降,与模型计算和仿真结果相吻合。仿真及实验均表明,所提出的“量化噪声-波长误差”转换模型能准确分析量化误差对FBG波长解调精度的影响,为FBG波长解调仪中模数转换分辨率的选择提供设计依据。
    21  激光角度欺骗干扰半实物仿真研究
    赵乾 徐利国 范小虎 张瑞民 刘庆宝
    2017, 47(5):635-640.
    [摘要](545) [HTML](0) [PDF 1.20 M](365)
    摘要:
    为有效评估激光角度欺骗干扰效果,搭建了一套激光角度欺骗干扰半实物仿真系统。仿真系统接入了导引头、惯组、弹载机、舵机等实物,采用实时通讯、姿态角精确模拟、视线角精确控制、多线程触发、加速度模拟注入等关键技术,提高了系统的实时性和仿真的可信度。以某典型激光制导武器为对象开展仿真研究,在设定的仿真条件下,无干扰时仿真的脱靶量为1.7 m,角度欺骗干扰时仿真的脱靶量为744.05 m,表明该系统能对激光角度欺骗干扰效果进行仿真评估,验证了制导控制系统和仿真系统软硬件设计的合理性。
    22  基于SWBC变换尺度相关性的红外图像阈值降噪
    李骏 朱维斌 叶树亮
    2017, 47(5):641-646.
    [摘要](514) [HTML](0) [PDF 1.02 M](537)
    摘要:
    针对传统图像降噪算法无法较好处理红外图像中的噪声问题,提出了一种基于SWBC(Stationary Wavelet-based Contourlet)变换尺度相关性的红外图像阈值降噪算法。本文分析红外图像信号和噪声在SWBC变换域各尺度上的能量分布特性,改进一般降噪算法对所有子带均进行处理的做法,只对高频子带系数进行降噪处理。同时为增加SWBC系数阈值判断的准确性,本文算法对每个系数设置不同的阈值,结合尺度相关特性,对系数进行双重判断。使用不同的含噪红外图像对本文算法进行检验。实验结果表明,相比于WBC尺度间硬阈值降噪、WBC尺度间自适应阈值降噪和WBC尺度相关性降噪,本文算法能获得更高的SNR提升,且SSIM值也更接近于1。
    23  基于小波变换的自适应多模红外小目标检测
    张晓露 李玲 辛云宏
    2017, 47(5):647-652.
    [摘要](497) [HTML](0) [PDF 1.12 M](432)
    摘要:
    小波变换是一种有效的红外小目标检测方法。然而,在不同的子带、不同方向上,信号和噪声所呈现的特性不同,采用单一的阈值往往无法得到一个令人满意的检测结果。针对这一情况,提出了一种基于小波变换的自适应多模红外小目标检测算法。该算法可以根据不同尺度和方向上噪声的分布自动调整阈值,使得检测结果更加有效。其中分别采用了自适应Bayes Shrink阈值和广义交叉验证阈值处理每个子带的小波系数,接着再利用处理后的系数重构小波图像,最后通过一个简单的全局阈值分割得到红外小目标。实验结果表明,与对照方法相比,所提出的算法具有更好的检测性能和鲁棒性。

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