2017年第7期文章目次

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  • 1  超分辨成像方法研究现状与进展
    王超 张雅琳 姜会林 李英超 江伦 付强 韩龙
    2017, 47(7):791-79.
    [摘要](733) [HTML](0) [PDF 1.72 M](1404)
    摘要:
    光电成像系统受到衍射极限和像元分辨率的制约,但研究者们从未停止过脚步来突破这一限制。本文介绍了近年来开展的各种超分辨成像方法和技术,包括应用于荧光显微成像的受激发射损耗技术、结构光照明技术、光激活定位技术与随机光学重构超分辨成像技术;可应用于显微系统、光存储与眼底成像的光瞳滤波技术与径向偏振光超分辨聚焦技术;应用于空间探测的合成孔径技术、光子筛成像技术、超振荡透镜技术、亚像元技术与焦平面编码技术。主要讨论了以上超分辨方法的原理、实现手段与目前发展水平。
    2  脉冲激光烧蚀铝合金靶的实验研究与数值模拟
    焦路光 赵国民 陈敏孙
    2017, 47(7):799-802.
    [摘要](609) [HTML](0) [PDF 1.23 M](464)
    摘要:
    通过实验测量与数值模拟的紧密结合,研究了毫秒级脉冲激光对铝合金板的烧蚀效应。实验研究方面,测量了1053 nm固体脉冲激光辐照下,铝合金单板的烧蚀过程及温升规律。数值模拟方面,采用完全喷射烧蚀模型,建立了金属靶温度变化及烧蚀的数值模型。数值模拟结果与实验结果相符较好,表明所建立的二维轴对称烧蚀模型可以近似描述实验中的烧蚀效应。本文建立的数值模型亦可推广至三维情形。
    3  高重频光子计数激光雷达样机设计及测距试验
    王遨游 陶宇亮 李旭 王春辉 彭欢 吴光 王龙 张靖涛
    2017, 47(7):803-807.
    [摘要](464) [HTML](0) [PDF 1.35 M](591)
    摘要:
    为了验证星载激光三维成像雷达技术,设计研制了一种基于高重频光子计数体制的分视场、无扫描的多通道激光雷达地面原理样机。系统采用两路高重频、微脉冲激光器输出,结合大光斑多元细分阵列光子探测方式实现多通道探测,并采取基于FPGA的时间相关符合计数信号处理技术,对单光子响应时刻进行时间间隔测量和时间相关统计,根据目标响应发生时机一致性和噪声响应的随机性提取目标距离信息。在外场试验中对水平距离大于10 km的楼宇目标进行了有效地测量,单通道的距离测量精度优于0.3 m,探测概率超过99%,并对比不同大气能见度下对测距的影响。该系统验证了星载激光雷达大光斑多元细分、光纤拼接焦面接收方案的可能性,并验证光子计数体制激光雷达测距精度及适应性。
    4  高能激光与K9玻璃相互作用仿真实验研究
    易瑔 孙先知 杨建昌 罗天峰 王林森
    2017, 47(7):808-812.
    [摘要](468) [HTML](0) [PDF 1.39 M](507)
    摘要:
    随着激光技术以及激光武器的快速发展,研究激光与物质的相互作用变得越来重要。本文介绍了K9玻璃的光学特性,利用Tracepro光学仿真软件,模拟仿真高能激光通过K9光学玻璃时,与光学玻璃的相互作用问题(反射、散射、吸收),得到了影响高能激光与K9玻璃相互作用的关键因素,并通过实验验证了结论的正确性,为下一步激光武器的研究提供了借鉴意义。
    5  中红外2 μm Tm∶YLF激光热效应分析
    张永棠 冼敏仪
    2017, 47(7):813-816.
    [摘要](548) [HTML](0) [PDF 1.18 M](804)
    摘要:
    基于2 μm Tm∶YLF激光器的实际工作条件建立了各向异性激光晶体的稳态热模型,通过解析法得到了Tm晶体内温度场分布的解析表达式;模拟并分析了泵浦功率、光斑半径、晶体端面尺寸对Tm晶体内温度场分布的影响。最终得到了在不同条件下晶体内部温度分布,结果表明:掺杂浓度的增加加剧了晶体的温升,增加了晶体热畸变不均匀性,产生更明显的热效应;而晶体长度的适度增加降低了晶体的温升,缓解了晶体热畸变不均匀性,削弱了晶体的热效应。所得结论可以为LD抽运Tm∶YLF激光器的腔型及散热系统设计提供理论支持。
    6  40通碟片激光器泵浦系统设计与稳定性研究
    郑奇 王建洲 杨勇
    2017, 47(7):817-822.
    [摘要](487) [HTML](0) [PDF 1.45 M](332)
    摘要:
    碟片激光器在工业制造、科学研究及军事等领域有重大需求,为了满足某型碟片激光器的要求,设计了40通碟片激光器泵浦系统,并对系统进行了仿真。结果表明:40通碟片激光器泵浦系统,在抛物面镜及碟片安装方面具有较高的要求,因此在设计时需要进行较高的关注。
    7  矩形脉冲激励红外热像无损检测技术探究
    金学元 陈今良
    2017, 47(7):823-827.
    [摘要](514) [HTML](0) [PDF 1.25 M](464)
    摘要:
    针对矩形脉冲激励红外热像无损检测技术的降温过程,本文通过合理的假设建立了被检物内热传导微分方程,求解出了热传导方程解析解,并通过实验验证了热传导微分方程及其解析解的合理性,为进一步研究降温过程矩形脉冲红外热像技术奠定了基础。此外,根据解析解研究了应用该技术过程中的热图处理方法,为该技术的实际运用提供了指导。
    8  巡航导弹排气系统红外辐射数值模拟
    季新杰 陈世国 姜丙坤
    2017, 47(7):828-832.
    [摘要](509) [HTML](0) [PDF 1017.33 K](379)
    摘要:
    巡航导弹排气系统的红外辐射严重影响其红外隐身突防能力。首先建立导弹发动机排气系统计算模型,对其巡航状态下的流场进行了计算;其次,基于逆向蒙特卡洛法编写的红外辐射特性计算程序模拟了导弹排气系统空间探测点的红外辐射特性;最后分析了空间红外成像及光谱辐射强度分布情况。结果表明:巡航导弹红外辐射具有从正前向到正后向气体辐射向固体辐射逐渐过渡的特点,正后向45°锥形空间辐射较强;模拟红外辐射对指导改进导弹隐身突防能力具有较强的军事应用价值。
    9  夜间天空背景及云层红外辐射测量分析
    王东 张雷 张恒伟 李武周 纪磊
    2017, 47(7):833-837.
    [摘要](580) [HTML](0) [PDF 1.26 M](686)
    摘要:
    采用中波、长波红外热像仪对夜间无云天空背景及云层背景红外辐射亮度进行了测量。无云天空背景中波波段辐射亮度在0.58~1.30 W·m-2·sr-1,长波波段辐射亮度在6.61~15.29 W·m-2·sr-1。由于夜间条件下无太阳辐射影响,相同俯仰观测角条件下,0°~360°各个方向天空背景辐射亮度基本一致。从无云区到有云区,随着云层厚度的增加,其辐射亮度逐渐增大。相对于无云背景,中波波段云层中心辐射亮度增加了1.5%,长波波段云层中心辐射亮度增加了14.2%,长波波段云层对天空背景辐射影响更加显著。
    10  液相外延原位Au掺杂碲镉汞薄膜材料的研究
    胡尚正 郭明珠 刘铭 吴卿 折伟林 杨海燕 孙浩 周立庆
    2017, 47(7):838-841.
    [摘要](459) [HTML](0) [PDF 1.15 M](489)
    摘要:
    通过液相外延方法,在碲锌镉衬底上制备了原位Au掺杂碲镉汞薄膜材料,采用金相显微镜、X光双晶衍射仪、二次离子质谱仪、Hall测试、少子寿命测试等手段对Au掺杂的碲镉汞薄膜材料进行了表征,外延片的表面形貌、晶格质量等和常规的碲镉汞外延材料基本相当,少子寿命较常规材料提高至少一个量级,芯片R0A提高至少5倍,并成功制备出了截止波长为10 μm的256×256探测器芯片,响应率非均匀性为2.85%,有效像元率为99.2%。
    11  光刻照明系统中复眼透镜的设计及公差分析
    李美萱 王美娇 王丽 冷雁冰 董连和
    2017, 47(7):842-847.
    [摘要](585) [HTML](0) [PDF 1.87 M](416)
    摘要:
    在超大规模集成电路中,为了实现NA=1.35,波长193 nm处分辨率达到45 nm的目标,需要对影响光刻照明均匀性的误差源进行详细分析最终确定公差范围。复眼透镜是使光束在系统掩膜面上形成矩形均匀照明区域的关键元件。采用CODE V软件设计了复眼透镜对引起照明不均匀性的因素进行分析,结合复眼透镜组的设计方案和实际加工能力,给出X和Y向复眼曲率公差为±10%,后组曲率公差为±5%,前后组间隔公差为±50 μm,位置精度偏心公差为±1 μm,装配精度公差为±3 μm。制定公差合理、可行,满足了浸没式光刻照明系统高均匀性、高能量利用率的要求。
    12  高精度梁式光纤多普勒压力测量技术的研究
    孙悦 王辉林
    2017, 47(7):848-852.
    [摘要](413) [HTML](0) [PDF 984.33 K](307)
    摘要:
    为实现在恶劣环境下对微小压力变化量的测量,提出了一种基于外差多普勒原理的高精度梁式光纤压力测量系统。通过分析光纤压力测量系统中压力变化量、悬臂梁的形变量、多普勒频移、输出电压四者的关系,建立数学模型。采用差动多普勒测量原理,快速、准确地测量出悬臂梁的形变量,实现对纳米级微小位移的测量。将反射镜位置由悬臂梁中段移至其自由端位置,提高了测量的灵敏度。用光纤准直器代替传统传导光纤,光束的平行度更高,发散角度更小,提高了测量的精度。选用取样积分对有效信号进行提取,结合软件,实现从强噪声信号中提取微弱信号,改善了系统信噪比。实验结果表明,本文提出的光纤压力测量系统的不确定度可达到0.05%,可以实现对缓慢变化的微小压力值的测量,适用于石油、化工等领域。
    13  双视场航空相机光机优化设计
    徐迪孟 王平 付海双 史文欣
    2017, 47(7):853-857.
    [摘要](679) [HTML](0) [PDF 1.14 M](368)
    摘要:
    依据某航空相机光学设计指标设计了焦距为100 mm、400 mm的双视场相机,其长焦距全视场传递函数达0.3以上。为减小相机重量,提高其动态刚度,以相机主支撑结构的厚度和筋宽为设计变量,以固有频率不低于某值为约束条件,应用NX7.5软件对航空相机结构进行了优化设计。优化结果为相机质量减小了0.7 kg,一阶固有频率提高了13 Hz。对优化后的相机结构进行了模态分析和热分析,分析结果验证了优化设计的正确性。最后通过试验验证了设计结果的有效性。航空相机切实可行的光机设计有效地保证了整个系统的性能指标都能满足使用要求。
    14  MIMO系统在光通信中的应用及仿真分析
    刁红翔 常丽敏 唐雁峰
    2017, 47(7):858-863.
    [摘要](535) [HTML](0) [PDF 1.47 M](412)
    摘要:
    为了提高光通信的质量,本文采用MIMO系统替代SISO系统。首先利用光强起伏模型从整体上对MIMO系统和SISO系统进行比较,然后在现有技术条件下对三种典型MIMO系统和SISO系统的关键性能指标进行了对比,综合筛选出性能较优的4×4 MIMO系统作进一步的光通信仿真。结果显示,4×4 MIMO系统具有清晰的眼图,较低的误码率和合适的功率增益,并且其关键性能相较于SISO系统提升明显,这都表明该系统通信性能可靠,在光通信方面具备一定的优势。
    15  基于M-Z滤波和LPFG的液体折射率传感特性研究
    李达 何巍 张雯 祝连庆
    2017, 47(7):864-870.
    [摘要](541) [HTML](0) [PDF 1.46 M](364)
    摘要:
    利用飞秒激光逐线刻写方式在HI1060光纤中制作谐振波长为1548.5 nm,谐振强度为7 dB,栅区长度为3.2 mm的长周期光纤光栅。通过纤芯错位熔接方法在HI1060光纤中制作马赫曾德-干涉仪(MZI),对LPFG的透射光谱进行滤波优化。设计使用不同折射率的酒精溶液、氯化钠溶液和蔗糖溶液分别对基于MZI滤波的LPFG的折射率特性进行了测试和研究。实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在酒精溶液、氯化钠溶液和蔗糖溶液中的折射率灵敏度分别为301.78 nm/RIU、138.80 nm/RIU和132.67 nm/RIU。
    16  中红外3.9 μm长波通截止滤光膜研制
    张永久 梁立昕 姚大虎 张阔 韩永昶
    2017, 47(7):871-874.
    [摘要](576) [HTML](0) [PDF 972.56 K](934)
    摘要:
    以薄膜光学和激光红外技术为背景,介绍了3.9 μm长波通截止滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了滤光膜设计方面的难点,其次讨论了薄膜选材、通带展宽、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用计算机优化软件进行优化计算后,结合离子辅助工艺得到了吸收小、透过率高、光洁度与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在中红外系统中有效改善了信噪比和响应度。
    17  复杂地形条件下激光假目标布设问题研究
    辛诚 汪亚夫 周权
    2017, 47(7):875-878.
    [摘要](446) [HTML](0) [PDF 1.08 M](322)
    摘要:
    合理布设激光假目标是成功实施激光角度欺骗干扰的关键环节。复杂地形条件下,假目标布设往往受到地物、建筑物和车辆等因素影响,存在多个禁布区域,从而导致人工决策难以快速形成最佳布设方案。本文在分析假目标布设原则的基础上,利用粒子群算法对可布设区域受限情况下的假目标布设方案进行了优化,并针对三种应用场景验证了优化算法的可行性和适应性。
    18  一种工作于太赫兹频段的石墨烯天线
    耿莉 谢亚楠 原媛
    2017, 47(7):879-883.
    [摘要](544) [HTML](0) [PDF 1.01 M](657)
    摘要:
    为克服金属材料在太赫兹频段的工艺不足,利用石墨烯在该频段的特性,设计了一款工作于1.0 THz的石墨烯贴片天线。根据随机相位近似(RPA)的石墨烯表面电导率模型,研究了面电导率与频率(太赫兹波段)以及化学势的变化关系,确定了石墨烯材料的物理参数。该天线结构由石墨烯贴片,聚酰亚胺衬底和地板组成。利用HFSS软件优化,其尺寸仅为220 μm×140 μm×9 μm。石墨烯贴片天线工作频段为0.98~1.02 THz,-10 dB相对阻抗带宽为4.0 %,最大辐射方向上的增益达7.32 dB。此外,该天线具有尺寸小,轻便,机械性能稳定,结构简单且易集成的特点。
    19  混合正则化约束的湍流退化图像复原算法
    张姣 李俊山 隋中山 汪晓建
    2017, 47(7):884-888.
    [摘要](535) [HTML](0) [PDF 1023.09 K](439)
    摘要:
    针对大气湍流引起的红外图像模糊问题,提出一种基于混合正则化的模糊核估计模型。根据图像主要边缘的稀疏性,采用图像梯度的L0范数为正则化项;通过分析模糊核的特性,提出能适用于复杂模糊情况的核L0-L2范数正则化约束。复原模型的优化过程中,结合变量分裂策略和增广拉格朗日法交替估计图像和模糊核,并利用快速傅里叶变换,实现模糊核的快速、准确估计;最终根据估计的模糊核,复原得清晰图像。实验结果表明,本文算法可以更好地复原退化图像,在主观视觉和客观质量评价方面都有所提高。
    20  采用最大背景估计的星敏感器图像处理方法
    余路伟 毛晓楠 周琦 金荷 胡雄超 朱虹 张晴
    2017, 47(7):889-895.
    [摘要](434) [HTML](0) [PDF 1.37 M](337)
    摘要:
    星图处理是星敏感器运行的基础,而杂光干扰是影响星敏感器图像处理的主要因素之一,是算法设计需要重点考虑的干扰源。为消除杂光干扰的影响,通过分析星图中目标及背景的特征,根据星点二维高斯分布模型构造了权值参考函数,改进了最大化背景估计模型,设计了欧几里德四象限旋转对称的掩模,辅以图像分割、去噪,构成采用最大背景估计的星敏感器图像处理算法。另外采用了星点提取率、虚警率、极限探测星等、单星定位精度和仿真时序综合评价星图处理算法性能。实验证明该图像处理算法星点提取率高、虚警率低、单星定位精度高、抗杂光干扰性能优异且具有通用性。
    21  基于激光点云的建筑裂缝提取方法研究
    王果 刘绍堂 蒋瑞波 张祥祥
    2017, 47(7):896-899.
    [摘要](409) [HTML](0) [PDF 922.26 K](357)
    摘要:
    提出一种面向对象的激光点云建筑裂缝提取方法,在对激光点云进行分割的基础上,通过计算面片与水平面之间的夹角、面片面积、面片相似度等特征,依据建筑裂缝先验知识,利用面向对象的激光点云分析方法对裂缝周围面片进行识别,选取建筑裂缝数据进行实验,结果表明,该方法可对建筑裂缝进行有效提取。
    22  基于非线性量化概率模型的弱小目标跟踪
    张强 潘卫军 朱新平 王玄
    2017, 47(7):900-905.
    [摘要](431) [HTML](0) [PDF 1.06 M](425)
    摘要:
    针对红外弱小目标跟踪问题,提出一种基于非线性量化概率密度模型匹配的快速跟踪方法。首先分析了红外弱小目标的灰度特性和多帧运动相关特性,引入α-β滤波对红外目标进行运动相关跟踪,并预测下一帧图像中目标的质心位置,然后提出一种适合红外弱小目标的非线性量化概率密度模型,通过在预测邻域内进行模板匹配来跟踪真实目标。实验结果表明该方法用于红外弱小目标的跟踪精度和处理速度明显优于现有算法,工程意义显著。
    23  光纤周界入侵信号特征提取与识别方法的研究
    蒋立辉 刘杰生 熊兴隆 王维波 李猛
    2017, 47(7):906-913.
    [摘要](923) [HTML](0) [PDF 1.64 M](499)
    摘要:
    提出一种基于互补经验模态分解(CEEMD)奇异值熵结合多核支持向量机(SVM)的入侵信号特征提取与识别方法。首先,采用CEEMD方法对入侵信号进行分解得到若干个本征模态函数(IMF);其次,再对IMF分量进行奇异值分解,计算其奇异值熵;然后,根据奇异值熵筛选出有用IMF分量,构建特征向量;最后,采用多核支持向量机识别入侵信号。采用实际采集的攀爬,敲击,汽车,风等场外入侵信号进行了实验验证,结果表明:CEEMD方法有效解决了EEMD的残留白噪声问题,多核SVM比单核SVM具有更好的识别率,攀爬入侵信号识别率达到95%。
    24  改进快速NSST的热烟羽红外与可见光图像融合
    方静 罗高鹏
    2017, 47(7):914-920.
    [摘要](354) [HTML](0) [PDF 1.24 M](319)
    摘要:
    针对非下采样剪切波变换逐步划分子带过程中迭代滤波运算效率不高的问题,提出一种非下采样剪切波变换的快速分解重构方法。改进的分解方法根据分解的尺度卷积非下采样金字塔滤波器组中相应的滤波器,用卷积结果对源图像进行滤波,直接生成子带图像,在提高图像分解速度的同时,也相应减少分解迭代滤波的运算量。本文采用一种基于标准差的区域特性量测方法用于低频系数融合,突出低频系数中的轮廓信息;最高频系数融合采用能量取大的融合规则,其余高频系数通过结合改进的拉普拉斯能量和与梯度特性进行融合,使目标烟羽的边缘信息更加清晰。实验结果表明,融合后热烟羽图像目标细节清晰突出;综合客观评价指标来看,本文方法优于一些常用的红外与可见光图像融合方法。
    25  基于视觉感知特性的红外图像质量评价方法
    王明超 李盈 杨舒羽
    2017, 47(7):921-924.
    [摘要](401) [HTML](0) [PDF 1.82 M](480)
    摘要:
    根据红外成像特点,设计了一种基于视觉感知特性的红外图像质量评价算法。该算法结合人眼视觉和红外图像的结构信息对图像的失真程度进行描述,通过提取图像的边缘特征、对比度特征,然后利用视觉显著模型对特征进行差异融合,从而实现对红外失真图像的质量评测。实现结果表明,本文方法可对失真红外图像进行有效评价,与传统方法相较,此评价指标与人眼主观感知更一致。

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