2017年第9期文章目次

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  • 1  军事目标激光散射特性研究进展
    高宇辰 周冰 刘贺雄 陈玉丹
    2017, 47(9):1063-1070.
    [摘要](819) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    军事目标的激光散射特性是影响装备作战效能的重要因素,对于研究激光装备的作用距离、装备的激光隐身性能具有重要的意义。本文介绍了目标激光散射特性的基本概念,从理论模型和经验公式两方面介绍了激光散射特性的理论建模研究成果,分析了各种模型和经验公式的适用范围。从目标表面材料BRDF测量、缩比模型LRCS测量、真实目标LRCS测量三个方面,分析了国内外典型测量方法、相关应用以及下一步发展方向,为后续目标散射特性的研究提供借鉴。
    2  飞秒激光流动烧蚀制备ZnSe有机复合量子点
    杨超 冯国英 王树同 宁守贵 周寿桓
    2017, 47(9):1071-1075.
    [摘要](641) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    采用飞秒激光流动烧蚀法制备了聚乙烯亚胺(PEI)包覆的ZnSe量子点水相分散液。水相分散液外观呈现亮黄色透明液体状。多个ZnSe有机复合量子点在水中聚集形成球形胶束,通过扫描电子显微镜(SEM)检测发现,胶束粒径为40~100 nm。利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)研究ZnSe晶体学特性变化,结果表明制得的ZnSe量子点保持了块体ZnSe的立方闪锌矿晶型。该ZnSe有机复合量子点的水分散液在365 nm紫外光照射下显示出明亮的绿色荧光,荧光中心波长约在500 nm处。采用光致发光光谱和紫外可见吸收光谱研究了该有机复合量子点的pH值响应特性,结果表明随着分散液中pH值由9降低到4,光致发光光谱显示出蓝移特性,波长最大蓝移量为25 nm。讨论了绿色荧光的来源与荧光波长调谐的可能机理。
    3  相位屏法研究湍流大气对干涉图样的影响
    单聪淼 孙华燕 赵延仲 李帅
    2017, 47(9):1076-1081.
    [摘要](508) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    基于马赫-泽德光路发射的相干光为模型,利用功率谱反演法生成随机相位屏的方法模拟湍流大气,分析了相干高斯光在湍流大气中的传输过程并建立了传输模型,推导得到了接收屏上的干涉光强。数值仿真分析了湍流大气对干涉图样分布以及条纹间距和对比度等特征参数的影响。结果表明,随着湍流强度增大,干涉图样变得模糊甚至破碎,条纹间距增大,对比度下降。此研究结果对于激光主动干涉探测技术的应用具有一定参考意义。
    4  激光后向散射式烟幕粒子测量方法研究
    宗思光 梁善永 曹水 康圣
    2017, 47(9):1082-1088.
    [摘要](611) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    烟幕干扰是光电对抗防御来袭光电精确制导武器的重要手段,烟幕干扰对抗效能与实际气象条件、布放密度、防御目标特性等密切相关,实时测量烟幕的消光特性是评估烟幕干扰对抗效能的基本要求。本文对烟幕粒子的激光Mie散射机理进行了分析,建立了激光后向散射层析断层反演烟幕消光系数模型,通过试制的激光后向散射层析断层测量系统对三种典型烟剂发烟后烟幕消光系数进行了测量,结果表明该激光后向散射层析断层可有效对烟幕消光特性进行遥感测量,可为光电对抗烟幕干扰效果实时测量及效能评估提供支撑。
    5  飞秒激光加工聚苯乙烯中的缺陷形成原因
    吴梦楠 宋成伟 黄燕华
    2017, 47(9):1089-1095.
    [摘要](463) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    飞秒激光加工是一种高精度加工手段,加工中形成的缺陷对其适用性具有重要的影响。本文开展了聚苯乙烯飞秒激光加工试验,研究了聚苯乙烯在飞秒激光加工过程中的缺陷形成机理,以及光强、速度和环境等加工参数对此类缺陷形成的影响,最后得出了对材料形貌影响最小的加工条件。本研究对于指导聚苯乙烯的飞秒激光加工具有重要的意义。
    6  As掺杂p型碲镉汞材料的研究进展
    宋淑芳 田震
    2017, 47(9):1095-1062.
    [摘要](590) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    非本征p 型掺杂碲镉汞材料可以有效克服少子寿命偏低等问题,提高长波和甚长波红外焦平面器件的性能。本文重点阐述了As 掺杂实现p型掺杂的基础性原理,以及在器件方面最新研究进展,为今后As掺杂碲镉汞材料的研究提供依据。
    7  固体纳秒激光器应用于非晶硅薄膜结晶的研究
    王帅 刘敏 潘岭峰 张紫辰 王晓峰 杨富华
    2017, 47(9):1096-1101.
    [摘要](416) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](8)
    摘要:
    多晶硅薄膜比非晶硅薄膜具有更高的电子迁移率,在器件中表现出更优良的性能,脉冲激光结晶非晶硅薄膜制备多晶硅薄膜的方法具有热积存小、对衬底影响小、成本低等优点。使用532 nm固体纳秒激光器进行了非晶硅薄膜激光结晶实验,为了解决直接使用高斯光束结晶时因光斑能量分布带来的结晶效果不均匀,首先基于光束整型系统将圆形的高斯光束整型成为线性平顶光束,而后研究单脉冲能量密度、脉冲个数、非晶硅薄膜厚度对结晶效果的影响。结果表明,线性平顶光束用于非晶硅薄膜结晶具有更好的均匀性,对于100 nm非晶硅薄膜,随着能量密度的增加,晶粒逐渐变大,直到表面出现热损伤,最大晶粒尺寸约为1 μm×500 nm。随着脉冲个数的增加,表面粗糙度有减小的趋势,观察到的最小粗糙度约为2.38 nm。对于20 nm超薄非晶硅薄膜,只有当能量密度位于134 mJ/cm2和167 mJ/cm2之间、脉冲个数大于或等于八个时才能观察到明显的结晶效果。
    8  高自动化卫星激光测距系统研究与设计
    丁仁杰 吴志波 邓华荣 汤凯 张忠萍
    2017, 47(9):1102-1107.
    [摘要](684) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    卫星激光测距(SLR)技术因测量精度高而广泛应用,但由于涉及多门学科领域使得系统复杂,制约了自动化水平提高,影响着该技术的发展和推广应用。基于上海天文台SLR系统平台,分析了SLR的操作流程,提出光学系统、伺服系统、控制系统及远程监控管理系统等自动化发展方向,设计了角秒级精度光束指向瞄准方法,研制了精度为1″的小型化伺服控制系统,实现了观测模式的快速切换,并搭建远程监控管理系统,使整个SLR系统的自动化能力得到提高,减少了人力操作,提高了观测效率。应用上述研究成果,在国内成功进行了SLR的远程控制实验,实现了SLR系统的异地操作和监控,为SLR的全自动化及远程控制应用奠定了技术基础。
    9  激光冲击强化对钛合金棒件疲劳寿命的影响
    姜银方 彭涛涛 虞文军 冯文龙 赵勇 万全红
    2017, 47(9):1108-1112.
    [摘要](513) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    为了研究激光冲击对TC4-DT钛合金圆棒残余应力分布及疲劳特性的影响,采用ABAQUS有限元软件分析了不同冲击载荷下圆棒最小直径截面内残余应力的分布,并对试样先后进行了激光冲击强化试验和拉-拉疲劳试验,最后对疲劳断口形貌进行了对比分析。结果表明,圆棒试样会在表面及近表面形成残余压应力层,在内部及中心区域产生拉应力,且表面残余压应力和内部拉应力皆随冲击载荷的增大而增大;内部拉应力区域面积远大于表面压应力层面积,致使疲劳裂纹扩展加速,从而导致疲劳寿命降低,对圆棒试件的拉-拉疲劳性能产生不利影响;圆棒试样经激光冲击强化后疲劳裂纹源向内部转移,且位于内部最大拉应力区域。该研究对轴类零件经激光冲击强化后的应用条件具有一定的参考价值。
    10  基于偏硼酸钡晶体高重复频率266 nm紫外激光器
    卢一鑫 杨森林 赵小霞 张变莲
    2017, 47(9):1113-1118.
    [摘要](619) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    报道了利用基于掺镱光纤脉冲激光器1064 nm基频光通过偏硼酸钡晶体(β-BaB2O4,BBO)晶体四次谐波技术获得266 nm的紫外激光输出,利用双晶体空间走离补偿技术在重复频率为80 MHz平均输出功率为2.9 W,532 nm到266 nm的转化效率为36.5%。通过测量266 nm光强的变化发现双光子吸收效应导致了动态色心的形成,以及色心密度与双光子吸收系数随着晶体温度变化的规律,实验数据表明在晶体温度200 ℃的双光子吸收效应比室温时低了3.5倍,提高了266 nm紫外激光的输出功率和稳定度。
    11  基于石墨烯的掺铒光纤锁模激光波长切换技术
    孟阔 钟国舜 陈恺 祝连庆
    2017, 47(9):1119-1122.
    [摘要](621) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    报道了一种基于石墨烯锁模的全保偏掺铒光纤环形短腔实现锁模激光波长切换技术。利用多层石墨烯可饱和吸收镜不仅可实现被动锁模脉冲序列的稳定输出,并可通过三维精密调节,调制腔内信号损耗,有效控制不同波长激光的增益与损耗。实验表明,通过精密调制10层石墨烯膜可饱和吸收镜,在全保偏光纤激光短腔可实现波长1532 nm和1558 nm 处的锁模激光切换输出,并可实现这两波长附近的双波长锁模激光输出,线偏振度可达18 dB。
    12  深空双波段红外动态场景仿真与目标分析
    王霄 高思莉 李范鸣
    2017, 47(9):1123-1127.
    [摘要](689) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    为了提高深空中红外探测器探测波段选择的效率以及反映目标真实的在轨状态,文中研究了空间目标动态红外图像的生成技术以及双波段红外图像的仿真。结合从STK获得的空间目标的运行轨迹和姿态数据以及从3DS MAX获得的目标模型数据提出了一种进行空间目标红外成像仿真的方法。首先分析了深空背景中目标的红外辐射特性以及目标在中波和长波两个波段中的辐射特性,为探测器波段参数的选择提供了依据;然后介绍了用节点网络法求解热平衡方程的方法并且简化了求解过程,提高了效率;最后阐述了空间目标红外成像系统的理论模型,实现了空间目标的红外可视化建模与仿真。仿真图像对新型系统的研制和红外图像处理算法的研究有重要的意义。
    13  基于ADAMS的连续变焦机构运动仿真
    胡宇 何松 杨加强 何文忠
    2017, 47(9):1128-1141.
    [摘要](408) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    某型红外热像仪在连续变焦过程中,局部出现了图像的模糊和抖动,严重影响了图像的质量。本文通过ADAMS对某型连续变焦机构进行仿真,对其动力学参数进行研究。之后对光学设计点进行优化,在符合成像质量要求的情况下,消除了变焦过程中图像的突变。
    14  无TEC制冷电路下的红外成像温度补偿方法
    徐梦龙 王玮冰 李佳
    2017, 47(9):1132-1136.
    [摘要](548) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    在红外成像系统中去除制冷电路来降低功耗和体积的方法已成为红外热成像仪的配置主流,但在无制冷电路的情况下,红外成像效果会受到环境温度以及自身发热的影响。本文设计了一种温度补偿的校正方法,采用了先标定后补偿的处理方案,在基于FPGA结合温度传感器以及FLASH存储芯片的硬件平台上,实现了对红外探测器输出图像在无TEC制冷电路情况下的温度补偿校正。实验结果表明该设计方案有效地抑制了在无制冷电路情况下红外探测器所处环境温度的起伏对红外输出成像效果所造成的干扰。
    15  随钻检测用微型红外甲烷气体传感器
    刘延祥 李铁 姚金志 周发举 周建立 周宏 王翊
    2017, 47(9):1137-1141.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    为了满足石油勘探过程钻井液中甲烷气体同步检测分析的需要,实现甲烷气体随钻检测的目标,本文设计了一种可集成于钻具内的随钻检测用微型红外甲烷气体传感器。首先利用Hitran数据库对甲烷气体的红外吸收峰进行了对比分析,确定了探测器滤光片的中心波长;然后利用光学仿真软件TacePro对腔体内的光线传播方向进行了光线追迹分析,并对到达探测器2个接收面的光强分布进行了模拟分析,确定了光学腔体设计的合理性,随后根据红外气体传感器的工作原理设计了相应的工作电路。测试结果表明该传感器对甲烷气体的检测精度在常温下优于0.5%F.S.,在120 ℃下优于0.8%F.S.;常温下实现了对甲烷饱和水溶液中脱出的微量甲烷气体的检测,可以满足甲烷气体随钻检测的需要,在石油钻井行业的随钻检气体测领域具有广阔的应用前景。
    16  结构光内参数和机器人手眼关系的同时标定
    解则晓 牟楠 迟书凯 陈文柱
    2017, 47(9):1142-1148.
    [摘要](577) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    为实现对复杂工件的快速在线测量,构建了基于结构光的机器人视觉测量系统,提出一种该系统中结构光测头内参数和手眼关系同时标定的方法。标定时,在机器人工作空间内固定一个平面靶标作为参考物,精确控制机器人末端带动结构光测头做平移运动和变位姿运动,获取不同位姿下的靶标图像。通过平移运动,同时标定结构光测头内参数和手眼关系中的旋转矩阵;通过变位姿运动,同时标定摄像机内参数和手眼关系中的平移向量。考虑到旋转矩阵和平移向量分离标定会存在误差累积,采用非线性优化方法对手眼关系做进一步优化。对标准球及工件进行扫描测量实验,实验结果表明该标定方法简单高效,能保证测量系统具有较高的测量精度,适用于工业现场。
    17  MEMS摆镜在小型化激光成像雷达中的应用
    张驰 岳娟 徐正平 葛军
    2017, 47(9):1149-1153.
    [摘要](677) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    研究了MEMS摆镜在未来小型化激光成像雷达的系统中的应用。首先介绍了MEMS摆镜自身的器件特性,结合脉冲成像激光雷达的应用背景,分析了系统设计时要注意的问题。进一步设计了MEMS摆镜的驱动模块,通过仿真和成像验证了李萨如扫描图形的应用。
    18  一种旋转扫描的可见光全景成像系统及实现
    刘斌 鹿玮 王金波 郝亮
    2017, 47(9):1154-1157.
    [摘要](470) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    本文根据目前安防领域对重要地点全景监控的需要,设计了一种全新的基于旋转扫描的可见光全景成像系统,解决了几个关键技术问题。该系统的可见光全景成像清晰、稳定,能满足安防领域可见光全景成像的需求。
    19  大气激光通信中传输能量损耗分析的应用研究
    林冠杰 朱泽林 蔡杨伟男 何书航 何文森
    2017, 47(9):1158-1163.
    [摘要](591) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    对大气激光通信中的光传输能量损耗进行分析,着重讨论了造成接收端光功率损耗的几个主要影响因素,并做了综合性的计算机仿真,得到发射功率一定的情况下发射天线轴向偏焦和收发天线系统间横向偏移取不同量值时接收端光功率的变化。在损耗分析的基础上,文章探讨了接收端满足最低光功率条件下,偏焦和偏轴相互间的关系,提出通过调节发射天线偏焦来改善远距离接收端天线捕获的方法。在发射功率为10000 mW,距离为10 km,接收端光功率阈值为50 mW的情况下,发射天线未偏焦时收发天线系统间的允许最大偏轴量为495.9 mm;当焦点偏移6.69 mm,允许最大偏轴量达到最大值为628.5 mm,与未偏焦的情况相比增加了26.74%,满足接收端光功率要求下收发天线系统间允许横向偏移区域的面积增加了60.63%,这有效地降低了大气激光通信中远距离接收端捕获的难度。
    20  新型度分布的LT码在自由空间光通信中应用
    任发韬 曹阳 张勋 彭小峰 刘世涛
    2017, 47(9):1164-1168.
    [摘要](549) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    由于自由空间光通信(FSO)受到大气湍流效应的影响,运用信道编码技术来保证FSO系统的稳定性。研究LT码原理,并将其引入FSO系统。分析LT码度分布需要满足的条件,引用泊松鲁棒孤子度分布来减小LT码译码开销、降低编译码复杂度,并应用于FSO系统来提高FSO系统性能。采用MATLAB进行仿真,比较泊松鲁棒孤子度分布与鲁棒孤子度分布的性能,并模拟在不同湍流信道中的FSO系统误码率。结果表明,泊松鲁棒孤子度分布具有较小的平均度值,能够减小LT的译码开销、降低编译码复杂度;且应用泊松鲁棒孤子度分布的LT码能够降低FSO系统中的误码率,保证FSO系统稳定。
    21  基于视觉对比机制的红外弱小目标检测方法
    刘润邦 朱志宇
    2017, 47(9):1169-1173.
    [摘要](366) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    为解决复杂背景下红外弱小目标检测精度低的问题,本文提出一种基于视觉对比机制的红外弱小目标检测方法,算法主要模拟了人眼对目标对比度敏感这一机制。首先利用8向梯度方程提取红外图像的梯度显著图并二值化处理;根据小目标的尺寸大小特征对梯度显著图进行优化处理,剔除孤立的噪声点和尺寸较大的背景梯度显著区域;利用视觉对比机制对优化后的显著图进行局部对比度计算,通过阈值处理剔除虚警目标,完成红外弱小目标检测。仿真实验表明,该算法在低信噪比情况下对红外弱小目标的检测率较高,且虚警率低,单帧检测时间较小。
    22  一种基于频域的红外与可见光图像融合新算法
    宋瑞霞 姚立君 王小春 余建德
    2017, 47(9):1174-1180.
    [摘要](486) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    引入具有详细数学表达的多小波——V-系统,利用V-系统的多分辨性和NSCT的多方向性,对红外和可见光图像进行多层次、多方向分解,各层次各方向采用不同的融合方案进行图像融合。首先对源图像进行多层V-分解,得到图像的轮廓信息和多层细节信息;接着用NSCT对V分解得到的轮廓信息再分解,得到相应的低频和高频系数,低频系数用基于稀疏表示的融合规则融合,高频系数用基于二维Log-Gabor能量的融合规则融合,将改进的脉冲耦合神经网络融合规则用于V分解得到的细节信息的融合;最后,经过相应的逆变换得到融合图像。本文算法从不同层面、不同方向对源图像分解,使得源图像的细节得到细致刻画,同时多种融合方案的结合,使得融合图像的细节信息更加清晰,对比度得到提高,客观指标也有显著提高。
    23  多波段和查找表预测值校正的高光谱图像压缩
    张海涛 曹博甫 刘万军
    2017, 47(9):1181-1185.
    [摘要](449) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    为了提高高光谱图像无损压缩的压缩比,提出了一种利用多波段图像和查找表预测值校正的高光谱图像无损压缩方法。首先,利用当前被压缩波段图像的前三个波段图像计算LAIS;然后对获取到的查找表预测值进行两次校正;最后求出预测残差,采用自适应算术编码方法进行编码。对该方法进行了理论分析和实验验证。结果表明,针对美国国家航空航天局提供的AVIRIS图像中的Moffett Field图像的不同区域和不同波段进行实验,所提出的方法比LAIS-LUT压缩比提高了0.09~0.34。
    24  一种用于道路障碍物识别的激光点云聚类算法
    张名芳 刘新雨 付锐 蒋拯民 李星星
    2017, 47(9):1186-1192.
    [摘要](398) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    提出一种适用于道路障碍物识别检测的聚类算法,该算法用来处理各向异性分布的激光点云数据。算法的基本思想是:针对点云空间分布的实时变化,提出在线学习合并阈值的层次聚类算法,以确定聚类数搜索范围上界和初始聚类中心的待选点集;然后提出距离乘积最大化方法,对待选点集进行初始化排序,既结合点云的空间密度分布改善了聚类结果,又克服了传统K-means算法初始聚类中心难确定的问题;最后选取Silhouette和距离评价函数为聚类有效性指标分析算法的聚类效果,确定最佳聚类数。用以上自适应、在线学习的算法对2.5D激光雷达采集的点云数据进行聚类,并与其他两种聚类算法进行实际试验比较发现,本算法可以正确分割大多数空间分布各异且相互连接的障碍物。

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