• 2018年第2期文章目次
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    • >综述与评论
    • 战术机载激光武器

      2018, 48(2):131-139.

      摘要 (551) HTML (0) PDF 1.01 M (473) 评论 (0) 收藏

      摘要:固体激光器的快速发展,现已能在空中平台的紧凑系统中提供武器级的功率,美国空军正在加速发展战术机载激光武器。首先总结了空军先进战术激光计划的经验教训,评述了战术机载激光武器的发展目标、要求和挑战。然后评述和讨论了激光武装直升机和激光战斗机的发展计划、作战目标、组成和技术特点。最后讨论和分析了高能液体激光器、光谱合成光纤激光器和平面波导激光器的特点、关键技术、最新进展和面临的挑战。

    • 激光通信APT系统中快速反射镜研究

      2018, 48(2):140-147.

      摘要 (539) HTML (0) PDF 1.43 M (450) 评论 (0) 收藏

      摘要:快速反射镜(FSM) 凭借其高精度、高带宽、高分辨率等优点,已经成为激光通信中捕获、瞄准和跟踪(APT)系统的关键组成部分。本文介绍了国内外研究机构所研制多种类型FSM。首先介绍国内外FSM的发展历程和研究重点,然后,对FSM的支撑类型、驱动类型和各种位置检测元件的选择及设计进行了讨论,得到不同的支撑结构、驱动类型和位置检测元件对FSM各性能指标的影响趋势。最后,通过对各种类型FSM进行归纳总结,提出了激光通信APT系统中FSM向大行程、高精度和高带宽等方向的发展趋势。

    • 制冷机与红外探测器冷链耦合技术研究

      2018, 48(2):148-152.

      摘要 (472) HTML (0) PDF 1.47 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外探测器在航天应用中通常在低温环境下才能成像,因此需要耦合制冷机为其提供稳定的低温工作环境,满足它的工作需求。制冷机与红外探测器耦合采取的方式有多种,本文主要介绍冷链技术的耦合方式,综合分析国内外多家单位的试验情况,对冷链耦合的应用前景进行了分析说明。

    • >激光应用技术
    • 偏度与峰度在脉冲激光回波分析中的应用研究

      2018, 48(2):153-156.

      摘要 (339) HTML (0) PDF 1.08 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:将波形序列做平移处理,并结合其坐标信息可以计算波形的偏度与峰度,两者分别反映了波形的对称性和尖峭程度。在脉冲激光探测中,偏度和峰度可以用于对回波信号的特征分析,目标表面的反射率变化和起伏通常不会引起回波波形偏度和峰度的较大变化,只有当目标表面反射率或起伏出现突变时回波的偏度和峰度才会呈现出较大的值,而且不同突变情况下的回波的两参数的值也是不同的,这为脉冲激光探测的回波特征分析提供了重要依据。

    • 异轴角散射法中散射体几何模型的构建与优化

      2018, 48(2):157-163.

      摘要 (356) HTML (0) PDF 1.39 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:湿蒸汽参量测量对于保障汽轮机机组的高效安全运行具有重大意义。基于激光散射的异轴角散射法是湿蒸汽参数测量的光学方法之一。本文在分析异轴角散射法测量模型中激光散射的散射体几何建模存在问题的基础上,构建了CCD相机单个像元所对应的散射体的几何模型,并求解了散射体体积及与散射体相关的几何参数;并采用MATLAB软件进行了仿真计算,计算了水滴群质量中间半径r0.5、水滴数浓度N和尺寸分布系数K变化对散射光强的影响,并进行了误差分析。研究结果表明:采用新构建的散射体几何模型的异轴角散射法所得的仿真理论数据与实验数据间相对误差减小,且变化趋势更趋于一致,验证了几何模型优化的可行性和优越性,可为湿蒸汽参数测量提供更精确的数据。

    • 全捷联激光制导弹药双透镜滚转角测量方法

      2018, 48(2):164-168.

      摘要 (494) HTML (0) PDF 1000.62 K (200) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对应用于末制导弹药中滚转角测量方法出现的各种不足,提出一种全捷联激光制导弹药双透镜滚转角测量方法。利用添加透镜光斑与滚转角无关的特点,将非滚转光斑作为滚转角测量基准,通过激光束经过两透镜在阵列位移敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)光斑坐标间相对位置关系,得到弹体滚转角计算公式。根据测量原理及设计结构,对测量精度进行了分析。将该方法结合弹体六自由度运动模型进行模拟打靶实验,分析测量方法实时精度。实验结果表明:滚转角测量值在各种实验环境下最大误差不超过0.05°,其精度满足激光制导弹药制导与控制需求。

    • 测风激光雷达鉴频器的性能研究

      2018, 48(2):169-176.

      摘要 (503) HTML (0) PDF 1.57 M (397) 评论 (0) 收藏

      摘要:F-P标准具作为测风激光雷达Rayleigh通道的鉴频器,其性能决定了测风精度和测风激光雷达的性能,F-P标准具通过将频率变化转化为能量变化来进行鉴频,不同频率的回波信号具有不同的透过率,但标准具的透过率受到诸多因素的影响,文章从Airy曲线出发,研究了不同因素对标准具透过率的影响,峰值透过率随不同因素的变化规律和变化速率,为测风激光雷达的仿真、设计和研究仪器测量误差提供参数依据。

    • 脉冲激光直线高速态标刻性能研究

      2018, 48(2):177-181.

      摘要 (441) HTML (0) PDF 889.14 K (215) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于脉冲激光器发出的激光不是连续的,而是具有可调节的重复频率,因此振镜的扫描速度太快会导致标记出的直线呈离散的点状。人眼在明视距离处的分辨率约为0.1 mm,将待标记的直线分解成间距为0.1 mm待标点,使用DDA算法依次计算出每一个待标点的坐标,控制振镜依次扫描过每个待标点,并在待标点停留适当时间,使每个待标点所在位置都有激光脉冲落在上面。依次扫描过直线上的全部待标点,即可标记出连续的直线;根据激光器设定的重复频率和每个待标点所需激光脉冲个数,可以计算出振镜在每个待标点的最短等待时间。实验表明,使用该方法可以使相应频率下的直线标记速度达到最大,标记出的直线连续,标记直线的深度可控。

    • >激光器技术
    • 棒状光子晶体光纤种子光透镜耦合分析

      2018, 48(2):182-185.

      摘要 (541) HTML (0) PDF 950.20 K (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对单透镜耦合系统进行了分析。分别模拟计算了当耦合透镜F=103.26 mm时耦合效率与透镜位置的关系,以及当透镜与光纤端面的距离为120 mm时耦合效率与透镜焦距的关系。利用单透镜耦合方式对棒状光子晶体光纤进行了耦合实验,实验所用种子源是波长λ=1030 nm的SESAM锁模固体激光器(M2≤1.2),所用棒状光子晶体光纤的芯径D=85 μm(模场直径DMF=65 μm),测得耦合效率约为35%~42%。由于光纤中掺杂的Yb3+离子对1030 nm波长的激光有一定的吸收作用,因此实际的耦合效率应该大于测定值。

    • 冲击电流驱动下半导体激光器的快速响应研究

      2018, 48(2):186-190.

      摘要 (379) HTML (0) PDF 1.11 M (198) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于半导体激光器的单模速率方程,采用典型参数对其进行建模仿真,仿真结果表明:半导体激光器在初期的光子受激辐射速率随着注入电流的增大而增加,上升时间随着注入电流的增大而减少。但对于固定功率限制范围的半导体激光器,不能通过直接增大注入电流来减少上升时间,考虑到半导体激光器的发热问题,提出了一种在正常脉冲发光电流前端加入冲击电流来减少半导体激光器发射脉冲上升时间的方法,保证了半导体激光器的稳定输出。通过仿真对该方法进行验证,并对型号为PLTB450B半导体激光器进行了测试。仿真结果与测试结果均表明:通过加入冲击电流的方法,可以大大减少固定功率的半导体激光器发射脉冲的上升时间。

    • >红外技术及应用
    • 一种基于波长生长的红外预警谱段选择方法

      2018, 48(2):191-197.

      摘要 (403) HTML (0) PDF 1.12 M (145) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了不同谱段选择模型的优缺点和适用场景,在此基础上提出了一种基于波长生长的谱段选择方法。将谱段选择分为确定中心波长和选择带宽两步,首先基于目标背景在入瞳前的视在对比度确定最优中心波长;然后以综合信噪比为目标函数选择合适带宽。在具体方法上,利用谱段连续性,通过中心波长迭代生长确定最佳探测谱段,针对一般区域生长可能陷入局部最优解的情况提出改进方法,基于多个种子波长进行生长,取连续局部最优解的最大并集作为全局探测谱段。通过谱段选择实例计算了典型预警场景下的最优谱段;然后讨论了目标辐射强度、背景杂波、探测器噪声和空间分辨率对谱段选择的影响,得出对多种条件适应性较好的预警谱段为2.608~2.915 μm和4.193~4.464 μm。本文提出的改进方法收敛性好,精度较高。

    • 基于蒙特卡洛方法的红外光源辐照特性模拟

      2018, 48(2):198-204.

      摘要 (713) HTML (0) PDF 1.52 M (143) 评论 (0) 收藏

      摘要:以红外灯阵列作为辐射热源进行温度环境试验,为通过优化灯阵提高受热平面温度分布均匀程度,需要对红外灯在受热平面上的辐射照度分布进行建模。利用蒙特卡洛方法对发光体上光线出射位置和出射方向进行了随机抽样,确定了出射光线方程。对光线追迹获得了光线在受热平面上的落点坐标。对大量出射光线进行了随机抽样和追迹,建立了受热平面上的光线落点坐标数据库。在受热平面上划分网格并统计各网格内光线落点数量,计算得出受热平面辐射照度分布情况。和实测辐射照度数据相比,本模型可在一定范围有效模拟红外灯辐射照度分布。

    • >红外材料与器件
    • InSb单元及线列器件I-V特性失效分析

      2018, 48(2):205-208.

      摘要 (394) HTML (0) PDF 1.15 M (353) 评论 (0) 收藏

      摘要:InSb单元及线列器件广泛应用于中波红外探测器的研制。InSb器件I-V中测筛选既可以有效地检测出适于装配使用的合格芯片,还可对前道工艺存在的问题实现有效监控和反馈。本文采用半导体参数分析仪对InSb单元及线列器件进行I-V测试,对日常测试中出现的I-V失效进行归纳,并对典型失效情况进行了失效原因分析,发现影响探测器芯片直流特性的主要因素是表面漏电。

    • 红外探测器盲元检测及评价

      2018, 48(2):209-214.

      摘要 (550) HTML (0) PDF 1.10 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:盲元严重影响红外制导武器的成像质量和系统性能。针对目前滤波类检测算法无法准确检测连续盲元的问题,本文对基于场景的时域平均野值提取的盲元检测算法进行了改进,对滤波窗口下的盲元分布形式进行了讨论,对连续盲元提出基于时域平均和空域均值野值提取的盲元检测算法,实现了盲元位置的确定。通过仿真实验对比发现,本文检测算法对连续盲元具有更低的误检率和漏检率;然后本文提出一种红外探测器盲元的测试评价方法,通过对样本图像进行分析计算,根据罗曼诺夫斯基准则的思想确定评价参数与评价法则,作为判断红外制导武器成像探测器能否正常工作的依据。测试方法简便快捷,有较高的准确度。

    • 基于纳米“金字塔”结构的光学抗反射特性技术研究

      2018, 48(2):215-220.

      摘要 (386) HTML (0) PDF 2.45 M (361) 评论 (0) 收藏

      摘要:“金字塔”是一个典型的椎体结构,若将其尺寸缩小到纳米尺度并以面阵形式制作到界面上,光波经过该“金字塔”阵列时,等效为穿过一层折射率渐变的薄膜,在界面的菲涅尔反射将被极大削弱。通过基于严格耦合波的Rsoft软件中的DiffractMOD模块,分别对三种材料(Si,SiO2,Ge)构成的亚波长结构在中红外光波入射下的表面反射特性进行模拟研究。研究发现,SiO2材料构成的亚波长结构具有良好的光学抗反射特性。

    • >光电技术与系统
    • 基于EMCCD相机的全天时大气相干长度测量系统

      2018, 48(2):221-226.

      摘要 (474) HTML (0) PDF 1012.11 K (159) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据差分像运动原理研制出一款以EMCCD相机为探测器的全天时大气相干长度观星测量系统。经过对天空背景光光谱分布与EMCCD光谱响应特性的分析,选择中心波长为700 nm的光谱滤光片,可有效地抑制背景光入射。介绍了系统主要噪声组成,通过计算得到了系统白天极限探测星等约为7.35。在野外开展了以小熊星座所属多颗不同星等恒星为目标的日间观星实验,结果表明测量系统对星等为3恒星具有较好的日间探测能力。通过全天24 h对大气相干长度的连续测量,得到了长春地区整层大气湍流强度变化特征曲线。

    • 光通信高速率调制系统设计及性能仿真测试

      2018, 48(2):227-233.

      摘要 (257) HTML (0) PDF 2.21 M (391) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了奠定未来光通信高效实行的基础,需要研究高速高质量的激光调制系统。本文在一般调制系统设计原则基础之上,从核心器件入手,选定了以DFB激光器、EAM为主的调制整体框架;之后进行了激光器周边辅助电路、调制器驱动电路以及调制器自身结构的精细化设计,形成了高速调制系统设计框图;利用光通信仿真平台Optisystem在临界调制速率1.12 Gbits、高速5 Gbits、超高速10 Gbits三种梯度下进行了该系统的性能测试。结果显示:1.12 Gbits到5 Gbits测试性能优异且稳步提升,表明该系统能够满足现阶段一般条件下的光通信高速调制需求;但10 Gbits下系统表现不够稳定,说明适应超高速条件下的调制系统还需进一步深入研究。该调制系统的设计和仿真对后续实测工作的开展具有重要指导意义。

    • 大间距空间角度测量技术进展及分析

      2018, 48(2):234-241.

      摘要 (408) HTML (0) PDF 1.18 M (294) 评论 (0) 收藏

      摘要:角度测量广泛应用于工业生产和国防军事领域,介绍了大间距空间角测量技术研究进展并对典型测量设备进行了分析。提出了一种基于机器视觉的动态角测量方法,利用高精度两轴伺服系统识别跟踪远处场景中的十字分划靶标,利用图像处理算法实时计算跟踪偏移量并传递给两轴伺服系统进行高低、方位角度修正。通过构建被测对象、合作目标和角度测量传感器三者之间的角度坐标系传递模型,实现了武器系统调炮精度检测。另外也可用于光电桅杆偏移量及火炮身管晃动量检测,具有精度高、成本低等特点,适合于外场条件下大间距空间角测量。

    • 鱼眼相机导引下的双目跟踪系统

      2018, 48(2):242-248.

      摘要 (429) HTML (0) PDF 1.38 M (375) 评论 (0) 收藏

      摘要:在智能监控领域,鱼眼相机比传统摄像机拥有更大视野,然而由于其分辨率的限制及鱼眼图像畸变的影响,使得目标物的细节信息难以观察,为克服这个难题,搭建了鱼眼相机导引下的双目跟踪系统。该系统利用鱼眼相机进行全景观察,检测出目标物,采用角度拟合法求出目标物的方位角,通过云台控制双目相机精确定位到目标物,然后对目标物进行距离测量,并使目标在不同的位置进行实验。实验结果表明,系统能准确检测出鱼眼图像中的运动目标,角度标定精度达到系统要求,双目相机能准确测出目标物距离。该智能监控系统能够减小鱼眼相机畸变对检测结果的影响,具有检测视场广和检测精度高的特点,为智能监控技术提供了检测方法。

    • >光纤及光通讯技术
    • 改进优化算法FBG传感网复用能力的研究

      2018, 48(2):249-254.

      摘要 (435) HTML (0) PDF 1.07 M (128) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对布拉格光栅在构成传感网络时会出现光谱重叠的问题,通过对模拟退火算法中退火因子的修改,以及在退火过程中给予合理的回温操作,改进了算法的计算效率和收敛性,并将改良后的退火算法与粒子群算法结合,可对光谱重叠中各个光栅的波长进行识别。通过对单个及多个光谱重叠的识别结果分析,验证了本算法对光谱重叠的区分具有可行性。实验结果表明:当三个光栅发生两个光谱重叠现象时,改进模拟退火的粒子群算法能够对其光栅进行识别和区分,并且能够将波长的辨识误差控制在±5 pm左右。

    • >光子晶体
    • 四元镜像对称结构光子晶体的光学滤波特性

      2018, 48(2):255-260.

      摘要 (335) HTML (0) PDF 1.03 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过传输矩阵法理论,研究四元镜像对称结构光子晶体(BCD)7A(DCB)7的光传输特性,结果表明,光子晶体可实现双通道窄带光学滤波功能,而且两通道的光学滤波特性对各薄膜介质层的物理厚度响应很灵敏,但响应机制不尽相同。对于短波滤波通道,滤波品质因子Q随B、C、D介质层物理厚度dB、dC和dD的增大而下降,其中Q随dC增大下降速度最快,随dD增大下降速度次之,随dB增大下降速度最慢,但滤波品质因子Q随A介质层物理厚度dA增大而快速提高。对于长波滤波通道,滤波品质因子Q随B、D介质层物理厚度dB、dD的增大而快速提高,其中Q随dD增大提高速度最快,随dB增大提高速度次之,但滤波品质因子Q随C、A介质层物理厚度dC、dA增大而下降。此外,随着各介质层物理厚度的增加,双滤波通道都产生了红移现象,但是滤波通道的透射率保持100%不变。该研究结果可以为设计和制造高品质的光学滤波器件提供参考。

    • >图像与信号处理
    • 采用信息融合的红外目标检测算法

      2018, 48(2):261-266.

      摘要 (328) HTML (0) PDF 1.04 M (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对空中红外目标检测过程中存在的检测精度不高、易受干扰等问题,本文提出了一种信息融合的目标检测算法。首先,针对单一滤波模式的不足,采用降采样方式将多种模式的滤波方法进行融合,有效提高了滤波后的图像信噪比,减少了预处理时间。然后,对质心检测选定的检测区域进行显著性检测和边缘检测,并将结果进行融合,增强了目标区域的信号强度,改善了算法的检测精度。文中从理论上介绍和分析了该算法对红外目标检测的有效性,并通过Matlab仿真实验与其他单一检测算法进行了对比。实验结果表明,信息融合的检测算法能够在多种复杂情况下有效检测出空中红外目标,证明融合检测算法的抗干扰性和适应性上更强、检测精度更高、算法的鲁棒性更好。

    • 基于多源遥感卫星的海面舰船目标检测方法

      2018, 48(2):267-272.

      摘要 (273) HTML (0) PDF 1.21 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:围绕光学卫星遥感图像中的海面舰船目标检测问题,考虑静止轨道遥感卫星和低轨道高分辨率遥感卫星的优缺点,提出一种基于多源遥感卫星的海面舰船目标检测方法。该方法首先通过多结构多尺度形态学滤波和自适应阈值分割对静止轨道卫星遥感图像进行目标预检测,然后将预检测结果与卫星图像的地理位置信息相结合来确定高分辨率遥感图像候选目标区域,最后提取候选目标区域中目标的主要特征,进行舰船目标判别,将判别结果反映到静止轨道遥感卫星图像上。仿真结果表明,该方法能有效检测出海洋背景遥感图像中的多个运动舰船目标,具有目标检测率高、虚警率低、时效性好等优点,为静止轨道遥感卫星对海面运动舰船目标的实时监视跟踪提供了技术支撑。

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