• 2018年第3期文章目次
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    • >综述与评论
    • 无人机激光无线能量传输及跟踪瞄准方法研究

      2018, 48(3):275-279.

      摘要 (529) HTML (0) PDF 1011.15 K (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文介绍了无人机的特点与发展趋势,针对小型无人机能量供给不足的问题,阐述了激光无线能量传输的现状,在此基础上总结了无人机激光无线能量传输的系统结构,分析了无人机激光无线能量传输系统的效率及影响因素,并提出了一种基于协作目标的捕获跟踪瞄准方法。

    • >激光应用技术
    • Nd∶YAG脉冲激光打黑Al99.7铝机理研究

      2018, 48(3):280-284.

      摘要 (450) HTML (0) PDF 1.02 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:调节Nd∶YAG脉冲激光器标刻参数在Al99.7铝表面可以获得白、灰、黑三种不同颜色深度的图形。为揭示激光打黑机理,使用分光光度计对样本表面光谱反射率进行了测定;使用扫描电子显微镜、能谱分析仪对标刻表面进行了观察分析。发现各样本灰度与光谱反射率变化关系对应一致,微观组织形貌差别大。富集有微米孔洞及纳米絮状物的样本表面反射率最低颜色最深,表明激光能量诱导产生的表面微纳米结构降低可见光范围光谱反射率是使标刻图形呈色的主要原因。

    • 脉冲光纤激光加工36MnVS4连杆裂解槽的研究

      2018, 48(3):285-290.

      摘要 (632) HTML (0) PDF 1.44 M (256) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得新材料36 MnVS4连杆裂解槽的最优切割质量,采用光纤激光器对36 MnVS4连杆进行了裂解槽激光加工的工艺研究,分析了离焦量、峰值功率、脉冲宽度、切割速度和脉冲频率对裂解槽几何尺寸的影响,通过激光共聚焦显微镜测量对比,研究不同激光工艺参数下裂解槽几何尺寸的变化规律。结果表明:负离焦能加工出质量更好的裂解槽;峰值功率、脉冲宽度、脉冲频率和切割速度对槽深和张角的影响较大,对槽宽和曲率半径的影响较小,但在裂解槽深度为0.5~0.6 mm时,张角在10°~25°的较小范围内变化。

    • 激光诱导化学反应刻蚀石英玻璃的实验研究

      2018, 48(3):291-298.

      摘要 (526) HTML (0) PDF 1.30 M (212) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前常用的超短脉冲激光加工、激光诱导等离子加工、纳秒紫外激光加工石英玻璃刻蚀率低下的问题,提出一种能够大范围、高刻蚀率、低裂损刻蚀石英玻璃的新方法,即利用1064nm红外激光诱导Ba(OH)2化学反应刻蚀。本文主要从不同能量密度激光诱导化学反应刻蚀机理进行分析,实验表明,当激光能量密度超过16 J/cm2时,石英玻璃被刻蚀;当激光能量密度在16~24 J/cm2之间时,仅物理作用去蚀石英玻璃,故刻蚀率随激光能量变化较小;当激光能量密度在24~42 J/cm2之间时,刻蚀率随激光能量密度变化较大,该阶段Ba(OH)2以及其分解生成的BaO在高温条件下都与石英玻璃主要成分SiO2发生化学反应并生成BaSiO3,故刻蚀率较高;激光能量密度在42~46 J/cm2时,化学反应速率趋于饱和,故该阶段刻蚀率随激光能量密度变化较小。

    • 锈蚀表面的激光清洗及其元素组成分析

      2018, 48(3):299-304.

      摘要 (376) HTML (0) PDF 1.17 M (222) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用波长1064 nm高重频高能量激光清洗设备,研究了激光清洗碳钢表面锈蚀时工艺参数对除锈效果的影响,分析了激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处的元素组成以及相对含量。结果发现:脉冲激光在优化参数下能将碳钢表面的锈蚀完全清洗干净,激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处都没有发现氧元素的存在,表明脉冲激光不仅能将碳钢表面的锈蚀完全清洗干净,而且在激光清洗锈蚀过程中不会发生铁元素和氧元素的化学反应,生成氧化铁膜。

    • 外载荷对激光弯曲成形影响的数值研究

      2018, 48(3):305-310.

      摘要 (465) HTML (0) PDF 1.87 M (152) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究外载荷对板材激光弯曲成形的影响,建立三种数值模拟工况:无外载荷作用下的激光弯曲成形、外载荷协同作用下的激光弯曲成形和外载荷作用后的激光弯曲成形,并采用顺序热应力耦合分析技术进行数值模拟。首先对板材模型进行传热分析获得瞬态温度场,然后将其导入三种模拟工况进行位移场的准静态分析。结果表明:施加朝向激光束工作面的弯矩能够有效提高板材的弯曲程度,其中外载荷作用后的模拟工况提高的效果最为显著;施加背向激光束工作面的弯矩会使板材发生反向弯曲,并在激光束终点的位置产生位移场的边界效应。

    • 基于Exponentiated Weibull 湍流模型的OFDM光链路性能分析

      2018, 48(3):311-317.

      摘要 (531) HTML (0) PDF 1.02 M (125) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了Exponentiated Weibull 大气湍流下OFDM光链路误码性能,分别考虑大气湍流的单独影响及大气湍流和指向误差对误码率的联合影响,利用MeijerG函数推导出多载波条件下总平均误码率的闭合表达式。根据总平均误码率闭合表达式进行了仿真,分析了在不同大气湍流强度、QAM调制阶数、抖动标准差和波束宽度条件下,链路误码率随发射功率变化的关系。通过仿真分析证明仅在大气湍流影响下发射功率的增加对误码率的改善优于在大气湍流与指向误差的联合影响下;不同调制阶数,增大发射功率对链路误码性能的改善近乎相同;随着湍流强度、抖动标准差和波束宽度的增加,误码率增加。

    • >激光器技术
    • 全国产化单纤高功率光纤激光器的研究

      2018, 48(3):318-320.

      摘要 (404) HTML (0) PDF 1.17 M (250) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了采用国产双包层掺镱光纤搭建的高功率光纤激光器。此光纤激光器采用中国电子科技集团公司第四十六研究所最新研制的20/400双包层掺镱光纤,激光器采用谐振腔振荡方式输出,激光器中心波长为1080 nm,最高输出激光功率为758 W,输出光斑直径6~8 mm,接近准单模输出,光束β因子为1.3。电光转换效率36.7%,光-光转换效率71%,经过32 h的满功率激光输出,平均输出功率波动范围小于2%。

    • 一种新型表层增益Zig-Zag板条的设计与分析

      2018, 48(3):322-326.

      摘要 (482) HTML (0) PDF 1.43 M (135) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用几何光学的方法,结合板条激光器和薄片激光器各自的优点,设计了一种以Nd∶YAG 为增益介质的新型的表层增益Zig-Zag板条。文中具体分析了板条端面切割角的选取方法,以及宽度、厚度和长度等几何尺寸的考虑因素,最后利用Tracepro模拟,板条的吸收效率可达97%。

    • >红外技术及应用
    • 基于匀速扫描黑体的热像仪非均匀性校正

      2018, 48(3):327-332.

      摘要 (623) HTML (0) PDF 1.34 M (359) 评论 (0) 收藏

      摘要:热像仪非均匀性校正是热像仪应用的一个关键技术,常用的方法为基于黑体的热像仪非均匀性校正方法。多次成像法能解决基于黑体的方法受辐射源非均匀影响的问题,但该方法利用多幅热图的相对关系进行校正,在热图坐标下准确定位较为困难。本文基于多次成像法原理,提出了一种基于匀速扫描黑体的非均匀性校正方法,该方法结合了标定类和配准类基于场景的校正方法的优点,通过热像仪扫描读取黑体参考源,利用热像仪不同探测单元对黑体同一场景点响应的差异进行非均匀性评价。相比多次成像法,本文的方法更容易实现且具有更好的抗噪声能力。利用本文的方法对两个热像仪进行非均匀性校正,结果表明确实可以分离黑体非均匀性,但提高了对黑体辐射源和热像仪时间稳定性的要求。

    • 基于红外传感器的环锭纺断纱在线检测装置

      2018, 48(3):333-337.

      摘要 (472) HTML (0) PDF 1.15 M (380) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决环锭纺纱在纺纱过程中细纱断头难以及时发现的问题,提高纺织企业的生产效能,设计了基于红外传感器的环锭纺断纱在线检测装置,装置包括红外传感器、双运算放大器和单片机控制模块。在环锭细纱机上试纺18.2 tex棉纱,利用环锭纺断纱检测装置对纺纱过程中的细纱气圈信号进行在线检测。实验结果表明,装置将细纱气圈信号转换成电信号,再经过单片机控制模块处理判断,准确实现了细纱断纱在线检测。为了验证装置对棉纱的品种适应性,对5.8 tex、9.7 tex、18.2 tex三种纱支的棉纱进行检测。结果表明,装置能够实现对市场上大部分棉纱的断纱在线检测。

    • 融合灰度与显著性特征的空中红外目标跟踪

      2018, 48(3):338-342.

      摘要 (574) HTML (0) PDF 1.07 M (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外目标特征简单且信息量少导致跟踪精度不高,提出一种基于灰度和显著性特征融合的核相关滤波算法用于空中红外目标跟踪。首先,在保证目标足够特征信息量的前提下对较大的目标进行不同等级压缩。然后将提取的二维灰度特征与显著性特征按页方式进行拼接扩展成三维特征,再将融合的特征用于核相关滤波。实验表明所提算法能够适应多种环境下的空中红外目标跟踪,跟踪精度和成功率典型值分别达到84.8%和63.9%,较大部分算法有很大提高,平均跟踪速度高达125 f/s,体现出了良好的实时性。因此,本文提出的算法在保证实时性的同时提高了跟踪的可靠性,具有一定的实用意义。

    • >红外材料与器件
    • 碲锌镉晶体生长全局热传递模拟模型准确度研究

      2018, 48(3):343-347.

      摘要 (557) HTML (0) PDF 1.34 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:在碲锌镉晶体生长技术开发方面,数值模拟软件发挥着越来越重要的作用。以全局热传递模型为基础进行晶体生长模拟能够极大的提高模拟结果的实用性,缩短晶体生长设备及生长工艺的开发周期。但其前提是采用的全局热传递模型的准确度较高。因此,本文主要研究了几何模型、物性参数、边界控温条件等对模型准确度的影响,并根据模型计算值与炉体中心测温比较结果,修正了上述模型各参数,获得了在多种温度设定条件下,计算结果都能与实际过程很好的吻合的全局热传递模型。采用修正后的模型应用于碲锌镉晶体生长过程模拟,最终晶体生长模拟结果的温度与实际监测温度差距在2 ℃以内。

    • 波纹管型自调式J-T制冷器充气参数设计研究

      2018, 48(3):348-350.

      摘要 (382) HTML (0) PDF 939.30 K (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:在制冷器总体结构和波纹管设计已确定的条件下,讨论了充气腔充气参数设计。理论分析了充气腔工质采用氩气的优势;实验验证了充气腔工质采用氩气不仅可以有效提高启动时间,而且有利于提高制冷器控温精度;通过自调机构受力分析,确定了最小预留量和最低充气压力的计算方法;在理论计算基础上,实验确定了某型号制冷器的充气腔充气压力。

    • 高质量InSb薄膜的MBE同质和异质外延生长

      2018, 48(3):352-357.

      摘要 (560) HTML (0) PDF 1.29 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:InSb是3~5 μm中波红外波段具有重要研究意义的材料。本文以单位内部生产的InSb(100)衬底为基础,通过摸索InSb(100)衬底的脱氧、生长温度和V/III束流比,获得了高质量的InSb同质外延样品,1.5 μm样品的表面粗糙度RMS≈0.3 nm(10 μm×10 μm),FWHM≈7 arcsec;采用相同的生长温度和V/III束流比并采用原子层外延缓冲层的方法在GaAs(100)衬底上异质外延生长本征InSb层,获得了较高质量的异质外延InSb样品,1.5 μm样品的室温电子迁移率高达6.06×104cm2 V-1s-1,3 μm的样品最好的FWHM低至126 arcsec。InSb材料的同质和异质外延优化生长可为高温工作掺Al的InSb器件结构的优化生长提供重要参考依据。

    • >光电技术与系统
    • 飞秒激光标定X射线条纹相机的时间特性

      2018, 48(3):358-362.

      摘要 (894) HTML (0) PDF 1.12 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:受激光惯性约束聚变诊断需求,为神光Ⅲ研制了一台工程化X射线条纹相机系统。使用130 fs钛宝石激光器搭建了X射线条纹相机的动态测试系统,标定了条纹相机的时间性能。实验结果显示X射线条纹相机的时间晃动13.7 ps,四个挡位的固有延时为26.3 ns、31.5 ns、41.2 ns、68.6 ns,全屏时间为1.9 ns、3.9 ns、7.9 ns、14.5 ns。相机的四个时间量程跨度一个数量级,且具有近似的2次方关系,可以兼顾不同超快脉冲测量和对比。该相机时间性能优良,可以满足目前我国激光聚变诊断研究对X射线条纹相机的需求。

    • SBIRS-GEO预警卫星工作机理与探测参数分析

      2018, 48(3):363-368.

      摘要 (605) HTML (0) PDF 1022.85 K (281) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对SBIRS-GEO预警卫星的工作机理和基本探测能力开展研究。首先从目标探测原理、参数估计原理以及基本工作流程三个方面详细分析了SBIRS-GEO预警卫星工作机理;然后,针对计算预警卫星的基本探测能力,建立了预警卫星探测范围计算模型,并针对星载扫描和凝视两种探测器的工作特点,综合考虑了探测器规模、像元尺寸和衍射极限对分辨率的影响,建立了目标分辨率、扫描探测器目标驻留时间以及凝视探测器瞬时视场覆盖范围等基本探测参数计算模型,进一步结合典型参数开展了仿真分析。该研究可为预警卫星探测效能分析以及系统设计提供参考依据。

    • 基于扫描激光差动技术的圆度误差检测

      2018, 48(3):369-373.

      摘要 (386) HTML (0) PDF 1.20 M (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高回转体圆度误差测量精度,基于差动技术,并利用小波变换过滤算法及圆度误差最小二乘法模型,提出一种基于扫描激光差动技术的圆度误差检测系统。采用分光镜分束的方法,形成两束光强调制信号,从原理上消除偏心误差的影响。通过对一标定零件进行圆度误差测量实验,设定不同的实验条件,偏心量分别为2~4 mm,5~7 mm、8~9 mm,所测得圆度误差值相差不超过0.62 μm。表明测量系统可以有效消除偏心误差,完成对回转体零件圆度误差的检测。解决了目前圆度误差检测中回转轴偏心量误差消除难度大、测量效率低等问题,为高精度检测提供了一种新思路。

    • >光电对抗
    • 烟幕对光电制导目标识别能力干扰效果研究

      2018, 48(3):374-378.

      摘要 (377) HTML (0) PDF 1.05 M (249) 评论 (0) 收藏

      摘要:光电制导武器对目标的战场生存造成了巨大威胁,烟幕是对其有效干扰的一种重要手段。通过分析烟幕对可见光和红外辐射的作用原理,搭建了烟幕干扰实验平台,获得了烟幕对红外成像制导和景象匹配制导的干扰数据。对实验数据分析处理后的结果表明:烟幕能够有效降低红外成像制导系统的作用距离和目标识别能力,严重影响景象匹配制导算法的性能,甚至使其完全失效。

    • >光学技术
    • 基于菲涅尔衍射的圆孔直径测量

      2018, 48(3):379-383.

      摘要 (580) HTML (0) PDF 1.08 M (223) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出一种新的圆孔直径测量的方法。平行光照射下,圆孔直径和菲涅尔衍射光强分布中峰值轮廓直径存在一定的关系,根据该关系可以实现圆孔直径的测量。仿真和实验数据证明,该方法对于直径5~10 mm的圆孔可以达到亚微米级的测量精度。

    • 可见近红外宽波段复消色差高光谱物镜设计

      2018, 48(3):384-388.

      摘要 (422) HTML (0) PDF 1.13 M (220) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足高光谱成像仪在365~1000 nm波段范围的成像需求,设计了一款中等视场角、大相对孔径的复消色差物镜。从初级色差理论出发,分析了可见近红外波段的玻璃材料的色散特性,为光学设计选择玻璃材料提供了理论依据。设计结果表明:通过对低色散氟冕玻璃的合理使用,物镜在宽波段内的色差得到了良好校正,二级光谱仅为0.014 mm。物镜焦距18 mm,相对孔径1∶2.4,视场角30°,成像质量接近衍射极限,满足高光谱成像仪的设计要求。

    • >图像与信号处理
    • 红外视频帧运动模糊复原技术研究

      2018, 48(3):389-395.

      摘要 (378) HTML (0) PDF 1.20 M (63) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前红外空域监测探测系统常用视频的形式存储和传输图像信号,但是视频图像在形成、传输和记录过程中,易受运动模糊和噪声的污染,为了使该系统适用于当前空域形势,提出基于该系统的视频运动模糊复原算法。首先构建基于视频流运动模糊复原模型,综合序列图像各帧之间的互信息,估计有效的点扩散函数,然后描述运动模糊复原流程,提出相应算法,构建各功能模块。操作中视频以降频采样的方式减少计算复杂度,提高图像质量,获取较高复原效果。最后,通过引入主、客观两套评价体系对使用的算法以及其他经典算法作对照,评估复原结果。实验结果表明:复原视频各帧的峰值信噪比达到37,均方误差在9以下,均优于对照算法。基本满足监测系统发现目标,监测空域的要求。

    • 基于PSO-GWO-SVM的周界安防信号识别研究

      2018, 48(3):396-400.

      摘要 (335) HTML (0) PDF 1.29 M (125) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对支持向量机(SVM)在大规模入侵信号分类时存在的局限性,提出了一种改进的SVM信号识别方法。该方法首先采用粒子群优化算法(PSO)来生成多样化的初始位置,然后利用灰狼优化算法(GWO)更新离散搜索空间中样本的当前位置,获得最优特征子集;最后基于最优特征子集用SVM对待测样本进行分类识别。实验结果显明,在识别周界入侵信号时,基于PSO-GWO-SVM算法的分类器获得了96.86%的准确率、95.82%的灵敏度(SE)和96.31%的特异性。与传统的信号识别方法相比,具有更优异的识别精度、适应性和时效性。

    • 基于区域生长法和BP神经网络的红外图像识别

      2018, 48(3):401-408.

      摘要 (429) HTML (0) PDF 1.21 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对变电站巡检机器人远程监控系统中红外图像识别存在的问题,提出一种基于改进区域生长法和BP神经网络的红外图像目标设备分割与识别的方法。利用最小二乘法拟合出红外图像中亮度与温度之间的线性关系,建立基于像素的图像温度场;根据设定温度范围确定区域生长法的种子点位置,利用Otsu法确定截屏窗口最优分割阈值,并结合灰度相似性阈值作为区域生长法的分割准则,实现该窗口目标设备精确分割;将分割出的设备二值图像的Hu不变矩作为设备形状特征向量,并对其进行不变性和类间区分度验证;采用引入附加动量法和自适应调整学习率的BP神经网络实现多种电气设备的识别,实验数据表明优化后的BP神经网络具有迭代收敛快,误差波动性小,分类准确度高等特点。

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