2018年第5期文章目次

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  • 1  用于跟踪新型精导武器的光电技术发展需求
    王虎 杜子亮 刘汉平 李广良 王佳 杨永安
    2018, 48(5):539-543.
    [摘要](479) [HTML](0) [PDF 845.01 K](374)
    摘要:
    光电跟踪技术在防空反导领域得到广泛应用,通过对目前精确制导武器发展动态和光电跟踪技术现状的详细阐述,以及光电跟踪技术在拦截新型精确制导武器时存在的不足分析,针对性地提出了光电跟踪技术的未来发展需求和技术途径。
    2  高频飞秒激光对铜片烧蚀过程热弛豫现象研究
    丁雯钰 汪帮富 王中旺
    2018, 48(5):544-549.
    [摘要](544) [HTML](0) [PDF 1.15 M](400)
    摘要:
    研究了铜片在不同能量密度的单脉冲飞秒激光下烧蚀的结果。 将飞秒激光烧蚀实验的结果结合双温模型在有限差分法下模拟出的数据图,从而研究不同激光能量密度与烧蚀间的联系。飞秒激光的烧蚀过程属于非平衡烧蚀,按照模拟出的数据,对铜片烧蚀过程中表面电子温度及晶格温度有了直观的认识,进而进行研究,得出整个激光烧蚀中热弛豫规律。 在不同能量密度的飞秒激光烧蚀下对电声相互作用的研究,其模拟结果有利于找出能量密度与飞秒激光烧蚀的关联,而实验图进一步表明了提升飞秒激光能量密度与加工铜材料的加工效率以及加工质量之间的意义。综合以上分析,能够得出随着飞秒激光能量密度的增加,飞秒激光烧蚀期间材料的热弛豫过程加长,烧蚀强度有所增加,材料加工后得出形貌质量提高,其对于飞秒激光烧蚀材料的研究具有很大意义。
    3  基于激光双吸收谱线的氨气温度测量研究
    孙冬远 邱选兵 李传亮 蒋利军 彭英 李宁 魏计林 王高
    2018, 48(5):550-664.
    [摘要](343) [HTML](0) [PDF 1.10 M](297)
    摘要:
    选择性催化还原(SCR)是燃煤发电中降低NOx排放使用最多的技术,化学还原反应中氨气(NH3)温度是闭环控制SCR过程的关键参数之一。提出了一种基于激光双吸收谱线的氨气温度测量方法,实现SCR过程化学反应温度实时监测。利用HITRAN08数据库,选取一对氨气的吸收谱线6605.1042 cm-1和6605.1901 cm-1,理论推导了两条吸收谱线的强度比与温度的关系。实验结果显示,在80~160 ℃温度范围内,温度测量的线性误差为0.89%(平均值),最大波动为3.5%,为下一步高温测量氨气浓度和温度测量奠定了基础。
    4  目标散射特性对激光雷达回波特性的影响分析
    孙华燕 陈剑彪 周哲帅 赵延仲 单聪淼
    2018, 48(5):555-559.
    [摘要](462) [HTML](0) [PDF 1.07 M](234)
    摘要:
    研究目标散射特性对其激光雷达回波特性的影响是进行目标激光雷达主动成像、跟踪以及目标识别的基础。首先推导了考虑探测激光时空分布的目标激光雷达回波公式,通过3DS MAX软件建立了三种典型目标的三维模型,采用单站激光雷达BRDF模型仿真得到了理想漫反射、近似镜面反射以及粗糙表面三种情况下不同目标多角度回波峰值序列,基于此分析了目标散射特性对其激光雷达回波特性的影响,可为目标激光雷达主动探测及成像提供理论参考。
    5  逆向调制阵列大气激光通信的误码率分析
    张天齐 樊桂花 张来线
    2018, 48(5):560-564.
    [摘要](567) [HTML](0) [PDF 1.07 M](168)
    摘要:
    为研究逆向调制阵列对大气湍流的抑制作用,提高逆向调制大气激光通信质量。首先,建立了逆向调制阵列接收光束传输模型,分析了光束经大气传输到达逆向调制阵列的信噪比;然后,建立了逆向调制阵列反射光束在大气信道中的传输模型,推导了不同数目反射光束在接收端的光强概率分布模型,分析了在不同湍流环境下采用逆向调制阵列的激光通信误码率;最后,仿真分析了在中等大气湍流条件下传输距离为1 km时,采用三个逆向调制器组成的逆向调制阵列的通信误码率比单个逆向调制器降低4 dB。
    6  热近非稳腔高重频双波长复合输出激光器研究
    叶庆 王磊 卞进田
    2018, 48(5):565-572.
    [摘要](431) [HTML](0) [PDF 1.63 M](216)
    摘要:
    1064 nm/532 nm双波长固态激光器在多个领域应用广泛。针对目前该类激光器分光路可切换输出研究较多,而复合输出研究缺乏的现状,通过建立含热透镜的等价谐振腔模型,结合谐振腔稳定性和“热近非稳谐振腔”理论确定了最佳腔长,利用软件仿真分析了倍频晶体的长度、输出镜基频透过率、调Q频率的大小对复合输出的影响,根据双路激光干扰的实际需求,确定了最佳复合输出参数,从而完成了一台1064 nm/532 nm高重频双波长复合输出激光器的设计。实验表明,KTP晶体长度选为12 mm,输出镜基频透过率选为15%,调Q频率选为50 kHz时,在最大泵浦功率下,基频光输出的平均功率为28.82 W,倍频光的输出的平均功率为2.23 W。测量得到的激光近场发散角与光斑半径的乘积近似等于同样位置处基模高斯光束发散角与光斑半径的乘积,这说明所设计的激光器在最大泵浦功率条件下是以近似基模的方式运转,具有较好的光束质量。
    7  模拟红外星体角位置的高精度测量方法
    何大华 段溪川
    2018, 48(5):573-578.
    [摘要](488) [HTML](0) [PDF 1012.19 K](181)
    摘要:
    () ()摘要:天文导航以其高精度、自主式、全天候的特点成为卫星导航、惯性导航和无线电导航之外的另一种重要的导航手段。由于受天气状况或环境因素的影响,实际星空的可见性不能得到保障,使得天文导航产品的研发测试受到严重制约,因此有必要利用高精度星模拟器开展相关研究。建立了一套基于平行光管的红外星模拟器,提出了以Leica TM6100A经纬仪为主要测量工具的高精度红外星体角位置测量方法,该方法的测量重复性优于5″。
    8  基于红外热成像的电路板载器件故障检测
    吕昂 陈怡 方晋甬 朱仲杰
    2018, 48(5):579-584.
    [摘要](390) [HTML](0) [PDF 1.01 M](239)
    摘要:
    现有红外热成像电路故障检测方法一般需要与同型号电路的标准红外热图像进行参考比对,使用范围受到限制。为此提出一种无需标准红外热图像的电路板载器件故障情况自动检测算法。算法采用生长—消除法分割提取红外热图像中发热区域,采用最小二乘法四次多项式拟合计算发热器件表面温度,配合环境温度和器件封装计算发热器件内部PN结温,从而判定器件故障。在Ubuntu 16.04和OpenCV 3.0环境下进行了实验测试,验证了所提算法的有效性。
    9  机载红外搜索跟踪系统有效探测区域研究
    王芳 罗寰 王海晏 寇添 寇人可
    2018, 48(5):585-590.
    [摘要](408) [HTML](0) [PDF 1.32 M](200)
    摘要:
    针对机载红外搜索跟踪(IRST)系统在实际空战中发现概率过低的问题,论文尝试将作用距离与发现概率相结合,提出了有效探测区域的概念,并分别建立了水平、俯仰两种探测方式下有效探测区域模型;接着讨论了在复杂作战环境下,所建立的模型随发现概率、作用距离、大气透过率、目标飞行速度的变化情况。仿真结果表明,探测区域范围是随着上四种因素的变化而实时变化的,并且在两机相距百公里以上,气象恶劣、目标低速飞行时,有效探测区域仅仅是目标尾后上方很小的一块区域。机载IRST系统可以依据论文给出的变化关系,在探测过程中,动态建立信号视场中检测阈值与复杂因素的函数关系,以提高发现概率。论文为充分发挥机载IRST系统的作战使用性能提供了理论参考。
    10  红外探测器组件引线熔断分析
    郭亮 张懿 杨微 范博文 孟令伟
    2018, 48(5):591-594.
    [摘要](497) [HTML](0) [PDF 838.89 K](160)
    摘要:
    二代红外焦平面探测器组件微型杜瓦中的金属引线是跨接在探测器芯片以及陶瓷引线环之间,其作用是作为介质为探测器芯片提供数字以及模拟信号,并将探测器组件的输出信号导出。本文介绍了二代焦平面探测器组件的杜瓦结构,并对金属引线在低温77K时的物理特性进行了分析,从理论上对金属引线可流过的最大电流进行计算,并通过试验进行验证。
    11  红外探测器封装陶瓷衬底材料特性及其应用研究
    王玉龙 张磊 赵秀峰 张懿 范博文
    2018, 48(5):595-600.
    [摘要](384) [HTML](0) [PDF 1.05 M](244)
    摘要:
    随着红外探测器阵列规模快速提升,在封装杜瓦要求轻量化、低成本、高效率的形势下,封装杜瓦陶瓷衬底设计难度加大。文章对比了几种科研实际中使用的陶瓷材料特性及其工艺可行性;研究了在测试杜瓦中,随着混成芯片阵列规模的提升,热应力与芯片尺寸的相对关系;研究了Al2O3、AlN、SiC衬底材料在降低芯片热应力方面的能力差异;结合目前陶瓷加工工艺水平、加工成本以及探测器阵列规模,给出了Al2O3、AlN、SiC衬底材料在实际应用中的选取建议。
    12  碲镉汞p型接触孔低损伤干法刻蚀技术研究
    宁提 陈慧卿 谭振 张敏 刘沛
    2018, 48(5):601-604.
    [摘要](550) [HTML](0) [PDF 1.23 M](171)
    摘要:
    对碲镉汞材料干法刻蚀损伤进行研究,采用感应耦合等离子体干法刻蚀技术、湿法腐蚀方法完成碲镉汞接触孔刻蚀,通过扫描电子显微镜和激光扫描显微镜分析刻蚀后样品的表面形貌,利用伏安特性曲线分析刻蚀样品的表面损伤。实验结果表明,干法刻蚀工艺极易造成碲镉汞p型接触孔表面反型,提出了一种新型的干法混合刻蚀技术,该技术通过两步干法刻蚀工艺实现,有效地降低了刻蚀引入的表面损伤。
    13  大气湍流对盖革光子探测测距精度影响的研究
    罗韩君 欧阳征标 刘强 卢振利 卢华兰
    2018, 48(5):605-610.
    [摘要](459) [HTML](0) [PDF 1.12 M](182)
    摘要:
    回波光子到达时间的随机性限制了盖革光子测距系统的测距精度,大气湍流加剧了这种随机性,降低系统测距精度。根据回波光子探测的调制泊松概率模型,分析了距离门内各探测时隙的概率分布,利用回波光子可识别区域内探测时隙的归一化概率,建立了存在大气湍流影响时测距精度的理论模型,研究了大气湍流对测距精度的影响。理论分析结果表明,大气湍流降低系统探测概率和测距精度,当回波强度为1,湍流参数为2.5时,与无大气湍流影响情况相比,系统距离精度和准确度下降达4.2 cm和14 cm,且湍流越强,目标探测概率越低,虚警率越高,距离精度和准确度越低。
    14  凝视热像仪搜索系统回扫速率分析
    金刚石 王斯
    2018, 48(5):611-614.
    [摘要](469) [HTML](0) [PDF 802.80 K](159)
    摘要:
    () ()摘要:凝视热像仪快速回扫技术已经广泛应用在光电搜索系统中。凝视热像仪回摆扫描速率与转台扫描速率的匹配精度关系到热像仪的成像质量,本文在线性空间建立两轴转台运动模型,根据坐标变换理论分析了两轴转台在运动时目标相对热像仪的运动情况,推导了凝视热像仪搜索系统的回扫速率与两轴转台扫描速率的数学公式,为凝视热像仪快速回扫技术的应用提供了关键的理论基础。
    15  陆用光纤陀螺寻北仪误差特性研究
    杨建强 杨林 刘斌
    2018, 48(5):615-619.
    [摘要](397) [HTML](0) [PDF 862.29 K](240)
    摘要:
    针对陆用武器对高精度寻北定向的要求,本文以高精度光纤陀螺寻北仪为研究对象,基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真试验,试验证明了理论分析的正确性。
    16  切趾超短FBG中心波长解调实验研究
    李凯 钟国舜 辛璟焘 祝连庆
    2018, 48(5):620-626.
    [摘要](296) [HTML](0) [PDF 1.21 M](167)
    摘要:
    为提高光纤光栅传感器的测量范围和可靠性,本文采用单缝衍射方法实现了栅区长度小于1.5 mm,3 dB带宽大于1 nm,反射谱边缘有效线性区大于0.6 nm的切趾超短光纤光栅。并用其作为传感单元,提出了一种利用超短光纤光栅线性区域的中心波长解调方法。为了充分利用其反射光谱左右两侧的线性区,采用双波长激光的互补解调方法,将波长解调范围扩展到2.4 nm。实验结果表明,光功率与中心波长之间的线性度达到0.992。将测量值与实际值进行比较,两者具有较好的一致性.该方法具有结构简单、功耗小,测量空间分辨率高等潜在优势。
    17  基于布里渊和瑞利散射光拍频的方法测量温度
    陆启隆 陈淑芬 朱昕玥 付雷 邹正峰
    2018, 48(5):627-632.
    [摘要](458) [HTML](0) [PDF 1.15 M](306)
    摘要:
    基于光纤非线性效应,设计并搭建出一套布里渊散射光与瑞利光拍频测量温度的实验装置,用布里渊频移量对温度系数进行标定,并采用三种不同方法进行数据处理,结果表明采用频移量均值线性拟合结果较好,得到的布里渊温度频移系数为1.005 MHz/℃,该温度传感系统的测量精度为0.7 ℃。
    18  改进阈值分割的光斑中心定位方法
    赵琦 郝士琦 张岱
    2018, 48(5):633-637.
    [摘要](491) [HTML](0) [PDF 967.89 K](155)
    摘要:
    光斑定位精度是激光通信瞄准、捕获、跟踪(APT)系统的重要指标,而传统的光斑定位算法,面临定位精度低,抗干扰能力差,实时性差等问题。为了满足激光通信APT系统光斑高精度定位的需求,提出一种改进的激光光斑中心定位方法。该方法通过改进阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。结果表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心计算精度提高了25%以上,是一种可行的光斑中心定位方法。
    19  一种非迭代的位姿估计方法
    张一铭 吕耀文 徐熙平 吕梦凌 钟文婷
    2018, 48(5):638-643.
    [摘要](405) [HTML](0) [PDF 1.05 M](194)
    摘要:
    针对深度相机运动中的位姿估计问题,提出了一种无需迭代的估计方法。首先,在二维图像上应用图像特征点提取和描述方法,完成不同视点的初始匹配。其次,选择初始匹配度量距离最小的2个特征点作为种子点。以三维空间中欧式距离与坐标系的建立无关为准则,对初始匹配进行筛选。剔除误匹配点对,进而计算运动位姿参数。最后,采用nyuv2图像数据库进行实验,验证了本文算法的可行性和正确性。实验结果表明:与传统算法相比,该方法计算效率平均提高了8倍以上,特别适用于大型场景中的同步定位和地图构建SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)问题。
    20  基于多尺度方向局部极值滤波和ASR的图像融合
    刘先红 陈志斌
    2018, 48(5):644-650.
    [摘要](431) [HTML](0) [PDF 1.09 M](303)
    摘要:
    为了更好地提取源图像的边缘和方向信息,充分利用边缘保持滤波器的保边缘特性和方向滤波器有效提取方向信息的能力,提出一种基于局部极值滤波和非下采样方向滤波器的多尺度方向局部极值滤波图像融合方法。源图像经多尺度方向局部极值滤波,得到低频子带以及一系列的高频方向细节子带,对低频子带系数提出一种基于自适应稀疏表示(ASR)的融合规则,采用空间频率与l1范数相结合的策略得到融合的稀疏表示系数,对高频方向细节子带系数提出一种基于改进拉普拉斯能量和匹配度的选择与加权平均相结合的融合策略。实验结果表明,本方法能够有效提取源图像的边缘等细节信息,融合结果对比度更高,具有更好的主观视觉效果,其客观评价指标也优于传统的图像融合方法。
    21  基于图像分解的图像修复算法
    谢斌 丁成军 刘壮
    2018, 48(5):651-658.
    [摘要](293) [HTML](0) [PDF 1.36 M](271)
    摘要:
    针对传统变分模型在修复图像时易产生“阶梯效应”与细节模糊等问题,提出了一种基于图像分解的自适应二阶总广义变分和分数阶变分的图像修复算法。首先将待修复的目标图像分解为卡通部分与纹理部分,其中卡通对应目标图像的低、中频部分,因此利用抑制“阶梯效应”较好的二阶总广义变分模型对其进行修复;纹理对应其高频部分,因此利用对细节部分有增强效果的分数阶变分模型对其进行修复。由于文中所提到的修复模型均与线性鞍点结构下求取最优值的模型类似,因此在算法上均采用基于预解式的原始对偶算法对新模型进行求解。另外,为了取得更好的修复效果,文中设计了一个边缘指示算子来自适应地控制新模型的扩散,以更好地保护修复图像的边缘细节。实验结果表明:相比传统的TV、TGV修复模型,新模型的修复效果在主观视觉上显得更加自然,且在峰值信噪比与相关系数等客观评价指标上均有提高。
    22  电力设备IR图像特征提取及故障诊断方法研究
    李鑫 崔昊杨 许永鹏 李高芳 秦伦明
    2018, 48(5):659-664.
    [摘要](279) [HTML](0) [PDF 993.55 K](128)
    摘要:
    针对电力设备红外图像批量诊断中故障特征参量提取及参数配置难题,采用粒子群算法(PSO)与Niblack算法相结合的方法,将设备热像从背景中分割出来并提取出设备的最低、最高及平均温度等参量,通过计算设备各温升特征,构建支持向量机(SVM)样本特征空间。采用优化的蝙蝠算法(BA)对SVM参数进行寻优,并利用最优参数配置下的SVM实现设备故障诊断。对220组图像样本测试结果表明:该红外图像故障诊断方法在电力设备热故障缺陷检测方面的效率及准确率较高,适用于电力大数据中非结构化红外图像的批量分析与处理。

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