• 2018年第6期文章目次
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    • >综述与评论
    • 金属结构疲劳裂纹超声红外无损检测研究现状

      2018, 48(6):667-674.

      摘要 (336) HTML (0) PDF 999.38 K (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:金属结构中的疲劳裂纹是导致许多重大工程事故的主要原因,及时检测并掌握服役工件中产生的裂纹缺陷对于工程结构和零件的安全至关重要。工程中一般通过定期检测的方法掌握疲劳裂纹的萌生和发展情况。超声红外无损检测技术具有直观快速、非接触和精准定位等特点,在金属结构疲劳裂纹的检测方面具有独特的优势。本文主要介绍了金属结构疲劳裂纹超声红外无损检测技术的研究进展,从生热机制、检测参数和信号处理三个方面讨论了影响裂纹检测的因素和原理,指出了目前研究中存在的几点不足,并提出了进一步研究的思路。

    • >激光应用技术
    • 管道焊接激光视觉跟踪的定位方法研究

      2018, 48(6):675-681.

      摘要 (293) HTML (0) PDF 1.34 M (177) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决在管道自动焊接过程中V型坡口的识别定位问题,提出了一种基于激光视觉传感的局部区域内分步式定位方法。首先建立模板匹配,利用模板匹配方式获取焊缝初始位置区域;然后采用阈值分割和边缘提取获得激光条纹边缘线,通过Shi-Tomasi算法对边缘线进行角点检测,得到边缘线上的亚像素角点位置坐标;最后采用最小二乘法拟合得到精确的边缘直线,对上下边界线求平均值提取激光条纹的中心线,求取直线的交点得到坡口轮廓的拐点信息。通过对实际焊接现场拍摄的50幅同一高度不同位置的图像进行检测,结果表明,分步式定位方法抗干扰性强,精度较高,为完成整个跟踪自动焊接过程奠定了基础。

    • 非致命激光武器雨中传输衰减系统设计研究

      2018, 48(6):682-685.

      摘要 (235) HTML (0) PDF 1.03 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:非致命激光武器实际应用中会受到大气环境影响,造成激光能量衰减,严重影响其作战效果。为精确了解激光在雨中传输的衰减,本文建立了激光在雨中传输的衰减模型,分析研究了激光在雨中的透过率,搭建了激光在雨中传输的衰减实验平台,实验研究了激光透过率与降雨强度和传输距离的关系。结果表明,激光在雨中传输衰减很大程度上取决于降雨强度和传输距离,雨量越大,传输距离越远,衰减越严重,当雨量为60 mm/h,激光传输200 m距离时,透过率已不到40%。仿真和实验结果吻合较好,说明所建立的衰减模型基本符合实际情况,同时也表明搭建的激光雨中传输衰减系统可以用于研究非致命激光武器雨中传输衰减,具有结构简单、易于操作、灵活性较好等优点。

    • Exponentiated Weibull大气湍流下混合RF/FSO系统容量分析

      2018, 48(6):686-690.

      摘要 (240) HTML (0) PDF 949.43 K (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:RF/FSO混合通信系统弥补了自由空间光通信受天气影响严重的问题,提高了系统的可用性。本文研究了Exponentiated Weibull大气湍流下双门限混合RF/FSO系统平均信道容量,考虑大气湍流和指向误差对平均信道容量的联合影响,利用MeijierG函数推导出平均信道容量的闭合表达式。根据平均信道容量闭合表达式进行了仿真,分析了在不同距离、大气湍流强度、抖动标准差和波束宽度条件下,平均信道容量随信噪比变化的关系。

    • 非均匀步长分步傅里叶算法的改进

      2018, 48(6):691-696.

      摘要 (260) HTML (0) PDF 1.18 M (134) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了大气湍流中斜程路径上激光波束的传输模拟过程中的步长取值问题。针对分步傅里叶算法中大步长情况下的边界反射问题,首先对已有的吸收边界法进行了数值实验,得到了吸收边界法的步长取值上限。提出了滤波函数法,进一步解放了对步长的限制,利用真空中的波束传输模拟,证明了滤波函数法的有效性及其有效区域。结合这两种方法,给出了一种斜程路径上的相位屏设置方式,模拟了激光在此路径上的传输并统计计算了激光光斑的相干长度和闪烁指数。数值结果与理论吻合,证明了滤波函数法可以有效地增大分步算法中步长的上限,从而提升大气湍流中激光波束远距离斜程传输仿真效率。

    • 激光致盲武器雨雾条件下传输机理研究

      2018, 48(6):697-701.

      摘要 (289) HTML (0) PDF 1.22 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:非致命激光致盲武器在恶劣天气尤其是雨雾天气下使用时,打击效果较差,不能达到预期的致盲效果。因此,必须研究一种激光自动调节系统,而设计这个系统最关键的问题就是研究激光在雨雾条件下的传输机理,所以本文基于Mie散射理论分别研究了激光在雨中、雾中以及雨雾共存三种条件下的衰减情况,得到激光透过率与降雨量、雾浓度以及传输距离之间的关系。对其进行Matlab仿真,结果表明激光透过率随着降雨量的增大、雾浓度以及传输距离的增加而减小,且衰减明显。

    • >激光器技术
    • 用于量子密钥分发的半导体激光器温控系统

      2018, 48(6):702-706.

      摘要 (212) HTML (0) PDF 977.79 K (230) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)系统对光源的稳定性要求极高,尤其是激光器发出光的波长和光强的稳定性,直接影响了系统的成码率。由此,针对分布反馈式(distributed feedback,DFB)激光器的温度特性,设计一种有效的温度控制系统。系统以 FPGA 为控制核心,采用增量式PID算法,对DFB激光器的工作温度进行实时监控。采用热电制冷控制芯片MAX8520作为半导体制冷器(thermoelectric cooler,TEC)的驱动芯片。利用集成于DFB激光器内部的负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)热敏电阻构成温度采集模块,组成闭环负反馈结构。通过实验测试,温度控制精度可达±0.03 ℃,波长漂移可控制在0.01 nm以内。该温控系统具有电路体积小、效率高和可靠性高等特点,可为激光器提供稳定的温度控制,以保证QKD系统的光源波长的稳定性。

    • LD双端泵浦Nd∶YAG方形晶体热容激光器温度场

      2018, 48(6):707-713.

      摘要 (267) HTML (0) PDF 1.21 M (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:对LD双端泵浦激光器的工作特点进行研究,以方形晶体为固体激光器的研究模型,并结合热容激光器的管理形式,将激光器工作阶段分为泵浦阶段和冷却阶段,并且建立相对应的热模型。根据热传导方程与边界条件进行求解,得到LD双端泵浦与冷却阶段的温度场表达式,并分析了不同的光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明:当泵浦功率为60 W、光斑半径为800 μm、超高斯阶次为3的激光二极管对晶体进行泵浦时,该晶体在泵浦端面获得的最大温升为201.30 ℃。该激光晶体的尺寸为20 mm×20 mm×10 mm,Nd∶YAG晶体对射入的泵浦光的吸收系数是910 m-1,掺钕离子为1.0%。研究结果对LD泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供了一定的理论指导意义。

    • 紧凑型高重频高功率2.06 μm激光器

      2018, 48(6):714-719.

      摘要 (270) HTML (0) PDF 1.35 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了一种获得紧凑型高重频、高功率2.06 μm激光输出的实验方案并对泵浦过程中脉冲波形稳定性变化进行了简要理论分析。采用794 nm光纤耦合输出Tm∶YAP晶体得到68 W 1.94 μm激光器,其输出激光经光束整形后泵浦Ho∶YLF晶体,并采用声光调Q方式,最终实现平均功率35 W,重频10~15 kHz可调,脉冲波长2.06 μm的激光输出。1.94 μm、2.06 μm谐振腔长度分别为66 mm和90 mm,激光二极管、激光晶体及声光Q开关工作在30 ℃水冷的条件下。方案结构紧凑,热稳定性强,可作为中长波红外光参量激光器小型化有效的泵浦源。

    • >红外技术及应用
    • C/SiC复合材料的红外热像无损检测研究

      2018, 48(6):720-725.

      摘要 (253) HTML (0) PDF 1.82 M (169) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用红外脉冲热像检测方法对C/SiC复合材料试样中不同尺寸和深度的平底孔模拟缺陷进行无损检测,分析了红外脉冲热像检测方法的检测原理、红外脉冲热像检测结果和微分处理后的检测结果。研究结果表明,对于同一缺陷,红外脉冲热像图中显示的缺陷尺寸随时间变化规律近似服从卡方分布,并且在红外热波信号传播至缺陷深度时,显示的缺陷尺寸最大;对红外脉冲热像图进行微分处理,可提高小缺陷和深度缺陷的检测能力,且能够提高缺陷的识别度;红外脉冲热像法检测C/SiC材料,能发现最小直径为Φ2 mm的缺陷,无法发现深度大于4 mm(直径不大于Φ15 mm)的缺陷;该红外脉冲热像法检测C/SiC材料的最小径深比为1.3。

    • 基于DSP6455实时红外图像处理仿真平台设计

      2018, 48(6):726-729.

      摘要 (277) HTML (0) PDF 941.18 K (164) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对实际红外图像处理系统项目系统复杂、算法调试周期长的问题,考虑系统处理性能和实时性,设计了一种基于DSP6455,采用千兆以太网和RapidIO硬件接口的红外图像处理仿真平台。该平台解决了单纯用PC机仿真实时性差的问题,可以使DSP开发人员更早的进行算法仿真验证,同时可以弥补DSP开发环境下对图像数据分析能力不足的问题。红外单帧检测算法在该平台上实现,验证了该仿真平台的实时性。

    • >红外材料与器件
    • 碲镉汞p-on-n长波异质结探测器材料的制备研究

      2018, 48(6):730-734.

      摘要 (250) HTML (0) PDF 1.14 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了碲镉汞p+-on-n长波双层异质结材料和异质结台面器件的研究结果,重点研究了p+-on-n型双层异质结材料制备技术。通过水平滑舟富碲液相外延生长的方法在碲锌镉衬底上原位生长In掺杂碲镉汞n型吸收层材料,然后再采用富汞垂直液相外延技术制备p型As原位掺杂的碲镉汞cap层材料,从而获得p+-on-n型双层异质结材料,并通过湿法腐蚀、台面刻蚀以及钝化等工艺得到碲镉汞 p+-on-n长波异质结台面型器件。p+-on-n异质结器件结构可以有效克服少子寿命偏低等问题,在长波及甚长波波段具有更低的暗电流和更高的R0A值,这对于解决目前长波碲镉汞红外探测器暗电流大、结阻抗低的问题,提高长波及甚长波波段碲镉汞红外焦平面器件的性能具有重要的意义。

    • >光电技术与系统
    • 星模拟器多色温模拟技术研究

      2018, 48(6):735-743.

      摘要 (271) HTML (0) PDF 2.19 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对星模拟器对多色温模拟的需求,提出了一种星模拟器多色温模拟方法。结合由氙灯和卤钨灯组成的宽光谱光源灯阵,分析了不同波段数据和不同波段带宽数据变化对色温的影响。基于多项式的拟合方法,利用遗传算法实现了色温模拟的反馈控制,实现了在350~900 nm光谱范围内对3900 K、4800 K、6500 K色温的光谱模拟,满足了星模拟器对多色温的模拟要求。

    • 多偏振方向对低照度伪装目标偏振度提取的影响

      2018, 48(6):744-749.

      摘要 (426) HTML (0) PDF 1.21 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于Stokes矢量和Mueller矩阵,推导了任意偏振方向的线偏振度表达式,实施了多偏振方向的低照度伪装目标偏振检测实验,以多种伪装相关的人材料三波段偏振反射实验数据为依据,采用数值计算方法讨论了上述实验结果,探讨了多偏振方向影响偏振度的误差和稳定性问题。研究表明,探测角在镜面反射方向附近,间隔60°的偏振度图像的清晰度和对比度较高,数值计算结果能合理地解释实验结果,一致性较好;发现当三个偏振方向角A、B、C之间的间隔角度ΦAB∈[40°,80°]和ΦAC平均值为2.06ΦAB时,偏振度标准差较小,低照度条件下获取的偏振信息较稳定。

    • 双目光轴平行性检校仪检测精度分析

      2018, 48(6):750-755.

      摘要 (287) HTML (0) PDF 934.78 K (151) 评论 (0) 收藏

      摘要:光电仪器的双目光轴平行度是仪器的重要指标,为实现双目光轴平行度的全天候定量测量,设计了双目光电仪器光轴平行性数字化检校仪。为满足仪器检测精度性能参数需求,根据检测原理,结合系统组成部件,分析影响系统检测精度的各种因素,建立检测精度综合不确定度分析模型。通过分析单一因素对系统综合测量不确定度的影响权重,针对重点误差因素,提出控制方法及措施。对所有影响因素进行合理的误差分配,优化双目光轴平行性检测仪的测量精度。

    • 基于快速反射镜的模糊自适应PID控制算法研究

      2018, 48(6):756-761.

      摘要 (200) HTML (0) PDF 1.10 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对机载平台在振动、扰动和快速机动条件下光电系统高精度稳定指向的需求,开展宽频带视轴稳定技术的相关研究,并针对该稳定系统的核心—快速反射镜,提出一种改进型的模糊自适应PID控制算法。该算法在经典PID控制算法基础上,引入模糊设计思想和参数自整定方法,解决了复杂工作环境下控制系统数学模型不易获取、控制参数时变等因素对稳定系统的影响,为保证远距离机载光电载荷的高精度目标定位及目标瞄准提供技术支撑。仿真结果表明,该控制算法相比经典PID控制具有响应速度快、稳态性能好、抗干扰能力强等优点,具有良好的控制效果。

    • >光纤及光通讯技术
    • 卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究

      2018, 48(6):762-768.

      摘要 (225) HTML (0) PDF 1.36 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航天行业太空环境下对卫星内部温度监测的需求,研制了一种直接测量卫星内部温度的光纤光栅温度传感器。通过对传感器的结构进行了优化设计,选择一种新型的封装工艺,解决了温度、应变交叉敏感问题。选取相同封装条件的3个光纤光栅温度传感器进行温度标定。结果表明,在0~60 ℃范围内,光纤光栅温度传感器灵敏度分别为9.26 pm/ ℃、9.60 pm/ ℃、9.47 pm/ ℃,精度为1 pm,温度分辨率达到了0.1 ℃,线性度均达到0.998以上,具有良好的重复性与一致性,可应用于卫星内部温度的实时监测。

    • 镀镍光纤抗拉强度及其影响因素

      2018, 48(6):769-774.

      摘要 (313) HTML (0) PDF 1.27 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对以硫酸镍为主盐所得镀镍光纤表面质量较差、镀层内应力大和抗拉强度低等问题,采用氨基磺酸镍为主盐在化学镀镍后的光纤表面电镀镍。对比研究了两种工艺所得镀镍光纤的表面质量和抗拉强度,与FiberGuide所售镀金光纤进行了对比。结果表明:以氨基磺酸镍为主盐所得镀镍光纤表面比以硫酸镍为主盐所得镀镍光纤表面更加光滑致密;氨基磺酸镍镀镍光纤的抗拉强度(877.20 MPa)比硫酸镍镀镍光纤的抗拉强度(511.11 MPa)提高41.73%,与FiberGuide所售镀金光纤的抗拉强度(718.99 MPa)相当;光纤表面有机物涂层的去除方法,包括光纤钳和化学浸泡去除方法,可能影响最终镀层表面质量。

    • >图像与信号处理
    • 基于NSST变换与自适应PCNN的多特征遥感图像融合

      2018, 48(6):775-781.

      摘要 (197) HTML (0) PDF 1.21 M (104) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对基于NSCT变换的遥感图像融合算法存在计算复杂度高,细节表现能力不足的问题,本文提出了一种基于NSST变换与自适应PCNN的多特征遥感图像融合算法。首先,利用HSV变换提取MS图像的亮度分量V,并将得到的亮度分量V与PAN图像分别进行NSST变换;其次,对于低频子带,提出了一种基于自适应的PCNN融合规则,将空间频率和区域平均梯度分别作为PCNN的外部激励和链接强度;对于高频子带,采用基于多特征的融合规则;最后,进行逆NSST变换和逆HSV变换得到融合图像。仿真实验表明,该算法与一些经典的融合算法相比不仅可以提高图像融合质量,在视觉效果和客观指标上也都有良好的表现。

    • 基于扩散方程和相位一致的异源图像配准算法

      2018, 48(6):782-788.

      摘要 (255) HTML (0) PDF 1.39 M (193) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对同一场景下的红外与可见光图像特征点难以提取和匹配的问题,提出一种基于扩散方程和相位一致模型的红外与可见光图像的配准算法。首先提出了收敛速度更快的扩散方程,并用该方程对红外图像除噪;其次利用改进的相位一致模型提取红外与可见光图像的视觉相似性结构;在相似性结构上提取特征点,进行二进制描述;最后采用汉明距离实现特征点匹配。实验结果表明,该算法能够有效滤除红外与可见光图像的差异,减小计算开销的同时实现图像的自动配准。

    • 基于无穷单应阵的动态天基弱小目标检测

      2018, 48(6):789-794.

      摘要 (368) HTML (0) PDF 1.04 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于无穷单应矩阵抑制动态天基背景的方法,为动态天基背景下的弱小运动目标检测提供了新思路。与以往方法不同,对于由成像卫星运动而造成运动的高频恒星背景,该方法首先利用惯性坐标系下成像卫星姿态及位置的变化,确定卫星平台运动对恒星成像的影响;然后,根据相机对无穷远点的成像原理,计算出不同时刻图像之间的单应矩阵以补偿背景恒星的运动;利用改进的中值滤波抑制低频地球背景,并结合三维时空方向滤波和卡尔曼预测实现对弱小目标的检测与稳定跟踪。实验结果表明,算法能对背景恒星运动准确补偿,抑制背景的效果(图像信噪比增益和背景抑制因子)为传统方法两倍以上,在背景抑制后对弱小目标进行有效检测,定位误差可稳定在半个像素以内。

    • 基于CSF和梯度相似度的红外图像质量评价

      2018, 48(6):795-800.

      摘要 (308) HTML (0) PDF 1.61 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的峰值信噪比及常用的结构相似度等图像质量评价方法对人视觉特点考虑的不足,提出了一种基于CSF(对比敏感度函数)和梯度相似度的红外图像质量评价方法。该方法在结构相似度方法的基础上,采用Sobel掩模算子计算图像的梯度幅值对其改进,利用对比度敏感函数赋予图像块以相应权值,最后加权得到整幅图像的评价值。从实验结果可看出,所提方法与传统方法相比与主观评价的一致性更高。

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