2018年第7期文章目次

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  • 1  红外伪装技术研究进展
    胡杰 路远 候典心 杨星
    2018, 48(7):803-808.
    [摘要](311) [HTML](0) [PDF 1.05 M](96)
    摘要:
    随着红外探测技术的不断发展,红外探测器广泛地应用于各种制导武器和侦察系统,对军事目标的生存能力形成了严重威胁,因此红外伪装技术对军事目标的重要性尤为突出。目前红外探测器主要通过对3~5 μm和8~14 μm波段的红外辐射进行探测,也是红外伪装技术需要对抗的两个红外波段。对各类军事目标所处的背景环境分析,阐述了红外伪装技术在不同背景中的具体应用和发展情况,主要对天空背景、海洋背景和陆地背景中的目标加以分析讨论。指出了目前红外伪装技术所面临的挑战,在此基础上,展望了红外伪装技术未来的发展趋势。
    2  基于单光子的星载激光水下目标探测深度研究
    彭志兴 周保琢 陈华 张志 谭平
    2018, 48(7):809-814.
    [摘要](332) [HTML](0) [PDF 1004.82 K](185)
    摘要:
    卫星对海探测具有大面积同步观测、全天时工作、不受领海领空限制等优点。为此,本文分析了卫星对海探测的激光链路损耗,构建了星载激光水下目标探测能量传输模型,探讨了基于单光子机制的星载激光对水下目标探测的极限深度。结果表明,在Ⅰ类海区,对于水下等效直径为2 m的物体,星载激光在200 km高度对水下目标探测的最大深度为212 m。因此,在中低轨道开展星载激光对深海水下目标进行探测是可能的。本文的研究工作为进一步开展星载激光深海水下目标探测提供支持。
    3  基于激光超声在高温下对超声波声速的数值模拟
    陶程 殷安民 应志奇 王煜帆 郭智敏
    2018, 48(7):815-820.
    [摘要](216) [HTML](0) [PDF 1.09 M](93)
    摘要:
    超声波声速对于缺陷检测和材料特性表征有着直接影响,因此,研究不同温度下声速的变化规律十分重要。本文通过有限元法对不同温度下激光点源激发的纵波、横波、声表面波的传播速度进行了数值模拟,并得到纵波、横波、声表面波声速与温度的关系式。根据所得到的表达式,反推出了在高温下的泊松比与弹性模量。结果表明:纵波、横波、声表面波声速随温度升高呈现线性降低关系,且随温度的变化率分别为0.8374 m·s-1· ℃-1、1.203 m·s-1· ℃-1、1.096 m·s-1· ℃-1。根据所得到声速与温度的表达式反推出高温下的弹性模量、泊松比,通过与理论值比较发现误差分别为3.16%、4%。
    4  激光切割碳纤维复合材料的分析和预估
    章辰 袁根福 丛启东 郭百澄
    2018, 48(7):821-826.
    [摘要](179) [HTML](0) [PDF 1.02 M](101)
    摘要:
    将激光束的空间分布、激光与材料的作用时间、激光束的吸收系数和材料的热力学性质考虑在内,提出建立了一个理论模型。假定激光能量在材料的整个厚度方向上被吸收。该模型分析预测了一些激光在切割碳纤维复合材料中的如上下表面切缝宽度、切口锥角、材料去除率等加工参数。理论分析也确定了激光束相对于材料被切割前沿的位置。对激光切割碳纤维复合材料进行了切削参数对切割质量影响的试验,并与预测结果进行了比较。结果表示本模型与实际加工情况有较好的一致性。
    5  激光辐照锑化铟红外探测器的热应力损伤研究
    刘洋 张悦 牛春晖 吕勇
    2018, 48(7):827-831.
    [摘要](232) [HTML](0) [PDF 1.17 M](97)
    摘要:
    通过介绍锑化铟红外探测器的基本构成及其材料热力学相关特征,阐述了激光辐照锑化铟红外探测器造成的损伤机理,采用有限元分析法,分析相关的辐照环境和条件并建立了一种三维仿真模型。仿真模拟了波长为10.6 μm的CO2激光辐照锑化铟红外探测器时各部分的温度变化及应力变化情况,通过数值分析比较了在光斑面积一定的情况下经过不同功率的激光辐照后锑化铟探测器表面径向及内部轴向发生的温度场变化及应力场变化;探测器表面应力值经过106 W/cm2的激光辐照后很快达到最高点,造成损伤,锑化铟与铟柱接触部分的应力值随光斑半径大小不同而有所变化。将锑化铟探测器材料的应力损伤阈值及变化趋势同已有实验数据进行对比,验证了模型的精确性。
    6  指数威布湍流模型下高空OFDM-FSO系统误码率分析
    陈阳 赵尚弘 王翔 张韵 赵静 丁西峰
    2018, 48(7):832-837.
    [摘要](205) [HTML](0) [PDF 1.11 M](98)
    摘要:
    基于指数威布(Exponentiated Weibull)大气湍流模型,搭建高空平台下的OFDM-FSO通信系统,以误码率为评价指标分析在分别采用K-PSK和M-QAM调制方式下OFDM-FSO通信系统的链路性能。仿真结果表明,OFDM-FSO系统在指数威布大气湍流模型下的误码率随着载噪比的增大而逐渐降低,采用PSK调制方式下的误码率性能普遍优于子载波采用QAM调制方式下的误码率性能。不同湍流条件下误码率随载噪比增大的变化趋势存在细微不同,以中、强湍流条件下较为明显。指数威布模型下,接收端孔径平均效应能够有效改善系统误码性能。
    7  Galileo卫星激光反射器的结构设计
    吕华昌 陈念江 钟声远 李楠楠 耿园园
    2018, 48(7):838-843.
    [摘要](199) [HTML](0) [PDF 1.34 M](160)
    摘要:
    卫星激光反射器的结构设计是激光反射器设计的重要内容,本文以Galileo卫星激光反射器为例,阐述了中高轨导航卫星激光反射器结构设计所需解决的问题和措施途径,包括结构总体布局、角反射器组件结构、材料设计、减振缓冲、静电防护、热控技术等;并针对航天环境载荷(结构装配、恒加速度、振动、冲击、热循环等),对激光反射器的机械和光学性能影响进行了分析、计算和讨论,以此验证结构设计的可行性;Galileo卫星实际测距效果理想进一步表明Galileo反射器结构设计的合理。
    8  基于“猫眼效应”的激光主动探测技术应用研究
    都元松 董文锋 罗威 黎波涛
    2018, 48(7):844-849.
    [摘要](223) [HTML](0) [PDF 1.10 M](110)
    摘要:
    基于“猫眼效应”的激光主动探测技术,是对无人机光电系统实施强激光干扰较为有效的探测和效果评估方法。基于对光学探测系统参数理论分析,建立了因离焦量而引起的回波发散角及回波功率计算模型。从激光发散角、入射角、反射角等方面研究了激光主动探测技术所受影响因素,为判别干扰是否有效,对激光回波探测功率的影响因素进行细化分析,在仿真条件下计算出激光干扰有效的入射角度范围。
    9  用于种子注入的Nd∶YAG调Q激光振荡器设计与研究
    龙江雄 李刚 杨彬 于广礼 丁建永 姚红权
    2018, 48(7):850-853.
    [摘要](248) [HTML](0) [PDF 1.13 M](220)
    摘要:
    为研制全固态单频调Q激光器,研究设计了用于种子注入的Nd∶YAG调Q激光振荡器,通过理论分析并结合谐振腔指标要求确定了激光谐振腔的腔长和最佳输出镜透过率。实验中,振荡器自由运转时,最高输出功率8.21 W,光光效率和斜效率分别为38%和47.7%。工作在调Q状态时,输出脉冲功率为4.28 W,脉冲宽度为6.6 ns,其斜率效率为28.9%。计算得到脉冲能量为8.6 mJ,对应的峰值功率为1.3 MW。测得输出光束质量指标为Mx2=1.22(水平方向),My2=1.29(垂直方向),接近衍射极限。实验得到的结果满足预期指标要求。
    10  超长线列红外探测器杜瓦真空寿命评估方法
    李俊 王小坤 张磊 孙闻 曾智江 龚海梅
    2018, 48(7):854-859.
    [摘要](278) [HTML](0) [PDF 1.28 M](98)
    摘要:
    针对超长线列红外探测器杜瓦具有容积大、零部件种类多、材料放气源多,特别是集成式超长线列杜瓦与内充3 MPa高压氦气的直线脉管冷指封装集成等特点,基于材料解析放气及渗透理论,建立了超长线列杜瓦组件真空寿命评估模型,对分置式与集成式超长线列杜瓦的真空寿命进行了计算,其真空寿命预计值均可以达到2年。设计了一种杜瓦真空度在线监测结构对这两类杜瓦的真空度进行了实时监测,分置式及集成式杜瓦真空寿命预计值与实测值相对误差分别为5.8%和6.96%。因集成式杜瓦真空寿命估算较为困难,对其热负载通过制冷性能进行实验验证,其热负载2年后未发生明显变化。
    11  海上目标红外辐射特性测量数据处理系统设计
    张卫国 张则剑 贾娜
    2018, 48(7):860-866.
    [摘要](213) [HTML](0) [PDF 1.10 M](135)
    摘要:
    针对海上动态目标红外辐射测量精度评估问题,分析了影响红外辐射测量误差的主要因素,重点研究了针对试验海域系统外场定标方法、大气辐射传输修正方法、背景杂散辐射模型,提出了海上动态目标红外辐射测量数据分析处理系统的设计方法,为海上飞行目标红外辐射特性测量系统建设有一定的指导意义。
    12  InAs/GaSb二类超晶格材料湿法腐蚀工艺研究
    亢喆 温涛 郭喜
    2018, 48(7):867-871.
    [摘要](301) [HTML](0) [PDF 1.02 M](133)
    摘要:
    研究了不同腐蚀溶液体系下铟砷镓锑(InAs/GaSb)二类超晶格材料的湿法腐蚀工艺。根据腐蚀效果选择了由柠檬酸(C6H8O7)、磷酸(H3PO4)、过氧化氢(H2O2)构成的混合腐蚀液。这种腐蚀液对InAs/GaSb材料腐蚀速率稳定,腐蚀后表面光滑,且下切效应小。同时,研究了该成分腐蚀液不同腐蚀液温度、浓度和各成分配比等条件对InAs/GaSb材料腐蚀速率,形貌和钻蚀情况的影响。根据实验结果配制了体积比为1∶1∶1∶40的柠檬酸(50%):磷酸(85%):过氧化氢(31%):水的腐蚀溶液,室温(20 ℃)下腐蚀速率约为9.48 nm/s。
    13  nBn型InSb红外器件性能仿真
    周朋 刘铭 邢伟荣
    2018, 48(7):872-875.
    [摘要](266) [HTML](0) [PDF 1.60 M](133)
    摘要:
    从能带结构方面分析了InSb nBn结构的势垒层,并使用Sentaurus TCAD软件计算并模拟了改进前后的器件IV性能,仿真结果表明,在势垒层靠近吸收层一侧加入渐变层可以有效改进器件性能。之后模拟仿真了势垒层Al组分、厚度对器件性能的影响。最后根据仿真结果选定结构参数进行实际分子束外延生长,并给出初步的器件结果。
    14  偏转角(211)Si基CdTe复合衬底研究
    王丛 高达 王经纬 强宇 周立庆
    2018, 48(7):876-879.
    [摘要](258) [HTML](0) [PDF 1.04 M](115)
    摘要:
    晶面偏角是提高(211) Si基CdTe复合衬底质量的方法之一。通过对偏转角Si基CdTe复合衬底分子束外延工艺的研究,发现2°和3°偏转角(211)Si基CdTe复合衬底在晶体质量方面优于标准(211)Si基CdTe复合衬底,是未来提高Si基CdTe复合衬底质量的新方向。
    15  激光切割视觉系统单目摄像机快速标定方法
    杨煜俊 陈洵凛 许征波
    2018, 48(7):880-884.
    [摘要](222) [HTML](0) [PDF 997.88 K](92)
    摘要:
    针对目前激光切割机结合视觉切割行业中现有的张正友一般圆点标定算法中存在计算量大、结果不稳定的问题。提出一种基于九圆点的摄像机自标定算法。算法首先计算出图像和定义在世界坐标系X-Y平面上的模板之间的单应性矩阵,利用该单应性矩阵线性求解出摄像机内参,然后考虑非线性畸变因素,求解出畸变系数。最后在矫正后的模板中求出内外共八个仿射投影矩阵,并取其均值做为最终投影矩阵来求解出世界坐标。实验结果表明:该算法比现有的基于圆点的摄像机自标定算法更快速、更稳定,达到精度更高。
    16  基于非切趾短FBG光栅的小信号测量方法
    李扬 刘锋 宋言明 祝连庆
    2018, 48(7):885-890.
    [摘要](304) [HTML](0) [PDF 1.36 M](107)
    摘要:
    为解决基于图像传感器的FBG解调系统精细测量的问题,提出了使用非切趾FBG测量弱信号的方法。设计出了非切趾FBG反射谱近似模型,采用对数放大的方法提高非切趾FBG的旁瓣,在较宽的光栅频谱范围内,进行光谱相关解调并给出解调算法。基于蒙特卡洛方法对非切趾光栅测量仿真,并搭建实验系统对非切趾FBG、宽带高斯光栅进行对比测量实验。研究结果表明,基于非切趾FBG的弱信号测量方法可有效提高波长测量精度,通过相关解调,可使测量精度达到宽带光栅的2倍。
    17  基于分布式光纤测温的水管泄漏检测与定位
    赵亚 王强 宋俊俊 范昕炜 谷小红
    2018, 48(7):891-895.
    [摘要](231) [HTML](0) [PDF 1.21 M](87)
    摘要:
    利用基于拉曼散射和光时域反射技术相结合的分布式光纤测温系统,对自来水管道进行泄漏检测和定位实验研究。分析了系统的温度分辨率和水管道泄漏时泄漏点处的温差情况。选取长200 m和700 m的传感光纤对水管道进行泄漏定位实验,并对检测信号进行小波变换分析处理,最后统计对比了检测系统的漏警率。实验结果表明,该系统运行稳定且能够准确识别管道泄漏情况并进行泄漏定位,定位误差≤1 m。
    18  面源红外诱饵辐射特性及其图像仿真
    童奇 邹涛 童中翔 张健 马榜
    2018, 48(7):896-902.
    [摘要](215) [HTML](0) [PDF 1.27 M](108)
    摘要:
    本文根据箔片表面的化学反应,从燃烧学原理出发,建立了箔片的燃烧模型,并对箔片的燃烧和辐射特性进行了分析,在此基础上利用VC++与OpenGL编程建立了面源红外诱饵图像的仿真系统,得到面源红外诱饵的红外仿真图像,并对面源红外诱饵的红外辐射特性进行了分析。
    19  定向干扰跟踪平台的激光扩束系统设计
    何秉高 孙向阳 史丽娟
    2018, 48(7):903-908.
    [摘要](256) [HTML](0) [PDF 1.75 M](112)
    摘要:
    为了解决常规定向干扰系统结构复杂、尺寸过大、难以变倍等问题,本文设计了一种采用反射式离轴光机结构的激光扩束系统,并进一步对激光变倍扩束主、副反射镜组的光机结构进行了设计与分析。分析结果表明,主副镜组最大变形量均小于0.01 mm,扩束机构的基本振型频率为105.2 Hz,最大结构应力小于材料的屈服强度。通过测试,系统能够实现系统扩束比为1∶15.01、1∶19.96、1∶25.03,空间偏移量误差小于1 mrad,满足技术指标要求。
    20  可见光变角度带通滤光膜研制
    岳威 曹景华 苑利钢 韩永昶 张阔 刘连泽
    2018, 48(7):909-912.
    [摘要](233) [HTML](0) [PDF 1.35 M](82)
    摘要:
    以薄膜光学为背景,介绍了可见光波段变角度带通滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了带通滤光膜的光学特性以及变角度使用的难点,其次讨论了0°~33°入射时薄膜选材、测试、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用薄膜软件进行优化计算后,结合光学控制与离子辅助工艺得到了吸收低、偏移量小与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在地形勘测相机中达到了空间变角度高分辨率成像的效果。
    21  红外探测器的低噪声前置放大电路设计
    江婷 李胜 高闽光 童晶晶 李妍
    2018, 48(7):913-918.
    [摘要](235) [HTML](0) [PDF 1.44 M](202)
    摘要:
    在红外探测器的工程应用中,前置放大电路是影响整个探测系统性能的重要组成部分。本文从制冷型碲镉汞光导红外探测器的工作特性出发,设计了一种恒流偏置的低噪声前置放大电路。对电路的工作原理以及噪声性能进行分析,并进行了电路仿真验证以及低噪声的性能测试。实验结果表明,基于窄带滤波法设计的前置放大电路信噪比达到80 dB,具有60~120 dB的可调增益,可以有效抑制噪声并检测到10-8A量级的微变交流信号,在信号检测方面达到了良好的检测效果。
    22  基于人眼频率特性的分形增强算法
    贾瑞明 郑奇
    2018, 48(7):919-924.
    [摘要](250) [HTML](0) [PDF 1.09 M](74)
    摘要:
    提出了一种基于人眼频率特性的分形增强算法,通过计算分形维和人眼感知频率范围选择需要增强的图像细节,依据人眼灰度分辨特性对图像细节进行增强。首先,将人眼频率特性和分形维数相结合对图像进行增强。在频率域范围内计算出人眼感知的图像空间频率,通过频域滤波得到人眼敏感的图像区域,并结合分形维数的理论值对图像进行增强。其中,计算像素点的分形维数是用改进后的计算方法,即采用了5×5的模板和欧式距离。另外,提出了一种基于人眼灰度分辨特性的图像增强新方法。在不同的灰度范围内,人眼对灰度的分辨能力不同,利用这一特性对红外图像进行增强,使得人眼敏感的细节部位更加突出,相比于传统的增强算法图像更适合人眼的观察。
    23  基于FPGA的红外图像细节增强算法设计与实现
    陈峥
    2018, 48(7):925-929.
    [摘要](297) [HTML](0) [PDF 1.12 M](123)
    摘要:
    双边滤波算法是一种有效的红外图像细节增强算法,具有保边去噪的效果。但由于算法运算量大,在红外视频图像处理中较难实现。本文提出了一种双边滤波+平台直方图均衡的红外图像增强算法的FPGA实现方法,选用Xilinx Virtex-5系列芯片,采用流水线和并行处理技术,能够在40 ms内完成一帧640×480的14位图像的处理,有效提升红外图像的清晰度和对比度,并满足视频图像处理算法的实时性要求。
    24  微分约束法红外条纹非均匀校正
    华玮平 赵巨峰 崔光茫 公晓丽 朱礼尧
    2018, 48(7):930-936.
    [摘要](263) [HTML](0) [PDF 1.39 M](83)
    摘要:
    红外成像过程中常出现条纹非均匀性噪声,基于场景的校正方法可以有效地减少条纹噪声的影响。本文提出了一种基于微分约束条纹非均匀噪声校正方法。首先分析了红外图像条纹非均匀噪声的灰度分布特性,根据图像在水平及竖直方向梯度的差异建模并构造惩罚函数;通过引入权重函数,对惩罚函数进行最优化推导求解得到校正图像。通过真实场景的实验,对校正结果的主客观分析表明本文方法较对比方法有所提升,对于图像的细节和边缘的破坏程度较小,同时本文方法运行更快并实现了硬件化测试。

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