2019年第3期文章目次

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  • 1  大功率红外激光器高效驱动电源设计
    吕燚 高军燕 蒋艺杰
    2019, 49(3):@-314.
    [摘要](294) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    根据大功率红外激光器功率-电压-电流(Power-Voltage-Intensity of current,PVI)曲线的特点,提出一种双环控制结构的恒流驱动电源设计方案。硬件电流控制环路采用深度电流负反馈电路实现了高精度恒流驱动;数字式控制环路根据激光器工作电流实时调节DCDC输出电压,使得恒流电路中MOSFET稳态压降保持恒定,从而在保证电流控制精度的同时显著提升了系统效率。本文首先分析了激光器PVI曲线的特点,提出了系统总体设计思路,然后重点阐述了输出可调的DCDC电源模块和硬件恒流驱动电路的设计方法,并详细介绍通讯软件和DCDC电压控制算法的实现过程,最后给出了DCDC电源效率和电流控制的测试结果,通过与传统方案的对比测试验证了本设计在系统效率上的优势。
    2  轰炸机光电探测系统发展现状
    贾鹏 郭建美 李江勇
    2019, 49(3):259-265.
    [摘要](314) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    轰炸机是空基核威慑的主力平台,光电探测系统作为其传感器系统的重要组成部分,承担着目标探测、跟踪、识别、火力引导攻击的作战使命。通过国内外轰炸机典型光电探测系统介绍,梳理光电探测系统对提升轰炸机作战效能的影响,并分析轰炸机光电探测系统的发展方向。
    3  纳秒量级光参量放大技术研究进展
    赵志刚 王德飞 胡维星
    2019, 49(3):266-272.
    [摘要](277) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    基于非线性频率变换技术的中红外固体激光器,受限于光学晶体的损伤阈值、镀膜工艺和逆转换效应,输出功率相对较低,而光参量放大技术可以有效改善这个问题。介绍了光参量放大技术的典型结构、特点以及常用光学晶体,评述了光参量放大技术提高纳秒量级中红外固体激光器输出功率的研究进展,分析了光参量放大技术在提高纳秒量级中红外固体激光器输出功率方面面临的挑战。
    4  远程激光测距技术及其进展
    胡伟伟 李永亮 顾小琨 张翼鹏 张英明 刘泓鑫
    2019, 49(3):273-281.
    [摘要](227) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    随着激光器和探测技术的不断进步,远程激光测距技术也得到了迅速的发展。如今远程激光测距仪已经在军事、航天、工业等领域发挥着不可替换的作用。本文介绍了目前国内外远程激光测距的现状及其研究进展,描述和分析了远程激光测距所涉及的关键技术及影响因素,对各类测距仪进行了分析和对比,并对未来远程激光测距仪的发展方向进行了总结与展望。
    5  激光基准桥梁挠度成像检测系统
    赵宏伟 宋云峰 王会峰 何娜娜 黄鹤 关丽敏 穆柯楠
    2019, 49(3):282-290.
    [摘要](207) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    针对桥梁结构健康安全运行自动化实时检测的需求,提出了利用激光基准的嵌入式桥梁挠度图像式检测方案,设计了基于透射式靶标的测量数据视觉读数方法和硬件系统。该方案在分析桥梁跨中下挠成因的基础上,提出了检测系统的原理和组成,给出了检测系统的硬件原理框图,设计了透射式光斑转换智能靶标的结构图。给出了人机交互和远程传输模块的原理和系统上位机监测和分析终端软件,该方法应用于桥梁挠度参数的测量中解决了高精度和实时性的矛盾,保证了系统测量精度和效率。经实验室平台实测发现:利用该方法的测量误差小于300 μm,数据更新率小于40 ms,满足了高精度实时性的要求。
    6  一种激光眼组织切割系统设计及实验
    沈超逸 张来峰 范立成
    2019, 49(3):291-295.
    [摘要](205) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    针对医生手工进行白内障手术,病人术后视力恢复效果取决于医生手术熟练度的问题,提出了一种激光眼组织切割光路运动系统。系统采用直线电机带动平面镜运动的形式改变光路,利用聚焦透镜实现激光对样品单点切割。建立了白内障手术中碎核、撕囊扫描轨迹的数学模型,通过MATLAB仿真验证扫描轨迹数学模型的正确性。最后以透明塑料为样品模拟眼球实验,结果表明此系统可以实现给定轨迹切割,为激光眼组织切割设备研发提供了一种新方案。
    7  多模式融合的古建筑模型构建方法
    孙保燕 姜鹏洲 周鑫 翁裕育
    2019, 49(3):296-302.
    [摘要](203) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    古建筑的三维数字化研究是当前古建筑保护的重要途径。由于古建筑结构复杂、构件精细,利用单一的手段对其进行三维模型构建均存在不同程度的缺陷。其中地面三维激光扫描虽能快速获取古建筑的三维点云数据,但由于地面激光扫描仪架设的局限性,使古建筑顶部构件存在扫描盲区。针对该问题,通过介绍地面三维激光扫描技术与航摄影像建模这两种建模方式,从工作原理和数据获取、数据处理流程入手,分析两者各自的优势,提出了对两种建模技术进行融合的模型构建方法。通过重建了古建筑完整的三维立体模型,评估分析了模型的接缝偏差。最后利用高精度全站仪进行精度检核,实验结果证明了该模型构建方法的可行性。
    8  基于结构光三维视觉角焊缝定位系统的研究
    陈思豪 余震 王中任
    2019, 49(3):303-@.
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    自主研发了一种基于线激光的角焊缝三维视觉定位系统。引入线激光平面建立了视觉传感系统的三维数学模型和多项式模型,通过对相机和光平面的标定实现了像素坐标与世界坐标的转换。在图像处理部分采用分步定位,首先利用模板匹配的方式对特征区域粗定位;接着采用阈值分割和形态学处理获取清晰激光条纹图像,减小噪音干扰;最后通过骨骼提取和直线拟合完成细定位,得到精确的特征点二维坐标,并结合三维模型将其转化为三维世界坐标实现定位。随机抽取焊接实验过程中所得到的100幅不同位置的图像进行记录比较,从实验结果可以看出,此种方法能够有效准确的对角焊缝进行定位,平均误差小于0.15 mm,具有较高的精度,可以满足焊接的精度要求。
    9  垂直腔面发射激光器的内调制特性
    胡旭文 李云超 张彦军 闫树斌
    2019, 49(3):315-321.
    [摘要](166) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](11)
    摘要:
    面向芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)通过微波调制产生具有特定光频差的相干激光,与原子作用后的跃迁谱线频率作为参考标准,最终可获取高精度的频率信号。因此,垂直腔面发射激光器在芯片原子钟系统中至关重要。介绍了VCSEL激光器的内调制原理,搭建了其内调制特性实验测试平台,开展了激光器对射频调制响应特性研究,记录了激光器边带信号随着注入电流和射频输出功率的变化情况,并分析了射频调制对激光器边带信号的影响特性以及Bogatov现象引起的边带不对称现象。实验结果显示:当射频信号频率为3.41734 GHz,注入电流为1.2 mA,射频输出功率为3.5 dBm时,可获得优化的高频调制光谱,为芯片原子钟提供优质的光源。
    10  海洋气溶胶红外偏振散射特性及校正研究
    宫剑 刘亮 何友金 吕俊伟
    2019, 49(3):322-328.
    [摘要](186) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    红外偏振系统探测远距离海面目标时,海洋气溶胶的散射使得成像质量退化严重,由于散射作用导致目标与背景难以区分。本文针对气溶胶散射对红外偏振光退偏特性问题,以气溶胶Mie散射模型为基础,推导得到散射退偏模型。然后,根据不同气溶胶的粒子谱分布,在对大气透过率和红外偏振系统同时校正的基础上,建立散射退偏校正模型,研究了气溶胶散射对不同尺度因子,不同散射角和不同散射光矢量的影响。根据对实验图像分析,在经过本文所提出的经散射校正和红外偏振系统校正后图像的质量有了明显提高,该方法能够较好的校正大气气溶胶散射对红外偏振光所带来的影响,更准确反映出目标与背景的偏振特性,对于红外偏振目标检测与识别具有重要意义。
    11  高温工作InAlSb的MBE生长及器件性能研究
    尚林涛 温涛 王经纬 刘铭 周朋 邢伟荣 沈宝玉
    2019, 49(3):329-335.
    [摘要](260) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    接近室温的更高工作温度是第三代红外探测器发展的重要方向。本文论述了用MBE在InSb(100)衬底上外延生长制备P-i-N型三元In1-xAlxSb薄膜合金材料,并通过制备单元器件进行了验证。采用RHEED振荡和X射线双晶衍射对In1-xAlxSb薄膜的Al组分进行了调控和检测。5.3 μm厚薄膜的FWHM≈50 arcsec,Al组分约1.9%。10 μm×10 μm原子力表面粗糙度RMS≈0.6 nm。制备的单元器件获得了预期的理想效果,为下一步面阵焦平面的制备奠定了基础。
    12  基于非制冷微测辐射热计的非晶硅锗薄膜电学特性研究
    陈哲权 何勇 方中 潘绪超 何源
    2019, 49(3):336-340.
    [摘要](199) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)制备了应用于微测辐射热计的非晶硅锗薄膜(a-SixGey),并研究了不同反应气体流量比GeH4 /SiH4对薄膜电学性能参数(电阻温度系数TCR和电导率)的影响。研究结果表明,随着流量比GeH4 /SiH4的增大,薄膜电阻温度系数降低,电导率则呈现上升趋势。所制备的薄膜表现出了高TCR值(约3.5%/K-1),适中的电导率(1.47×10-3(Ω·cm)-1)和优良的薄膜电阻均匀性(非均匀性<5%),在微测辐射热计热敏材料领域具有良好的应用前景。Abstract:关键词:Key words:
    13  陆战场红外侦察告警装备作战效能评估
    王帅 黄富瑜 李婷 吴健
    2019, 49(3):341-348.
    [摘要](208) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    为有效提高红外侦察告警装备作战运用水平,重点研究了陆战场(车载式)红外侦察告警装备的作战效能评估问题。首先分析了红外侦察告警装备工作原理和建立武器装备作战效能体系评估基本原则,建立了以探测能力、捕获能力、跟踪能力为主的两层指标体系;然后综合运用层次分析法、专家咨询法、模糊数学等理论,提出了一种适用的红外侦察告警装备作战效能评估方法,在构建样本矩阵和确定权重系数的基础上建立了评估数学模型;最后,通过实例计算验证了该方法的有效性。计算结果表明,该方法可用于陆军红外侦察告警装备设计的指标论证,也可以用于考核实际装备的作战效能。
    14  对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质
    苏安 潘继环 蒙成举 唐秀福 高英俊
    2019, 49(3):349-354.
    [摘要](179) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](8)
    摘要:
    利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质,结果表明:在有限排列周期结构光子晶体中,介质表面可支持表面Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了光学Tamm态;表面Tamm态内存在很强的局域电场,而且局域电场在介质界面处分布最强;表面Tamm态内的能量输运,对于低折射率介质可正反两方向输运,且输运速度快,对于高折射率介质只能正向输运,且输运速度较慢,故在高折射率介质界面处形成很强的局域光场。对称结构光子晶体表面Tamm态光学性质可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。
    15  总剂量效应对CMOS读出电路影响及设计加固方法研究
    李敬国 温建国 陈彦冠
    2019, 49(3):355-360.
    [摘要](197) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    总剂量效应会对CMOS读出电路的性能产生明显的影响,甚至使CMOS读出电路功能完全失效。本文主要分析了总剂量效应对NMOS器件阈值、漏电流和器件间漏电流的影响机理。随后,针对640×512 CMOS读出电路提出了可行的抗辐照版图设计方法。总剂量试验表明,采用环栅结构、环源结构的640×512读出电路芯片抗总剂量能力可以达到100 krad(Si)以上。
    16  二次量化技术在像素级数字积分探测系统中的应用研究
    封宇航 李博 张丽莎 袁媛 龙亮
    2019, 49(3):361-368.
    [摘要](204) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    像素级数字积分探测是一种新型的红外探测技术,其具备电荷处理能力高、动态范围大等特点,能够有效提升红外系统探测灵敏度,在各类红外弱信号探测领域具有巨大的应用潜力。像素级数字积分技术中的二次量化技术,可对在总噪声中占比较大的量化噪声进行有效抑制。对像素级数字积分探测系统中的量化步长进行优化设计以及对二次量化技术进行研究,分析量化步长的改变对像素级数字积分红外探测系统性能的影响;分析二次量化的原理及特点,研究其在应用中的关键参数设计,从而推动二次量化技术的发展,实现像素级数字积分探测系统更高灵敏度探测应用。
    17  基于局部多尺度低秩分解的红外小目标检测算法
    孙青 李玲 辛云宏
    2019, 49(3):369-376.
    [摘要](214) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    针对红外低秩块模型计算复杂度大,容易误判等不足,提出了一种更加有效的红外小目标局部多尺度低秩分解检测算法。该算法首先利用非下采样金字塔变换对红外小目标图像做多尺度分解;接着,将分解出的高频子带进行融合,通过融合后的高频信息提取出目标感兴趣区域;最后,利用红外小目标背景的非局部自相关性质对感兴趣区域进行分块,并对各块进行重新排列构成一个新的矩阵;最后,对该矩阵做低秩分解,提取出红外小目标。实验结果表明,与其他低秩分解类方法相比,所提出算法速度更快,提取效果更好,是一种性能优越的方法。
    18  基于中值滤波器的红外图像噪声处理的改进方法
    刘智嘉 夏寅辉 杨德振 林昱 徐长彬
    2019, 49(3):376-380.
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    基于红外图像成像的机理和热像仪工作方式,红外图像往往混有大量随机噪声,而这些都是造成红外图像和视频质量下降的重要原因。中值滤波是一种常用的非线性的滤波方式,对于图像降噪有很好的效果。中值滤波器的处理窗口大小需要提前设定且在处理过程中不能改变。噪声密度越大需要处理窗口越大,但也导致图像的细节相应越模糊。综合窗口大小对降噪能力和细节处理能力的影响,文中对传统的中值滤波器算法进行改进。实验表明,在中值滤波器去除噪声的过程中,随着窗口图像噪声分布情况动态调整窗口大小,能够做到既尽可能去除噪声,又尽可能保持图片的细节,使图像处理整体效果得到提升。
    19  一种改进型增强图像处理算法研究与应用
    刘洋 余建华 顾志芹 陈先锋
    2019, 49(3):381-384.
    [摘要](252) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    常规的基于高斯或拉普拉斯模板的锐化或增强算法应用中,都会出现包边的现象,即在与邻域有强烈对比的目标上会出现明显的暗或亮包边问题。常规方法未对该现象进行处理,导致部分场景目标存在明显的包边现象。基于常规算法产生的包边问题的原因分析,发现主要是在获取高频图像信息时,采用高斯或拉普拉斯这种基于位置差异计算权重的方式导致;因此在进行获取高频细节时,通过增加以灰度差值来调整权重方式来获取细节,或采用更简单的高频细节截止的处理方式,可有效改善增强算法中的包边问题。

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