2019年第8期文章目次

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  • 1  10 μm像元间距1024×1024中波红外探测器研制进展
    周立庆 宁提 张敏 陈彦冠 谢珩 付志凯
    2019, 49(8):915-920.
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    摘要:
    小像元红外探测器已成为红外探测器技术发展的重要方向,像元尺寸减小可提高红外成像系统的探测和识别距离,降低红外探测器成本,减小系统尺寸、质量和功耗等。本文介绍了国内外小像元红外探测器研制进展,重点介绍了中国电科十一所研制的10 μm像元间距1024×1024规模小像元碲镉汞红外焦平面探测器组件。组件为n-on-p平面结构后截止波长5 μm、有效像元率达到99 %、量子效率达到60 %。
    2  激光微加工在微织构技术中的应用及研究进展
    葛良辰 马剑军 曹宇鹏 葛桂兰 花国然 王振刚 蒋苏州
    2019, 49(8):921-928.
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    摘要:
    阐述了激光微加工在微织构技术中的应用及其研究进展,针对常见的微凹坑织构、微沟槽织构及特殊织构进行探讨,并分析了织构参数对润滑减磨效果的影响。重点阐述了微凹坑织构中凹坑直径、深度、面积占有率及其协同作用对织构效果的影响,具体分析了最优面积占有率的选取问题;重点阐述了微沟槽织构在截面构型、深度及沟槽方向等方面对微织构效果的影响,横向对比了多参数协同作用;重点阐述了两种特殊织构的特点及其优劣。在此基础上,进一步指出了微织构技术的研究方向以及激光器、计算机辅助技术等的发展对微织构技术的推动作用,探讨了激光冲击强化技术与微织构技术结合的可能,展望了激光技术介入特殊织构的发展方向。
    3  直接液体冷却薄片固体激光器研究进展
    叶志斌 陈勇 涂波 王柯 尚建力 于益
    2019, 49(8):929-934.
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    摘要:
    在高能固体激光器中,通常每增加一片增益介质都要增加与其对应的一整套冷却系统,随着高能固体激光器功率的进一步提高,激光器系统体积越来越庞大,并且对激光器的热管理提出了越来越高的要求。直接液体冷却薄片固体激光器因其优越的热管理及非常小的体积输出功率比,近年来成为新型固体激光器研究的热点。本文介绍了直接液体冷却薄片固体激光器概念的提出,阐述了该类激光器的特性,并提出了该类激光器的分类。分析了两类直接液体冷却薄片固体激光器的研究进展以及在获取高光束质量方面的技术挑战。
    4  超快激光制备PMMA微流道机理及工艺研究
    王中旺 汪帮富 丁雯钰
    2019, 49(8):935-940.
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    摘要:
    由于传统加工方法不能解决PMMA微流道的加工质量不好和效率低的问题,本文对超快激光直写PMMA制备微流道的烧蚀机理和工艺参数进行了研究。根据实验分析不同的激光功率、加工速度和加工次数对微流道的宽度和横截面的影响规律,利用超快激光加工系统制备微流道,并采用超景深三维显微镜观测微流道的表面形貌。实验结果表明,当超快激光的加工速度为20 mm/s时,激光功率为1.5 W时,制备的微流道的宽度较小、宽度趋势比较平稳;当超快激光作用PMMA的次数一样,由于加工速度逐渐增加,制备的微流道其宽度和激光的加工速度保持线性增加。当加工速度越大时,微流道的宽度较小、且壁面趋势相对平缓,而当加工速度一定,超快激光的输出功率在1.5 W时,微流道内壁区域不易出现残渣堆积和气泡隆起现象。本文通过优化超快激光加工系统的工艺参数,从而加工出尺寸精度高、表面光滑、宽度为20~90 μm的微流道芯片。
    5  光电跟踪系统激光测距变束散角应用分析
    王虎 王佳
    2019, 49(8):941-944.
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    摘要:
    在针对机动目标跟踪的光电跟踪系统设计中,为了确保激光回波率,提出变束散角的激光测距方法。计算表明该方法可进一步提高光电跟踪系统跟踪机动目标时的动态测距性能,可为反导武器系统准确拦截高速机动目标提供重要保障。
    6  磁场约束提高LIBS定量分析精度研究
    杨彦伟
    2019, 49(8):945-949.
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    摘要:
    对磁约束下激光诱导击穿光谱技术定量分析精度及检出限进行了专门研究。本文将磁场约束应用于LIBS技术中,选择Ni II 221.648 nm为镍元素分析线,Fe II 258.588 nm为内标元素谱线,利用标准不锈钢光谱样品303,304,316,321,347结合内标法进行不锈钢中Ni元素定标曲线拟合,用310样品光谱进行定标曲线精度分析及检出限分析。实验结果表明,磁场约束可以有效增强等离子体光谱强度,磁约束下内标法得到的定标曲线拟合系数更高,且310样品检测浓度较LIBS技术更为准确,Ni元素的探测下限降低了1.7倍。
    7  同步扫描水下激光成像系统的蒙特卡洛仿真及优化
    肖国梁 屠大维 张旭
    2019, 49(8):950-955.
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    摘要:
    针对水下激光同步扫描三角测距成像系统受水介质散射和吸收影响导致作用距离减小、目标反射点图像质量变差等问题,从辐射传输理论出发,采用蒙特卡洛方法建立水下激光传输的随机模型,利用TracePro软件进行光线追迹仿真,得到反射点图像相对散射光背景的对比度。探讨了目标距离、激光光强、基线距离、物镜口径等改变对对比度的影响关系,从而对水下激光同步扫描三角测距成像系统参数作了优化设计。最后从系统实际情况和需要出发,确定激光光强1 W,基线距离250 mm,成像物镜50 mm/F2,确保在7.5 m距离范围内,有较好的目标反射点图像对比度,从而保证了同步扫描三角测距原理的实施。
    8  高重频LD泵浦Er∶YSGG固体激光器
    陈国 冯江 李宝 赵书云 苑利钢 魏磊
    2019, 49(8):956-960.
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    摘要:
    2.7~3.0 μm 激光器在医疗、军事等方面具有重要的应用价值,本文简单分析了Er∶YSGG晶体的能级结构以及激光特性,重点描述了采用968 nm LD泵浦Er∶YSGG晶体产生2.79 μm激光,在500 Hz的泵浦频率下获得最高功率14.3 W的2.79 μm激光输出,光光转换效率达到7.1 %,斜效率达到11 %,同时采用二氧化碲(TeO2)作为Q开关,实现10 W的脉冲输出,动静比达到70 %,脉冲宽度63.18 ns,这对于2.79 μm激光在中长波激光器中的应用具有重要意义。
    9  车载异构非制冷红外成像行人检测系统
    谢江荣 李冰 卫红
    2019, 49(8):961-967.
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    摘要:
    车载红外夜间行人检测具有重要的实用价值,传统系统往往结构复杂、行人检测算法实时性难以保证。针对该问题提出了基于FPGA + DaVinci处理器构架的非制冷红外热成像行人检测系统,充分利用红外焦平面的成像特点,获取经预处理后的图像画质清晰;在检测行人区域过程中,提出结合局部自适应阈值分割和形态学处理的预处理方法,能够有效去除强背景的干扰;另外,利用Haar-like特征事先训练AdaBoost分类器,进行ROI的分类、识别。实验结果表明,采用多核心异构的系统,具备结构紧凑、数据通信难度小、算法移植性强等优势;FPGA对算法加速效果约为38 %,实时检测帧频达到了25 f/s。
    10  高光谱成像结合BP网络无损检测李子的硬度
    孟庆龙 张艳 尚静
    2019, 49(8):968-973.
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    摘要:
    以“红”李子和“青”李子为研究对象,提出了基于高光谱成像技术结合误差反向传播(error Back Propagation,BP)网络无损检测李子硬度的方法。采用高光谱图像采集系统获取了李子样本的高光谱图像,并提取了感兴趣区域的平均光谱反射率;综合比较了不同光谱预处理方法(一阶导数(derivative)、标准正态变换(SNV)和多元散射校正(MSC))对BP网络模型检测效果的影响;并利用主成分分析方法对预处理后的光谱数据进行降维,以提取能反映李子硬度的特征光谱。研究结果表明:derivative预处理后的光谱具有较好的李子硬度校正能力(RC=0.939,RMSEC=0.153),而SNV预处理后的光谱具有较好的李子硬度预测能力(RP=0.723,RMSEP=0.580);采用主成分分析法选择了累计贡献率超过99.99 %的主成分作为样本集特征光谱数据,很好地实现了光谱数据的降维,提升了BP网络模型的运行效率。这表明高光谱成像技术结合BP网络可实现李子硬度的无损检测。
    11  光电搜索跟踪系统中电机性能的校核方法
    金刚石 王斯
    2019, 49(8):974-977.
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    摘要:
    提出了一种光电搜索跟踪系统中电机性能的校核方法,这种方法是将电机工作区域与负载工作区域叠加,利用两区域的包含关系来判断电机是否满足负载的使用要求。该方法弥补了传统的电机性能校核方法的不足——当负载运行到某些极端情况时,可能导致电机无法达到技术要求的问题。该方法应用简单,并且较传统的电机性能校核方法更完善、更可靠。
    12  宽光谱光电系统多光轴平行性工程化测试方法研究
    杨雪 陈文红 张玺 初华 钱琨 张珊 方洁 孙宁 张勇 郭延龙 欧阳艳蓉
    2019, 49(8):978-982.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    针对宽光谱光电系统多光轴平行性的工程化测试要求,设计一套光轴平行性测试的系统和方法。该系统采用离轴非球面折叠光路,设计出口径120 mm,焦距720 mm的平行光管,实现了轻量便携。采用模块化设计、多靶标集成技术,实现在同一光学系统里对红外、可见光、激光的光轴平行性测试。采用图像处理和自动控制技术实现多光轴平行性的定量检测,测量误差控制在0.1 mrad以内。经与CI测试系统对比测试,结果表明:光轴平行性测试一致性好,准确度高,具有工程化应用价值。
    13  空间激光通信单探测器复合跟踪控制技术研究
    张敏 佟首峰 滕云杰
    2019, 49(8):983-986.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    空间激光通信终端伺服系统是一种高精度的跟踪机构,在扰动条件下,通信系统对跟踪系统的稳定性及精度提出了较高的要求。本文主要介绍了激光通信伺服系统的复合跟踪技术,详细论述了单探测器复合跟踪方式的选择以及激光通信伺服系统的控制流程。最后,在振动平台上进行了粗精复合的激光跟踪实验。实验结果显示,当通信终端系统跟踪最大振动加速度为0.22°/s2的振动平台时,跟踪目标平稳性较好,单独采用粗跟踪时误差为60 μrad,采用粗精复合跟踪时位置误差可以达到2 μrad。实验结果表明,空间激光通信系统中单探测器复合跟踪技术的设计满足了系统跟踪精度的要求,为激光通信控制系统的设计提供了一定的参考。
    14  卡塞格林系统的杂散辐射分析
    栗洋洋 刘琳 彭晴晴 杨加强
    2019, 49(8):987-991.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    卡塞格林系统是一种常见的同轴反射系统,具有长焦距、大通光口径、工作波段宽的特点。但是,卡塞格林系统的结构形式,决定了其受杂散辐射的严重影响。本文对卡塞格林系统进行了杂散辐射特性的研究和讨论,首先指出了该系统的杂散辐射源,并在杂散光分析软件TracePro中建立了系统的光机模型,对系统进行杂散光追迹。然后分析得出系统的外部杂散辐射和内部杂散辐射对系统的影响,得到系统的点源透过率,并据此指标评价系统的杂散光抑制水平。最后,针对系统的杂散辐射,设计了遮光罩并提出其他杂散防护措施。
    15  自由空间光通信链路最优束散角分析
    张慧颖
    2019, 49(8):992-995.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    讨论了FSO通信系统链路最优束散角问题。由空间光通信链路方程得出,减小束散角会增大通信链路裕量。在未对准误差情况下,深入分析偏移角、束散角与链路裕量之间的关系;假设未对准损耗是链路裕量的唯一影响因素的条件下,通过推导得出最大偏移角表达式,当未对准(偏移)角度取得最大值时对应的便是最优束散角。由仿真分析可知,偏移角度的增大导致系统接收光功率减小;对于该系统光束束散角处于1.6 mrad时便是最优束散角。该部分内容研究为对星地的上行和下行通信链路功率计算提供了理论支撑。
    16  卫星温度传感器的高可靠性封装
    梁玉娇 钟国舜 娄小平 孟凡勇 祝连庆
    2019, 49(8):996-1001.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    针对卫星在轨温度实时监测对传感器可靠性的要求,提出了一种采用金属基底与陶瓷片结合的光纤光栅温度传感器封装结构和工艺。将光纤光栅弯曲为C字型并粘贴固定于陶瓷薄片上,以避免陶瓷材料热应变引起光栅产生轴向应变影响温度测量精度,陶瓷片用导热胶及硅胶固定于金属槽内,保障其牢固性并良好导热,同时进一步隔离被测部件机械变形及热变形对光栅的影响。地面实验采用恒温水浴槽进行模拟,对不同温度下传感器的反射波长与温度骤变时传感器的响应时间进行标定,并在轨测量了卫星运行时帆板的温度变化过程。结果表明,传感器在满足温度灵敏度、响应速度的同时,满足了卫星温度监测对传感器可靠性的要求。
    17  富含高频的截面精确重建
    韩彦 宋一中
    2019, 49(8):1002-1006.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    应用非线性自适应自动追踪目标的迭代重建算法(NAIRT)重建富含高频的截面。选用圆柱形PVC管材模拟轴对称场,法向截面是PVC圆环,对于截面场来说,PVC材质圆环即是矩形脉冲信号。X-ray对PVC管法向透射,采集透射影像。对PVC法向切片,从透射影像中提取切片的投影信息,应用NAIRT反投影迭代重建。结果发现,PVC材质对X-ray的吸收系数大约是2.2~2.6;重建PVC环厚度是8个像素;外直径是96个像素;根据PVC管材的参数,计算的重建PVC环厚度相对于管直径误差为0.46 %。对重建数据灰度化,结果发现,不论灰度级怎么量化,PVC环厚度均匀、恒定;边缘清晰、分明。意味着重建结果PVC材质环的数据十分陡峭,从信号角度分析,矩形脉冲信号得以精确重建。综合分析发现,NAIRT能够精确重建富含高频成分的截面。
    18  高稳定激光原子磁力仪恒流源电路设计
    陈立杰 黄光明 杨国卿
    2019, 49(8):1007-1013.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    针对用于原子磁力仪的895 nm VCSEL激光器,提出了一种电路结构简单,高稳定性的压控恒流源电路。此电路使用了一种巧妙的精密恒流源电路与一种常见的压控微电流源电路相并联,在保证高稳定性和一定精度的基础上,实现了低成本、小体积和低功耗。通过实验检测表明,恒流源的稳定性优于10-6A(最大波动0.35 μA),电流步进连续可调,电路面积为4.5 cm×4.5 cm,最大功耗为468 mW,能够很好地满足小型激光泵浦的原子磁力仪对激光器的控制要求。(1.College of Physical Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan 430079,China;2.College of Electronic Information,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,China)
    19  高光谱用长波红外探测器读出电路设计
    岳冬青 马静 李敬国 于小兵
    2019, 49(8):1014-1018.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    介绍了高光谱长波红外探测器读出电路设计。设计基于SMIC 0.35 μm 5.0 V工艺,文中介绍了电路的结构,并对各组成模块及其优化结构、电路仿真做了详细介绍,通过仿真对注入效率进行了分析计算,电路经测试,各项功能正常,性能优良,动态范围>71 dB,最大帧频>250 Hz。
    20  基于SSD改进的目标检测方法研究
    张俊蓉 徐长彬 唐明周 鹿玮 卞紫阳
    2019, 49(8):1019-1025.
    [摘要](1) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为了满足目标检测任务实时性的要求,基于轻量级深度学习目标检测网络SSD_Mobilenetv1,通过改进其网络结构,以及增加更细粒特征图参与位置回归和分类来综合网络的上下文信息及引入反残差模块提升网络提取特征的能力,实验表明在保证实时检测速度的同时提高了检测精度,并在KITTI数据集上进行训练验证,取得了良好的效果。
    21  一种宽动态范围下的红外图像局部细节增强算法
    李继泉 时勤功 李井文
    2019, 49(8):1026-1032.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对红外图像在宽动态范围下压缩到窄动态范围时带来的图像细节显示模糊、暗处细节丢失以及对比度偏低等问题,提出了一种基于引导滤波分层的红外图像细节自适应增强算法。对背景层利用优化的CLAHE算法来进行压缩,对细节层利用脉冲噪声的多尺度检测并结合韦伯定理的方法进行压缩;解决前述的弱细节模糊以及暗部细节丢失问题。综合主、客观实验结果表明,相对于映射类、分层增强类以及Retinex和集成学习类增强算法,本文所提算法在背景层对比度和光照强度优化、细节层噪声抑制和弱细节增强上取得优异效果;在信息熵、PSNR和SSIM三种客观评测指标下综合效果最佳;处理速度达到150 f/s。在保证实时性的同时,不仅提高了图像的整体对比度,还突出了图像的局部细节,适用于宽温度范围下复杂环境的应用。

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