2019年第9期文章目次

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  • 1  光电对抗技术反无人武器作战问题研究
    李朝龙 代恒 陈玉华
    2019, 49(9):1035-1040.
    [摘要](136) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    如何利用光电对抗技术反无人武器作战,正成为影响未来战场胜负至关重要的问题。在现代战争中运用光电对抗技术反无人武器作战,可以有效保护我方陆海空战场安全,形成整体或局部有利于我的战场态势。本文从光电对抗特性和无人武器主要光电载荷的分析着手,提出无人武器存在的主要弱项,形成利用光电对抗技术反无人武器的对策建议。
    2  迷彩涂层1064 nm激光散射特性测量及建模
    周冰 高宇辰 刘贺雄 贺宣
    2019, 49(9):1041-1046.
    [摘要](89) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    迷彩涂层1064 nm激光散射特性对激光探测装备的极限作用距离和军事装备激光隐身性能有显著影响,而目前对涂层材料的激光散射特性的研究大都是针对单一种类涂层。本文根据不同类型迷彩涂层由不同颜色组成的特点,通过分别测量不同颜色迷彩涂层的双向反射分布函数(BRDF),再根据国军标中不同迷彩涂层颜色的面积比例规定进行加权计算,得到不同种类迷彩涂层的BRDF。以草原夏季型迷彩涂层为例,利用上述方法对其BRDF进行测量和计算,并利用五参数经验模型进行参数建模,得到草原夏季型迷彩涂层的参数模型。通过拼接实验,验证了计算方法的正确性。对于进一步研究军事装备的涂层材料激光散射特性提供数据依据,为研究类似情况下多种材料复合涂层的激光散射特性研究提供了借鉴思路。
    3  基于Mie散射激光雷达的气溶胶消光系数反演方法
    豆晓雷 常建华 刘振兴 徐帆 刘秉刚 房久龙
    2019, 49(9):1047-1053.
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    Mie散射激光雷达在探测气溶胶光学特性方面应用极其广泛,但在确定气溶胶消光系数边界值、后向散射消光对数比等方面缺乏精准性。基于Klett后向积分模型,提出了一种利用Mie散射激光雷达反演气溶胶消光系数的方法。首先,通过构建非线性方程,利用Steffensen迭代法获得气溶胶消光系数边界值。其次,借助差分吸收激光雷达函数模型推导气溶胶后向散射消光对数比。最后,引入反馈系统,不断修正边界值,减小气溶胶消光系数反演的误差。实验结果表明,该算法能够更快速地获取消光系数边界值并反演出高精度的气溶胶消光系数,平均相对误差低于10 %,在气溶胶探测中应具有广阔的应用前景。
    4  靶面激光光斑尺寸原位测量的研究
    王岳亮 邓朝阳 苏一凡 李福海 陈兴驰 赵国瑞 董东东 马文有 刘敏
    2019, 49(9):1054-1059.
    [摘要](88) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。
    5  激光近净成形中熔池宽度实时监控系统的研究
    杨启 田虎成 闫昭华 袁自钧 陈向东
    2019, 49(9):1060-1067.
    [摘要](78) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    在激光近净成形过程中,为了快速有效地获取熔池区域信息并加以控制,文设计了CCD同轴拍摄系统获取熔池的双色图像,可以准确地获得熔池区域的图像信息,并利用最小外接矩形图像处理方法快速有效地获取熔池宽度,通过PID控制器调节激光功率加以控制。实验表明,基于双色图像的CCD同轴拍摄方法和熔池宽度闭环控制系统有效解决了激光往复扫描下薄壁工件的边缘凸起和上下宽度不均匀的问题。
    6  激光抛光中金属表面的建模及仿真
    王涛 王杰 姚涛 沈永辉 邢奔
    2019, 49(9):1068-1074.
    [摘要](110) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    为了更好地研究激光抛光的作用机理,基于高斯热源对材料表面形貌的变化过程进行了数学建模分析,对表面形貌模型进行了理论表述,使用三种模型的二维投影进行曲线积分的方法拟合材料表面轮廓,提出利用计算过渡表面的方法,将建模对象由单峰扩大到了整个光斑范围,利用外法线方向受定向激光辐照后升温去材的方法拟合表面的z轴向变化,通过z轴的变化来预测抛光后的表面粗糙度。最后使用ANSYS对不同形貌的材料表面进行激光辐照仿真,得出各种表面情况下温度随时间变化的情况,不同的材料表面形貌对抛光效果有很大影响。
    7  一种光学集成式杜瓦组件的设计与制备
    张磊 林国画 康键 范博文
    2019, 49(9):1075-1079.
    [摘要](77) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    红外探测器杜瓦集成光学技术通过将光学系统集成在杜瓦组件内部,使之处于恒定的低温环境中,实现光学系统的低温化、无热化和小型化,有效提高红外成像系统的探测精度、灵敏度和对环境温度变化的适应能力。本文通过短焦距、大视场集成光学中测杜瓦组件的研制,获得了杜瓦内集成低温光学系统的设计方法,对于开展杜瓦集成光学技术研究具有一定的参考意义。
    8  红外探测器杜瓦结构的快启动优化
    李艳红 孟令伟 杜云章 付志凯
    2019, 49(9):1080-1083.
    [摘要](82) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    某型号红外探测器组件在工程应用中需要极短的制冷启动时间,红外焦平面探测器组件的启动时间与制冷器的制冷性能和杜瓦冷头的热学性能相关。本文在不改变J-T制冷器状态的条件下,通过对杜瓦结构的冷屏、框架、冷台等零件的热负载设计优化仿真优化设计,减小冷头热质量,提高导热效率,有效减少了组件的制冷启动时间。
    9  辐射测温系统动态范围的展宽与定标
    马冬晓 汪家春 陈宗胜 王冰
    2019, 49(9):1084-1090.
    [摘要](78) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    辐射测温作为研究红外诱饵等火工品燃烧特性的重要手段,常常由于探测器材料限制,测温范围较窄,不能满足高燃温火工品温度测量的需求。针对某型红外热相仪测温范围较窄的问题,本文首先对辐射测温系统定标理论进行了分析,确立了宽动态范围探测器像元灰度响应与目标辐射亮度的关系;其次通过前置透过率为0.119 %的中性密度衰减片,将系统在250 μs积分时间下的最高可探测温度由140 ℃提高到1796.33 ℃,同时使得系统在500 μs积分时间下的最高可探测温度达到1233.81 ℃,并且在250 μs,500 μs,800 μs,1000 μs,1500 μs五个档位的积分时间下对450 ℃以上的高温测量误差小于0.5 %,具有良好的测量精度。
    10  中长波红外探测器非线性度分析
    邢艳蕾 周翠
    2019, 49(9):1091-1094.
    [摘要](83) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    线性度作为评价探测器性能参数的一个重要指标,直接影响着用户的使用状况。以中长波两个波段的探测器作为实验器件,分析讨论了以全波段黑体辐照功率与像元响应率线性拟合及以波段辐照功率与输出信号电压进行线性拟合的两种不同的评价方案。全波段黑体辐照功率拟合出的线性度结果较差,非线性度在6 %左右,而采用波段辐照功率拟合出的非线性度均在0.5 %以内。最终确定以波段辐照功率拟合出的线性度有较高的准确性,为直观评价探测器性能的优劣提供了指导依据。
    11  红外探测器辐照机理分析及辐照试验验证
    李敬国 温建国 陈彦冠
    2019, 49(9):1095-1099.
    [摘要](70) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    红外探测器处于太空或辐射环境会受到各种辐射粒子作用,其性能会发生衰减。本文主要分析了各种辐射效应对HgCdTe红外探测器性能影响机理。针对红外探测器复合钝化加固方法,ROIC环源环栅加固方法进行试验验证。辐照试验显示,加固后的红外探测器互联抗辐照读出电路,其抗总剂量、抗剂量率及抗中子辐射位移达到了比较好抗辐照效果。
    12  面向监视侦查的光电探测场景仿真系统总体设计
    于鲲 丛明煜
    2019, 49(9):1100-1107.
    [摘要](86) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    现有仿真设计软件功能还难以满足空天地一体化光电探测系统总体设计的需求,迫切需要开发一套光电探测场景仿真设计软件。通过对光电探测场景组成要素、探测链路与任务模式的分析,规划了仿真系统结构、功能与关键技术,设计了面向对象的数据结构属性方法与仿真计算流程,在VS2010+QT5.4环境下开发了光电探测场景仿真系统的基础版本。给出了美国STSS天基红外监视系统中段目标探测任务仿真实例计算结果和笔者团队的光电探测仿真技术主要应用成果。
    13  一种图像校正的偏振光罗盘系统的研究
    王玉波 杨江涛 唐军 刘俊 申冲 郭肖亭 秦丽
    2019, 49(9):1108-1113.
    [摘要](80) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](11)
    摘要:
    导航传感器在探险、应急、精确制导武器、船舶、航空器导航和定位系统中起着关键作用。针对偏振光罗盘在倾斜状态下误差较大的问题,提出了一种利用加速度计和陀螺仪对偏振光罗盘进行图像校正的方法,设计了一种基于陀螺仪校正的偏振光罗盘系统。首先利用加速度计和陀螺仪计算得到载体姿态角,对偏振光图像数据进行图像校正,采用Stokes矢量法解算大气偏振模式分布,进而提取导航特征点,最后对特征点进行拟合解算出航向角信息。并且进行了静态和动态测试实验,实验结果表明,该算法能够有效的对偏振光罗盘姿态变化引起的误差进行补偿,可以将偏振光罗盘的航向角测量误差控制在1.86°之内,平均误差为0.09°。
    14  基于卡塞格林系统的激光测距接收光学系统的设计
    季云飞 谢桂娟
    2019, 49(9):1114-1118.
    [摘要](70) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    针对远程激光测距系统的轻量化、小型化需求,采用了大口径卡塞格林物镜光学系统,达到了用较小的发射功率实现较远的目的,同时加入了与视场匹配的视场光阑,来抑制杂散光对探测能力的影响。通过合理优化布局,平衡系统横向尺寸与主次镜遮挡比需求,最终采用了8×望远系统与大相对孔径的聚焦系统组合的结构方式,优化后的系统成像质量好,结构紧凑,重量轻,满足实际应用需求。
    15  空芯光子晶体光纤的塌缩及选择性液体填充
    王超 冯国英 陈晓旭 杨超 李玮
    2019, 49(9):1119-1123.
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](10)
    摘要:
    研究了一种空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的微孔塌缩特性,所用设备为传统光纤熔接机,对塌缩后的光纤实现了液体的选择性填充。并通过有限元法仿真分析了该空芯光纤在液体填充前后的基本参数:有效折射率、模场有效面积、数值孔径。通过仿真对比发现空芯光纤在中心孔选择性液体填充后非线性效应增大;通过实验得出了最佳光纤塌缩参数为光纤端面距离放电中心距离为50 μm,放电时间800 ms,放电强度为15.5 mA。
    16  基于飞秒激光制备的光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器
    张东亮 周康鹏 钟国舜 何巍 张雯 祝连庆
    2019, 49(9):1124-1129.
    [摘要](76) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    提出并设计了一种基于飞秒激光在光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)中制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。采用飞秒脉冲激光作为加工光源,结合放大倍率100×的物镜以及三维加工平台在PCF侧面采用逐线刻写方式进行加工。通过对飞秒激光光斑在光纤上的聚焦位置以及刻写功率进行优化,在PCF上刻写了深度均为80 μm、间隔为800 μm的两条划线,实现了周期为0.98 nm的全光纤F-P结构制备;实验中,对传感器在40~120 ℃温度范围内的光谱特性进行了测试与分析,每隔10 ℃进行一次数据采集,随着温度逐渐增加波长向长波方向漂移,通过对该采样点数据进行线性拟合,得到该测试点的波长温度灵敏度为9.73 pm/℃,拟合线性度为0.997。
    17  小像元红外探测器读出电路设计研究
    岳冬青 吉晶晶 宁提
    2019, 49(9):1130-1134.
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    介绍了基于SMIC 0.18 μm 3.3 V工艺设计研究的第一款小像元红外探测器读出电路,间距10 μm,规模1024×1024。文章详细介绍了像素输入级以及列级、输出级运放的设计,为提高线性摆伏,设计选用了低阈值NMOS管nmvt 33,仿真分析证明低阈值管nmvt 33的噪声性能优于普通管n 33;版图设计对关键信号线和敏感点采取隔离处理措施,对像元间串扰进行了仿真分析,有效控制了信号串扰。电路经测试使用各项功能正常,最大电荷处理能力达到4.3 Me-,动态范围≥65 dB,读出速率达到10 MHz,性能指标满足设计要求。
    18  基于大气灰度因子的红外图像增强算法
    王笛 沈涛 孙宾宾 崔晓荣
    2019, 49(9):1135-1140.
    [摘要](81) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    通过分析红外图像的成像特点,将图像的灰度空间来源分解为物体辐射以及大气辐射,并提出了大气灰度因子来表征由于大气辐射产生的灰度空间。为了改善图像质量,增强图像的视觉效果,通过建立基于大气灰度因子的灰度映射模型有效地消除了大气辐射造成的图像质量退化。针对增强图像出现的边缘比较粗糙的问题,本文以原始图像为引导,通过导向滤波对大气灰度因子进行修正。相较于传统的直方图均衡算法,本文的算法具有更强的适应性,能够在增强图像对比度的同时较好地保留边缘细节等信息,有利于进一步的红外目标检测等工作。
    19  复杂光线环境下结构化光斑的差动成像提取方法研究
    张辉 陈静萍 文梓豪 潘孟
    2019, 49(9):1141-1146.
    [摘要](71) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    结构化光斑提取是线结构光三维视觉测量的重要基础。针对在复杂背景光环境下结构化光斑难以提取的问题,本文提出一种基于时域差动成像的结构化光斑提取方法。通过电路控制线结构光与成像单元的同步工作,使连续拍摄得到的两帧图像中一帧含有结构化光斑,另一帧不含结构化光斑,通过对两帧图像灰度值的相似性特征参数识别,提取光斑的潜在区域,再结合关联区域筛选处理,即可有效提取出结构化光斑。这一方法能够在复杂的背景环境中将低信噪比结构化光斑准确提取出来,对于线结构光三维视觉测量等结构化光斑的相关应用都具有很高的实用价值。
    20  飞秒激光光斑轮廓的傅里叶描述子重建及特征提取
    王福斌 潘兴辰 王尚政 李占贤
    2019, 49(9):1147-1152.
    [摘要](82) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    在利用飞秒激光对单晶硅材料进行微尺度烧蚀时,衍生的等离子体发光光斑中蕴含着大量的加工信息。如何有效提取光斑图像的几何特征信息,对研究飞秒激光烧蚀加工工艺过程具有重要意义。轮廓特征是描述激光光斑最重要的特征之一,本文着重分析了等离子体光斑轮廓特征与光斑运动规律间的关系及光斑运动情况分类方法。首先,考虑到光斑微弱的特性,对光斑图像进行增强处理。其次,采用链码方法提取光斑轮廓特征,并利用傅里叶描述子低频特性,选取少量的描述子重建光斑图像轮廓特征,减少了复杂的计算量,有效提高了光斑图像分类的速度与质量。最后,运用Hu不变矩特征证明傅里叶描述子用于提取激光光斑对轮廓特征的有效性。

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