• 2020年第11期文章目次
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    • >综述与评论
    • 多模光纤在超短脉冲激光领域的新应用

      2020, 50(11):1291-1297.

      摘要 (56) HTML (0) PDF 1.83 M (209) 评论 (0) 收藏

      摘要:多模光纤在孤子效应、时空锁模、高能量光纤激光器、超快光纤激光器、高能量激光传输等多个领域有特殊的研究价值和应用前景,引起了研究人员的高度关注,成为近年来国内外的研究热点。文章总结了国内外多模光纤器件的研究进展,重点分析了基于多模光纤的锁模激光器、新型锁模器件、非线性自净效应的发展现状及存在的问题,并对其未来发展方向进行展望。

    • 战术激光武器陆战场运用思考

      2020, 50(11):1298-1302.

      摘要 (35) HTML (0) PDF 1.20 M (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:新时代条件下陆军防空任务正在受到新型远程无人武器的巨大挑战,传统远中近程防空武器系统亟需进行变革性重组和加入新型防空力量,战术激光武器的发展运用由此孕育而生。本文提出了战术激光武器的主要特征,研探了其主要任务清单和效能,分析了战术激光武器在陆战场中实际运用方式,总结了其战场实际需求和发展。

    • >激光应用技术
    • 一种新的激光发射系统准直方法

      2020, 50(11):1303-1307.

      摘要 (38) HTML (0) PDF 1.02 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光发射系统包含多个光通道和传感器,还具有非常高的能量和异常波长。因此,传统的轴系调试方法非常复杂,而且精度不高。传统方法对实际光路进行调试,还存在人员安全的问题。本文提出了一种基于自准直法的新方法,建立了新的光学辅助调试光路,利用高精度自准直数显设备,对系统光学进行调试,解决了人员安全和高精度的问题。文章对该方法进行了仿真和实验。最后,对激光发射系统的精度和误差合成进行了分析和比较,新方法能将传统方法15 mrad的调轴精度提高至3 mrad,分析结果表明,新方法具有安全高效且精度高的优点。

    • 光源线宽和脉宽对激光测风雷达测量精度的影响

      2020, 50(11):1308-1312.

      摘要 (32) HTML (0) PDF 967.10 K (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光线宽和脉冲宽度是激光测风雷达测量精度重要的影响因素。本文分析了风速测量精度的影响因素,理论推导了激光线宽与信噪比关系,以及脉宽引起的功率谱展宽。数值分析表明,线宽增加引起的信噪比下降和脉冲宽度引起的谱线展宽都会导致风速测量精度下降。脉冲累计发数在10000的条件下,相干测风激光雷达系统脉冲宽度和信噪比分别为100 ns、-35 dB或激光线宽小于45 kHz,时,风速测量精度优于0.5 m/s。减小线宽和增加脉冲宽度,可以增加风速测量精度。在相同信噪比条件下,较宽的脉冲宽度的风速测量精度更高。

    • 基于PCA-CLEAN的噪声稳健激光微多普勒特征提取方法

      2020, 50(11):1313-1321.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.76 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:雷达回波中的微多普勒效应能够反映目标的几何结构和运动特性,作为目标独一无二的特征,能够用来实现对目标类别和属性的判断。波长的优势使激光雷达相对于微波雷达具备更好的微多普勒探测精度。针对空中飞机目标(直升机、螺旋桨飞机)回波中微多普勒调制能量较弱,易被噪声污染的问题,提一种基于PCA-CLEAN的噪声稳健激光微多普勒特征提取方法,首先利用PCA对回波信号进行噪声抑制,然后利用CLEAN算法将回波中的机身分量和微动分量区分开,进而提取反映不同目标微动差异的三维特征进行目标分类,基于仿真和实测数据的实验结果表明,所提方法能够获得较好的分类性能,同时在低信噪比条件下能够获得较好的噪声抑制性能。

    • 脉冲激光雷达最大测程的设计与估算方法研究

      2020, 50(11):1322-1327.

      摘要 (25) HTML (0) PDF 953.18 K (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:最大测程是脉冲激光雷达的重要指标,也是其测距性能的综合体现。本文从脉冲激光雷达测距方程入手,对影响最大测程的因素进行了分析,简要地给出了最大测程设计中的考虑要素。文章从工程实践的角度,对当前脉冲激光雷达的检测方法进行了优、缺点分析,并针对不同条件给出了最大测程的快速估算方法。这些估算方法立足于工程实践,具有计算量少、成本低、结果直观、应用方便灵活等优点,能够更好地指导用户开展性能检测、维修评估等工作,具有较高的推广应用价值。

    • 高压输电线聚合物激光清除系统设计与实验研究

      2020, 50(11):1328-1332.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.13 M (91) 评论 (0) 收藏

      摘要:高压及特高压电网是电力系统中进行远距离大规模电能输送的重要物理传导网络。输电线路暴露在自然环境中,常被塑料等非金属异物缠绕,易造成重大供电安全事故,故须清除异物。为安全、快捷的清除高压输电线上的异物,本文分析研究了激光清除聚合物的原理,设计了高压输电线异物激光清除系统,搭建了实验装置,并对七种常见输电线异物进行了清除实验研究。实验结果表明,本文设计的激光清除设备可对高压输电线上常见的异物进行有效清除,结构简单,安装调试容易,便于操作,易于实现远距离、完全非接触清除,对光缆实现了完全无损,且具有高效、快捷、安全性高等优点,对大部分异物的清除仅需不到3 s时间。

    • 利用车载激光点云的分车带识别及单木分割方法

      2020, 50(11):1333-1337.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.04 M (121) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于车载激光点云数据的城区分车带识别及单木点云分割方法,首先通过布料模拟算法进行点云滤波去除地面点,然后利用基于八叉树连通性分析对非地面点进行聚类并构建聚类单元的最小包围矩形,基于先验知识和高差约束进行分车带识别,最后根据单木的空间几何特征,引入基于局部最高点的区域生长算法实现分车带内点云单木分割。选取北京市某道路的车载激光点云数据进行实验,结果表明:该方法能够从车载激光点云中快速识别出分车带点云并完成单木分割,能达到较好的识别和分割效果,具有抗噪性强和提取精度高的特点。

    • 光环晶格的产生与传输研究

      2020, 50(11):1338-1344.

      摘要 (31) HTML (0) PDF 1.43 M (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:理论和实验研究了单环与多环晶格的产生及空间传输特性。数值结果表明,光环晶格初始产生时共轴叠加的拉盖尔高斯涡旋光束拓扑荷之差决定着光强分布中亮暗花瓣状光斑数量;暗环晶格的相位分布存在奇异点,与光强分布中暗花瓣状光斑数量及位置相互对应,亮环晶格相位分布中无奇异点;随传播距离的增加,光环晶格的亮暗花瓣状光斑均远离光束中心,暗环晶格拓扑荷为正值发生顺时针旋转,为负值则发生逆时针旋转,亮环晶格无旋转特性。实验上,利用反射式空间光调制器产生了光环晶格并使用CCD记录保存,探究了光环晶格的光强分布以及空间传输特性。实验结果与理论结果基本符合,该研究成果为光环晶格的冷原子捕获提供了一定的理论与实验依据。

    • 基于FPGA的激光回波数据采集与传输系统

      2020, 50(11):1345-1351.

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.32 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的激光测距机只是通过测量激光发射主波和目标反射的回波的时间间隔来测量目标距离的。这种方法简单易行,但是没有充分利用信号波形所携带的信息,没有达到探测系统的最佳信噪比。为了提高信号的信噪比、增加激光测距机的作用距离,可以采用全波形高速采样的方案,这些激光全波形数据可用于后续处理的幅度累加、自相关、互相关等处理,能够有效地提高回波信号的信噪比。本文的工作是这种测距方案的一个重要组成部分,包括高速AD采样、FPGA的时序控制、数据采集和传输等部分。针对激光回波数据采集与实时传输的要求和AD采样芯片的多通道、数据量大、速率快的特点设计了基于现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)、单时钟先进先出存储器FIFO(First-In- First-Out)和RS232接口总线的激光回波数据采集与实时传输系统。系统主要以FPGA和RS232协议为核心,主要研究采用状态机设计模块来将系统各个模块联结起来。由FPGA向AD芯片写入配置数据的同时,也接收AD芯片的输出数据并送入到FIFO存储器进行缓存和运算处理,处理好的数据由RS232总线发送给上位机进行数据处理。仿真实验结果表明系统逻辑准确,可以满足激光回波波形实时采集与传输的基本要求。

    • >红外技术及应用
    • 宽带k分布模型计算液体火箭尾焰辐射信号

      2020, 50(11):1352-1357.

      摘要 (16) HTML (0) PDF 1.26 M (106) 评论 (0) 收藏

      摘要:快速计算火箭尾焰辐射信号对导弹的识别和跟踪具有重要意义。先利用工程经验公式计算得到尾焰的流场,采用宽带k分布模型计算液体火箭尾焰的辐射信号,并与逐线计算基准解比较,发现宽带k分布模型在探测器工作光谱区域内的相对计算误差基本都小于10 %。利用该模型研究飞行参数对尾焰辐射信号的影响,计算结果表明:喷管出口温度、马赫数、非计算度增大,液体火箭尾焰的辐射强度增大;海拔高度升高,不同探测器工作光谱区域尾焰辐射强度变化趋势有所不同。

    • 激光红外热成像铝合金表面裂纹检测表面处理的研究

      2020, 50(11):1358-1363.

      摘要 (15) HTML (0) PDF 1.10 M (96) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过搭建激光红外热成像检测平台,对已制备的铝合金光滑表面及表面处理后裂纹缺陷试样进行检测,对裂纹处的红外热图和温度数据进行分析,并且为了突出表面处理检测效果,用差动式检测方法对比在不同功率下表面处理前后温差变化。实验结果表明,随着功率的增大,裂纹缺陷表面处理前后的温差都存在温差增大的变化,但是表面处理后裂纹缺陷温差变化更加明显。相同功率条件下,裂纹缺陷表面处理后温差幅度远大于表面处理前的温差幅度。可见对激光红外热成像铝合金表面裂纹检测进行表面处理,明显提高其热吸收率,而且相较于表面处理前,经过表面处理后,所需更小的功率,就能取得更大温差,检测效果更好,可检测性更强。

    • 红外探测器IWR读出模式在搜索系统中残影现象分析

      2020, 50(11):1364-1369.

      摘要 (22) HTML (0) PDF 1.19 M (128) 评论 (0) 收藏

      摘要:在研究搜索系统中红外探测器IWR读出模式对相邻帧成像的影响时发现,选择IWR读出模式后,热像仪对强辐射目标成像,会产生残影现象,出现白影和黑影。针对此问题,本文进行了大量的理论与实验分析,解释了残影现象出现的原因,通过对残影现象进行建模,推导出了寄生电容的公式,并验证了公式的合理性。通过实验分析出残影强度主要与目标和背景温度差有关,温度差越大,残影现象越明显。最后分析了残影现象对搜索系统产生的影响,并提出了减弱残影强度的途径。

    • 基于改进YOLO网络的双通道显著性目标识别算法

      2020, 50(11):1370-1378.

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.21 M (196) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于缺乏目标的先验信息,实时预警检测系统存在虚警率高、实时性偏低等问题,限制了实战环境下的广泛应用。为了提升目标检测识别的性能,本文提出了一种基于改进YOLO网络的双通道显著性目标识别算法,该算法利用红外图像与可见光互补特性进行多尺度融合,并在融合图像上采用显著性检测获取疑似目标区域,最后利用改进的识别网络对疑似区域进行多层次目标识别。改进的YOLO识别网络增加了一路辅助网络,改善整个特征提取网络的性能,并采用注意机制对辅助网络和骨干网络的特征信息融合,增强有效信息通道,抑制无效信息通道,提高网络识别效率。仿真实验结果表明,本文提出的模型可以有效地提高目标检测与识别精度,其实时性得到了大大增强。

    • >光电技术与系统
    • 空间光DPSK发射与自相干接收系统实验

      2020, 50(11):1379-1383.

      摘要 (20) HTML (0) PDF 1.01 M (118) 评论 (0) 收藏

      摘要:搭建通信速率为10 Gbps的光DPSK调制发射、自相干接收单元实验测试平台。采用光相位调制和自相干接收技术实现光DPSK系统设计。为稳定输出信号解决相位漂移,发射单元设计出自适应增益控制单元和交叉点自适应控制单元。在系统测试平台上,完成差分编码模块、发射单元和自相干接收单元及系统性能测试。实验室环境条件下,测得系统接收单元灵敏度为-48 dBm,通信系统误码率优于1×10-7;误差矢量幅度为7 %,通信性能较好,满足系统设计指标要求。

    • >光纤及光通讯技术
    • 猫眼逆向调制通信链路信噪比分析

      2020, 50(11):1384-1388.

      摘要 (22) HTML (0) PDF 1.25 M (92) 评论 (0) 收藏

      摘要:猫眼逆向调制激光通信比其他逆向调制通信方式的通信速率更快,其原因是通信链路逆向调制端的猫眼结构可以实现匹配尺寸更小的调制器。本文在柯林斯衍射积分公式的基础上得到经过大气衰减作用的猫眼激光回波接收功率,并进一步结合光电探测器噪声和大气湍流引起的闪烁效应,仿真分析了通信距离、湍流强度、激光波长、入射角度、猫眼孔径和接收口径对接收端信号信噪比的影响。

    • >光子晶体
    • 左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

      2020, 50(11):1389-1394.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.02 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。

    • >太赫兹技术
    • 被动毫米波太赫兹人体成像关键技术进展

      2020, 50(11):1395-1401.

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.42 M (131) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过分析被动毫米波太赫兹成像检测人体携带物品的基本原理,讨论了被动毫米波太赫兹成像应用于人体安检领域的优势,并分析了成像系统最佳的工作频率和最适宜的工作环境温度。从分析影响成像质量的各项关键技术的角度对被动毫米波太赫兹人体安检成像的进展进行了介绍。重点分析了基于准光学成像原理的光学系统和扫描机构,被动毫米波太赫兹人体成像中最常用的肖特基二极管探测和超导两种探测方法,以及被动毫米波太赫兹图像的处理及目标智能识别。最后,对未来毫米波太赫兹人体成像技术在安全检查领域的应用前景和未来发展方向提出个人观点。

    • >图像与信号处理
    • 基于最小二乘密度聚类的城市点云去噪算法

      2020, 50(11):1402-1409.

      摘要 (22) HTML (0) PDF 1.40 M (99) 评论 (0) 收藏

      摘要:点云作为一种简便的三维表达方式,已经被大量应用在城市三维数字化中,但是城市对象的复杂多变,导致城市点云相较于其他场景点云,其较为复杂,去噪难度更高,去噪精度要求更高。为了解决城市点云的去噪问题,本文从高维特征密度空间出发,采用最小二乘密度聚类约束,遵循标准阈值原则设计了一种新的算法。本算法先构建高维特征密度空间,再用最小二乘算法求解各维度密度拟合曲线,最后根据标准阈值原则提取各维度合限点集的交集,即为目标点集。实验表明:本文算法针对城市场景中的点云具有较高的精度与较好的剔除效果,满足城市点云去噪任务的要求,达到了预期的效果。

    • 基于改进脉冲耦合神经网络的电路板红外图像分割

      2020, 50(11):1410-1415.

      摘要 (27) HTML (0) PDF 1.44 M (136) 评论 (0) 收藏

      摘要:电路板红外图像发热芯片区域准确分割是电路板故障诊断的关键步骤,但灰度不均匀、目标区域多、辐射噪声大使电路板红外图像的准确分割变得较为困难。针对这一问题,本文提出一种改进的脉冲耦合神经网络(Pulse Coupled Neural Network,PCNN)红外图像分割模型。首先,调整传统PCNN的模型结构,将图像梯度信息作为输入信号增加到模型输入域;其次,基于最大似然估计原理,推导出链接系数β的动态调整方法;最后,在脉冲发生域引入边缘约束算法,防止邻域神经元误捕获,增强目标区域的可分割性。实验结果表明,改进模型能够有效降低背景及辐射噪声影响,准确分割出不同类型电路板红外图像目标芯片区域,在视觉效果、区域一致性和对比度方面均优于已知的Ostu、K-means和传统PCNN模型,分割性能得到明显增强。

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