• 2021年第1期文章目次
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    • >综述与评论
    • 多普勒激光雷达风场反演研究进展

      2021, 51(1):3-8.

      摘要 (40) HTML (0) PDF 880.25 K (244) 评论 (0) 收藏

      摘要:多普勒激光雷达因高精度测量、高空分辨率等特点对晴空天气的风场探测具有重要应用价值,但多普勒激光雷达只能获取径向风速,必需进行风场反演。介绍了单部和多部多普勒激光雷达的风场反演技术的国内外进展及优缺点,其风场反演算法主要在微波雷达的基础上进行优化和创新。结果表明,单部多普勒激光雷达中变分方法是最有前途的方法;早期多部雷达普遍存在同一性的问题,对多部多普勒激光雷达也没有提出更有效的方法,变分方法的提出使得单部雷达和多部雷达不再有根本的区别,同化方法成为今后的研究重点(典型方法是变分同化)。

    • >激光应用技术
    • 利用激光超声纵波的衍射信号测量开口裂纹

      2021, 51(1):9-14.

      摘要 (18) HTML (0) PDF 1.19 M (74) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光超声的纵波声场在工件内部各个方向均有分布,相比于横波和表面波,纵波最先到达开口裂纹处,随后发生衍射以及产生波型转换现象。若提取相应含有开口裂纹信息的超声波信号,便能够达到缺陷识别的目的。基于烧蚀机制下激光超声纵波声场的分布特点,分析了衍射纵波信号的时间及相位特征,并给出了裂纹参数的表达式。建立了含开口裂纹工件的二维有限元模型,根据衍射纵波的渡越时间计算了开口裂纹的深度并进行了对比。同时还探讨了衍射纵波的相位反转现象,为检测过程中衍射纵波的识别提供了依据。最后对开口裂纹进行了激光超声测量实验,验证了利用激光超声纵波的衍射信号测量开口裂纹的可行性。

    • 激光干扰点源红外跟踪系统敏感参数研究

      2021, 51(1):15-19.

      摘要 (30) HTML (0) PDF 983.24 K (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:理论分析了激光干扰调制盘型点源跟踪系统敏感参数。根据理论分析结果:结合近场和外场到达点源跟踪系统处目标、干扰激光辐射功率密度等效原则,设计和进行了不同激光功率、外调制频率、外调制占空比和重复频率下激光干扰点源跟踪系统光学锁定断开近场模拟实验。理论分析和实验结果均表明:干扰激光功率、外调制频率和外调制占空比是实现调制盘型点源跟踪系统光学锁定断开的关键参数;干扰激光重复频率与调制盘载频没有严格对应关系,干扰激光重复频率和占空比应满足激光器最佳工作状态,以提高干扰激光功率。本文对小功率激光干扰系统设计研制和试验开展具有重要参考意义。

    • 基于LIBS技术和EDS技术检测熔覆层元素分布状态

      2021, 51(1):20-28.

      摘要 (15) HTML (0) PDF 2.47 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究Ni35+TiC熔覆层的微观结构和提高熔覆层的质量。引入目前在激光熔覆研究中尚未充分利用的LIBS技术对熔覆层进行研究。利用LIBS和EDS技术分析Ni35+TiC复合熔覆层中主要成分(Ni,Fe,C)。同时测量、分析熔覆层不同区域的差异。观察到EDS和LIBS数据之间具有较好的相关性,而LIBS可以测量到轻元素(C元素)分布的情况。LIBS和EDS技术结果表明元素沿熔覆层深度方向的分布是不均匀,此外还分析了光谱信息与硬度的关系、元素的谱线强度比与硬度之间的关系。结果表明,LIBS技术可以对熔覆层样品元素含量不均匀分布情况进行定性分析,且具备分析速度快,无需真空环境及样品制备等优势,从而为工业应用中熔覆层的特性评定提供参考。

    • 高重频激光对激光导引头干扰过程的建模研究

      2021, 51(1):29-33.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.03 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效评估高重频干扰对激光导引头的干扰效能,建立了锁定跟踪阶段的波门诱偏的干扰模型。研究了波门宽度、干扰频率、编码方式、脉冲锁定方式等因素对干扰效能的影响。首先,分析导引头抗干扰技术——时间波门技术、脉冲锁定技术和脉冲编码技术。接着,建立锁定跟踪阶段高重频激光对激光导引头的干扰模型。最后,基于成功诱偏波门数分析不同干扰因素对激光导引头干扰过程的影响。仿真结果表明:波门宽度、干扰频率对干扰效果有较大影响,波门宽度越宽,干扰频率越高,干扰效果越好;单位波门内干扰脉冲的数量越多,干扰效能越好;当单位波门内干扰脉冲数量大于3时,高重频干扰时间小于270 ms。最优时序脉冲的抗干扰性能优于其他脉冲锁定方式。本文的研究结果对高重频干扰装备的研制和使用具有理论参考价值。

    • TC4激光熔覆Gd元素YSZ热障涂层微观特性研究

      2021, 51(1):34-40.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.31 M (90) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过在钛合金表面引入稀土氧化物改性“7YSZ”即7 wt %氧化钇稳定的氧化锆涂层,提升传统热障涂层的综合性能。采用预制法并应用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了不同Gd2O3添加量的Gd-YSZ涂层,通过光学显微镜、扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征涂层的宏观形貌、显微形貌、元素分布及相结构、硬度分布。引入的Gd以富稀土第二相Al3Gd及氧化物形式存在,并少量固溶于ZrO2和α-Ti晶格引发其晶格畸变而提升材料隔热性能,稀土Gd会抑制有害相TiOx而促进增强相TiC析出并优化其分布,并通过细化晶粒及优化TiC生长来提升组织显微硬度,Gd引入量增至10 wt %时这种优化作用被显著削弱。在7YSZ熔覆材料体系中掺杂Gd2O3能够显著提升材料综合性能,其添加量为影响性能的关键因素,不应超过10 wt %,否则会粗化晶粒,使Gd偏析、富集在晶界处,恶化材料性能。

    • 高压输电线覆冰连续激光清除系统设计与实验研究

      2021, 51(1):41-45.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.08 M (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:高压输电线覆冰是影响电网正常运行的一个重要因素,激光除冰以其优异的性能在高压输电线除冰中具有广阔应用前景。为安全、快捷的清除高压输电线上的覆冰,本文在分析研究激光除冰原理的基础上,设计了基于连续激光的高压输电线覆冰清除系统,搭建实验装置,实验研究了不同距离和不同功率下的融冰效果。结果表明,激光除冰效果在很大程度上取决于激光参数。激光功率和距离相同时,融冰孔深随功率增大而增大。激光功率相同时,融冰孔深随距离增加而降低。激光光斑直径较小而功率较大时,融冰孔径略小于光斑直径。激光光斑直径较大而功率较小时,融冰孔径则大于光斑直径。该系统结构简单,易于操作,能有效用于高压输电线覆冰清除。

    • >激光器技术
    • 双波长可切换飞秒锁模光纤激光器

      2021, 51(1):46-51.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1.39 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了基于非线性偏振旋转技术的双波长可切换飞秒锁模光纤激光器。通过改变泵浦功率以及偏振控制器状态,激光器在波长1533.2 nm和1557.2 nm处可实现双波长锁模,两个波长的间隔为24 nm。在这两个波长之间还可实现可切换运作,对应的3 dB带宽分别为5.53 nm和4.69 nm,脉冲宽度分别为730 fs和890 fs,双波长可切换锁模的成因是NPR诱导的梳状滤波效应。此外,由于孤子能量量化效应,实验中还观察多脉冲锁模。实验结果有助于人们深入了解双波长可切换锁模光纤激光器的动力学特性。

    • >红外技术及应用
    • 基于改进深度网络的车辆乘员数量检测研究

      2021, 51(1):52-58.

      摘要 (25) HTML (0) PDF 1.42 M (72) 评论 (0) 收藏

      摘要:车辆乘员数量检测研究对推进HOV车道建设具有重要意义,本文以Faster RCNN网络模型为基础,结合多光谱红外系统获得的汽车驾驶室图像来展开研究。现有数据中因过曝、曝光不足等问题导致图像中目标特征差异大,网络检测的准确率不高,对此采用变形结构的卷积计算提高特征单元的感受野和目标边缘信息的表述能力,采用变形的ROI-Pooling来增强ROI区域特征映射后的特征表述,增强网络的泛化能力。针对在多乘员情况下,因乘员间遮挡导致的错检、漏检等问题引入KL损失,同时采用Soft-NMS与方差投票相结合的方式来改善NMS滤除重复目标框过程的合理性,提高了位置回归的合理性和重叠目标的预测能力,整体检测的准确率得到提高。实验结果表明,本文网络在不同数量下算法检测的准确率得到提高,基本可以满足行业规定大于80 %的要求。

    • 基于Stm32的黑胶唱机测速装置及误差补偿算法

      2021, 51(1):59-64.

      摘要 (22) HTML (0) PDF 1.51 M (80) 评论 (0) 收藏

      摘要:基金项目:。摘要:针对黑胶唱机传统调速借助测速刻度盘和人眼辨别误差大的问题,自主设计用于附着在黑胶唱机上的测速码盘、固定盒以及分别与固定盒固定的红外对射装置、显示器和处理模块;采用红外对射传感技术、Stm32高精度测频技术、周期测速法来精确计算黑胶唱机的转速,并将转速信息准确显示在LCD上;通过误差分析和拟合误差算法使测量误差限制在0.4 %以内,大大降低了传统人眼辨别导致的误差。

    • 可变温红外探测器中测杜瓦设计

      2021, 51(1):65-68.

      摘要 (20) HTML (0) PDF 1.05 M (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种中测变温杜瓦装置(简称变温杜瓦),可实现多个温度条件下(60~300 K)连续测试芯片性能。与传统的中测液氮杜瓦相比,变温杜瓦体积较小,可与制冷机耦合,从而实现多个温度可调。另外,将变温杜瓦的框架部件设计为可拆卸结构,既可以兼容多种规格的芯片,又提高了芯片性能的封装效率。通过试验测试,变温杜瓦组件芯片衬底区域的温度均匀性为0.6 K,装入芯片且通电测试10 min内,变温杜瓦的控温稳定性为0.69 K,能够满足项目的使用要求(控温稳定性在±3 K)。

    • 背景暗电流抑制的红外探测器读出电路输入级设计

      2021, 51(1):69-73.

      摘要 (20) HTML (0) PDF 1.71 M (94) 评论 (0) 收藏

      摘要:主要研究红外探测器读出电路的输入级设计,针对短波红外信号,电容反馈互导放大器型(CTIA)读出电路具有高注入效率的特点。本文设计了一种带有背景暗电流抑制的CTIA型读出电路输入级结构,该结构在77 K低温环境,大于300 μs的长积分时间工作。探测器接收短波小信号,注入电流0~800 pA,与传统的CTIA型读出电路输入级相比,有效实现对背景暗电流的抑制作用,提供探测器偏压的稳定度提高93.2 %,同时,积分线性度达到99.97 %,具有良好的积分均匀性、灵敏度和动态范围。

    • >光电技术与系统
    • 相位敏感OTDR和布里渊OTDR结合的双参量分布式光纤传感的研究

      2021, 51(1):74-79.

      摘要 (20) HTML (0) PDF 1.32 M (81) 评论 (0) 收藏

      摘要:在分布式光纤传感及应用中,单一传感系统一般只能实现一种参量的监测,如相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)只能监测光纤沿线的振动信息,布里渊光时域反射计(BOTDR)仅能监测应变/温度信息。对于多参量监测的应用场合,必须通过配合多种技术和系统来实现多参量监测和分析,增加监测成本和复杂性。设计并搭建了一种集成Φ-OTDR和BOTDR的双参量分布式光纤传感系统。该系统通过同时测量光纤中的瑞利散射和布里渊散射信号,在一根传感光纤中实现了温度/应变和振动的双参量检测。经过试验测试和验证,其测量距离达50 km以上,空间分辨率可达20 m,温度测量精度为±3 ℃,频率测量精度±0.15 Hz以上。

    • 一种折反式激光半主动导引头光学系统

      2021, 51(1):80-84.

      摘要 (10) HTML (0) PDF 1.38 M (79) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了激光半主动导引头及其光学系统的结构和特点。依据半主动激光导引头的总体指标要求,分析、计算了折反式激光导引头光学系统的关键参数。进行了光学系统的结构选型,分析了激光导引头光学系统的像差和光斑要求,进行了光学系统设计。仿真结果表明,整个线性视场范围内,折反式激光导引头光学系统光斑直径稳定无变化,能量分布均匀一致;瞬时视场范围内,光斑直径稳定性优于2 %。设计结果很好地满足了系统的设计要求,为激光半主动导引头的下一步研制奠定了良好基础。

    • 基于一体化轴系的消像旋组件设计

      2021, 51(1):85-88.

      摘要 (18) HTML (0) PDF 1006.46 K (60) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种基于一体化轴系设计的棱镜消像旋组件,以及光学装调方法。该组件可用于机载光电雷达、车载周视瞄准仪等光学系统中,解决了光学系统像方图像旋转的问题。该组件采用一体化轴系设计,即在主轴上直接加工出轴承内圈沟道;主轴、滚珠、保持架与轴承外圈一体化装配。同时棱镜组件可以在主轴内实现一维调整,以确保棱镜视轴与机械轴的重合。通过本文所介绍的光学装调方法,可以使消像旋组件棱镜的光轴回转精度达到±12″。相对于其他消像旋组件的轴系设计,具有精度高、稳定性强、体积小、质量轻、结构简单、易于装调等特点。

    • >光电对抗
    • 连续激光对钢壳体热力损伤效应分析

      2021, 51(1):89-94.

      摘要 (15) HTML (0) PDF 1.25 M (122) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了开展典型材料结构的抗激光防护与加固,需要对各类材料结构进行激光辐照效应研究。本文通过仿真结合实验的方法对到靶功率1.5~2.8 kW、光斑直径10~20 mm连续激光对厚度7~15 mm圆柱形壳体的热力损伤效应进行研究,明确了不同加载条件下的损伤现象与机理。基于相似理论建立强激光辐照下壳体的热力响应模型,通过实验得到了壳体在连续激光作用下的损伤演化历程;由实验结果可知,钢壳体烧蚀机理主要表现为熔融烧蚀及汽化反冲压作用下的质量迁移,烧蚀过程中辐照区域出现了明显的熔化、汽化过程,熔池区有熔融金属喷溅现象。

    • 烟幕扩散模型中任意光路电磁波透过率的计算

      2021, 51(1):95-99.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 861.01 K (59) 评论 (0) 收藏

      摘要:在烟幕扩散模型中,计算电磁波沿任意路径穿透烟幕云团时产生的衰减,需要准确计算出该路径下的烟幕积分浓度,从而得到电磁波的透过率。本文基于空间几何坐标变换原理、线性代数矩阵运算方法以及烟幕材料消光理论,推导了烟幕扩散模型中电磁波入射方向改变时的三维坐标系变换矩阵和二维积分浓度投影算法,实现了电磁波沿任意方向入射时的积分浓度分布及透过率的计算,为烟幕扩散模型的多角度(方向)数据分析、烟幕云团红外图像处理以及更多应用场景中的使用奠定了基础。

    • >光学技术
    • 湍流尺度和相干参数对传输光强的影响

      2021, 51(1):100-106.

      摘要 (15) HTML (0) PDF 1.45 M (53) 评论 (0) 收藏

      摘要:文章利用交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强表达式,利用该表达式分析了斜程大气传输中湍流内外尺度、光源相干参数、天顶角对接收光强的影响。结果表明:斜程大气传输过程中,光源相干参数ζs越大,接收光强受湍流内外尺度变化的影响越小。在传输距离小于4 km时,湍流内外尺度变化对接收光强的影响可以忽略不计。相干参数对小天顶角时的光强影响较大,随着天顶角的的增大,大气湍流对接收光强影响占主导作用,光源相干参数对接收光强的影响减弱。最后,对数值模拟结果给出了解释。

    • >图像与信号处理
    • 基于MobileNet-SSD的红外人脸检测算法

      2021, 51(1):107-113.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.36 M (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对“可见光”+“热红外”融合的双光人脸检测算法对硬件依赖性高的劣势。本文提出一种基于MobileNet-SSD的红外人脸检测算法,该算法可以直接检测出红外图像中的人脸区域,对硬件的依赖性较低。同时实验结果表明该算法的检测精度和实时性均有所提高,可以直接运用到“疫情”期间的智能体温监控系统中。

    • 基于迭代深度网络的红外图像增强算法

      2021, 51(1):114-121.

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.32 M (92) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于现有基于深度网络的图像增强模型直接学习退化图像与清晰图像之间的映射函数,忽略了观测模型保真项的约束,导致恢复的图像存在虚假纹理和细节丢失。本文提出了一种用于红外图像增强的改进深度网络,该网络将深度学习网络嵌入到一个迭代的图像增强任务中,通过图像增强模块和反投影模块交错优化,实现数据一致性约束。本文提出的深度网络不仅可以利用深度特征学习先验,还可以利用观测模型的一致性先验。实验结果表明,本文提出的算法可以在图像去噪和去模糊任务上获得非常有竞争力的重建结果,在低对比度区域也能获得清晰的重建效果。

    • 基于无线遥控与视觉跟踪的焊接控制系统

      2021, 51(1):122-128.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 1.29 M (62) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决焊接工程现场有线示教器操作不便、传统模板匹配方法受电弧与飞溅干扰而导致跟踪稳定性差等问题,设计了一种基于无线遥控与视觉跟踪的焊接控制系统。首先,设计了包含视觉单元、控制单元和执行单元的嵌入式PC无线控制系统,实现图像采集处理和焊缝跟踪偏移信息计算,并控制焊机机器人执行相应的动作。然后,采用了粒子滤波跟踪算法进行焊缝跟踪,该算法通过粒子滤波对图像大目标区域进行搜索,减少焊缝位置发生突变或焊缝图像缺失时跟踪失效的问题,确保视觉单元能够在强烈噪声干扰下快速、准确地识别焊缝特征位置。焊接测试结果表明,本系统纠偏误差小于0.12 mm,且操作方便、稳定性好、纠偏精度高、焊接表面成型质量良好,满足管道焊接的工艺要求。

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