• 2021年第10期文章目次
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    • >综述与评论
    • 激光制备带热障涂层高温合金微孔工艺研究

      2021, 51(10):1259-1271. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.001

      摘要 (77) HTML (0) PDF 3.48 M (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:高温合金多用作涡轮机等热端部件的材料,为降低部件工作温度通常需要在机体上制备大量的冷却微孔。激光加工技术适用性广,尤其能加工高硬度、高熔点材料,对于高温合金的微孔加工有独特优势。本文介绍了冷却微孔的实际应用,详细介绍了激光制备带热涂层高温合金的研究进展。分析并讨论了激光制孔热障涂层工艺的优势与不足,包括飞秒激光制备热障涂层高温合金,皮秒纳秒和毫秒激光器制备带热涂层高温合金等,最后总结了激光加工热障涂层微孔技术的问题与发展趋势。

    • 非分光红外气体传感器研究进展

      2021, 51(10):1272-1278. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.002

      摘要 (50) HTML (0) PDF 1.55 M (74) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了非分光红外气体传感器的工作原理,将非分光红外传感器与常用气体传感器进行了对比分析。综述了非分光红外技术在光源设计、气室设计、探测器设计、信号处理及自组装多气体探测系统等关键技术的研究进展,为进一步提高气体检测精度和响应提供了研究方向。提出了非分光红外气体传感器要朝着小体积、多功能集成、满足复杂应用环境的方向发展。

    • 构建反制激光红外制导武器的陆域防御体系思考

      2021, 51(10):1279-1285. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.003

      摘要 (54) HTML (0) PDF 1.15 M (59) 评论 (0) 收藏

      摘要:现代战争中无论是有人、无人协同作战的空袭兵器,或是无人机搭载的制导武器,始终对交战方重要军事目标和武装力量构成严重的空中威胁,并且随着其精确制导武器性能的提高、攻击样式和战役战术的变化,基于陆域的防空武器系统发现、搜索、跟踪和抗击相关有人、无人空袭兵器遭到极大障碍,必须对基于激光红外制导武器的陆域防御系统予以加强和重视,防范激光制导、电视/红外成像制导、雷达制导等精确制导武器以及复合制导的精确制导武器已成为陆域防御系统的主要作战对象和典型场景。本文首先对战争形态快速演变下陆战特点进行分析,针对外军精确制导武器发展规划和技术改进对陆地防御提出的挑战,构设了新型作战形态下基于激光红外制导武器的陆域防御系统概念,介绍了系统基本组成、功能和作战流程,为相关防御体系的建设和发展提供理论支撑和参考借鉴。

    • >激光应用技术
    • 高压输电线异物激光清除三维仿真研究

      2021, 51(10):1286-1293. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.004

      摘要 (52) HTML (0) PDF 1.83 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光以其优异的性能在输电线路异物清除领域具有广阔的应用前景。为了安全、高效地清除输电线异物,须对激光与异物组织的作用机理进行研究。本文分析讨论了激光与尼龙材料的热作用机理,建立了激光束切割尼龙材料的三维数值仿真模型,仿真研究了不同激光移动速度和光斑尺寸下尼龙材料三维动态烧蚀形貌,分析研究了激光移动速度和光斑尺寸对材料烧蚀深度的影响趋势。结果表明,激光功率和光斑尺寸一定时,材料烧蚀的最高温度和烧蚀深度与激光移动速度成反比;激光功率和移动速度一定时,材料烧蚀的最高温度和烧蚀深度与光斑尺寸成反比。当激光功率为100W、光斑半径1cm时,烧蚀过程中不发生明火的激光最小移动速度为05cm/s。当激光移动速度为2cm/s、功率为100W 时,不发生明火的光斑最小直径为03cm。

    • 基于ANSYS的激光除漆技术数值模拟研究

      2021, 51(10):1294-1299. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.005

      摘要 (46) HTML (0) PDF 1.39 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过研究资料对激光清洗漆层作用原理进行分析,对5052铝合金表面漆层脱离应力进行测定。采用Ansys建立了脉冲激光清洗5052铝合金表面环氧锌黄漆层的有限元仿真模型,分析了在激光功率为20W时不同扫描速度对激光清洗漆层的温度场和应力场的影响,并进行了清洗效果预估。对仿真结果进行验证,实验表明在扫描速度为1000mm/s时激光清洗漆层所产生的温度场和应力场可以达到去除大部分厚度的漆层以及部分漆层剥离的效果,在扫描速度为600mm/s时可以去除全部漆层且对基体仅有轻微影响,实验结果验证了仿真模型的正确性,通过该模型可以为激光清洗漆层的工艺参数选择提供选择和效果预估。

    • 准球面模式下三种激光波长冰云大气反射率特性

      2021, 51(10):1300-1306. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.006

      摘要 (35) HTML (0) PDF 1.39 M (44) 评论 (0) 收藏

      摘要:冰云由冰晶粒子组成,是大气的重要组成部分,研究冰云条件下大气辐射传输特性有助于理解冰云对大气探测、地空链路激光通信等方面的作用。采用最新的C语言版本离散纵标法(CDISORT),比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下冰云大气激光传输的反射率差异;数值计算准球面模式下三种激光波长(065μm,106μm,155μm)入射时冰云大气反射率随冰水含量、有效半径、光学厚度、云底高度、相对方位角等因素的变化情况。结果表明:当太阳天顶角小于70°时,两种模式下冰云大气激光传输的反射率相对误差很小;当太阳天顶角大于70°时,两种模式下冰云大气激光传输的反射率相对误差明显增大。冰云大气激光传输的反射率随有效半径的增大而减小,随光学厚度或冰水含量的增大而增大。三种不同的激光波长入射时,冰云大气的平均反照率差异较大,但均值大于08。本文结果为星地激光通信、卫星遥感等工程应用提供理论支撑。

    • 基于激光点云坐标系的3D多目标跟踪算法研究

      2021, 51(10):1307-1313. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.007

      摘要 (44) HTML (0) PDF 1.06 M (75) 评论 (0) 收藏

      摘要:3D多目标跟踪是无人车领域中一个核心技术之一。3D多目标跟踪的相关工作多通过设计复杂的目标建模算法或数据关联算法,以寻求提高3D多目标跟踪系统的鲁棒性。为降低3D多目标跟踪系统的复杂性,将目标的三维中心点视为该目标进行跟踪,提出了基于激光点云坐标系的3D多目标跟踪算法。首先,使用3D目标检测器检测出每帧激光点云中的目标。然后,用卡尔曼滤波器预测上一帧目标的三维中心点在当前帧的位置状态,融合激光雷达坐标系下相邻两帧之间目标三维体积的交并比与目标三维坐标中心点坐标之间的欧式距离作为度量尺度,使用贪婪算法匹配最近邻的目标。在KITTI跟踪数据集上的实验结果表明,所提出的多目标跟踪算法表现优异,运行速度达到了63 f/s,且车辆类的sAMOTA达到了9432。

    • 海洋水气界面对光学成像探测影响的研究

      2021, 51(10):1314-1320. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.008

      摘要 (41) HTML (0) PDF 1.32 M (50) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用激光进行主动成像探测正在海洋探测发挥越来越重要的作用。波涛起伏的海面是一个复杂折射系统,能够对跨介质的水下目标光学成像探测产生复杂影响。为了研究海面起伏对光学成像的影响,本文先以Gerstner波为对象从机理上进行了分析,得出只有在大角度入射,也就是光入射到海浪波峰附近的小范围区域中时,海面折射才会对探测产生较大影响。接着本文使用基于Phillips海浪谱的统计波模型建立了模拟海面,并统计了垂直光照条件下入射角,发现绝大多数都是小角度角;然后分析了折射后各点光线的具体偏折情况;最后进行了成像模拟,用结构相似度(SSIM)评价了不同海况下的图像质量。研究结果说明海面起伏对探测的影响较小且对光在各处的削弱均匀,没有呈现与水面对应的复杂情况;图像质量随海况等级的提升而指数下降。

    • >激光器技术
    • 基于微型压缩机的高精度紫外激光器温控研究

      2021, 51(10):1321-1326. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.009

      摘要 (44) HTML (0) PDF 1.06 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:温度对全固态紫外激光器的输出特性起着至关重要的作用。为了使全固态紫外激光器输出稳定,需要对其进行精确的温度控制,本文主要介绍一种基于蒸气压缩式变频制冷系统和电热补偿的温度控制方法实现对紫外激光器的高精度温控,该方法采用PID作为基本控制算法,对微型直流变频压缩机转速和电热功率进行控制,从而实现恒温系统兼具体积小、重量轻、效率高、温控好等特点。实验结果表明:该方法响应速度快,仅需6min就能使系统达到稳定;控制精度高,水温精度最高能达到001℃。随着紫外激光器在打标、精密切割等行业的大量应用,该方法兼具诸多优势,具有很高的实用价值和推广意义。

    • 一种可提高谐振腔稳定性的结构设计

      2021, 51(10):1327-1329. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.010

      摘要 (43) HTML (0) PDF 1.15 M (50) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光谐振腔稳定性影响其输出激光的光斑分布和光轴稳定度,从而影响测距威力。本文从工程实践的角度对比分析增加副底板结构前后激光谐振腔的形变。通过仿真分析和实验证明,增加副底板结构可以大幅度改善谐振腔的稳定度。这一结论可用于指导激光发射器的结构设计工作。

    • >红外技术及应用
    • 基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

      2021, 51(10):1330-1335. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.011

      摘要 (43) HTML (0) PDF 1.38 M (85) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为094,入瞳距为850mm,角分辨率为019mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。

    • 靶标系统中的目标红外特性建模技术研究

      2021, 51(10):1336-1341. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.012

      摘要 (38) HTML (0) PDF 1.14 M (44) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对自主对抗条件下红外靶标系统的需求,对适用于该领域的目标全向红外特性建模及校验技术进行研究。对某型靶机目标进行精细三维建模,将主要红外辐射源等效为红外光源,利用光学仿真软件通过有限光学追迹法,对各角度观察面处的红外辐射强度进行仿真,从而获得目标全向红外辐射模型。进行了地面实际测试,实验结果和仿真结果符合良好,验证了该建模仿真方法可行,可为相关领域研究提供理论支持。

    • 基于SSD框架的红外弱小目标检测技术研究

      2021, 51(10):1342-1347. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.013

      摘要 (40) HTML (0) PDF 1.17 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外序列图像中点状机动目标的检测问题,利用卷积特征对图像具有更细致的描述能力、可以有效地感知弱小目标与干扰的差异的特点,提出了一种基于SSD框架的红外弱小目标检测方法。本文设计了针对弱小目标的SSD检测框架,且克服了传统方法缺少大量实验数据的困难,利用真实红外图像数据库进行了仿真验证,实验结果表明,该方法对多种不同场景中的信噪比较低的目标具有良好的检测效果和虚警抑制能力。

    • PECVD法制备SiO2膜均匀性研究

      2021, 51(10):1348-1351. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.014

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.07 M (44) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对半导体产业对氧化硅薄膜的需求,介绍了采用自制的PECVD设备研究了SiO2薄膜生长的膜厚均匀性分别与喷淋板孔结构和工艺参数之间的关系。实验结果表明:在结构方面,SiO2薄膜均匀性主要受到喷淋板孔径大小与结构的影响;在工艺参数方面,SiO2薄膜的膜厚均匀性主要受到反应腔室压力的影响。通过结构和工艺参数的综合调整,制备出了膜厚均匀性好的SiO2薄膜。

    • >光电技术及系统
    • 基于奇异值分解的光电跟踪系统标定方法

      2021, 51(10):1352-1356. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.015

      摘要 (41) HTML (0) PDF 781.03 K (50) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对地面光电跟踪系统的误差定位进行了理论分析,确定影响其目标定位精度的误差因素主要是垂直度误差、零位误差、基座安装误差等,给出了光电跟踪系统的标定流程。利用标定过程中坐标变换的顺序特性,通过奇异值分解原理给出了坐标变换的变换矩阵,包括平移矩阵、旋转矩阵及其欧拉角;同时通过标定流程的迭代,确定了固定俯仰偏移角度的大小。最后通过试验验证了此标定流程的准确性。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络冲击定位

      2021, 51(10):1357-1363. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.016

      摘要 (40) HTML (0) PDF 1.17 M (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对材料结构损伤位置识别的精确定位问题,通过构建分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感网络,利用光纤光栅传感器的传感特性,根据感知的冲击响应信号强度(RSSI)以及冲击点到传感器距离的关系,提出一种基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络冲击载荷定位方法。设计合理的传感器网络监测布局,通过分析不同位置传感器感知的冲击响应信号强度辨识冲击点所在的区域,采用加权质心定位算法对冲击载荷的位置识别定位。试验表明:分别构建基于碳纤维复合材料结构板、钢板、木板损伤识别模式的定位监测实验系统,在300mm×300mm的监测区域内随机选取24个冲击点进行位置识别,能准确辨识所有实验冲击点所在的区域,并根据RSSI来确定冲击点的位置坐标,坐标定位的平均误差在15mm以内,可实现对冲击点位置的识别,为准确识别材料结构的损伤位置提供了一种实用可行的方法。

    • 基于类脑脉冲神经网络的光纤油气管道监测

      2021, 51(10):1364-1370. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.017

      摘要 (36) HTML (0) PDF 1.65 M (41) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高光纤油气管道监测效果,采用类脑脉冲神经网络算法。首先通过累加平均法对光纤传感器振动信号进行消噪;接着利用小波包对振动信号频带分解,将信号在频域上平均分为8个频段,把各频段的能量占比作为神经网络训练输入;然后基于脉冲响应对类脑神经元设计,神经元连接的强度与前、后神经元激活时间差函数关系非线性设计,振动输入数据与神经元脉冲转换;最后给出了算法流程。实验仿真显示本文算对单一振动信号识别准确率在9587左右,两种振动混合信号识别准确率在9052左右,指标优于其他算法,同时定位误差小于其他算法。

    • >光学技术
    • 基于组合线结构光的涂胶质量检测系统设计

      2021, 51(10):1371-1377. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.018

      摘要 (32) HTML (0) PDF 1.18 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:涂胶作为汽车生产中的重要环节,其质量好坏直接影响着整个汽车的安全性能。针对当前涂胶检测技术存在的精度低、误判率高、容易出现检测盲区等问题,研究了基于线结构光的汽车涂胶质量三维检测技术。重点分析了线结构光投射模式的选择、单目线结构光测量方法存在检测盲区两个难点问题,由此制定了涂胶检测系统的整体设计方案。以胶体宽度和厚度作为评价涂胶质量的标准,提出利用三个线结构光传感器组合测量的方法对胶体进行全方位的非接触测量。根据系统的性能指标对关键设备进行了选型,搭建了涂胶质量检测系统硬件平台,研究了胶体颜色和涂胶量对测量误差的影响,并进行了实验验证。

    • 激光通信终端光学系统杂散光抑制技术研究

      2021, 51(10):1378-1382. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.019

      摘要 (44) HTML (0) PDF 1.04 M (41) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着空间应用领域的扩展,卫星激光通信凭借其在速率、带宽、体积、重量和功耗等方面的优势而得到广泛应用。对于卫星光通信来说,终端光学系统的性能直接影响通信的可靠性和稳定性,本文根据激光通信中收发一体、双向双工工作模式对收发隔离度的要求,采用Code V软件完成了830nm激光通信终端光学系统设计,实现物方全视场15mrad,全视场MTF值>065@100线对/mm,限制光线出射角不小于8SymbolpB@,设计结果满足系统使用要求。通过对光学系统杂散光分析与抑制技术研究,控制轴外杂散光在离轴角5°~20°时杂散光抑制能力大于45dB且20°时大于60dB。实验结果给出830nm激光通信终端光学系统光路图并对系统轴外杂光范围及抑制能力进行了测试,测试结果与仿真的结果一致,满足卫星激光通信系统使用要求。

    • >图像与信号处理
    • 光纤F P腔干涉双路信号解包裹相位恢复

      2021, 51(10):1383-1387. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.020

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.42 M (54) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用一套光纤F P干涉仪同时测量双路不同幅度和频率正弦信号,分析了光纤F P腔干涉信号相位特性。弱反馈环境中,开展了双路反馈光纤F P腔干涉测量,进行了巴特沃斯低通滤波。基于多次解包络方法,对预处理信号实施了分离。采用多次希尔伯特变换相位提取法,从光纤F P腔干涉分离信号实现了原始信号的恢复。为了进一步提高信号恢复精度,提出了一种新的跳变点检测方法,对应峰峰值2μm、频率60 Hz的正弦信号,该方法最大误差为0095μm;对应峰峰值4μm、频率05 Hz的正弦信号,其最大误差为0145μm。

    • 基于生物启发模型的红外小目标检测

      2021, 51(10):1388-1395. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.021

      摘要 (37) HTML (0) PDF 2.36 M (56) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外小目标检测在军事领域的制导、预警和边防间谍无人机检测中极其重要,但由于红外小目标纹理信息不足、高背景杂波、暗淡且模糊和低目标对比度等等原因,导致其仍有改进的余地。本文提出基于生物启发模型(PLMC)的红外弱小目标检测的方案。首先基于生物启发模型增强目标且抑制背景杂波;然后使用改进阈值过滤假目标,提取真实目标。在多个复杂场景数据集上的进行实验,结果表明,与其他较新的小目标检测方法相比,本文提出的方案具有更好的检测性能与鲁棒性。

    • 基于KCF算法的空中目标跟踪模拟

      2021, 51(10):1396-1400. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.10.022

      摘要 (47) HTML (0) PDF 1.09 M (54) 评论 (0) 收藏

      摘要:机器学习可以从图像数据中学习到强大的特征表征。如果将目标检测跟踪技术与机器学习技术结合,能够在目标快速检测、准确识别和精准跟踪的性能上有显著提升,符合现实需求。本文将基于深度学习的YOLOv4目标检测算法应用于该场景的目标检测中;然后基于相关滤波的KCF目标跟踪算法,利用相关滤波方法将计算转化到频域,减少计算量,提高目标跟踪的实时性,通过深度学习得到的深度特征和深度学习训练的分类器,对比人工特征,目标跟踪的准确性会有大幅提升。相关滤波器通过多层网络进行训练,将相关滤波和深度学习相结合,以平衡目标跟踪的实时性和准确性,并应用到该场景的目标跟踪中。模拟实验结果表明,本文提出的空中目标检测跟踪技术的目标检测准确率达到95,跟踪精度达到99,能够实现对空中目标的实时跟踪。

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