• 2021年第12期文章目次
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    • >综述与评论
    • 以色列机载激光武器发展及试飞特点研究

      2021, 51(12):1547-1553. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.001

      摘要 (180) HTML (0) PDF 1003.13 K (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:机载激光武器作为颠覆性作战力量是各国竞争焦点,相比美国、前苏联采用大型运输机对其进行演示验证试飞,以色列2021年采用塞斯纳208B小型民用飞机进行演示验证试飞,特点鲜明。为推动机载激光武器试验技术的发展,对以色列机载激光武器发展诱因、研究现状和规划、飞行试验特点和启示进行深入的研究,结果表明以色列国土防御面临的火箭弹饱和攻击、集群无人机攻击压力是其激光武器发展的实际需求,本次飞行试验是其30余年激光武器系统持续研究的成果,采用了光纤激光器,武器系统重量约1.5 t,全部由储能电池供电,主要解决了大系统闭环验证问题,但缺少对激光能量的定量测量与分析,预计后续会有持续性飞行试验,同时研究给出了应适时、选择合适试验机、循序渐进开展机载激光武器飞行试验的建议。

    • 主动红外热像技术在航空发动机叶片缺陷检测中的研究和应用进展

      2021, 51(12):1554-1562. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.002

      摘要 (106) HTML (0) PDF 0.00 Byte (153) 评论 (0) 收藏

      摘要:叶片长期工作在高温、高压、高速的恶劣工况下,极易出现损伤,及时发现并监控服役过程中叶片损伤对保证飞行安全至关重要。主动红外热成像技术是一种新型无损检测方法,具有无接触、高效率、无污染等优点,对材料近表面裂纹和涂层缺陷具有良好的效果。本文统计归纳航空发动机叶片典型缺陷类型和成因,对比主动红外热像技术的代表性激励方式;针对主动红外热像技术在叶片疲劳裂纹和表面涂层缺陷检测中的应用进行了分析,介绍机器学习和图像识别等智能算法在缺陷识别和定量评估方面的应用;总结归纳了主动红外热像技术面临的难题和未来的发展方向。总体而言,该技术在航空发动机叶片缺陷检测领域具有良好的应用前景。

    • >激光应用技术
    • 激光扫描角度对碳纤维复合材料的热影响研究分析

      2021, 51(12):1563-1569. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.003

      摘要 (117) HTML (0) PDF 1.53 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究激光扫描角度对碳纤维复合材料的热影响作用和扫描角度对激光能量在材料内部传递过程的影响,以常用的纤维铺设角度即0°、45°和90°作为激光扫描角度,进行了有限元模拟和试验验证。结果表明,随扫描角度的增大,激光对材料的热影响范围逐渐增大;当扫描角度为45°时,切缝两侧纤维碳化较为严重。通过激光切割试验验证,发现模拟与试验存在误差为746,模拟与试验所呈现出扫描角度对材料的热影响趋势,以及扫描角度对纤维造成碳化的结果特征具有一致性。为降低激光切割对材料的热影响,减小材料的碳化区域,改善材料的激光切割质量,除选用合适的激光参量外,应尽可能的使激光扫描角度与纤维轴向一致。

    • 纳秒激光干式除漆的试验研究

      2021, 51(12):1570-1575. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.004

      摘要 (140) HTML (0) PDF 1.22 M (140) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着国家对环保的要求越来越高,急需一种绿色环保的新方法来解决钢结构在去除老旧漆层上的问题。本文采用纳秒激光对除漆进行研究,探究了不同激光工艺参数(功率、频率、扫描速度及扫描次数)对Fe元素重量百分比和表面粗糙度的影响规律。结果表明:在预设的参数范围内,振镜扫描速度的变化对Fe元素重量百分比和表面粗糙度的影响最为显著。并确定了较佳的除漆参数:功率70W,振镜扫描速度1100mm/s,激光频率80kHz,扫描次数2次,得到了粗糙度在50~100μm之间且无漆层残留的加工效果。

    • SLM成型件表面球化程度表征方法及等级检测

      2021, 51(12):1576-1585. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.005

      摘要 (161) HTML (0) PDF 1.70 M (136) 评论 (0) 收藏

      摘要:球化现象是选区激光熔化(SLM)成型过程中最常发生的缺陷,同时影响了最终成型部件的疲劳寿命和物理性能。合理控制部件成型过程中球化现象的发生,对维持成型过程的持续进行以及获得高质量的成型部件具有重大意义。本文在研究SLM成型过程中部件表面球化特征提取方法的基础上提出了球化程度表征方法,并通过正交实验验证了球化程度表征方法的有效性,建立了球化程度与激光能量密度之间的关联关系。同时对球化程度等级做了界定,最终构建了深度卷积神经网络(CNN)模型自动识别部件表面球化程度等级,以辅助实验及生产人员做出相应的决策。模型识别结果表明,在小的图像分割集上,网络识别精度达到了964,当在所采集的全局显微图像集上,其识别精度达到了100,取得了良好的识别效果。本研究将为SLM成型过程中成型质量的实时控制提供有效实现途径。

    • 基于奇异值分解的激光超声晶粒尺寸检测研究

      2021, 51(12):1586-1593. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.006

      摘要 (110) HTML (0) PDF 1.60 M (190) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光超声检测金属材料晶粒尺寸的信号中包含了大量噪声,而无法实现平均晶粒尺寸相近时的快速检测。本文以冷轧低碳钢为研究对象,采用了奇异值分解降噪方法对激光超声检测晶粒尺寸的信号进行处理,实现了平均晶粒尺寸偏差在4μm范围内的精确识别,提高了激光超声检测金属材料平均晶粒尺寸的检测精度和分辨率。

    • 激光跨介质通信中跳时隙的编解码方法

      2021, 51(12):1594-1598. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.007

      摘要 (150) HTML (0) PDF 781.08 K (140) 评论 (0) 收藏

      摘要:跨介质无线光信道环境下散射吸收效应的出现会产生光强闪烁和光束漂移,造成激光光束传输性能下降,对数据传输产生干扰。为降低信息传输丢失概率、实现快速帧同步,提出一种跳时隙的脉冲位置调制编解码方法,通过研究跳时隙PPM编解码、信息组帧和传输技术,探讨系统实现方案。测试结果表明,采用跳时隙PPM字节组帧的信息传输技术,可进一步提升无线光信号传输抗干扰能力,收发双方依据约定的跳时隙通信规则,包括时隙类型组合、帧同步方式,有利于减小系统信息传输中被截获破译的机率,从而实现快速可靠通信。

    • >激光器技术
    • 基于种子光特性优化的光纤放大器理论分析

      2021, 51(12):1599-1604. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.008

      摘要 (123) HTML (0) PDF 1.02 M (147) 评论 (0) 收藏

      摘要:种子光特性直接影响放大脉冲的特性,为获得高质量放大脉冲输出,文章对基于SESAM被动锁模光纤放大器中种子光的特性进行优化模拟。理论分析了锁模光纤激光器的单模光纤长度、增益光纤长度、滤波器带宽以及输出耦合比的变化对种子光特性的影响,以及种子光携带的啁啾对放大脉冲的影响。综合色散和非线性效应等对种子光的影响,得到各项参数的最优值,并进行两级放大模拟,最终获得脉冲宽度为1353 ps、光谱宽度为115nm、平均功率为61W的高质量放大脉冲。

    • 58kW高峰值功率窄线宽纳秒脉冲光纤激光器

      2021, 51(12):1605-1609. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.009

      摘要 (135) HTML (0) PDF 726.41 K (157) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了一种峰值功率58 kW的窄线宽纳秒脉冲光纤激光器,由窄线宽种子源加4级光纤放大的主振荡功率放大(MOPA)结构组成。窄线宽种子源输出的连续种子光经电光强度调制器调制为纳秒脉冲信号光,经4级光纤放大,输出峰值功率达58 kW的窄线宽脉冲激光,中心波长106431nm,平均功率569W,重频100kHz,脉宽98ns,斜效率717,光束质量M2=134,偏振消光比156dB。激光功率的进一步提升受限于次脉冲及自相位调制。该高峰值功率窄线宽纳秒脉冲光纤激光器可在激光雷达中得到应用。

    • 平均功率360 W的光谱合成纳秒脉冲光纤激光

      2021, 51(12):1610-1613. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.010

      摘要 (88) HTML (0) PDF 696.36 K (175) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用多层电介质膜衍射(MLD)光栅实现多路光纤激光的共孔径光谱合成是主流的光谱合成方案。本实验搭建了4路平均输出功率为100W量级的窄线宽脉冲光纤激光器,中心波长在1058~1075nm,利用基于MLD光栅的光谱合成系统,成功获得了平均功率360W,峰值功率122 kW,脉冲能量036mJ,合成效率90,重复频率1 MHz,脉冲宽度295ns的光谱合成脉冲激光输出。最大合成功率下对应的输出光束质量因子M2小于2(M2x=193,M2y=16)。

    • >红外技术及应用
    • 发射反空空导弹对光电告警系统的需求分析

      2021, 51(12):1614-1619. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.011

      摘要 (110) HTML (0) PDF 996.69 K (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对反空空导弹系统对来袭空空导弹的探测需求问题,提出了一种基于空战进程的机载光电告警系统作用距离动态计算方法。该方法首先构造了飞行过程中来袭空空导弹动态红外辐射特征,分析了降雨、云雾及背景干扰在大气传输中的影响,结合典型空战场景,在中红外和远红外波段对光电告警系统的动态探测性能进行了仿真。仿真结果表明,工作在远红外波段的光电告警系统,在空空反导攻击区内能够发现来袭导弹,满足反空空导弹系统的作战需求,进而提高自卫飞机的战场生存力。

    • 风速对海面长波红外偏振度的影响研究

      2021, 51(12):1620-1627. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.012

      摘要 (108) HTML (0) PDF 1.28 M (231) 评论 (0) 收藏

      摘要:粗糙海面偏振特性对海面场景下的目标探测和识别具有较大影响。为了研究不同风速和探测角下海面长波红外偏振特性,基于双向反射分布函数和菲涅尔反射公式推导了长波红外偏振度计算模型,依据海浪谱和快速傅里叶变换法建立海面模型,并结合中国台站实测数据,计算了海水辐射和天空大气辐射,仿真分析了不同风速条件下海面在长波红外波段的偏振特性,仿真结果表明:随着风速的增加,各面元入射角的分布几乎对称的向两侧拓展,使得偏振度峰值减小,对应的探测角减小,当探测角小于63°时,偏振度随风速增加而增加,探测角大于63°时,偏振度随风速增加而减小,探测角为63°时,海面偏振度基本不受风速影响。研究结果对海面场景下的红外偏振探测有一定指导意义。

    • 基于热点位置分类的电流互感器发热故障判别方法

      2021, 51(12):1628-1634. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.013

      摘要 (115) HTML (0) PDF 1.12 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对变电设备故障发热特征选择、提取和故障类型判别问题,提出一种基于热点位置分类的电流互感器发热故障判别方法。首先运用CNN神经网络和YOLO融合算法完成电流互感器零部件检测为基础,建立二维坐标参考基准;然后采用PCNN分层聚类迭代方法分割出故障区域,并利用灰度质心法获取故障区域的热点等效中心;最后选择并提取热点等效中心到坐标原点的距离、角度等参数,应用这些参数判别热点位置的故障类别属性,从而实现电流互感器故障类型判别。结果表明,该判别方法准确率高达92,具有较好的实用性和推广性。

    • >光电技术与系统
    • 微型近红外光谱仪的光谱信号采集系统设计

      2021, 51(12):1635-1642. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.014

      摘要 (120) HTML (0) PDF 1.97 M (127) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于工业、农业、医药检测以及航空航天领域对微型近红外光谱仪的便携化使用需求,本文针对微型近红外光谱仪的嵌入式系统开展设计研究。光谱信号采集系统是微型近红外光谱仪嵌入式系统的一个重要组成部分,包括数据采集、存储以及实时传输等部分。本文以现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为主控芯片,同步动态随机存取存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory,SDRAM)为数据存储芯片,配合FPGA芯片内的先进先出存储器(First Input First output,FIFO)进行数据的读写缓存。相对于传统的光谱信号采集方案,本论文提高了数据的存储容量、减小了系统的硬件体积便于近红外光谱仪的微型化。同时,SDRAM作为数据存储芯片相对于传统方案来说价格更为低廉,因此整个系统的硬件成本大大降低。通过编写相应的功能测试文件对系统的控制逻辑进行了验证,结果表明光谱信号采集系统的时序控制逻辑可行,能够正确控制光谱信号采集、大容量存储和实时传输等操作。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 云计算及LLF算法的光纤数据差异化调度策略

      2021, 51(12):1643-1648. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.015

      摘要 (116) HTML (0) PDF 832.16 K (116) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有光纤数据差异化调度策略忽视数据节点的排序,导致构建的调度模型效率较低,影响数据调度速度,为提高光纤数据差异化调度能力,提出基于云计算及LLF算法制定光纤数据差异化调度策略。排列LLF算法下松弛度队列顺序,确保松弛度较大任务能够率先完成,基于LLF算法设计数据调度模型,求出光纤数据调度范围,制定云计算环境下数据差异化调度策略,提升队列排序的处理能力,提高光纤数据调度效率。实验结果可知,该调度策略的数据平均计算时间约为263s,数据平均调度时间为186s,验证了所提方法能够有效提升数据计算及调度效率。

    • 基于法布里-珀罗干涉的双电机转速测量

      2021, 51(12):1649-1653. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.016

      摘要 (121) HTML (0) PDF 693.73 K (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现多台电机速度的同时测量,提出了一种基于法布里-珀罗干涉的双转速测量方法。实验采用全光纤双通道结构,同时测量两台电机的转速。在使用自相关算法分析两个独立的散斑信号之后,获得电机的相应旋转速度。实验结果表明,在随机范围内可以实现两个单独的转速测量,相对误差小于023。这证明了新型全光纤配置测速仪的高精度和简单操作,并且该结构还实现了双电机转速的同时测量。

    • >光电对抗
    • 激光角度欺骗干扰诱饵设备测试仿真研究

      2021, 51(12):1654-1658. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.017

      摘要 (102) HTML (0) PDF 707.77 K (123) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光角度欺骗干扰是对抗半主动激光制导武器的有效手段之一,假目标设置是激光角度欺骗干扰能否成功的重要因素。本文首先进行了激光角度欺骗干扰战术应用分析,总结了激光角度欺骗干扰成功的条件;接着介绍了一种激光角度欺骗干扰诱饵假目标布设方法,并对诱饵设备的空间能量分布进行了测试;最后,根据战情设计,仿真计算了激光角度欺骗干扰条件下激光制导武器的弹道曲线和落点分布。结果表明:该诱饵假目标布设方法简单有效,诱饵设备能够有效实施激光角度欺骗干扰,激光制导武器偏离目标,该研究结果可以为全面评估干扰效果提供技术支撑。

    • >图像与信号处理
    • 基于L1-L0分解的可见光-红外线图像融合方法

      2021, 51(12):1659-1665. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.018

      摘要 (133) HTML (0) PDF 1.35 M (316) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了增强融合图像中的夜视场景和显著性目标,提出了一种可见光与红外线图像的融合方法。首先,对可见光图像进行内容增强。其次,利用L1-L0约束的图像分解方法对增强的可见光图像和红外线图像进行分解,得到它们的基础层和细节层,在基础层上采用局部能量的融合规则进行融合,在细节层上利用显著性图的融合规则进行融合。最后将融合的细节层和基础层叠加得到融合结果。实验结果表明所提方法在主观视觉和客观评价上均取得良好的效果。

    • 基于二阶梯度的红外小目标检测方法

      2021, 51(12):1666-1672. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.12.019

      摘要 (126) HTML (0) PDF 1.28 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高复杂背景下红外图像中弱小目标的检测概率同时降低虚警率,本文提出一种基于二阶梯度的红外弱小目标检测算法。首先基于小面模型采用二维离散正交多项式对原始图像局部灰度分布进行拟合,然后设计二阶方向导数滤波器对图像进行滤波并分解为不同的方向通道,再根据极值定理对不同的方向通道求取极值图像,随后对极值图像进行形态学滤波以增强目标能量并进一步抑制背景杂波,之后对极值图像进行归一化处理并统计其直方图,利用直方图灰度分布选取合适的分割阈值,进行阈值分割后得到二值图像并最终确定目标位置。实验结果表明,该方法在信噪比极低的复杂背景下可准确地对弱小目标进行检测。

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