• 2021年第2期文章目次
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    • >综述与评论
    • 大型光学望远镜子镜单元微位移促动器综述

      2021, 51(2):131-140.

      摘要 (52) HTML (0) PDF 1.40 M (227) 评论 (0) 收藏

      摘要:微位移促动器是拼接镜面望远镜子镜主动支撑系统中的关键执行机构,在应用中必须同时满足大行程、高精度和高负载等要求。随着望远镜口径的不断增大,促动器在保持高精度和高负载的同时还应具有更大的行程,这对促动器的设计来说是一个挑战。为了寻找微位移促动器结构的可行方案,给促动器的研究人员提供系统的参考,本文针对大型光学红外拼接镜面望远镜的发展需求,对正在望远镜中应用的促动器和设计测试中的促动器,包括目前30 m级望远镜拟采用的柔性促动器和其他预研促动器方案等,在具体结构方面进行了详细的介绍,并对促动器的组成部分进行整理、汇总、分类和对比,最后综合各种形式促动器的优势与不足,对微位移促动器未来的发展趋势做出展望。

    • 高功率光纤激光空间拼接的研究进展

      2021, 51(2):141-148.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.41 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:鉴于当前光纤激光空间拼接的研究成果,归纳出3种不同的拼接类型:利用转向镜的拼接、利用合束器的拼接和利用凹面光栅的拼接。对于每一种拼接方案,本文详细介绍了其实现的原理以及所采用的技术手段,并呈现了这些拼接方案所取得的阶段性成果。

    • >激光应用技术
    • PMMA疏水性表面的飞秒激光制备研究

      2021, 51(2):149-155.

      摘要 (10) HTML (0) PDF 1.14 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用飞秒激光加工系统对PMMA表面制备微结构,调节激光的加工次数和微结构的尺寸参数,研究PMMA表面的润湿性机理。激光制备出光栅结构和方柱结构,采用超景深三维显微镜和接触角测量仪对微结构表面形貌和润湿性进行测量分析。研究了不同的激光加工次数和微结构尺寸对表面润湿性的影响,结果表明:PMMA表面微结构的接触角随光栅结构间距的增大而减小,随光栅结构的高度增大而增大,最大接触角达到120°;相较于光栅结构,制备出的方柱结构的接触角更大,与理论计算值比较接近;激光加工PMMA表面微结构可以将PMMA润湿性从亲水向疏水状态转变,微结构间距过小会导致激光加工时飞溅的熔融物堆积在结构通道。

    • 激光加载下钛合金的层裂特性研究

      2021, 51(2):156-160.

      摘要 (28) HTML (0) PDF 1008.43 K (98) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究激光冲击钛合金层裂行为,利用ABAQUS软件建立了尺寸为16 mm×16 mm×0.2 mm的钛合金在强激光加载下的有限元模型,得到不同激光冲击波峰值压力与冲击波加载时间下的钛合金自由面速度曲线,并根据自由面速度曲线计算出钛合金的应变率及层裂强度。模拟结果表明,在激光能量为10 J、脉宽为5 ns时,钛合金达到了最大的应变率3.34×106 s-1与层裂强度5.26 GPa;钛合金的应变率及层裂强度随着激光冲击波峰值功率的增大而增大,随着激光冲击加载时间的缩短而增大。

    • 基于线性调频脉冲压缩的激光相干探测技术研究

      2021, 51(2):161-165.

      摘要 (16) HTML (0) PDF 1.25 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有的单频率脉冲相干探测激光雷达的高精度测量矛盾,研究采用线性调频脉冲压缩的方式实现相干激光雷达对目标的高精度测距和测速。文中介绍了线性调频脉冲压缩的原理并给出了仿真结果,并结合相干激光雷达系统的特点,并对系统的实现方式问题进行了探讨。

    • 高旋掠飞弹载激光雷达对地面装甲目标的分割与识别

      2021, 51(2):166-170.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 1.08 M (70) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了完成搭载单元激光雷达的高旋掠飞弹药对地面装甲目标的提取与识别,充分考虑高旋掠飞弹药的稳态扫描过程,提出了一种用于弹载单元激光雷达一维距离像的目标分割与识别方法。首先通过基于梯度的自动生长阈值分割算法对一维点云数据进行预分割,并获取初始聚类数与聚类中心;接着基于改进的kmeans算法对分割结果进行调整,实现对装甲目标的优化分割;最后将分割出的目标与真实装甲目标进行特征匹配从而识别装甲目标。实验结果表明:此方法能在不同的高度、视场角下有效地对装甲目标进行分割与识别,为高旋掠飞弹药目标识别研究提供技术支持。

    • 激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

      2021, 51(2):171-177.

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.63 M (89) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能。结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域。激光选区熔化制备的试样的抗拉强度及屈服强度最高分别达到了703 MPa及609 MPa,与常规方法成形的固溶态棒材相比,优势明显,但延伸率呈现一定程度的下降。这主要是由于选区激光熔化中激光与粉末作用时间很短,熔池快速熔化,急速冷却,形成了致密的细小晶粒,导致材料的强度显著提高。拉伸性能存在各向异性,XY向均高于Z向。一方面由于局部急熔急冷,成形件内存在较大内应力,另一方面晶粒生长方向各异,导致力学性能各向异性难以避免,在拉伸变形过程中不同生长方向的晶粒互相牵制,变形不均匀,导致延伸率降低。成形的316L不锈钢XY向和Z向的布氏硬度均达到了188 HB,与固溶强化处理后的不锈钢棒材相当。激光选区熔化成形的316L材料的夏比冲击功达到了74.5 J,XY方向略高于Z向。

    • >激光器技术
    • 二硫化钼掺镱光纤激光器连续和调Q实验研究

      2021, 51(2):178-183.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.27 M (59) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用环形腔结构,实现了1063 nm双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转。光纤激光器连续输出结果表明,在输出透过率和泵浦功率固定时,存在最佳输出光纤长度。在3m最佳光纤长度时,得到平均输出功率270 mW,中心波长1063 nm、斜率效率为21.5 %的连续激光输出。采用自制的二硫化钼(MoS2)作为可饱和吸收体(SA),实现了掺镱光纤激光器的稳定调Q运转。当泵浦功率在185~560 mW范围内变化时,实现了稳定的调Q脉冲输出,调Q脉冲最大平均输出功率为2.18 mW,相应的脉冲宽度最窄为45 ns,最大重复频率为61.7 kHz,相应的单脉冲能量为38 nJ。脉冲宽度、重复频率、平均输出功率与泵浦功率近似呈线性关系。在实验中还发现了不稳定的被动锁模序列,并给出了合理的理论解释。

    • 912 nm/1064 nm同步双波长激光特性研究

      2021, 51(2):184-188.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 956.50 K (56) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究同步双波长激光器的输出特性,并解决其增益竞争问题,本文介绍了能同时输出准三能级激光和四能级激光的双波长激光器的理论模型,推导了双波长激光器输出功率的表达式。以理论模型为基础,首次设计了一种使用Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4晶体为增益介质,879 nm激光二极管为泵浦源的腔内级联泵浦结构的同步双波长连续激光器,成功实现了912 nm的准三能级连续激光以及1064 nm的四能级连续激光同步输出,在最大15 W的泵浦功率下,得到912 nm的准三能级激光最大输出功率为0.65 W的,斜效率约为7 %,以及1064 nm的四能级激光的最大输出功率为1.58 W的,斜效率约为16.6 %。总的光-光转换效率为14.9 %。且实验发现,两块晶体间距不同会使两种波长的输出功率发生变化,两种波长之间存在竞争关系。

    • >红外技术及应用
    • 恒温NDIR二氧化碳气体传感器研究

      2021, 51(2):189-195.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1.51 M (694) 评论 (0) 收藏

      摘要:环境温度变化会影响CO2对红外光的吸收效率,为提高非色散红外(NDIR)CO2气体传感器的测量精度,设计了一种基于增量式PID算法的恒温CO2气体传感器系统。首先利用ANSYS FLUENT软件对恒温控制下的采样气室内部热分布进行模拟仿真,验证了恒温控制的可行性,然后设计了基于PI加热片的恒温控制系统。实验结果表明,在0~2000 ppm气体浓度范围内,本文提出的CO2气体传感器在恒温40 ℃时的测量误差小于±60 ppm,该结果对于研制高性能气体传感器有一定参考价值。

    • 储罐液位的红外定量辨识

      2021, 51(2):196-201.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 983.29 K (53) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高储罐液位检测的准确性,提出了结合共轭梯度反演算法利用红外检测技术来定量识别储罐液位的方法。针对研究问题,建立了二维导热下的储罐液位识别模型,并利用有限体积法实现了对正问题模型的求解,在此基础上,利用共轭梯度算法实现了对储罐液位的定量识别,利用数字算例分析了初始假设、测温误差和换热系数对识别结果的影响,数字算例的识别结果表明识别方法有很好的准确性和适应性,最后采用实验验证了识别方法的可行性。

    • >红外材料与器件
    • 光刻工艺对大面阵长波碲镉汞芯片性能的影响

      2021, 51(2):202-205.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 1.07 M (74) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过分析器件工艺对大面阵长波碲镉汞芯片性能的影响,发现光刻工艺非均匀性累积进而显著影响碲镉汞芯片性能的现象。应用Matlab仿真计算,定量分析了碲镉汞材料片表面凸点对不同线宽光刻工艺非均匀性的影响,提出了降低光刻工艺非均匀性累积的方法和高质量光刻工艺对碲镉汞材料平坦度的具体要求。

    • >光电技术与系统
    • 机载光电稳定平台建模及动态特性分析

      2021, 51(2):206-211.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 1.13 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:两轴两框架机载光电稳定平台以其机构简单、成本低、体积小的特点广泛应用于小型载机上。载机与光电平台之间、平台框架之间存在复杂的非线性耦合。本文根据运动学、动力学关系,采用机理建模的方法建立了包含内外框耦合力矩的数学模型,并进行了多种状态下的动态特性仿真。结果表明,当框架受扰时内框比外框更敏感,内框能更快恢复稳定。载机角速度扰动引起的光轴角速度变化比框架力矩扰动引起的光轴角速度变化小。载机三轴运动时内外框之间存在耦合力矩,耦合力矩的频率和载机运动速度的频率相同;载机三轴角运动时内框电机加入控制电压,内外框耦合力矩变大。

    • 基于手机热点传输的微型光谱仪系统研究

      2021, 51(2):212-216.

      摘要 (16) HTML (0) PDF 1.18 M (59) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足光谱探测系统微型化及实时现场检测需求,研制了一种基于手机热点传输和Android平台的微型光谱仪系统。系统通过光谱仪端对被测物体的光谱信号进行采集,并利用CCD探测器记录光谱图像,光谱仪端的Open WRT模块作为无线终端连接热点手机,将光谱图像传到手机端,通过Android平台实现光谱图像的处理与图形化显示。测试实验结果表明,微型光谱仪能够准确获取被测目标的光谱数据并在手机端实时显示光谱曲线。通过手机热点方式能够实现光谱数据的点对点远距离、快速传输,光谱仪微型化设计与无线传输方法满足了现场检测的需求,具有较高的实际应用价值。

    • >光纤及光通讯技术
    • 基于BP信号识别的光纤油气管道监测系统

      2021, 51(2):217-221.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.13 M (65) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种基于BP神经网络信号识别算法的分布式光纤管道安全预警系统,利用提取的现场振动信号时域、频域短时和长时特征,对基于BP神经网络分类器模型进行训练,模型实现了对人工挖掘和机械挖掘的智能分辨。其中BP分类器模型的最大误报率为3.3 %,平均误报率为1 %,最大漏报率为3.2 %,平均漏报率为1 %。将该BP模型应用在不同时长的现场信号识别测试中,实现了最低为5 %的漏报率,因此BP信号识别算法能够实现对管线入侵信号的有效识别及分类,提升传感系统可靠性。

    • 梯度掺稀土光纤的制备工艺研究

      2021, 51(2):222-226.

      摘要 (18) HTML (0) PDF 1017.54 K (56) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高掺稀土光纤的纵向温度分布均匀性和受激布里渊散射效应的阈值功率,研究了光纤纵向距离上稀土离子掺杂浓度呈梯度分布的掺稀土光纤的制备方法。分析了制备梯度掺稀土光纤预制棒的工艺要求与光纤几何尺寸的关系。基于离子液相掺杂方法,采用疏松层分区多次浸泡技术,在光纤预制棒中仅为28.0 mm的长度区间内,镱离子实现了含四个“台阶”的梯度掺杂。将梯度掺杂预制棒拉制成掺稀土光纤后,对长度为11.2 m的梯度掺杂段光纤的976 nm波长处包层吸收系数进行了测试,高掺杂浓度区的吸收系数达到了低掺杂浓度区的2.57倍。

    • >光电对抗
    • 金属-碳复合材料的制备及其非线性光学性质研究

      2021, 51(2):227-231.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.09 M (55) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于浸渍法,成功制备了铁含量为10.7 wt %、铜含量为12.9 wt %的金属-碳复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射谱、电感耦合等离子体原子发射光谱等手段表征了金属-碳复合材料的结构、形貌、晶型以及元素组成。通过开孔Z扫描实验和光限幅实验对该材料的非线性光学性质进行测试,该材料表现出优秀的反饱和吸收型非线性光学效应,透过率随着入射光强的增大而降低,光限幅阈值为0.43 J·cm-2,该材料在光限幅领域具有广阔应用前景。

    • 基于捷联导引头去耦问题惯测注入方法研究

      2021, 51(2):232-236.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.03 M (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:半实物仿真作为导弹打靶前的重要验证环节,在导弹研制定型过程中作用日益重要,半实物仿真系统要具备全面考核导弹性能的能力。但随着导弹性能的提升,出现了仿真过程中导弹弹体姿态角变化方位超出现有半实物仿真系统飞行转台的转动范围情况。基于捷联导引头去耦问题,设计了一种惯测注入式仿真方法,解决转台转动范围不满足弹体姿态角变化范围的问题,提升半实物仿真系统仿真能力。

    • >图像与信号处理
    • 基于GF-5的滇池蓝藻水华空间分布特征研究

      2021, 51(2):237-243.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 1.03 M (67) 评论 (0) 收藏

      摘要:滇池水体富营养化严重导致蓝藻水华爆发,因此文章基于GF-5高光谱数据,运用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)识别滇池的蓝藻水华发生状况,并通过对NDVI值域进行分类,进一步对比分析草海、外海蓝藻水华的空间分布特征及差异。结论如下:①NDVI值域的一般数量统计分析表明,草海和外海NDVI均值分别是-0.350和-0.708,说明草海蓝藻水华覆盖情况较外海更严重;②NDVI值域的分级分类统计表明,草海以轻度蓝藻水华区域为主,占草海总面积的73.36 %,重度蓝藻水华区域占比为1.12 %;外海以无蓝藻水华区域为主,占外海总面积的95.42 %,中度和重度蓝藻水华区域占比分别为 0.52 %和0.11 %;总体上,滇池蓝藻水华空间分布呈“北重南轻”的格局,草海蓝藻水华覆盖密度为80.45 %,草海较外海更易于蓝藻水华生长,水质更差。此研究方法可有效实时地监测识别高原湖泊蓝藻水华发生的空间分布状况,丰富了基于高光谱遥感进行湖泊水域水质监测的方法,为促进滇池水资源的治理和开发利用提供科学依据。

    • 融合相关滤波和CNN的点状目标跟踪技术研究

      2021, 51(2):244-249.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 1.38 M (203) 评论 (0) 收藏

      摘要:在研究点状目标跟踪的基础上,该算法利用多层卷积特征和相关滤波技术进行目标跟踪。为解决目标因淹没在杂波中丢失的问题,该算法使用重检测机制实现目标的长期跟踪。首先,使用VGG模型提取红外点状目标的多层卷积特征,然后在每一层上经过相关滤波计算最大响应值,最后通过权重融合获得最终响应值,实现点状目标跟踪。当目标丢失时,利用重检测技术检测目标,将检测结果作为标签,更新分类器,实现长期跟踪,并进行了理论分析和实验验证。实验结果表明,此算法对于点状目标的跟踪效果显著,具有较高的准确性。

    • 基于引导滤波的高动态红外图像压缩算法

      2021, 51(2):250-255.

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.39 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:非制冷红外机芯的原始图像位宽为14 Bit,虽然相对于8 Bit红外图像来说,14 Bit红外原始图像具有灰度动态范围更广、灵敏度更高、包含细节信息更多的优点,但是由于普通显示设备能够显示的最大灰度范围为8 Bit,所以需要对14 Bit原始图像进行压缩,以满足常规显示设备显示及后端图像处理的需求。若压缩算法性能不佳,在图像压缩过程中可能会丢失大量的细节信息,直接影响成像质量。本文提出了一种基于引导滤波的压缩和显示算法,该算法首先利用引导滤波对图像进行分层,根据不同图层的特点和在合成图像中的作用,分别进行增强和降噪处理,使合成图片具有良好的显示效果。通过与常用算法的仿真对比实验,以及对视觉效果和定量评价参数两个方面的实验结果分析,本文所提出算法在压缩和图像处理的性能表现上均获得一定程度的提升。

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