• 2021年第8期文章目次
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    • >激光应用技术
    • TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

      2021, 51(8):971-979. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.001

      摘要 (69) HTML (0) PDF 2.40 M (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数。方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成及硬度分布。结果在不同激光扫描速度下,熔覆层表面呈不同程度黄色,微观组织均具有“上下细密、中间粗大”特征,其主要由针状α′马氏体、马氏体核心、α相集束、残余β相以及以TiC为代表的MC碳化物构成,Zr元素富集在基体与熔覆区的结合区;随着扫描速度的增加,Zr元素分布愈发不均匀,熔覆区内马氏体混乱、破碎程度加剧,显微硬度先增后减,7mm/s时熔覆层与基体结合良好,硬度水平达到峰值600 HV,达TC4基体的2.5倍,熔覆质量最佳。结论:优化激光扫描速度,可以显著提升熔覆层的质量与综合性能;熔材中Zr元素以ZrO2、ZrC以及固溶形式存在于熔覆区;马氏体间错位滑移阻力、TiC等增强相以及Zr元素固溶强化作用使显微硬度得以提升。

    • 基于多波长激光探测海洋大气波导机理及实验研究

      2021, 51(8):980-984. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.002

      摘要 (63) HTML (0) PDF 934.28 K (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:海洋大气波导是能够影响侦察预警探测装设备和常用民用航型保障设备的重要大气环境因素。本文采用一种基于激光探测遥感探测大气波导的技术,通过分析计算典型海洋大气多波长激光传输特性、光波波段折射率结构常数与激光探测大气波导机理模型。同时通过自主研制的激光雷达在三亚等地进行大量实践大气波导探测,并同步开展探空气球探测低空100m范围内的温度和湿度剖面,采用温度和湿度剖面获取折射率剖面和激光传输的消光系数垂直分布以及光波段的折射率结构常数分布,实验分析初步表明用激光探测大气波导尤其是海上大气波导尤其是蒸发波导的可行性。

    • 应用于无人驾驶车的激光雷达雪天去噪方法研究

      2021, 51(8):985-991. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.003

      摘要 (81) HTML (0) PDF 1.43 M (165) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对雪花噪声对激光雷达造成误检的问题,提出了一种基于激光雷达反射强度和邻域搜索算法的综合方法对降雪场景采集的激光雷达点云数据进行去噪处理。首先通过自适应方法统计激光雷达点云数据的反射强度分布,计算点云的动态边界阈值。然后,通过分析点云数据反射强度与邻域搜索算法对雪花噪声进行滤除。本方法对园区降雪天气下的实际激光点云数据进行了实验验证,实验结果表明该方法在滤除效果和保留周边环境特征等关键数据优于常用的动态半径离群点滤波器等方法,而且在车辆无人驾驶应用中具有较好的有效性与可行性。

    • 激光回馈玻璃材料微小内应力检测技术

      2021, 51(8):992-998. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.004

      摘要 (58) HTML (0) PDF 1.32 M (119) 评论 (0) 收藏

      摘要:平板玻璃广泛应用在建筑、交通、航天等领域,其应力大小是衡量产品质量的重要指标,为快速准确地检测退火后玻璃中的微小应力,本文基于激光回馈效应研究平板玻璃应力测量技术。通过论述激光回馈理论中的偏振跳变现象,分析系统中存在的测量锁区问题,并采用增加偏置波片的方法,间接扩大了系统测量范围。对样品的测量结果进行误差分析,排除外界温度引起的误差后,检测技术的精确性与重复性得到提高。实验结果表明:平板玻璃样品的应力测量结果中最大值为0.65 Mpa,标准差低于0.15 Mpa,属于产品的标准应力范围,此外测试系统具有结构简单、精确度高、稳定性强等特点,为实现在线无损检测平板玻璃应力提供重要方法。

    • 基于温度场模拟TiNiTa记忆合金涂层工艺参数选择

      2021, 51(8):999-1005. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.005

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.29 M (98) 评论 (0) 收藏

      摘要:以获得TC4钛合金表面高质量TiNiTa涂层为目标,使用ANSYSWORKBENCH软件、采用3D高斯热源,对激光熔覆TiNiTa粉末过程进行数值模拟仿真,研究其温度场云图分布;并研究激光功率、扫描速度、离焦量对温度场的影响。结果表明,在能量密度为1698J/mm2时熔覆层组织致密细小、与基体呈现良好的冶金结合;熔池中心的最高温度随着激光功率的增大而增大,随着热源移动速度和离焦量的增大而减小;另外,TC4钛合金表面的耐腐蚀被明显改善。模拟与试验结合确定激光熔覆的最优工艺参数为:激光功率100W、扫描速度2.5mm/s、离焦量10mm、脉宽5ms、频率10 Hz;通过分析可知能量密度是影响熔覆层组织及性能的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性亦可得到试验验证。

    • 荧光寿命分析法鉴别机油品种特征信息提取

      2021, 51(8):1006-1012. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.006

      摘要 (35) HTML (0) PDF 1.15 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于机油的品种鉴别在环境监测、事故认定等领域有着重要的作用,结合非线性最小二乘法的荧光寿命衰减曲线提取技术,能解决不同机油混合后的分类识别问题。研究通过激光诱导荧光雷达系统,利用时间分辨荧光实验,采用非线性最小二乘法将荧光寿命衰减曲线按照不同指数拟合,从相关指数及残差分布确定最佳拟合曲线。实验结果表明,三种不同机油产品的荧光寿命衰减曲线按照不同指数衰减其拟合效果不同,选取各自最佳拟合曲线,按照合成规律可以拟合出不同机油的荧光平均寿命参数,通过误差分析可信赖程度在95%以上。当以所有激发区域内像素点的平均荧光寿命为中心,利用2倍标准差作为置信限,统计其中两种不同机油激发区域中像素点荧光寿命值落入各自置信区间内的概率,二者的概率分别为87%和68%。通过三种不同油品的对比试验,验证了利用荧光寿命分析法实现不同机油产品油种识别的可能性,并可通过荧光寿命成像判断不同油种的空间分布信息。荧光寿命分析法为机油产品油种鉴别、成分分析及检测空间分布提供了一种新途径。

    • >激光器技术
    • 基于泵浦调制的高功率光纤激光器过冲抑制

      2021, 51(8):1013-1017. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.007

      摘要 (44) HTML (0) PDF 1.03 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了高功率光纤激光器过冲效应的产生机理,提出一种基于泵浦调制的过冲效应抑制方法,在线性恒流闭环负反馈技术的基础上实现泵浦调制,遏止光纤激光振荡器中“反转粒子”过量积累,最终抑制高功率光纤激光器的过冲效应,搭建了750W的光纤激光器系统,经泵浦调制后,1450W的激光过冲衰减了-2.86dB,达到额定功率缓升时间小于1ms,有效地抑制了激光过冲效应。

    • >红外技术及应用
    • 引入探测器特性的空间目标红外灰度序列仿真研究

      2021, 51(8):1018-1024. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.008

      摘要 (45) HTML (0) PDF 1.20 M (102) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对空间目标红外识别系统难以获取目标数据的问题,对目标红外灰度序列进行了仿真研究。通过计算目标和探测器的轨道运动参数,结合目标的微动特性得到探测器平面的投影面积观测模型;并构建目标表面温度分布模型,进而获得探测器接收的目标红外辐射强度序列。与以往方法不同的是,通过进一步考虑探测器自身成像效应,仿真得到了目标红外灰度序列。仿真结果表明不同形状和微动参数的目标红外仿真序列具有不同的周期性,可为红外目标识别算法设计提供数据支持。本文提出的目标数据仿真模型进一步缩小了与真实场景的差距,对空间目标识别系统具有重大意义。

    • 透射式红外光学系统的太阳杂散辐射分析

      2021, 51(8):1025-1030. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.009

      摘要 (36) HTML (0) PDF 1.21 M (128) 评论 (0) 收藏

      摘要:杂散辐射可以定义为经过非正常成像光路进入到接收器中的能量。杂散辐射会降低光学系统的图像对比度和信噪比,严重时杂散辐射的能量会直接将目标能量湮没,严重影响红外光学系统正常工作。本文分析了透射式红外光学系统的杂散辐射特性,设计了物镜筒的消光螺纹和表面处理方式等抑制措施。通过点源透过率曲线分析了抑制措施的作用,并分析了消光螺纹自身辐射对光学系统的影响。最终通过对比成像实验验证,结果表明,消光螺纹对轴外的杂散辐射有明显的抑制作用;同时消光螺纹的自身辐射能量不会引入新的干扰源。

    • 别汉棱镜角度误差对光轴一致性影响的研究

      2021, 51(8):1031-1037. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.010

      摘要 (53) HTML (0) PDF 1.05 M (119) 评论 (0) 收藏

      摘要:在周视扫描成像系统中,需要通过特定光学元件进行消像旋。别汉棱镜是最常用的消像旋元件之一,由于棱镜的角度误差对系统光轴的影响较大,因此对别汉棱镜的角度误差要求非常严格。本文通过分析推导反射光线、折射光线以及三维坐标系旋转的矢量形式表达式,建立了别汉棱镜的角度误差模型,在此基础上分析了入射光轴经别汉棱镜折反射之后出射光轴的方向向量,并且基于Matlab实现了从别汉棱镜出射的光轴的方向向量及其相对于入射光轴偏差的计算。通过与光线追迹仿真结果和实验结果进行对比,验证了所建立模型以及分析计算过程的正确性,解释了在棱镜胶合过程中出现四个十字叉丝的问题,对棱镜的加工具有指导作用,同时提高了胶合效率和棱镜的光轴一致性精度。

    • >红外材料与器件
    • 高光谱用中波红外焦平面探测器组件

      2021, 51(8):1038-1042. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.011

      摘要 (64) HTML (0) PDF 1.14 M (124) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文介绍了高光谱用中波2048×256红外焦平面探测器组件的研究结果。中波2048×256红外焦平面探测器由单片中波1024×256红外焦平面探测器拼接而成,采用非真空密封的高光谱相机集成封装结构。经测试,中波2048×256红外焦平面探测器组件各项功能正常,性能良好。

    • >光电技术与系统
    • 基于EMD分解与1-D CNN算法的光纤振动信号的识别

      2021, 51(8):1043-1049. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.012

      摘要 (72) HTML (0) PDF 1.75 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高基于相敏光时域反射计(-OTDR)的分布式光纤声传感系统(DAS)对入侵振动事件的识别准确率,提出一种基于经验模态分解(EMD)与一维卷积神经网络(1-D CNN)相结合的识别方式。该方式首先使用EMD将振动信号分解为m阶本征模函数(IMF),然后使用皮尔逊相关系数(PCC)判断出有效的IMF分量,将有效的IMF分量使用小波阈值去噪算法(WTD)进行去噪,对所有去噪后的IMF分量求和得到重构信号,最后使用1-D CNN对重构信号进行识别。实验证明该识别方式能快速完成对识别模型的训练,训练时间小于3min,并且能有效识别在实际环境中采集的入侵振动信号,对入侵信号的识别准确率可达98.3。

    • 某机载光电设备窗口玻璃鸟撞仿真分析

      2021, 51(8):1050-1056. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.013

      摘要 (46) HTML (0) PDF 1.90 M (137) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对某机载光电设备窗口玻璃在起飞和降落时可能受到的鸟撞情况,本文通过试验分析了玻璃的力学参数,运用软件针对不同质量的鸟体开展不同速度的撞击仿真分析,研究玻璃在撞击时的应力和变形,以及穿透时的临界速度。最终得出该机载光电设备在典型工况下的鸟撞耐受性,以此指导产品的实际工程设计,缩短研制周期。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 超短FBG的高灵敏度温度传感器

      2021, 51(8):1057-1064. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.014

      摘要 (47) HTML (0) PDF 1.55 M (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究一种适用于人造卫星环境温度监测的高灵敏度温度传感器,利用超短光纤光栅的小尺寸优点并结合双金属增敏结构研究设计小尺寸高灵敏度温度传感器。采用1mm超短光纤光栅作为测量敏感元件,以热膨胀系数大的铝材作为基底、热膨胀系数小的殷钢为热应变传递梁,将30mm的铝材基底热应变转化为1mm超短光纤光栅上的弹性应变,达到高效的温度增敏效果,实现了高灵敏度的温度测量。经测试,高灵敏度温度传感器的温度灵敏度系数为292.59 pm/℃,分辨率优于0.004℃,线性度为99.93。该传感器可用于温度的精确测量,具有尺寸小和分辨率高等优点。

    • 基于平方运算与多重希尔伯特变换的F-P干涉振动测量

      2021, 51(8):1065-1069. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.015

      摘要 (40) HTML (0) PDF 1.34 M (109) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了快速、简便地重构出物体的微振动,提出了一种基于平方运算与多重希尔伯特变换的振动测量方法。对采集到的干涉信号进行平方运算,使其干涉条纹的数量加倍,再对加倍后的干涉条纹在反向点两侧分别进行一次和三次的希尔伯特变换,重组出一组与之前相差π/2相位的干涉条纹,两组信号做商得到解包相位,从而重构出微振动。本文通过数值仿真和实验信号验证了所提方法的有效性。

    • >光电对抗
    • 基于靶标辐射元的IR-JST温度反演方法研究

      2021, 51(8):1070-1075. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.016

      摘要 (38) HTML (0) PDF 1.29 M (77) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外成像干扰模拟靶标(JST)用以在红外成像导引系统(IRIGS)抗干扰性能测试中为IRIGS提供干扰源,目前普遍采用的数字仿真法受仿真精度的制约不能准确的模拟各类干扰源,为此本文提出了一种基于热电器件阵列的红外成像干扰模拟靶标生成方法。但是实验中发现在热像仪温度反演过程中,利用传统的黑体定标方法将引入发射率补偿误差,并且随着工作时间的增加,热像仪发生温度漂移现象,严重的影响了热像仪温度反演精度。针对以上问题,提出了一种基于靶标敏感单元的热像仪标定方法及漂移补偿算法,实验结果表明,该方法能够使热像仪温度反演误差由7℃降低至0.5℃。

    • >图像与信号处理
    • 基于改进人工蜂群正余弦优化的红外图像分割方法

      2021, 51(8):1076-1080. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.017

      摘要 (33) HTML (0) PDF 997.15 K (86) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外图像背景复杂且分割难度较大等问题,提出了一种改进人工蜂群正余弦优化的红外图像阈值分割方法。首先是将二维Otsu函数作为蜂群算法的适应度函数;其次采用混沌对立的学习方法和差分进化的方法改进了初始化种群和蜜蜂搜索方程;然后利用改进的蜂群算法优化阈值,缩小阈值的搜索区域;最后利用正余弦法计算出全局最优解,该最优解即为分割的最佳阈值。实验结果表明:论文方法与Otsu法、k-means法、区域生长法以及分水岭法相比,图像目标区域分割的平均交并比为84.13,平均准确率为89.18,有效提高了红外图像的分割精度。

    • 基于改进暗通道算法的红外图像去雾研究

      2021, 51(8):1081-1087. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.018

      摘要 (48) HTML (0) PDF 1.62 M (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高红外图像去雾的质量,采用改进暗通道算法。首先通过图像自身调节来获得较准确的大气光强,利用原图暗原色图以及亮原色图的调节因子得到更加接近图像真实值的大气光强;然后均方差判断去雾图像区域块的对比度,通过透射率伸缩系数和透射率增减系数来调节透射率;接着为避免去雾图像画质偏暗,通过灰度值大小对图像亮度进行校正;最后给出了算法流程。实验仿真显示本文算法没有色彩失真现象,边缘细节处理更清晰明亮,平均梯度值最少为6.0,信息熵最少为7.5,峰值信噪比最少为17.6dB,能够满足红外图像去雾对清晰度、信息量的要求。

    • 基于CSR和能量特征的红外与可见光图像融合

      2021, 51(8):1088-1096. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.019

      摘要 (48) HTML (0) PDF 1.83 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统稀疏表示(SR)分块处理策略降低了图像连续性,使得特征信息损失严重。因此,提出了基于卷积稀疏表示(CSR)和能量特征的红外与可见光图像融合算法。该算法将非下采样轮廓波变换(NSCT)域低频子带分解成低频基础分量和细节特征分量,使用局部拉普拉斯能量法(LLE)和卷积稀疏表示分别进行融合,获得低频子带融合图像。同时,根据底层视觉特征构建新活性度量方法来融合高频子带,最后对高、低频部分进行NSCT反变换重建。实验结果表明:该算法有效结合了源图像的边缘纹理信息,在主观和客观评价上皆优于现有的大部分算法。

    • 飞行器红外图像识别与跟踪算法研究

      2021, 51(8):1097-1103. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.020

      摘要 (56) HTML (0) PDF 1.11 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决红外成像制导导弹仿真中的图像快速识别与跟踪问题,提出了一种飞行器红外图像识别与跟踪算法。首先,将导引头的图像识别过程分为图像预处理、图像特征提取与选择以及图像识别三个部分,并分别建立了实时高效的算法模型。然后,研究了图像跟踪的有效算法,并以导引头获得的红外图像为例,对各算法的处理结果进行了仿真分析。最后,选取特定的红外场景,应用文中提出的识别跟踪算法模型对图像进行识别,并对仿真结果进行分析。

    • 基于优化PCNN与区域特征引导法则的图像融合

      2021, 51(8):1104-1112. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.08.021

      摘要 (41) HTML (0) PDF 1.20 M (101) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统红外与可见光图像融合算法存在着边缘信息缺失、目标特征不够突出等问题,本文提出一种基于优化脉冲耦合神经网络(PCNN)与区域特征引导法则的红外与可见光图像融合算法。首先,对红外与可见光图像分别进行非下采样剪切波变换(NSST),获取相应的低频分量和高频分量。其次,低频分量采用基于优化PCNN模型的融合规则进行融合;对于高频分量,利用图像的区域能量、改进空间频率和区域方差匹配度等特征,提出自适应的区域方差匹配度阈值和调节因子,构造区域特征引导法则完成融合。最后,对融合后的低高频分量进行NSST逆变换,获取融合图像。实验结果表明,本文算法可有效综合图像的优势信息,并在主观视觉和客观指标上均具有明显的优势。

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