• 2022年第1期文章目次
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    • >综述与评论
    • 基于准相位匹配PPLN黄绿激光器的研究进展

      2022, 52(1):3-9. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.001

      摘要 (146) HTML (0) PDF 1.13 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:560~600nm黄绿色激光是共焦显微镜、流式细胞术、皮肤和牙科医疗、皮肤美容、精密光谱学、大气激光雷达、激光多普勒测速和其他生物成像设备的理想光源,它也是激光治疗复杂眼科疾病和癌症的最佳光源。非线性频率变换技术(和频与倍频)是获得高效、稳定、紧凑黄绿光激光器是一种有效可行的方法。本文综述了基于准相位匹配PPLN、PPMgLN晶体的黄绿激光器各个类型、输出参数、性能以及发展趋势。

    • >激光应用技术
    • 脉冲压缩激光雷达多普勒补偿方法

      2022, 52(1):10-14. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.002[HJ2.0mm]

      摘要 (95) HTML (0) PDF 1.22 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光雷达动目标引起的多普勒频移较大,无法有效进行脉冲压缩且距离与速度耦合严重,严重影响激光雷达动目标检测性能及测距精度,针对上述问题,本文提出一种多普勒补偿方法,该方法采用双频共轭处理求解速度模糊,然后对目标进行多普勒补偿,同时解决激光雷达动目标距离速度耦合及脉压性能问题,提高目标检测性能和测距精度。采用目标回波仿真数据进行实验,实验结果表明了本文方法的有效性。

    • 基于脉冲位置调制的激光雷达距离速度测量方法

      2022, 52(1):15-22. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.003

      摘要 (96) HTML (0) PDF 1.31 M (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:汽车激光雷达根据脉冲飞行时间测量道路环境中障碍物的距离,但受限于脉冲的宽度,不能利用多普勒测量障碍物的相对速度,且不具备抗干扰的性能。针对这些问题,文中开展汽车激光雷达发射波形调制与信号处理关键技术研究,提出了一种能够实现激光雷达同时测量障碍物距离和速度的脉冲位置调制方法,并评价该方法在城市道路环境中的抗干扰性能。综合考虑距离、速度测量精度要求以及空间解像度的要求,限定完成一次测量的脉冲序列长度,并在限定的时间范围内制定随机分配脉冲位置的规则,对比不同分配机制的优劣。在距离测量方面,设计针对脉冲位置调制波形的数据累加方法,提高障碍物的检测灵敏度;在速度测量方面,提出非等间隔采样数据的频谱分析方法,计算多普勒信号的频率;最后,以城市道路为背景,设计干扰波形,分析外部干扰对距离和速度测量性能的影响。

    • 一种基于随机森林的激光大气传输效应评估方法

      2022, 52(1):23-28. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.004

      摘要 (84) HTML (0) PDF 1.40 M (117) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有的激光大气传输效应评估方法(定标律评估和波动光学仿真评估)较难有良好的模型正则性和应用普适性的困难,提出一种基于随机森林的激光大气传输效应评估方法。该方法首先以烟台某地大气环境数据(温度、风速、湍流强度(C2n)等)的随机采样和激光发射参数(传输距离、激光功率等)作为输入数据和多层相位屏模型仿真生成的环围功率(PIB)作为输出数据,然后利用随机森林进行训练和预测。结果表明,随机森林较支持向量机能更好的表征输入与输出间的多元回归关系,预测均方根误差优于0021;传输距离、C2n与PIB相关性最强,对PIB影响最大。本方法可为机器学习在激光大气传输效应评估的应用提供更加完善的理论依据,具备一定的应用价值。

    • 表面激光熔覆对体育器材硬度的改善

      2022, 52(1):29-34. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.005

      摘要 (80) HTML (0) PDF 1.28 M (111) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了能够明确激光熔覆技术对体育器材硬度的改善效果,提出分别从复合涂层、层间停光时间以及激光扫描速度方面变量参数进行硬度影响分析,研究三氧化二铝含量对复合熔覆层形貌、显微硬度和耐磨性能的影响,多层熔覆对激光熔覆层微观组织和硬度的影响,激光扫描速度对熔覆层宏观形貌、相组成、显微组织、成分及硬度分布等影响。进行了理论分析和实验验证,结果表明,随熔覆层表面距离增加,激光熔覆层显微硬度会减小,器材硬度会呈现出先增加后减小趋势;第二层熔覆距离降低使第一层中硬度随距离减少而提高;通过增大扫描速度,熔覆层的组织有细化趋势,组织不均匀性得到改善,同时熔覆层厚度降低,稀释率减小,使熔覆层平均硅含量提高,显微硬度改善。

    • AGV激光导航中反射板布设研究

      2022, 52(1):35-39. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.006

      摘要 (88) HTML (0) PDF 1.35 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对激光导航自动导引车(automatic guided vehicle,AGV)系统中反射板布局质量难以衡量的问题,本文提出了利用水平精度因子(horizontal dilution of precision,HDOP)来表征反射板在空间几何分布质量的方法。水平精度因子反映了定位系统中路标的几何布局与定位精度之间的关系,在相同的测距精度下,待定位置的HDOP值越小,该位置的定位精度就越高。通过定位仿真实验,分析了4种定位方案下HDOP值与定位误差的关系,结果表明,HDOP值较小的位置,AGV的定位精度也越高;在测试点位于反射板所围成的封闭区域内以及合理地增加反射板数目的情况下,测试点的HDOP值较小、定位误差小。基于此,可以通过合理布设反射板的位置、增加反射板的数量,来提高AGV的定位精度。

    • 约束条件对薄板激光冲击表面完整性的影响

      2022, 52(1):40-46. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.007

      摘要 (93) HTML (0) PDF 2.25 M (100) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究约束条件对薄板激光冲击表面完整性的影响,对厚度为1mm的304不锈钢薄板进行了激光冲击强化处理,分析了两端夹持和底部全约束条件下,板材表面形貌、显微硬度和微观组织的差异,并通过数值模拟和实验研究了不同厚度板材的表面残余应力分布和约束条件的影响机理。结果表明,底部全约束试样表面凹坑深度约14μm,远小于两端夹持试样。两种约束条件下试样深度方向显微硬度的区别并不明显,试样表面附近均产生了细小的孪晶,高密度的形变孪晶使材料的显微硬度得到提升。当板材厚度小于2mm时,底部全约束条件下的残余应力场效果明显较好。两种约束条件下应力波的反射情况明显不同,反射的应力波影响了薄板表面的残余应力场。

    • >激光器技术
    • 高稳定性半导体激光器功率控制电路设计和测试

      2022, 52(1):47-50. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.008

      摘要 (106) HTML (0) PDF 953.82 K (129) 评论 (0) 收藏

      摘要:有些飞行器的表面安装有基于半导体激光器模块的激光信标系统,用于发出指定功率的稳定光束来配合地面光电系统对激光信标的捕获、识别和跟踪。针对该激光信标系统在宽温度范围下的高功率稳定性需求,设计了两种半导体激光器模块功率控制电路,分别对激光输出功率进行闭环控制和开环控制,采用国产和进口的激光器分别测试了两种控制电路在高低温下的功率控制效果,测试结果表明定电压开环控制电路的控制效果优于定功率闭环控制电路。

    • >红外技术及应用
    • 一种用于电气设备状态监测的新式FBG传感器

      2022, 52(1):51-56. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.009

      摘要 (97) HTML (0) PDF 1.40 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了监测绕组变压器的静态应力场和发生短路等故障时的动态应力变化,设计了一种用于电气设备状态监测的新式FBG传感器。该传感器由聚醚醚酮材料封装的FBG构成,通过内部圆锥形空腔结构实现将轴向应力集中于FBG敏感位置。通过仿真对不同压力强度下传感器结构的应力场部分及形变趋势进行了计算与分析,论证了设计的合理性。实验分别对静态载荷和动态冲击进行测试,结果显示,在静态压载测试中,当100 N<F<1000 N时,系统灵敏度为3397 pm/N,当1000N<F<5000N时,系统灵敏度为2083 pm/N。在动态冲击测试中,波长偏移量与响应时间的半宽均能够解析冲击强度,系统的平均冲击响应灵敏度为1499 pm/N。综上所述,该传感器结构在绕组变压器的状态监测中具有很好的应用前景。

    • 基于红外数字全息的水分含量检测方法研究

      2022, 52(1):57-63. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.010

      摘要 (84) HTML (0) PDF 1.36 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外数字全息有不易受可见光干扰、对系统稳定性要求不高等优点,在许多领域都有应用价值;而水分对多个波段的红外光都有很强的吸收效应,将该特点与红外数字全息相结合,以新鲜三七切片作为被测对象,随着时间推进,其表面水分含量逐渐减少,表面对物光吸收逐渐减弱,物光逐渐增强,全息图的条纹对比度发生变化,通过对实验中拍摄到的全息图的条纹对比度进行计算,其整体变化趋势与预期的水分含量变化趋势相符合,验证了该方法的可行性。并添加模拟近红外法测水分含量实验,对比实验结果,体现出本文所提出方法在测量精度上的优越性。

    • DRF红外双波段彩色图像融合算法

      2022, 52(1):64-70. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.011

      摘要 (139) HTML (0) PDF 2.12 M (229) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对中长波红外双波段伪彩色融合图像存在较明显色偏和细节信息模糊等问题,本文了总结典型传统彩色融合算法的优缺点,提出划分差值区域进行赋色融合(Difference Regions Fuse,DRF)的思路,并在图像预处理中增加迭代归一化图像处理,结合中长波红外差异的特征引入YCbCr颜色空间,利用16 bit原始红外图像直接进行赋色融合,仿真与实验结果表明,本文提出的DRF算法融合效果显著。

    • >红外材料与器件
    • 碲镉汞红外探测器电极接触研究

      2022, 52(1):71-75. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.012

      摘要 (136) HTML (0) PDF 1.28 M (129) 评论 (0) 收藏

      摘要:金属/碲镉汞电极接触是红外焦平面探测器的重要组成部分,对器件的性能与稳定性影响较大。然而在碲镉汞金属化过程中,金属离子能量较高将有可能对碲镉汞表面造成损伤。本文采用了离子束沉积系统生长金属电极,探究了束流、束压以及热处理等条件对碲镉汞红外探测器接触性能的影响。研究表明,碲镉汞在生长电极后表面会受到一定程度的损伤;随着离子能量的升高,对材料表面损伤加剧。在I V曲线中,电极沉积损伤较大的器件表现出软击穿现象;在热处理后,在一定程度上可以修复电极沉积时能量过大造成的损伤,提高了电极接触性能。

    • >光电技术与系统
    • 基于LED照明的线扫描频域OCT成像系统设计

      2022, 52(1):76-83. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.013

      摘要 (111) HTML (0) PDF 1.52 M (148) 评论 (0) 收藏

      摘要:光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)由于其非接触、无损伤、高分辨率等优点,在医学、生物学、材料学等领域有着广泛的应用,开发基于低成本光源照明且快速成像的OCT系统已经成为OCT技术发展的一个重要趋势。论文研究了一种基于LED 照明的频域线扫描OCT成像系统,给出了系统的基本工作原理,进行了系统结构设计、理论计算和初步的实验验证,结果表明,相对于传统的OCT成像方法,该方法降低了成本,并进一步提高了成像速度,具有较大的潜在应用价值。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 用于光纤传感的改进变分模态分解-DWT算法

      2022, 52(1):84-88. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.014

      摘要 (130) HTML (0) PDF 1.28 M (90) 评论 (0) 收藏

      摘要:大容量FBG传感网络解调系统中,信号去噪是影响FBG传感系统精确解调的重要因素。为了提高解调精度,本文提出一种以改进变分模态分解结合可调节半软阈值方法用于处理光纤信号。变分模态分解(VMD)将输入的信号分解为给定数量K个固有模态数(IMF),设置错误的K值会导致性能下降。本文在VMD的基础上添加4条约束条件,使其自适应的选取K值并减少了VMD的计算量,然后用新阈值函数进行去噪处理,最后通过温度测试实验,得到波长与温度的线性相关系数,评估性能与应用价值。实验结果表明,本文函数在连续性以及信号还原度均取得良好的效果。信噪比(SNR)相比于传统软、硬阈值平均提升了60162dB、130003dB,均方根误差(RMSE)平均降低了00442、01487。温度测试实验中温度与波长的线性相关系数为09992,能满足实际工程需求。

    • >光电对抗
    • 制导对抗仿真中双DMD红外场景产生器应用有关技术

      2022, 52(1):89-94. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.015

      摘要 (89) HTML (0) PDF 863.54 K (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:围绕双DMD红外场景产生器在红外成像制导对抗仿真中的应用问题,阐述了红外场景产生器相关工作原理和能量控制与探测方程,分析了四个方面的应用要求及其实现措施,给出了工作参数设置与标定的原则和方法步骤,建立了多种使用情况下由红外辐射亮度图像计算红外场景产生器驱动灰度图像的转换模型。

    • 舰载激光武器反导作战仿真分析

      2022, 52(1):95-101. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.016

      摘要 (84) HTML (0) PDF 1.16 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:舰载激光武器将成为海上舰艇编队未来反导作战的利器。针对舰载激光武器反导作战问题,研究了典型反舰导弹特性以及激光反导作战的毁伤机理,并以仿真的方法对武器系统毁伤导弹的能力进行了定量分析。基于此,构建航母编队反导作战的典型场景,通过模拟仿真,进一步验证了舰载激光武器在不同状态下应对反舰导弹饱和攻击时的综合抗击能力,为实战条件下舰载激光武器的反导作战运用提供了参考。

    • >光学技术
    • 星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计

      2022, 52(1):102-109. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.017

      摘要 (116) HTML (0) PDF 2.34 M (130) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高精度红外遥感成像的应用需求,提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波/长波红外双谱段遥感成像技术方案,在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息,谱段范围分别为3~5μm和8~12μm,中波红外谱段空间分辨率优于5m,长波红外谱段空间分辨率优于10m,幅宽大于20km,噪声等效温差优于60mK。根据噪声等效温差和光学传递函数等要求优化了光学系统指标参数,分析了二次成像同轴三反光学系统的冷光阑匹配原理,计算了光学系统初始结构参数,设计了光阑匹配型和出瞳匹配型中波/长波红外双谱段一体化光学系统,比较了两种方案光学系统的冷光阑匹配效果。

    • 秸秆焚烧火情监察红外变焦距光学系统设计

      2022, 52(1):110-114. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.018

      摘要 (132) HTML (0) PDF 1.37 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对秸秆焚烧区分布广且分散的特点,采用远程监控可为科学管理和安全生产提供极大帮助,可在发生火警、污染物排放等情况发生时,实时高效地处理突发事件并降低损失。基于上述需求,本文采用红外变焦距光学系统对焚烧区异常情况进行监视,变焦范围为345~775mm,变焦系统基于库克三片式光学结构进行优化,优化后光学系统在成像距离为100~2000m时地面景物分辨率优于1m,系统信噪比(SNR)为3453~7034,变焦过程光学传递函数在奈奎斯特频率下均在04以上,实现了100~2000m距离范围清晰成像。

    • >图像与信号处理
    • 基于FPGA的Cameralink高通量数据交互研究

      2022, 52(1):115-121. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.019

      摘要 (77) HTML (0) PDF 1.77 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前高速科研相机的常用Cameralink视频信号传输接口需专用数据采集卡连接到计算机导致系统灵活性不够的问题,提出一种基于FPGA的Cameralink接口Deca模式下高通量数据实时交互处理方案。硬件上利用编解码芯片完成Cameralink接口的数字图像采集和转换,输出LVDS信号。软件设计采用异步FIFO完成数据缓存及转换,解决跨时钟域的时序匹配疑难。FPGA设计结合Cameralink接口最大通量数据传输协议80 bits模式10 tap/8bit格式准确数据交互。通过Modelsim仿真验证及实物测试,结果表明在sCMOS相机满帧全速2048×2048@100 fps最大85 MHz下,FPGA与Cameralink接口的高通量数据准确控制,并向下兼容Base、Medium及Full模式。具备很高灵活性及应用价值。

    • 迁移学习在天基红外目标识别中的应用

      2022, 52(1):122-128. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.020

      摘要 (113) HTML (0) PDF 1.12 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:星载红外传感器对飞行的火箭进行识别时,因为观测数据有限,一般属于小样本甚至单样本学习的分类问题。本文建立了一种以一维全卷积为主体结构的孪生神经网络,将多分类问题转化为比较相似度的验证问题;并利用UCR时间序列数据集的预训练权重,对孪生神经网络的卷积特征提取部分进行知识迁移,最后使用公开文献中火箭红外辐射强度序列数据对网络进行微调,形成了一个能够比较两型火箭相似度的迁移学习网络。实验结果表明,本文建立的模型能够从其他数据集中学习到有利于时间序列相似性度量的信息,训练过程也具备可行性,在单样本情况下能较好地实现对火箭的识别。

    • 基于梯度特征的弱小目标检测

      2022, 52(1):129-135. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.021

      摘要 (110) HTML (0) PDF 1.25 M (224) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统检测方法对低对比度和低信噪比弱小目标检测难度大的问题,提出一种基于梯度特征提取的弱小目标检测方法。首先利用弱小目标的各向同性及在梯度空间中的正负分布特性,提取两个方向梯度特征;然后通过改进的局部对比度算法分别抑制两个方向梯度特征的相似性,融合两个抑制相似性的方向梯度特征,增强目标同时抑制背景;最后通过自适应阈值对结果图进行分割,得到最终检测结果。实验结果表明,该算法不仅能够有效检测极低信噪比与对比度的目标,而且对复杂边缘场景具有很好的抑制效果,在信噪比、背景抑制因子以及检测率方面优于其他算法。

    • 基于小波分析的脉冲激光回波信号分离方法

      2022, 52(1):136-144. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.01.022

      摘要 (105) HTML (0) PDF 2.11 M (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对脉冲激光引信易受战场烟尘粒子后向散射回波干扰的问题,提出了一种基于小波分析的激光回波信号分离方法。通过Mie散射理论和蒙特卡洛方法,建立烟尘环境脉冲激光传输与接收理论模型,模拟含有噪声的激光回波信号。在回波信号分离过程中,首先通过基于阈值的小波去噪方法,去除激光回波信号噪声。再采用峰锐化算法提高回波信号的峰分辨率,解决波峰重叠度过高的问题。最后,对锐化后的回波信号进行连续小波变换,得到波峰峰位参数,并根据峰位值求解出最佳高斯拟合波形,得到峰强及峰宽信息。实验结果表明,利用连续小波变换求解出的回波峰位值偏差在79之内,通过高斯函数拟合得到的峰宽值误差小于271,峰强值误差小于182。该方法通过对烟尘环境脉冲激光回波进行解析实现目标反射回波和烟尘后向散射回波的有效分离,可为实际战场环境脉冲激光引信抗烟尘干扰提供理论参考。

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