• 2022年第52卷第3期文章目次
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    • >综述与评论
    • 太赫兹目标特征研究进展

      2022, 52(3):307-313. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.001

      摘要 (157) HTML (0) PDF 3.24 M (231) 评论 (0) 收藏

      摘要:伴随着太赫兹雷达技术的快速发展,有关太赫兹目标特性的研究得到国内外学者的重视,并成为近几年的一个重要研究领域。本文综述并分析了太赫兹目标特性的国内外最新研究进展,包括光滑和粗糙表面简单散射体的太赫兹特征、复杂形状目标缩比模型的太赫兹ISAR成像、缩比模型的太赫兹RCS测量的研究进展,为太赫兹雷达系统设计、目标识别以及隐身目标设计等研究工作提供基础。

    • 碲镉汞雪崩光电二极管近年研究及应用进展

      2022, 52(3):314-320. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.002

      摘要 (101) HTML (0) PDF 1.64 M (321) 评论 (0) 收藏

      摘要:碲镉汞雪崩光电二极管(HgCdTe APD)因其具有高增益、高带宽、高量子效率、低噪声的优良性能,在主动/被动成像、激光雷达、波前传感和光子计数等低光子探测领域有着广阔的应用前景,国外研究机构在该领域采用不同的技术路线进行了深入研究。本文阐述了APD原理及结构,重点对近年来国外相关研究进展及应用情况进行了介绍,并对国内研究机构在碲镉汞雪崩光电二极管仿真模拟、器件制备等方面的研究成果进行了总结。

    • 二维材料光电探测器及光场增强的研究进展

      2022, 52(3):321-329. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.003

      摘要 (123) HTML (0) PDF 3.59 M (171) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着现有社会的不断发展,对光电探测器的需求不断提高,但现有传统材料探测器的发展已进入瓶颈期,亟需新材料的出现,使光电探测器得到进一步的发展。石墨烯等新型二维材料相比于传统材料,具有可做成原子级尺寸、能带可调、具有柔韧性等突出优点。可满足当今社会对光电探测器性能,尺寸等方面更高需求。因此二维材料光电探测器被广泛研究,取得了丰硕的研究成果。然而二维材料光电探测器存在明显优势的同时,也存在着明显的不足之处。这将限制其在更多领域的应用,需要通过一些手段来一进步优化探测器的性能。本文着重介绍现有二维光电探测器的研究进展,并介绍采用光场增强的方式对探测器的性能进行提高,可对相关人员提供参考。

    • >激光应用技术
    • 基于C++的距离选通激光成像雷达系统软件设计

      2022, 52(3):330-335. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.004

      摘要 (98) HTML (0) PDF 2.61 M (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于C++编程语言设计了距离选通激光成像雷达三维点云实时成像软件。软件以距离选通激光成像雷达成像原理为基础,实现了激光器和延时器的时序控制、点云数据的高速处理、滤波去噪以及三维图像的实时显示。基于自研硬件设备,利用本文设计的软件,对距离为700m的建筑进行了三维成像实验。实验过程中,该软件能够实现多参数实时控制及目标三维图像的实时显示,三维图像距离分辨率达到0157m,实验结果表明,该软件具有精度高、速度快、可操作性强等优点,在远距离探测以及实时三维成像等应用中具有广阔前景。

    • 脉冲光纤激光抛光Ti6Al4V的实验分析及研究

      2022, 52(3):336-342. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.005

      摘要 (96) HTML (0) PDF 3.19 M (122) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对脉冲激光抛光Ti6Al4V过程中参数众多问题,用改进的单因素实验方案简化实验过程,探究激光功率密度、频率和材料初始表面形貌对抛光过程产生的影响,通过表面形貌观察,探究抛光过程中在不同参数下材料表面产生的微观现象及原因;通过能谱分析,探究不同参数下材料表面的氧化程度;通过粗糙度检测,得出不同参数和初始形貌下,粗糙度降低的程度。以上实验结果表明:在合理的激光参数设置下以及使用合理的材料初始表面形貌进行激光抛光,虽然使得钛元素含量下降,但是都可以有效提升钛合金表面质量,使粗糙度降低93左右。

    • 一种靶材表面激光辐照功率的间接测量方法

      2022, 52(3):343-348. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.006

      摘要 (82) HTML (0) PDF 853.20 K (119) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的激光功率测量技术难以满足高能激光器到靶功率的测量需求。本文提出了一种基于埋入式FBG(光纤布拉格光栅)传感的靶材表面激光辐照功率间接测量方法。利用两个埋入式FBG传感器实现对靶材内不同深度处温度变化的精确测量,通过对两个FBG传感器测得的温度差进行函数拟合,即可求得靶材表面的激光辐照功率。仿真结果表明,本文所提方法能够有效、精确、不受波长和功率水平限制的间接测得靶材表面的辐照功率。

    • 基于三维激光扫描的建筑模型可视化制作研究

      2022, 52(3):349-354. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.007

      摘要 (88) HTML (0) PDF 999.09 K (123) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升建筑模型制作精度,以三维激光扫描为技术背景,对建筑模型可视化制作方法展开研究。将三维激光扫描设备放置于少遮挡物且具有开阔视野的位置,经多次扫描取得多组重合的点云数据,通过变换坐标系间关系,完成点云数据拼接,对其去噪、光顺处理后,根据构成建筑物表面的若干个几何特征,提取截面边界与建筑特征结构,实现建筑模型可视化制作。选取某标志性建筑物,分析布设的控制点、测站点以及标靶等指标精度,基于有效的测量准度,制作建筑三维模型,经对比模型与实际建筑物尺寸,发现所提方法能有效实现模型可视化制作,且大幅提升制作精度。

    • 基于光子多普勒测速的长景深动态测试研究

      2022, 52(3):355-359. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.008

      摘要 (98) HTML (0) PDF 1.73 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前光子多普勒测速的应用场景多为瞬时、短时的冲击、震动、飞片等测量,采集时间少、景深距离短,缺少长景深动态测试的应用。为此我们搭建了一套全光纤结构PDV以及基于LabWindows的上位机解调软件,以15kHz线宽155012nm激光器为光源,300mm工作距离非球面镜作为探头,针对运动距离为133m、最高速度14m/s的无杆气缸滑块进行速度测量。通过多次实验,得出了无杆气缸滑块运动的全程速度曲线,并用积分反推出运动距离与实际滑块运动距离相符,平均相对误差为-05266。实验结果表明,光子多普勒测速系统健壮性良好,在信号光耦合功率低的情况下仍可以得到16dB以上信噪比的干涉信号,大气环境稳定时可在长景深范围内进行动态测量。

    • 基于TDLAS的天然气泄漏空间动态分布监测技术及应用研究

      2022, 52(3):360-367. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.009

      摘要 (126) HTML (0) PDF 1.36 M (125) 评论 (0) 收藏

      摘要:天然气泄漏污染空气,易造成爆炸事故,危害人身安全,长期泄漏造成资源浪费,因此天然气泄漏监测成为天然气站亟待解决的问题。相较于其他各种测量原理,可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术因其响应迅速、非接触式测量等优点,广泛应用于开放环境下天然气泄漏监测。目前天然气站一般采用多点多线布置多个开放式激光气体遥测仪监测或采用多个扫描式激光气体遥测仪巡航监测的方案,监测区域范围小、漏洞大。本文基于TDLAS的奇次谐波信号建立吸收率函数在线重构算法,提出了一种天然气泄漏空间监测方法及系统,该系统基于GIS平台对天然气站进行三维建模,将监测数据融合处理,采用空间浓度场反演算法,在动态扫描后生成整个场站的浓度动态分布图。该系统实施后的试验结果表明,天然气泄漏监测系统响应迅速、灵敏度高、报警联动及时,三维场景及浓度动态分布图显示直观,泄漏点判断准确。

    • 基于动态宇宙算法的磁光成像增强研究

      2022, 52(3):368-374. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.010

      摘要 (103) HTML (0) PDF 1.17 M (97) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高磁光成像增强的效果,提出动态宇宙算法。首先建立宇宙空间模型,宇宙连接距离随着层的变化而动态改变;接着宇宙间信息交流、位置更新涉及到不同层、相同层;然后基于灰度因子对磁光成像对比度提高,通过灰度积分投影定位获得磁畴位置,总变差模型对磁畴纹理去除;最后给出了算法流程。实验仿真显示交变电压越大产生的磁感应强度越强,漏磁的磁光成像效果就越好;激励线圈旋转与焊接处垂直时,漏磁的磁感应强度达到极值;本文算法能够减少增强过程中磁畴的影响,增强图像较清晰,评价指标较优。

    • >激光器技术
    • 可恢复退化下半导体激光器的可靠性研究

      2022, 52(3):375-381. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.011

      摘要 (79) HTML (0) PDF 1.06 M (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:半导体激光器自诞生至今在技术和应用方面取得了飞跃的发展,作为精密度要求极高的光电子器件,其可靠性研究具有十分重要的现实意义。针对目前激光器可靠性研究存在的一些问题,首先,在对激光器的性能退化因素和规律进行深入分析后,综合考虑了半导体激光器在工作时性能退化存在可恢复的情况,建立了基于竞争失效理论的半导体激光器的可恢复退化模型;其次,考虑了冲击失效阈值的变化规律与冲击退化总量之间存在相关性,推导出了非确定阈值下的半导体激光器的可靠度变化规律。最后,利用实例数据对半导体激光器的可靠度退化规律进行评估,得到了确定阈值和非确定阈值下激光器可靠度的退化情况,并和现有的模型进行了对比,验证了本文模型的有效性和可行性。

    • >红外技术及应用
    • 红外隐身涂层光谱发射率测量定标研究

      2022, 52(3):382-387. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.012

      摘要 (118) HTML (0) PDF 1.06 M (124) 评论 (0) 收藏

      摘要:受涂覆工艺、物理特性和气动应力等因素影响,飞机红外隐身涂层容易产生裂纹、剥落等损伤。监控涂层光谱发射率是红外隐身涂层状态监控的一种有效手段。光谱发射率监控设备的定标直接影响涂层光谱发射率测量结果的可信度,进而影响飞机红外隐身特性的评估结果。针对光谱发射率测量定标需求,研究了积分球定向积分反射比测量系统定标方法,并开展红外隐身涂层样品的测量校准和参考样品定标试验,结果表明:提出的定标方法能够缩小参考样品光谱发射率带来的误差,控制参考样品光谱发射率与标准黑体辐射源光谱发射率之间的误差小于002,涂层样品的光谱发射率测量示值误差控制在003以内,满足隐身飞机涂层监控测量和定标需求。

    • >红外材料与器件
    • 大尺寸碲锌镉基碲镉汞材料分子束外延技术研究

      2022, 52(3):388-391. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.013

      摘要 (136) HTML (0) PDF 2.02 M (127) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高质量、大规模碲镉汞红外焦平面探测器需求的持续增加,本文开展了使用分子束外延方式在50mm×50mm(211)B碲锌镉衬底上外延碲镉汞材料技术的研究。通过对碲锌镉衬底改进湿化学腐蚀、碲锌镉衬底预处理、碲锌镉衬底缓冲层生长、碲锌镉基碲镉汞材料工艺开发等方面的研究,开发出了能够稳定获得碲锌镉基碲镉汞材料的工艺。材料质量、工艺重复性良好,获得的碲锌镉基碲镉汞材料双晶衍射半峰宽(35±5 )arcsec,组分平均值为02160;碲镉汞薄膜材料厚度平均值为606μm。

    • >光电技术与系统
    • 颗粒物数量与粒径分布的光学测量系统设计

      2022, 52(3):392-398. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.014

      摘要 (106) HTML (0) PDF 1.30 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对颗粒粒径和数量同时测量的问题,在Mie散射理论的基础上,提出将角散射颗粒计数法和小角前散射法相结合,设计出一种能实时测量颗粒物粒径和数量的光学传感器。基于光电二极管采集到的光电流范围,用信噪比为518dB的放大器电路对电流采样,从而实现较高计数效率。针对散射光能分布和颗粒粒径之间的关系式,推导出目标函数,并引入天牛须算法对其进行优化。实验结果表明该传感器浓度测量数据与实际浓度值变化趋势高度一致,相关性在099以上,相对误差在10以内,颗粒粒径反演误差较低。从而验证了所设计的颗粒物传感器系统的实用性。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 利用免疫算法优化设计的宽带大增益拉曼光纤放大器

      2022, 52(3):399-406. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.015

      摘要 (112) HTML (0) PDF 1.43 M (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高拉曼光纤放大器(RFA)的增益带宽和输出增益、改善增益平坦度,本文以掺铒碲基光纤作为放大介质,使用6个泵浦光设计了一款能够实现对C+L波段共100nm带宽信号光平坦放大的拉曼光纤放大器。在设计过程中,针对拉曼光纤放大器模型中的非线性优化和组合优化问题,采用免疫算法配置泵浦光波长和功率的方法来解决,同时保证拉曼光纤放大器具有高增益和低增益平坦度的输出。最后通过MATLAB数值模拟,在1530~1630nm的增益带宽范围内所设计的拉曼光纤放大器的平均增益为3546dB,增益平坦度为085dB。

    • 超短腔光纤法布里-珀罗低温传感技术研究

      2022, 52(3):407-413. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.016

      摘要 (78) HTML (0) PDF 1.63 M (128) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对低温大范围高灵敏温度测量需求,提出一种适用于低温环境测量的光纤法布里-珀罗腔温度传感器,并实验研究传感器的响应特性。超短空气腔法布里-珀罗温度传感器由外径03mm的石英毛细管和单模光纤构成,利用高热膨胀系数的材料作为腔镜的一个反射面提高空气腔的温度灵敏度,理论分析了法布里-珀罗干涉仪的温度传感原理,以及温度灵敏度的影响因素,并分析不同级次对灵敏度的影响。研制了大自由谱低温高灵敏度传感器,实验结果表明,传感器在-40℃至-10℃的温度范围内具有较好的温度响应特性,相应的灵敏度为-2066nm/℃,线性拟合度为09697,理论分辨率为±00005℃。传感器具有体积小、灵敏度高和测量范围大等优点,在低温传感领域具有潜在的应用价值。

    • 新型双纤芯大模场光纤传感特性研究

      2022, 52(3):414-421. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.017

      摘要 (94) HTML (0) PDF 2.07 M (114) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高有效模场面积,降低光纤中光功率密度,减小非线性效应,提出了一种杂化石墨烯-金属等离子体传感薄膜双芯光纤,可应用在等离子体波导生物传感器。侧面抛光纤维的横截面包含有两个折射率n1=14478的均匀纤芯,抛光面上涂覆30nm金膜。金膜进一步涂覆有034nm的石墨烯层。通过对双芯光纤的有效模式指数,泄漏损耗和有效模场面积的研究,证实了单层石墨烯对电介质的变化提供了最佳的灵敏度。实验结果表明基本纤芯模LP01模的有效模场面积增长速率比高阶纤芯模式LP11模的增长速率要快,并且当纤芯折射率是14460,波长为600nm时,基模的有效模场面积为275μm2,大于同等条件下其他的纤芯折射率值时的有效模场面积,取得了大模场模式,能减小光纤的非线性效应。在医疗设备、激光武器、遥感测控、光纤通信等重要领域都有着广泛的应用前景。

    • >光电对抗
    • 基于高斯拟合的信号弹光斑中心定位方法

      2022, 52(3):422-426. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.018

      摘要 (138) HTML (0) PDF 1.38 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:信号弹的最大飞行高度是衡量其质量的重要指标。在光学测量中,信号弹目标定位方法的优劣直接决定了信号弹的飞行参数动态测量结果的精准程度。该文提出了一种基于高斯拟合的信号弹光斑中心定位方法,使用改进的区域生长法提取信号弹光斑有效区域,使用基于高斯曲面拟合的方法定位信号弹光斑精确位置,能够在保证速度的同时达到亚像素精度。实验证明,该方法误差在04像素以内,拥有较好的稳定性与通用性。

    • >图像与信号处理
    • 基于生成对抗网络的红外图像自适应校正算法

      2022, 52(3):427-434. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.019

      摘要 (118) HTML (0) PDF 1.86 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外相机经过两点校正后会发生漂移,导致图像产生非均匀性噪声。传统的基于场景的非均匀性校正算法适应性较强,但会产生鬼影问题。基于深度学习的非均匀性校正方法,面对红外图像特殊的非均匀性噪声,随着网络深度增加,很容易出现图像模糊,对比度变小,细节丢失问题。针对此问题,提出一种基于生成对抗网络的非均匀性校正算法,网络分为生成网络和判别网络两部分,生成网络部分使用多尺度残差连接,将各解码层分别与不同深度的特征图进行残差连接,不断生成图片,判别网络判别生成网络生成的图片和真实图片,二者不断博弈和迭代训练。生成网络通过多尺度残差连接,很好地保留了网络各层的信息。通过评价红外图像非均匀性校正效果后表明,该网络去除红外图像的非均匀性噪声效果良好,图片清晰,边缘锐利,很好的保留了原图片的各种细节,不会产生鬼影问题。

    • YOLOv5与光流相结合的红外小目标检测算法

      2022, 52(3):435-441. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.020

      摘要 (166) HTML (0) PDF 2.24 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对运动场景下红外小目标轨迹提取不准确的问题,提出采用YOLOv5与光流相结合的方法校正目标轨迹。首先YOLOv5网络,然后对比了LK和HS两种光流算法通过单样本K S检验计算分布拟合度,构建Q Q图得到平台真实运动量,最后结合YOLOv5校正目标轨迹。实验结果表明,LK算法更适合红外图像光流值的提取,YOLOv5与光流相结合的方法在地/空背景下红外图像数据集检测准确率达到90以上,损失率在002以下,对于区分真实和虚假小目标有着重要意义。

    • PS DenseNet下的代数模型遥感图像场景分类研究

      2022, 52(3):442-450. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.021

      摘要 (91) HTML (0) PDF 2.64 M (126) 评论 (0) 收藏

      摘要:遥感图像能在短时间内获取大范围丰富的地表数据和细节,有效完成遥感图像场景的分类成为分析相关信息的重要依据。基于此,本文提出了PS DenseNet下的代数模型遥感图像场景分类方法,为提升遥感图像的分类准确性,引入Lie group代数模型分析工程问题可获取底层特征并降低特征维度,并在Densenet基础上设计PS DenseNet提取高层特征,进而采用焦点代价函数完成网络训练,所设计的深度网络模型可训练海量遥感图像样本特征,使模型具备较强的自学习功能;为校验本文方法的有效性,采用两类数据集完成本文方法和文献[5]、[6]方法的验证,实验结果表明,本文方法的OCA参数和Kappa参数均优于其他两种方法,并能在较少的epoch中达到分类精准度较高的稳定状态。

    • 稀疏角度数据下非视域物体三维重建方法研究

      2022, 52(3):451-457. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.022

      摘要 (106) HTML (0) PDF 2.16 M (94) 评论 (0) 收藏

      摘要:非视域成像技术是一种新型的针对观测视线外目标进行三维成像的技术,主要是通过激光照射中介面,利用探测器对隐藏物体光强的时空分布信息进行采集,再使用重建算法进行图像重建。由于其仅能在稀疏或部分角度下进行探测,不能获取隐藏物体的全方位信息,获取数据信息不足从而使图像重建精度不高。本文针对稀疏角度数据问题,提出了反投影最大似然期望值最大化(BP MLEM)算法,能够有效提高非视域物体三维重建的精度;通过结构相似度(SSIM)进行分析,对比滤波反投影算法,经过第3、4、9和20次迭代后,重建结果图的SSIM值分别提高了0147、01607、022和02906;对比MLEM算法,经过多次迭代后,SSIM值均得到了提高;当迭代次数不断增加时,使用MLEM算法得到重建结果图的SSIM趋于稳定,而提出算法的SSIM值则不断增加,表明该算法具有更好的稳定性,不易造成过收敛问题。

    • 线激光扫描的碳纤维复合材料表面损伤研究

      2022, 52(3):458-464. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.03.023

      摘要 (96) HTML (0) PDF 2.80 M (129) 评论 (0) 收藏

      摘要:近几年红外热成像技术常被用于材料的无损检测中。针对航空碳纤维增强复合材料(CFRP)表面损伤检测问题,本文提出了基于连续脉冲激光线移动扫描承力结构CFRP的损伤检测思想,搭载了线激光扫描的红外热实验装置。结果显示了线激光热成像对各种尺寸、深度和不同方向的拉伸断裂损伤的敏感性,并采用红外热谱图与温度曲线相结合来判断损伤的分析办法。图像序列分析与温度响应能够提供互补结果,此方法能够检测到近表面零点几毫米的损伤。此外,使用线扫描方式极大的缩短了检测时间。

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