• 2022年第6期文章目次
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    • >综述与评论
    • 激光全息技术在现代展览展示中的应用

      2022, 52(6):787-795. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.001

      摘要 (54) HTML (0) PDF 4.41 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:全息技术通过精确“裁剪”光场,可以模拟具有运动视差和深度线索的真实立体场景,为观众提供裸眼立体视觉的增值体验。激光全息技术与展览展示相结合,可广泛应用于展览中心、博物馆、博览会、科技馆、图书馆、档案馆、城市规划馆等展示场所。全新的展览方式,带给观众前所未有的视觉冲击,也为会展行业开辟了新的营销思路。本文分析了交互式、全彩、宽视角等激光全息技术在展览展示中的应用,总结归纳其性能参数。在此基础上,进一步分析激光全息技术所采用的关键技术(全息技术与展览展示的结合、光源选择、散斑抑制、关键器件研发、外围环境条件等)以及未来研究和发展方向。

    • 超声激励热成像探测材料微缺陷的研究进展

      2022, 52(6):796-802. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.002

      摘要 (30) HTML (0) PDF 2.06 M (60) 评论 (0) 收藏

      摘要:工业、工程材料在服役过程中不可避免地存在缺陷的发生发展,有效识别早期的微缺陷,可将灾变处置水平推前至危害萌芽阶段,从根本上提升风险防控能力。振动着的固体因为内耗规律的存在,其振动能量将不可逆转地耗散为热,这种损耗包括超声能量衰减;内耗敏感于结构形式,可灵敏地反应固体中的缺陷结构。因此,基于超声激励红外热成像,分析被测对象温度场进而解译微缺陷结构特点的思路,逐渐得到关注;在微缺陷处有效实现超声选择性热激励,成为研究焦点。综述了超声选择性激励热成像技术的起源以及探测原理;围绕微缺陷的探测能力,重点从应用材料、缺陷分辨尺度、微缺陷声振致热机理以及超声热像探测效率4个方面,对该技术的研究现状进行了系统阐述。在此基础上,为实现微缺陷的大范围高效探明与准确解译,总结了进一步的发展方向。

    • >激光应用技术
    • 激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模拟与试验研究

      2022, 52(6):803-813. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.003

      摘要 (41) HTML (0) PDF 4.30 M (77) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索不同功率的激光对铝合金表面漆层的温度场分布以及清洗深度的影响,以及光斑搭接率对清洗效果的影响,利用COMSOLmultiphysics软件建立了光纤脉冲激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模型,最后得既能够防止基体表面受到损坏,也能够使得漆层材料完全去除的激光功率,以及可以获得良好清洗效果的光斑搭接率,并用实验来得以验证。结果表明:激光重复频率为100kHz时,激光功率越大,试样表面温度上升越快,烧蚀深度也随之增加。当30W的激光功率基本上可以保证去除掉漆层且不伤及基体表面,对基体材料的烧蚀深度为10μm。在激光功率为30W,光斑搭接率为50的实验参数下,试样表面粗糙度较清洗前降低,为448μm,在该实验参数下可以获得不伤及铝合金基体的良好的清洗效果。该实验结果可以为光纤脉冲激光清洗的工艺参数的选择提供参考。

    • 基于改进蝙蝠算法的激光供能无人机MPPT技术

      2022, 52(6):814-819. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.004

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.24 M (45) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光供能无人机操作简单、安全性高,其采用光伏电池板接收能量进行作业。在复杂遮荫情况下,无人机上光伏电池板的P V曲线存在多极值点问题,传统最大功率点追踪算法易陷入局部最优且追踪速度较慢等。针对这一问题提出了一种改进的蝙蝠算法,首先通过反向学习进行种群初始化,增强群体分布的均匀性,避免陷入局部最优;同时引入收缩因子,加快算法收敛速度。最后在Matlab/Simulink中搭建光伏阵列电路仿真模型证明了改进的蝙蝠算法在具有较好的速度性和稳定性。

    • 一种毫米波雷达机场跑道异物检测算法

      2022, 52(6):820-826. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.005

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.24 M (65) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对毫米波雷达机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)检测算法存在虚警率较高,检测性能较差的问题,提出一种基于双谱特征和支撑向量数据描述(Support Vector Domain Description,SVDD)一类分类器的FOD检测方法。首先利用双谱变换将毫米波雷达接收到的FOD和杂波信号转换至差异性更大的双谱域,然后提取双谱熵和二阶统计量二维特征构成特征向量作为SVDD的输入,最后利用SVDD一类分类器在特征域实现FOD检测,同时为了提升SVDD算法性能,提出一种基于遗传模拟退火算法(Genetic Simulated Annealing Algorithm,GSAA)的参数优化方法对SVDD的核参数和惩罚因子进行全局寻优。基于77GHz毫米波雷达获取的真实机场数据开展试验,结果表明相对于传统方法所提方法不仅能够获得更高的检测性能,同时能够明显降低虚警率。

    • 飞秒激光刻蚀CF/EP表面疏水性能研究

      2022, 52(6):827-832. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.006

      摘要 (32) HTML (0) PDF 1.64 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)在航空航天、交通运输、风电等领域中广泛应用,但由于长期工作在恶劣环境中,表面容易浸水、沾灰和结冰等。为改善CF/EP表面疏水性,先利用飞秒激光加工系统在其表面制备出乳突微结构,再采用白光干涉仪观测乳突微结构表面形貌,并结合接触角测量仪分析表面微结构的疏水性能;研究激光功率和微结构尺寸参数对乳突微结构及其疏水性的影响。研究结果表明:在扫描速度、脉冲频率一定的条件下,接触角与输入功率成正相关,当功率高于125W时,接触角与输入功率成负相关;碳纤维/环氧树脂表面微结构的接触角随乳突半径的增大而减小,最大接触角达到1397°;使用飞秒激光刻蚀CF/EP表面可以提高其表面疏水性能,并且乳突半径是影响CF/EP表面疏水性能的重要因素。

    • 基于改进RPN的车载导航目标识别技术

      2022, 52(6):833-837. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.007

      摘要 (26) HTML (0) PDF 2.55 M (36) 评论 (0) 收藏

      摘要:车载导航是无人驾驶的一项关键技术,而其主要技术难点是动态避障,即实时目标识别与反馈控制。为了能够实时获取车辆周围目标的运动状态,提出了一种基于三维点云数据快速体素化分析的识别算法。该算法以极坐标系替代直角坐标系,直接与车载激光雷达建立映射关系。再通过区域推荐网络技术中对区域框的限定计算完成可表征目标特征的准确定位。实验采用开源数据库KITTI中的点云数据进行验证,对比了动态目标(汽车、摩托车、行人)和静态目标(树木、楼宇)之间的点云特征。识别结果与两种常用的三维目标识别算法进行对比。结果显示本算法的最优平均精度为8845,最优平均方向相似度为9327,相比常用的SECOND算法对动态目标的识别具有更好的效果。验证了其可行性,其在车载导航目标识别领域具有一定的优势。

    • 基于复耦合模型的面齿轮飞秒激光加工参数影响研究

      2022, 52(6):838-848. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.008

      摘要 (35) HTML (0) PDF 4.84 M (68) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了飞秒激光精微加工面齿轮材料18Cr2Ni4WA的机理,在光子与电子,电子与晶格之间温度传递的双温模型的基础上建立了耦合动态热力学参数的复耦合模型,通过模型仿真分析,得出了电子与晶格的温度变化过程,预测了去除高于蒸发温度的材料烧蚀形貌。对面齿轮材料进行飞秒激光扫描加工实验,得出随着能量密度的增大,凹坑半径和深度都会有一定程度的增大,当能量密度为198J/cm2时,烧蚀形貌较好,当能量密度继续增大达到218J/cm2时,凹坑内部开始产生少量的熔融物堆积;随着脉宽的增大,形貌变化不大,但产生的熔融物逐渐减少,凹坑趋于平整;随着扫描速度的增大,沟槽的深度逐渐减小,宽度逐渐增大。采用三维超景深仪观测烧蚀形貌,实验结果与仿真结果基本一致,为飞秒激光精微加工面齿轮提供了依据。

    • 离焦量对铝合金表面激光除漆损伤特性的影响

      2022, 52(6):849-855. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.009

      摘要 (26) HTML (0) PDF 2.56 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞机激光除漆时铝合金基体保护及除漆效率与材料损伤阈值密切相关,而激光离焦量的变化将直接改变材料的损伤阈值,以及除漆效率。采用ISO 11254 1 on 1激光损伤阈值测试方法研究不同离焦量时的铝合金和漆层的损伤阈值,对激光单脉冲光斑的二维、三维形貌进行分析,将理论值与实测值得到的不同离焦量时的损伤凹坑直径及深度进行验证。结果表明:随激光离焦量增加,光斑面积增大的同时材料损伤阈值下降,可有效提升能量利用率及除漆效率;实际单脉冲作用的材料凹坑深度随离焦量的增大而减小,且面积增大;凹坑深度、凹坑直径的理论值、实测值具有较好的相关性,并从激光材料作用机理角度对其误差进行了解释说明。

    • >红外材料与器件
    • 红外探测器封装结构电学框架设计方法

      2022, 52(6):856-860. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.010

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.39 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着红外焦平面探测器的广泛应用,其封装结构朝着几个方向发展,一方面是单片小型化轻量化结构,另外一方面是多片超大规模拼接结构,无论哪种结构都需要进行封装结构的电学框架设计。文章首先列举几种可用于电学框架加工的材料,并从热应力、加工工艺水平以及电学参数方面进行比较;然后结合目前探测器规模、封装结构,以及应用给出电学框架加工材料和工艺在设计中的选取建议;最后介绍电学框架布线设计方法及注意事项。

    • 红外焦平面探测器键合和剪切可靠性试验研究

      2022, 52(6):861-869. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.011

      摘要 (37) HTML (0) PDF 3.00 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外焦平面探测器可靠性与生产研制工艺过程控制要求密切相关。本文对探测器的可靠性考核思路进行了分析,结合目前标准中可靠性试验存在的问题,对芯片和杜瓦组装过程中的引线键合强度、芯片剪切强度开展了试验研究,为指导红外焦平面探测器的研制生产、全面评价其质量和可靠性提供依据,为后续红外焦平面探测器的标准制修订工作奠定基础。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 基于FBG的悬臂梁式微力与微位移传感单元

      2022, 52(6):870-874. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.012

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.08 M (36) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的微力与微位移双物理量传感单元,采用矩形悬臂梁型弹性体结构以及两片FBG布片方式,提高了力和位移灵敏度,实现了温度补偿,位移灵敏度可通过改变悬臂梁的固定位置和长度进行调整。对传感单元的性能进行了理论分析和实验验证,结果表明:在0~12 N测量范围内,力实验灵敏度为889 pm/N,理论和实验的平均相对误差为66,力分辨力为11mN,位移灵敏度随着悬臂梁长度L的增大而减小,位移灵敏度在L为149mm时为607 pm/mm,在L为99mm时为2003 pm/mm,位移分辨力为5μm,传感单元的线性度均达0999以上,保持了优良的线性,可满足不同量程的微力和微位移应用场合。

    • 基于子波变换的无线通信网络干扰信号检测研究

      2022, 52(6):875-880. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.013

      摘要 (29) HTML (0) PDF 1014.97 K (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:在冗杂环境下,为有效识别无线通信网络干扰信号,提出基于子波变换的无线通信网络干扰信号检测研究。将干扰信号分为单音、多音、调频等类型,利用射线模型描述通信信道损失,确立噪声影响下的干扰信号结构,提取信号时频分布特征;在子波变换过程引入阈值滤波算法,将噪声投影在不同子波空间中,合理设置阈值,计算新的变换系数,实现信号去噪;采用混沌循环谱方法,将干扰信号检测转换为二元假设检验问题,获取二阶时变检测函数,计算决策量,结合门限值完成干扰信号检测。实验结果表明,该方法能够有效过滤噪声,检测出的干扰信号波形与频率与实际情况相符。

    • 变形矩形和V形微屏蔽线传输特性的矢量有限元计算

      2022, 52(6):881-886. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.014

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.36 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:微屏蔽线在使用过程中难免会产生变形。本文利用矢量有限元法讨论了矩形微屏蔽线和V形微屏蔽线的变形对其传输特性的影响,其中传输特性包括主模截止波长、单模带宽和主模电场结构。计算结果显示,两种微屏蔽线的变形对三种传输特性均有较大影响,这些数值计算结果对两种微屏蔽线在使用过程中出现变形时对整体器件的影响有较强的指导意义。

    • >光电对抗
    • 激光武器反无人机集群建模与效能评估

      2022, 52(6):887-892. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.015

      摘要 (37) HTML (0) PDF 1.13 M (46) 评论 (0) 收藏

      摘要:反制无人机蜂群作战将成为舰艇防空作战的重要任务,舰载激光武器被认为是拦截无人机目标的有效手段。分析了无人机集群来袭模式,建立无人机集群来袭的目标流模型,基于对目标的毁伤机理,建立了激光武器对无人机目标的毁伤时间模型,在此基础上建立激光武器对无人机集群目标拦截的排队模型,在不同态势下分析了不同的目标来袭模式、强度,和不同激光武器能力,对激光武器拦截无人机集群效能的定量影响,为激光武器作战运用提供支撑。

    • 军用红外车载驾驶仪人机功效分析

      2022, 52(6):893-899. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.016

      摘要 (32) HTML (0) PDF 1.37 M (45) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了军用红外车载驾驶仪的人机功效关系模型,从驾驶视野性、视觉舒适性和操纵舒适性三个方面对军用红外车载驾驶仪的人机功效进行了研究。运用理论分析、模拟仿真及实验等方式,分析得出了军用红外车载驾驶仪人机功效的影响因素、评价重点内容及评价准则。研究成果能够为军用红外车载驾驶仪的人机系统设计提供依据,为其人机功效评价提供参考。

    • >光学技术
    • 一种用于激光雷达的微振镜设计

      2022, 52(6):900-904. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.017

      摘要 (43) HTML (0) PDF 1.83 M (57) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足激光雷达系统高线数和远距离探测的技术要求,提出了一种用于车载激光雷达系统的电磁式激光微振镜扫描机构,反射镜直径为12mm,微振镜采用TC4钛合金材料,提出了“工形”的机械结构方案,利用Nastran软件力学仿真分析,并搭建试验平台测试了微振镜的偏转角度和谐振频率等性能。实验结果表明:激光微振镜的一阶谐振频率为298 Hz,最大偏转角度为812°,满足技术要求,相比于传统MEMS振镜,在保证高扫描频率的同时,提高了通光口径,对激光雷达的进一步产业化发展有重要意义。

    • 超宽波段透射式中继镜头设计

      2022, 52(6):905-908. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.018

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.37 M (46) 评论 (0) 收藏

      摘要:瞄准镜、高温炉内窥镜、复印镜头、大倍率变焦系统等光学系统中,通常采用中继系统实现系统的延长、转向和系统出入瞳的匹配等等。本文探索了一种实现超宽带宽中继光学系统的像差矫正要求、玻璃选择方法以及设计结果,完成了超宽波段中继光学系统的设计,Zemax的设计结果表明,在工作波段04~17μm,物方NA=02,视场为10mm的要求内,系统的MTF接近于衍射极限,轴向色差小于40μm,成像质量较好。

    • 变F数红外光学设计方法

      2022, 52(6):909-913. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.019

      摘要 (30) HTML (0) PDF 1.46 M (64) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着科技的发展,红外相关的技术也日渐成熟,许多新技术新理论得到广泛的运用。现在单一F数的变焦红外光学系统已经往多F数方向发展。对定F数光学系统而言,因为改变焦距的同时需要改变通光口径,在大视场时候通光口径会减小,能量利用率较低。变F数光学设计可以解决这一问题,使光学系统在保持孔径的情况下可以进行大视场和小视场的切换,充分利用系统的最大通光孔径,提升能量利用率,本文介绍了当前变F数的相关设计,并进行了一些设计思路的拓展和对未来的展望。

    • >电子电路
    • CTIA线列型读出电路输出异常问题研究

      2022, 52(6):914-917. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.020

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.33 M (34) 评论 (0) 收藏

      摘要:CTIA电路结构由于其高注入效率和线性度在小信号探测器读出电路设计中广泛应用。然而,采用该结构作为输入级的TDI线列型读出电路,在使用中处理信号足够大时,帧与帧之间输出电平出现高低差异,最大可达2 V。表现在图像则为明暗条纹交替出现,无法正常探测。积分电容越小,该现象越容易出现。并且,通过改善供电、调节偏置电压和参考电压等措施对该现象均无明显改善。本文针对这一现象,通过深入仿真和理论分析,最终实现问题定位,同时提出解决措施,有效地消除该现象。

    • 基于小信号的电光调制器半波电压测量方法

      2022, 52(6):918-922. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.021

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.47 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对马赫-曾德尔(Mach Zehnder,M Z)型电光调制器高频半波电压测量方法复杂、测量仪器昂贵、测量成本高等问题,提出了一种基于小信号的高频半波电压测量方法。该方法利用光功率计的积分特性,仅使用光源、信号发生器、直流电源及光功率计,通过测量待测器件在有射频信号输入和无射频信号输入下输出功率极值的变化,即可实现对M Z型电光调制器高频半波电压的高精度测量。采用OptiSystem开展了测量方法的仿真验证,采用Matlab完成了测量误差分析,并在1kHz频率下对测量方法进行了实验验证。仿真及实验结果表明:该测量方法可以仅利用小信号完成M Z型电光调制器半波电压的准确测量,1kHz下绝对误差小于05,换算所得的1dB压缩点在10GHz~40GHz频率范围内与频响曲线的相对误差小于±03dB。

    • >图像与信号处理
    • 基于深度卷积网络的3D人脸重构算法

      2022, 52(6):923-930. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.022

      摘要 (47) HTML (0) PDF 2.11 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于单张人脸图片的3D人脸模型重构,无论是在计算机图形领域还是可见光成像领域都是一个极具挑战性的研究方向,对于人脸识别、人脸成像、人脸动画等实际应用更是具有重要意义。针对目前算法复杂度较高、运算量较大且存在局部最优解和初始化不良等问题,本文提出了一种基于深度卷积神经网络的单张图片向3D人脸自动重构算法。该算法首先基于3D转换模型来提取2D人脸图像的密集信息,然后构建深度卷积神经网络架构、设计总体损失函数,直接学习2D人脸图像从像素到3D坐标的映射,从而实现了3D人脸模型的自动构建。算法对比与仿真实验表明,该算法在3D人脸重建上的归一化平均误差更低,且仅需一张2D人脸图像便可自动重构生成3D人脸模型。所生成的3D人脸模型鲁棒性好,重构准确,完整保留表情细节,并且对不同姿态的人脸也具有较好的重建效果,能够在三维空间中无死角自由呈现,将满足更多实际应用需求。

    • 基于改进细菌觅食优化算法的遥感图像增强研究

      2022, 52(6):931-937. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.023

      摘要 (29) HTML (0) PDF 2.00 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高遥感图像增强的效果,采用改进细菌觅食优化算法。首先细菌基于双sigmoid型乘积隶属函数进行自适应步长趋化更新,前期进行全局搜索,后期进行局部搜索;接着细菌繁殖基于裂变算法更新,细菌迁徙基于双高斯函数更新;然后对遥感图像的低频、高频部分采取不同的增强方法,低频部分对比度提高以便对图像进行平滑处理,高频部分去噪增强突出边缘轮廓;最后给出了算法流程。实验仿真显示本文算法对遥感图像增强清晰,图像的信息熵平均值为7158、清晰度平均值为2859,相比其他算法评价指标较好。

    • 恐龙谷南缘山区DIM点云的PTD滤波改进试验研究

      2022, 52(6):938-944. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.06.024

      摘要 (23) HTML (0) PDF 3.11 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:无人机DIM点云滤波处理是地物分类、地物单体化提取和地形特征分析的关键步骤,为解决高原山区因地形复杂而导致DIM点云滤波处理难度大和精度低等问题。选择以滇中高原恐龙谷南缘山区为试验区,首先利用DJI Phantom4 RTK采集影像数据,解算密集影像获取DIM点云;其次,考虑山体点与地面点有较大高程差,选择经典PTD滤波算法对实验区密集匹配点云进行滤波处理;最后,综合考虑实验区山顶和山脚存在较大高程差且山体两侧沟壑丛生,山体两侧地面点易被识别为非地面点,提出以脊-谷交汇地形特征点为PTD滤波算法的种子点,在山体两侧精细化构建不规则三角网的改进PTD滤波算法。结果表明:1)PTD滤波算法得到地面点较为完整保留整个实验区,但明显的地物如山体两侧低矮植被和山脚蔬菜大棚基本未被剔除,且山体部分的地面点易被识别为非地面点而在出现山体K1、K2、K3区域的空洞现象。2)针对恐龙谷南缘山区复杂地形,提出以脊-谷交汇地形特征点为PTD滤波算法的种子点,在山体两侧精细化构网,山体低矮植被部分清除,相对于PTD滤波算法蔬菜大棚大面积被清除。并且山体两侧地面点得到较为完成保留,未出现明显点云空洞的现象。

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