摘要:机载光电告警装备的运用是在复杂电磁环境下提升飞机平台生存能力的重要措施,是机载平台末端对抗的关键基础。本文分析了国外机载光电告警的典型装备与研制情况,并基于上述的介绍分析,总结了机载光电告警系统的发展趋势及对我国相关领域研究发展的启示。

摘要:以无人机为代表的低慢小目标对当前军事产生了重大变革,特别是在复杂作战环境下对现代战争产生的威胁。本文通过对多种探测手段的分析,阐明了光电探测在低空复杂背景探测下的绝对性优势,分析了光电探测系统的研究现状,介绍了当前光电系统面临的四个主要的挑战难题:大视场远距离探测、大视场与高分辨兼容、复杂背景低虚警探测与高精度识别、多目标跟踪定位,并给出了对应的解决思路,同时也是未来光电探测系统的发展趋势,通过光电探测能力的提升,实现真正与雷达能力的匹配。

摘要:激光武器作为最先投入作战运用的定向能武器之一,具有光速射击、生效速度快、使用效益高、可控性强等优点,当前,美国以“多域作战”为牵引,不断加强激光武器在陆海空天等作战域的研发与部署。本文全面分析梳理了美国激光武器的顶层规划和发展建设机制,并结合近五年其激光武器技术发展和演示验证情况,对未来一段时间美国激光武器发展策略及发展方向进行了预测,以期为相关领域研究提供一定的参考。

摘要:无线电波、声波和光波通信技术可有效应用于复杂的海洋通信环境中,然而在极寒地区和极地区域海面冰层覆盖的情况下,其在远端发送信号将无法穿透冰层介质,而难以实现空中与水下的通信联络,故提出一种应用于跨冰层介质传输的激光致声通信体制,通过空中发射激光与海面固体冰层的互作用诱导声波信号,再利用海面上覆盖冰层的声源辐射,向下方水体传播来建立空中到水下光波与声波的通信链路,系统将光学与声学技术的有机融合,充分利用固体冰层对声波的快速传导作用,探讨光声转换机理、调制编码及激光声传输特点与性能分析,有效解决海洋通信中受冰层覆盖影响和单一种类信号传输受限问题,为海洋跨空通信提供一种新的技术途径。

摘要:一般二维数据传感器在智能焊接领域应用中,跟踪焊缝区域时,焊接枪抖振会导致跟踪误差大的问题,提出基于3D激光扫描传感器的激光焊缝自动跟踪方法,应用3D激光扫描传感器获取到完整的激光焊缝3D位置数据。对采集到的焊缝位置信息展开全局最优解处理,提取激光焊缝的相关特征。对激光焊缝跟踪相关的距离特征进行分类处理:设计模糊跟踪算法,利用基本论域方法建立目标边缘特征模型,调整激光焊缝隶属度参数,实现目标融合特征分类。在激光焊缝特征分类的基础上,利用变论域理论提高焊接跟踪控制准确率和焊缝成形检测效率,完成焊缝区域的控制跟踪,实现无人化焊接。实验结果表明:这种方法在减小跟踪误差中有明显的效果。

摘要:灰分是衡量煤炭质量优劣的关键指标,是衡量煤矿和选煤厂煤炭产品质量的主要指标之一。针对传统煤灰分含量识别效率低、煤样本质量不高的问题,本文基于粒子群优化算法(PSO)和BP神经网络,提出了基于粒子群神经网络的煤炭灰分预测模型。目的是快速识别出煤炭产品中灰分的含量,为煤炭开采提供技术支撑。研究选取了180个标准煤粉样品,1～140号样本数据用于训练集,141～180号样本数据作为测试集。应用PSO BP模型对煤炭灰分特性进行了研究,仿真结果表明:优化后的6维BP神经网络模型,决定系数R2为088501越接近1,表明建立的PSO BP模型具有较好的预测性能,灰分预测值与灰分真值无限逼近。进而表明所构建的灰分预测模型具有较高的预测精度,提升了模型的泛化能力和预测精度,为后续的LIBS术应用于煤炭检测提供一定的理论依据。

摘要:随着科技的发展,功能梯度材料能够更好地满足实际应用的需求,例如梯度掺杂结构的激光陶瓷能够很好的缓解热效应。然而,通过传统方法制备梯度结构材料通常是困难的。3D打印具有成型复杂构型的能力,可以很好地适应于功能梯度材料制备。本文提出了一种基于直书写3D打印激光陶瓷的主动混合打印头,并选用了纯YAG和025 at Yb∶YAG陶瓷浆料来验证该混料喷头的混合性能。首先,探究了两种浆料的流变性能。然后,采用Ansys Fluent软件对混合过程进行了计算机流体力学(CFD)仿真,探究了混合转速对混合均匀性的影响。此外,通过扫描电镜(SEM)结合能谱(EDS)面扫描检测了不同混合转速下混料喷头挤出线条截面上Yb元素的分布,并将实验结果与数值模拟结果进行了比较,验证了模拟的正确性。最后,将该混料喷头与直书写装备相结合,成功制备了梯度掺杂Yb∶YAG激光陶瓷。总之,混料直书写打印为制备梯度掺杂Yb∶YAG激光陶瓷提供了更多可能性。

摘要:1μm波段单光子探测激光雷达因大气透过率高、背景噪声低、红外隐蔽性好、激光脉冲能量高,在远距离激光测距和成像方向极具发展前景。然而,传统的1064nm激光器缺少对应的高性能的单光子探测器,成为1μm波段单光子探测激光雷达的发展瓶颈。盖革Si APD单光子探测器(Si SPAD)具有优异的探测性能,但是其在1064nm波长的探测效率极低。针对这个激光器与探测器的矛盾,本文研究1030nm波长单光子探测激光雷达技术,Si SPAD在1030nm的探测效率是1064nm的29倍,相同条件的单光子探测激光雷达探测距离提升678。另外,本文搭建双棱镜光束扫描装置,演示了1030nm波长的单光子三维成像。

摘要:为提高AF1410钢的耐磨性,通过激光熔覆技术在其表面制备了WC含量为60的NiCrBSi涂层,利用扫描电镜,X射线衍射,摩擦磨损,硬度等实验评价涂层的微观组织,硬度和耐磨性。结果表明:涂层内的典型物相是WC,W2C等含钨碳化物树枝晶以及树枝晶间隙内颗粒状分布的γ-(Ni,Fe)固溶体和M23C6、M7C3等碳化物。涂层硬度和耐磨性得到有效增强,其最小平均磨损率达到878×10-8mm3/(N·m),相对基体减少了近60倍。

摘要:常见的被动型或采用日光光源的逐点扫描型傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量易受杂散光干扰,无法得到较高时空精度气体浓度分布,因此面阵型FTIR技术在污染气体遥测中越来越得到重视。本文利用波长范围74～125μm小型面阵FTIR设备,在夜间借助月光散射对我国北方某化工园区进行污染物排放实验测量,测量区域包括烟囱排放区和化工设备排放区,经原始干涉数据处理和反傅里叶变换得到了全波段辐亮度灰度图,观测到烟囱口附近白色排放气体团,辐亮度较背景高；化工设备排放区三块黑色云,辐亮度较背景低,存在吸收效应。实验测量中,以月亮为原位标准光源进行了原位光谱辐亮度标定,其中光源不确定度为7,数值处理方法精度6,FTIR测量均方误差最高约为9。根据本文建立的基于红外高光谱的污染物空间浓度分布计算模型,与HITRAN数据库给出的计算谱线对比,确定污染物主要为硫化物(SO2,H2S),特征峰分别为1060cm-1、1310cm-1与1020cm-1、1210cm-1,结合标定数据给出了气体云辐亮度的时空分布,其成像周期15s,排放气体云团空间分辨率约为04m×04m。根据反演得到的污染物排放浓度时空云图可知,两个烟囱受东南风影响与水平方向分别呈60°、30°向西北飘散,气体浓度均在距排放口约30m处飘散到本文设定的最低检测限19ppm·m以下。本文发展的基于月光散射面阵型FTIR测量方法,实现了高时空分辨率、高精度的污染气体测量,对化工污染气体、温室气体排放定量测量具有重要意义。

摘要:目前扫描红外热像仪有着广泛的应用,且一般采用基于定标的非均匀性校正方法；该类方法不能有效地校正图像中出现的扫描线。针对这一问题,本文对扫描线的表现进行分析,提出了一种基于场景的非均匀性校正算法,该算法采用图像像素点邻域标准差作为基础,通过类标准差对图像的差异信息进行计算,能够排除复杂场景的干扰,成功地识别扫描线,并对扫描线提取补偿。该算法计算简单,可以根据场景进行自适应校正,校正效果显著,具有一定的工程应用价值。

摘要:虚警抑制是红外小目标检测系统中的重要任务之一,在复杂场景下,存在着大量与目标灰度特征相似的干扰易被识别为虚警,现有方法难以准确、高效地区分目标并滤除虚警。本文提出了一种基于目标相对运动推理法的高鲁棒性红外虚警抑制方法,通过对上报目标进行运动信息提取,并分析目标间的相对运动关系,以构建运动信息匹配表,最终根据运动信息匹配结果进行投票信息选择,以滤除上报信息中的虚警。在8种包含虚警的复杂场景下进行了实验,包括背景相对相机静止目标移动的场景、目标相对相机静止虚警移动的场景、相机画面剧烈抖动的场景以及所有检测目标均为虚警的场景。实验结果表明,本文提出的方法在以上场景中都能够准确滤除虚警,同时可以在所有候选目标均为虚警的场景下保持虚警率为0。基于相对运动推理的方法可以实现复杂场景中的虚警抑制,在不同场景中表现稳定、快捷、滤除率高。

摘要:远距离探测情况下红外目标无纹理特征、易受噪声和杂波干扰,属于弱特征目标,检测难度大。将红外序列中的多尺度目标检测视为图像中的逐像素分割问题,更好适应复杂环境下的小尺度目标；提出了基于注意力全卷积的弱特征目标分割方法,通过构建时域显著图,将源自不同相机的图像在同一空间进行表征,提高模型的泛化能力和收敛速度；通过注意力机制自适应学习双模态多层次信息,强化对目标区域的特征学习能力。利用实测数据和仿真数据对检测方法在不同条件下的性能进行了对比分析,实验结果表明,所提方法能够有效提升多尺度弱特征目标检测性能。

摘要:在激光模拟训练中,具有智能打击功能的靶标装置可以更加逼真地模拟实战对抗过程,满足智能化军事训练需求。但目前大多数靶标不具备智能打击或反击功能,靶标仅能实现作为目标的被打击功能或者非智能的触发反击功能,模拟训练形式单一,靶标运动或打击功能呈现规律性,不能真实模拟敌方目标主动攻击的能力,因此为适应模拟训练发展的需求实现模拟训练智能化、提高模拟仿真程度就需要通过智能靶标来模拟敌方目标进行作战。在智能靶标的研制过程中其中首先要解决的问题就是目标检测。本研究最终目标是对战场环境中的单兵目标进行检测并做出攻击活动,故对单兵目标的检测速度和精度有较大要求,本文提出一种基于Yolov5神经网络架构提高目标检测精度、加快目标检测速度的算法,采用改进网络结构对传统的目标检测算法进行优化,保证在输入可见光图像下,能够实现快速检测,并保证检测的精度。

摘要:消像旋组件作为周视光电系统的重要组成部分,机电伺服控制的稳定性和精度是消像旋组件的关键指标。本文基于多体动力学的理论,对轴系的谐振频率进行了详细的公式推导,并借助动力学仿真软件辅助计算,同时对实物进行实际扫频验证,结果基本满足理论计算要求。本文的分析能够为伺服控制的机电设计提供可靠的依据,能够有效的缩短产品的研制周期。

摘要:基于螺旋谱理论推导出矢量涡旋光束在斜程大气湍流传输中的轨道角动量(orbital angularmomentum,OAM)谱,讨论了修正Kolmogorov大气湍流对不同阶矢量涡旋光束光场分布及光束OAM谱的影响。利用旋转毛玻璃作为随机相位屏,实验采集了矢量涡旋光束通过旋转毛玻璃后的光强图像与归一化强度。结果表明:经大气湍流斜程传输后,矢量涡旋光束的光强分布产生畸变且OAM谱发生弥散,OAM谱弥散程度随传输距离的增大而增大。传输距离不变时,天顶角越大,主OAM模相对功率越小,湍流内尺度减小与折射率结构常数增大均会导致主OAM模相对功率减小。同一传输路径下,随着湍流强度的增大,矢量涡旋光束中心相位奇点的强度逐渐增大,并且拓扑荷不变时,偏振阶数高的矢量涡旋光束受到的湍流影响较小。

摘要:海浪、船舶尾流以及海洋生物游动与呼吸等原因会导致海水中存在大量的气泡,气泡群带来的散射效应对光信号的水下传输具有重要影响,但典型的水下无线光通信信道模型一般不考虑气泡群带来的负面效应。为了进一步完善传统的水下无线光通信信道模型,本文利用Mie散射理论分析海水中的微气泡及微气泡群光散射特性,基于蒙特卡洛法建立包含气泡散射的复合海水信道模型,分析不同海水水质、气泡密度、链路距离等参数条件下接收端的光学特性和信号特性。结果表明:当链路距离为5m时,随着气泡密度的增大,接收端光斑的弥散程度加剧,其面积可增至初始大小的3～5倍,中心能量也显著降低,最多可降至最大值的05；当链路距离为10～40m时,气泡群的存在以及链路距离的增长会导致接收端第一次接收到光子的时间延长约10～200ns,且使脉冲展宽值增大；当链路距离为2～10m时,气泡群密度的增大最多可使归一化接收功率降低至初始值的0004,但随着水质的恶化,其他粒子含量提高,气泡群对接收功率的影响逐渐减小。该研究可以为水下无线光通信系统的设计和理论分析提供参考。

摘要:针对大功率激光辐照可见光成像探测器损伤机理,开展了1080nm波段大功率连续激光对CCD探测器损伤模型仿真与实验研究。首先,基于CCD典型结构及各层材料特性,建立了连续激光对CCD探测器热效应损伤模型,仿真模拟了CCD各层瞬态温度场和应力场,分析了连续激光损伤CCD多层结构的时间演化规律；其次,开展了连续激光对CCD探测器损伤实验,获取了CCD损伤阈值,并利用金相显微镜、扫描电镜对CCD探测器各层熔融情况进行了分析；最后,对模型仿真与损伤实验结果进行了对比,并分析了损伤阈值存在差异的原因。结果表明,1080nm连续激光辐照可见光CCD探测器400ms时的仿真损伤阈值为145×106W/cm2,实验损伤阈值213×106W/cm2,误差约为319。仿真与实验结果对探究大功率激光辐照CCD探测器损伤机理、评估干扰效果具有一定的参考意义。

摘要:针对国内外星载红外高光谱成像数据空白和迫切应用需求,本文提出了星载红外双谱段高光谱成像技术方案,实现高空间分辨率、高光谱分辨率和高温度灵敏度成像。工作谱段覆盖中波红外(3～5μm)和长波红外(8～125μm),中波和长波红外谱段的光谱分辨率分别为50nm和100nm,空间分辨率为60m,成像幅宽为60km,噪声等效温差优于02 K。分析确定了红外高光谱成像仪的光学系统技术指标,设计了望远光学系统、光谱成像光学系统和高光谱成像仪整体光学系统。望远光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大相对孔径像方远心和低畸变设计,相对畸变小于0135；光谱成像光学系统采用Wynne Offner结构形式,实现了高成像质量、轻小型化设计,不同波长的传函均接近衍射极限。设计结果表明,星载红外双谱段高光谱成像仪的光学系统成像质量优良,结构布局紧凑合理,具有较强的工程应用价值。

摘要:基于荧光光谱理论,结合弱光探测技术及等离子体放电技术,搭建了一套兼具臭氧制备及标定性能的CO物质浓度检测系统,并借助实验手段对CO化学发光规律进行了定量探究,旨在进一步揭示CO+O3化学发光反应机理。结果表明,在常温下,当CO与1345ppm臭氧混合时,CO主要是与O原子而非臭氧分子发生化学激发行为,生成激发态分子,由于O原子寿命较短,当CO浓度较低时,CO浓度-化学发光光强存在较强的线性关系,R2>099,当CO浓度较高时,非线性效应变强,探测光强变化速率随CO浓度增加而变大。

摘要:自适应光学校正技术中常用的PID控制依赖于变形镜的响应模型,响应模型易受扰动影响因此标定过程较为复杂。针对此问题提出一种不依赖变形镜响应模型的变论域模糊控制方法,将哈特曼重构波前中提取的波面评价指标的残差参数与残差差分参数作为变论域模糊控制器的输入,对输出的比例积分微分参数进行自整定,实现自适应控制。利用Matlab进行变论域模糊控制方法与传统模糊控制方法进行对比的相关仿真。波前校正实验结果表明,变论域方法校正后波面数据优于传统模糊控制方法,波前残差的均方根值也更小。控制器系统性能实验中,传统模糊控制器的超调量偏大,而变论域模糊控制器的超调量几乎为零,调节时间也更短。变论域模糊控制方法在保证系统的鲁棒性,提升系统的快速性的同时,利用参数自整定的特性克服了扰动因素对变形镜响应模型造成的不利影响,提高了校正效率,对于波前校正更具有实用性。

摘要:弱点目标探测系统要求系统具备高的探测灵敏度和高空间分辨率,实现弱点目标的稳定探测、目标的精准定位以及多目标伴飞时的精细分辨。光电跟瞄系统一般分为目标捕获和目标跟踪两个阶段。在目标捕获阶段,由于速度估计偏差,目标高速飞行的同时,若采用长积分时间进行探测,易出现目标能量跨像元的现象,难以实现目标探测信噪比的提升。为了解决目标高速运动导致的探测灵敏度降低的问题,本文提出了一种基于滑窗像素binning的高速弱点目标探测跟踪技术。像素binning模式提高了初始捕获阶段的探测灵敏度和探测稳定性,当跟瞄系统完成目标的稳定跟踪时,可以采用长积分时间和高分辨率模式完成目标的高灵敏度和高分辨率探测。本文对像素binning模式的信噪比增强效果进行了分析。分析表明,像素binning模式有利于提高高速弱点目标探测的信噪比和探测稳定性。

摘要:图像融合是将多幅图像中有用或互补信息整合成一幅图像的过程。本文提出了一种基于引导滤波多尺度分解的红外和可见光图像融合算法。在传统的引导滤波图像融合算法的基础之上,利用双引导滤波器代替均值滤波器将源图像分解为小尺度纹理细节、大尺度边缘和基础图像；直接利用纹理细节及边缘层图像构建显著性映射图,用其代替额外的特征提取操作,可很好地突出源图像显著性信息的同时大大降低算法复杂度；利用显著性映射图、Sigmoid函数构造权重图,将源图像中具有视觉意义的信息注入到融合图像中；利用色彩模型转换融合方式,可更好保留图像的色彩信息。定性和定量实验结果证明,相比于传统的基于引导滤波的图像融合算法,本文算法的融合效果得到进一步提升。

摘要:室外大场景激光点云语义分割已成为3D场景理解、环境感知的关键性技术,在自动驾驶、智能机器人和增强现实(AR)等领域应用广泛。然而大场景的激光点云具有多目标、几何结构复杂,不同地物尺度变化大等特点,使得在稀疏的小目标点云(例如行人、摩托车等)上的分割性能较低。针对上述问题,本文提出一种融合注意力门控机制的室外点云语义分割算法,设计由注意力机制和多尺度上下文特征融合组成的注意力门控单元,提高对激光点云细粒度特征的表达,降低随机降采样过程中点云几何结构特征丢失程度,从而增强了网络对弱小目标的特征获取能力；同时设计基于共享MLP的平均池化单元,进一步简化自注意力局部特征聚合模块,有效地加速网络收敛,能高效地实现大场景点云的语义分割。本文方法在自动驾驶场景室外激光点云数据集SemanticKITTI上的实验表明,与文献RandLA Net相比,收敛速度提升483,平均交并比(mIoU)由539提升至545,提高06,尤其是在小目标上交并比(IoU)均有明显提高,person类和motorcycle类的交并比分别提高08和54。