• 2024年第2期文章目次
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    • >综述与评论
    • 基于专利跟踪分析国外激光武器发展情况

      2024, 54(2):163-170. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.001

      摘要 (175) HTML (0) PDF 1.15 M (449) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对国外激光武器发展应用情况,在全球专利数据库范围内开展美国、德国、英国、以色列等国外专利检索,获取了2017年以后公开的435项专利;基于专利技术构成分析了解到国外从提升激光器功率、合束效率、光束指向精度与速度等方面,突破高能激光武器作战距离、机动目标跟踪和持续作战能力;从专利区域分布分析了解到,美国的技术创新占国外申请总量的61,且有547的专利受到了政府资助;针对国外重点项目或政府资助专利进行方案剖析,深度挖掘了核潜艇激光武器和炫目激光武器的技术改进方向。通过国外激光武器专利的跟踪与分析,梳理国外技术发展动向,为我国技术发展与风险防御提供信息支撑。

    • >激光器技术
    • 高功率纳秒级激光二极管高侧驱动电路

      2024, 54(2):171-178. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.002

      摘要 (112) HTML (0) PDF 3.15 M (344) 评论 (0) 收藏

      摘要:纳秒级高功率的激光发射系统对激光雷达的探测性能产生重要影响。本文对普遍使用的激光二极管低侧栅极驱动电路进行修改得到高侧栅极驱动方式,使之能够适用于共阴极激光发射电路。该高侧驱动方式采用了一个半桥驱动器,两个GaN FET作为核心器件来控制激光二极管的发光。文中分析了该拓扑结构中电压、电容、电阻、电感等因素对流经激光器电流波形的影响。经过实验测试,在高重复频率下该电路能够产生31ns脉冲宽度,约65W的峰值功率,能够作为激光雷达的发射模块对场景进行扫描成像。

    • LD环状侧面均匀泵浦Nd∶YAG激光振荡器

      2024, 54(2):179-184. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.003

      摘要 (114) HTML (0) PDF 1.64 M (307) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光二极管(Laser Diode,LD)环状侧面均匀泵浦的激光振荡器具有结构简单、光束质量高、单脉冲能量大等特点,常常在高能脉冲固体激光器中作为主振荡功率放大(MOPA)结构的振荡器,一直是国内外科研人员研究的重要方向之一。本论文通过Zemax软件对不同激光二极管排列方式以及不同工作物质吸收系数对吸收光场的影响的进行了仿真。基于仿真结果,设计了一种20个bar条串联的环状侧面泵浦结构,以提高晶体吸收的均匀性。通过该环状侧泵结构,结合超高斯非稳腔设计,搭建了一种双棒串接激光振荡器进行实验研究。该振荡器实现了在100 Hz重复频率下,单脉冲能量为496mJ、脉冲宽度为124ns的1064nm激光输出,光束质量优于9mm·mrad,光-光转换效率为185。并且该振荡器可以维持光轴稳定不变的同时,实现20ns脉宽以内变档可调。实验结果证明了该环状侧面均匀泵浦结构可靠有效,为MOPA结构振荡器选取提供了一种有效的方案。

    • >激光应用技术
    • 顾及多尺度监督的点云语义分割

      2024, 54(2):185-192. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.004

      摘要 (74) HTML (0) PDF 2.50 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂场景点云分割精度不高、神经网络隐藏单元缺乏直接监督,难以提取语义明确的点云特征等问题,提出了一种将多尺度监督和SCF Net相结合的点云语义分割网络。首先构建了一个类别信息生成模块,记录编码器中隐藏单元感受野内的类别,用于解码器中辅助分类器的监督学习。其次将解码阶段的点云类别预测任务分解成一系列点云感受野类别预测任务,通过对解码器中每一层添加辅助分类器,预测当前阶段点云感受野类别,编码阶段生成的类别信息作为标签监督网络学习。模型从粗到细地推理点云感受野类别,最终预测得到点云语义标签。实验结果表明,该方法能够有效提取点云关键信息,提高语义分割精度。

    • 集改进图卷积和多层池化的点云分类模型

      2024, 54(2):193-201. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.005

      摘要 (60) HTML (0) PDF 1.68 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对基于图卷积的点云分类模型在提取点云不同语义区域的特征信息以及高效利用聚合的高维特征方面存在的问题,本文提出了一种新的点云分类模型,该模型采用了动态自适应图卷积和多层池化相结合的方法。具体而言,本文采用了残差结构来构建更深层的卷积,以学习不同语义区域点对特征中不同层次的特征信息,从而生成动态自适应调整卷积核,针对不同的点对动态更新边的特征关系,从而提取更为精确的局部特征。同时,本文将聚合的高维特征输入到多层最大池化模块中,回收利用第一次最大池化后丢弃的特征信息进行多层最大池化,从而获取更为丰富的高维特征,提高分类模型的精度。实验结果表明,在ModelNet40数据集上,本文提出的分类模型的总体精度达到933,平均精度为907,明显优于目前主流的点云分类模型,并具有较强的鲁棒性。

    • 进给距离对激光-电复合熔覆层组织及性能的影响

      2024, 54(2):202-207. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.006

      摘要 (51) HTML (0) PDF 2.94 M (233) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用“激光-电复合丝材熔覆”的方法对机械零件进行修复工艺研究。采用630不锈钢丝材在45#钢表面进行多道单层熔覆实验,研究不同进给距离对熔覆层宏观形貌、微观组织、显微硬度和耐磨损性能的影响。结果表明:随着进给距离的增加,熔覆层与基体结合面变的凹凸不平,熔覆层表面均有杂质小颗粒,熔覆层厚度减小,微观组织为混乱的等轴晶,熔覆层的平均硬度在200 HV上下浮动,摩擦系数呈现先降低后上升的趋势,磨损量与摩擦系数呈现正相关关系,观察其磨痕形貌其磨损形式主要为疲劳磨损和黏着磨损,当前实验条件下进给距离为12mm时,耐磨性能最佳。

    • 基于TDLAS技术气体浓度测量的温度修正方法

      2024, 54(2):208-213. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.007

      摘要 (48) HTML (0) PDF 860.24 K (219) 评论 (0) 收藏

      摘要:精确检测气体浓度在大气环境保护、工业生产控制、废气排放监测等领域有着迫切需求。可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)是实现气体浓度精确检测的重要方法,然而温度变化却为浓度精确测量带来较大误差,因而对检测结果进行温度修正是十分必要的。本文从理论角度出发,阐述了TDLAS技术检测气体浓度的温度影响机理,重点分析并归纳了基于TDLAS技术的气体浓度测量的温度影响修正方法,并展望了其发展趋势。

    • 基于路侧激光雷达的多目标检测与跟踪算法

      2024, 54(2):214-221. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.008

      摘要 (63) HTML (0) PDF 1.82 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了检测与跟踪城市交叉口复杂环境下的道路目标,提出一种基于路侧激光雷达的多目标检测与跟踪算法。首先利用背景减除法滤除背景点云,随后融合5帧点云并利用曲率体素聚类算法检测目标得到3 D包围盒信息,之后通过自适应阈值的双门控和生存周期管理策略,有效提升关联精度并减少了目标丢失和误检,最后利用交互式多模型无迹卡尔曼滤波(IMM UKF)和联合概率数据互联(JPDA)的融合算法完成道路目标的跟踪。试验结果表明,该算法在保证检测和跟踪性能基础上满足实时性要求,具有工程实用价值。

    • 基于位置编码和双距离注意的点云分割方法

      2024, 54(2):222-227. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.009

      摘要 (39) HTML (0) PDF 1.52 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,卷积和图运算被广泛用于从点云中捕获特征信息的研究中,在语义分割任务中表现出良好的性能。然而,这些方法在表示点云的局部信息方面存在局限性,并且采用对称池化操作而丢失了大量的特征信息。为了解决这些问题,提出DualRes Net网络。该网络采用位置编码模块对局部坐标特征进行编码,使网络能够专注于点云位置信息,获得更好的局部特征表示。利用双距离注意力池将中心点与邻近点的差异与注意力相结合,增强了注意力对局部点云信息的自适应聚合能力。在网络的每个阶段使用去分化残差结构来提取点云的深层特征。由于不同的输入类型具有显著的分布差异,为了稳定模型训练,提高模型性能,对每种类型的特征分别应用MLP。在S3DIS Area5的语义分割实验中,所提方法的分割性能mIoU达到了637,超过了许多现有的网络,证明了所提方法的有效性。

    • 三维激光投影技术在核电厂施工放样中的应用

      2024, 54(2):228-234. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.010

      摘要 (81) HTML (0) PDF 1.54 M (217) 评论 (0) 收藏

      摘要:施工放样作为核电厂建造的关键基础工作,是其他施工活动的依据,其对工程质量及进度有着直接影响。目前核电建安领域主要采用全站仪进行逐点式放样的施工放样方法,该方法具有放样精度差、施工效率低和人工成本投入大等弊端。本文主要提出了应用三维激光投影技术实现核电厂快速施工放样,该方法具有批量放样和投影精度高的特点,通过核电厂施工放样可行性分析和某核电项目现场应用,并使用全站仪进行对比分析,验证了三维激光投影技术在核电厂施工放样中具有一定的应用前景。

    • >红外材料与器件
    • 锑化铟单晶材料研究进展

      2024, 54(2):235-241. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.011

      摘要 (80) HTML (0) PDF 3.61 M (342) 评论 (0) 收藏

      摘要:锑化铟(InSb)材料因其特殊性质,是一种重要的中波红外探测、霍尔元件材料。本文总结了InSb材料的需求现状以及国内外主流InSb材料厂商的研究进展,重点介绍了中国电子科技集团公司第十一研究所在InSb材料方面的最新研究进展。最后,本文提出了InSb材料未来发展趋势。

    • >红外技术及应用
    • 基于红外图像时域特征的沥青混合料细观裂缝评价研究

      2024, 54(2):242-248. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.012

      摘要 (66) HTML (0) PDF 2.25 M (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:为优化沥青混合料中细观裂缝的快速评价方法与效率,首先通过室内试验设计沥青混合料细观裂缝制备及其评价方法,采用线激光对试件进行扫描并采集红外图像,通过对红外图像数据分析,建立基于时间序列的温度区间特征追踪方法,进而计算温度区间特征面积及其扩散速率与线激光位移的热特性变化关系,最后对试件中的细观裂缝位置和宽度进行定量分析。研究表明,基于温度区间热效应的扩散速率,可以增强试件中细观裂缝的空间分辨率,同时随着线激光逐渐靠近裂缝,温度特征面积扩散速率明显表现出先降低后增加的趋势,说明试件裂缝处的热扩散能量逐渐降低并趋近于零,当线激光远离裂缝时,试件表面的热扩散速率又逐渐增加,体现出很强的细观裂缝热阻隔现象。结果表明,在裂缝处温度区间B、C的特征面积始终位处于特征曲线的最低波谷位置,且温度区间B的裂缝定位误差小于561;同时,在可靠度水平为95条件下,通过亚像素算法计算的裂缝特征面积宽度与裂缝宽度的相关性达到09952,预测裂缝宽度的相对误差不大于413。该评价方法显示了基于时序特征的温度区间对不同细观裂缝宽度均具有显著的敏感性,可为车载移动式热成像技术自动化检测沥青路面裂缝的应用提供理论基础和借鉴。

    • 低层大气红外吸收透过率计算模型

      2024, 54(2):249-255. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.013

      摘要 (49) HTML (0) PDF 1.82 M (234) 评论 (0) 收藏

      摘要:计算大气透过率是有效进行空中目标红外特性探测的重要前提。本文针对低层大气红外吸收透过率随海拔高度的变化规律,建立数值模拟计算模型。该模型在基于低层大气中水蒸气及CO2吸收能力受海拔高度影响的基础上,增加了大气密度随高度变化产生的重要影响,综合分析了水平路程传输和倾斜路程传输两种情况下的低层大气吸收透过率。仿真实验将模型计算结果与MODTRAN5软件计算结果进行了对比,有效验证了该模型的可靠性和有效性。

    • >光电技术与系统
    • 舰载激光武器打击无人机蜂群毁伤特性研究

      2024, 54(2):256-261. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.014

      摘要 (119) HTML (0) PDF 1.05 M (327) 评论 (0) 收藏

      摘要:舰载激光武器是一种反制无人机蜂群有效、快速、低成本的防御手段。论文针对舰船无人机蜂群反制,分析了舰载激光武器对不同材质的无人机毁伤机理,结合无人机材料激光毁伤阈值,建立了激光武器反制无人机蜂群模型,仿真了不同激光功率条件下对无人机蜂群的有效打击距离,评估分析了激光武器打击无人机蜂群的作战效能,可为后续激光武器协同火力打击无人机提供支撑。

    • >光学技术
    • 基于空间光调制器的艾里光束能量调制方法

      2024, 54(2):262-266. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.015

      摘要 (49) HTML (0) PDF 1.70 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的方法,并且量化了调制参数与能量调制范围的关系。仿真和实验结果表明通过改变调制相位可以灵活地调节光束能量分布,本文的研究有助于进一步推动艾里光束的应用。

    • 基于粒子群与遗传算法的消色差超透镜自动设计

      2024, 54(2):267-273. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.016

      摘要 (105) HTML (0) PDF 1.71 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用智能优化算法,对宽波段消色差超透镜进行设计优化。首先,研究构建于二氧化硅基底上的硅纳米柱这一微单元结构的光学特性,通过数值仿真扫描单元结构的半径构建相位数据库。之后,通过使用粒子群与遗传算法的混合算法(PSO_GA)在相位数据库中找到最佳相位矩阵,即对应每个位置最佳的单元结构。最后,构建超透镜,通过仿真实验验证其可实现红外波段(1000nm~1250nm)的聚焦,且消色差效果优于传统粒子群优化算法所获得的超透镜结构。此超透镜的设计为平面光学器件的自动化设计提供了一种解决方法。

    • >图像与信号处理
    • 面向机载分布式光电的图像拼接算法

      2024, 54(2):274-280. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.017

      摘要 (43) HTML (0) PDF 2.61 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着航空无人系统技术的迅猛发展,分布式机载图像拼接技术已成为备受瞩目的研究领域。本文针对分布式机载图像拼接中存在的视差大和空间几何变换关系复杂等问题,在APAP图像拼接算法基础上提出了一种改进算法。该算法采用变形处理、线性化单应平滑外推至全局性变换以及网格划分法等方法,有效消除了模糊重影、减少边缘处投影失真,提高算法运行效率。在多个场景下的实验中,该算法表现出更小的对齐误差和更高的图像质量指标,包括均方根误差、峰值信噪比、结构相似度和图像熵等。在进行大规模图像拼接时,该改进算法能够实现154张图像的大规模拼接,得到10 k×10 k的高分辨率全景图像,拼接耗时为138s。因此,该改进算法具有重要的实际应用价值,可用于分布式机载图像拼接的实际应用中。

    • 基于YOLOv5s的改进实时红外小目标检测

      2024, 54(2):281-288. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.018

      摘要 (44) HTML (0) PDF 1.83 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外图像分辨率低、背景复杂、目标细节特征缺失等问题,提出了一种基于YOLOv5s的改进实时红外小目标检测模型Infrared YOLOv5s。在特征提取阶段,采用SPD Conv进行下采样,将特征图切分为特征子图并按通道拼接,避免了多尺度特征提取过程中下采样导致的特征丢失情况,设计了一种基于空洞卷积的改进空间金字塔池化模块,通过对具有不同感受野的特征进行融合来提高特征提取能力;在特征融合阶段,引入由深到浅的注意力模块,将深层特征语义特征嵌入到浅层空间特征中,增强浅层特征的表达能力;在预测阶段,裁减了网络中针对大目标检测的特征提取层、融合层及预测层,降低模型大小的同时提高了实时性。首先通过消融实验验证了提出各模块的有效性,实验结果表明,改进模型在SIRST数据集上平均精度均值达到了954,较原始YOLOv5s提高了23,且模型大小降低了729,仅为45 M,在Nvidia Xavier上推理速度达到28 f/s,利于实际的部署和应用。在Infrared PV数据集上的迁移实验进一步验证了改进算法的有效性。提出的改进模型在提高红外图像小目标检测性能的同时,能够满足实时性要求,因而适用于红外图像小目标实时检测任务。

    • 基于光斑轮廓特征的目标快速识别算法研究

      2024, 54(2):289-294. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.019

      摘要 (45) HTML (0) PDF 1.96 M (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:大视场的视觉着陆引导系统在引导无人机自主着陆过程中,需要快速检测出安装在无人机上的合作目标。该合作目标在图像上是以光斑形式存在,因此为了满足系统的实时性要求,本文提出了基于轮廓特征的快速检测光斑算法。该算法是根据光斑在图像中的特征,采用了目标裁剪方法,将原始图像中的光斑部分裁剪出来,从而降低算法运算量;再通过图像预处理,消除背景的无关信息与噪声干扰,增强光斑的清晰度;最后利用最小二乘算法进行椭圆拟合定位出光斑的中心位置。将本实验算法与其他光斑检测算法进行实验对比,从而验证系统的实时性。结果表明:利用本文算法可以在保证精度的同时将运行时间缩减到36ms。

    • 基于YOLOv5s的轻量化红外图像行人目标检测研究

      2024, 54(2):295-301. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.020

      摘要 (57) HTML (0) PDF 1.27 M (238) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于红外图像的行人识别是现代安防系统的重要组成部分。在计算资源受限场景,由于红外行人检测算法中模型尺寸的影响,检测精度与部署难度往往难以平衡。针对此问题,本文提出了一种基于YOLOv5s的轻量化目标检测算法:首先引入MobileNetv3轻量化特征提取网络,并使用深度可分离卷积减小模型尺寸,使其更易部署至CPU设备;其次,将最近邻插值上采样方式替换为CARAFE(Content Aware ReAssembly of FEatures),明显提升了图像重建效果;最后使用EIOU Loss作为边界框损失函数改善模型回归性能。本文在采样后的LLüIP红外行人图像数据集上进行了测试:对于红外图像下的行人目标,本文在保持高检测精度(AP=954)的同时,模型大小减少806,参数量减少828;在使用CPU平台进行推理时,推理速度提升433,且检测多尺度目标的性能有所提升。以上两方面结果验证了算法的有效性。

    • 深度学习与图像融合的行人检测算法研究

      2024, 54(2):302-306. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.021

      摘要 (63) HTML (0) PDF 1.56 M (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决智能辅助驾驶技术中可见光摄像机受光照和气候影响而导致行人目标识别困难的问题。通过研究图像融合技术,结合深度卷积神经网络,实现并改进了一种道路行人目标检测算法。方法是利用多源传感器图像融合技术,采用可见光相机与红外热成像相机融合的策略,以Faster RCNN 算法为基础,从改进网络结构、特征融合、优化模型训练等方面展开研究,对复杂环境下的行人检测与定位跟踪展开研究,提出一种基于图像融合技术和改进的深度卷积神经网络的道路行人目标检测算法。实验结果表明,该算法对复杂气候环境下行人目标检测提高了检测效率和准确率,增加了智能辅助驾驶汽车的安全性。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 大动态能量自适应蓝/绿激光探测方法

      2024, 54(2):307-311. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.022

      摘要 (49) HTML (0) PDF 2.27 M (239) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对水下无线光通信链路中近距功率饱和与远距功率不足导致的光信号采集失效的难题,提出一种大动态能量自适应蓝/绿激光探测方法。该方法在水下无线光通信系统中加入由电控液晶光阀、可调增益光电倍增管及FPGA板卡组成的增益可控探测模块,该模块在链路功率和探测器增益两个维度对通信链路形成闭环调控,以保证光电倍增管始终工作在最优状态,从而实现水下远距离、高速、大动态范围无线光通信。

    • 基于光纤温度混合域特征的海缆浅埋状态识别

      2024, 54(2):312-320. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.02.023

      摘要 (91) HTML (0) PDF 2.09 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光纤温度信号非平稳、非线性的特点,以及在海床表面温度和海床深处温度近似相等即温度平衡时间段内,利用光纤温差识别海缆浅埋位置存在一定的局限性问题,提出一种基于优化VMD混合域特征和LSTM的海缆浅埋状态识别方法,用于识别海缆深埋和浅埋两种状态。首先,采用参数优化的VMD对光纤温度信号进行分解,提取各阶本征模态分量与原始信号相关系数最大的分量;其次,提取原始温度信号的时域和频域特征,结合所选IMF的时域和频域特征以及能量和熵特征构建混合域特征集,并利用CDET进行敏感特征选择;最后,设计LSTM结构,将训练集输入网络进行训练,测试集验证网络的有效性,实现海缆浅埋状态识别。通过现场采集的海缆光纤温度数据进行验证,测试准确率达到100,结果表明,该方法能够准确识别海缆浅埋状态。

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