摘要:纳秒脉冲可见波段激光在遥感、相干雷达系统、精密加工、激光清洗、液态染料激光器泵浦等领域广泛应用,全固态激光器以其结构紧凑、占用空间小、成本低、寿命长等特点备受青睐。近年来,纳秒可见光全固态激光器发展迅速,本文简述了传统激光二极管泵浦掺Nd3+、Yb3+等稀土离子晶体输出近红外光的二阶非线性频率变换产生纳秒脉冲可见光固体激光器的技术水平。从非线性频率变换角度介绍了几种出光波段丰富的纳秒脉冲可见光全固态拉曼激光器的技术特点,重点介绍了拉曼频移、拉曼混频和金刚石拉曼,对其性能特点和技术瓶颈进行了综述,并在最后做了总结和展望。

摘要:研究了基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生。通过在NPR锁模器件前后各引入一段长度分别为100m和350m长的SMF-28光纤以增强腔内非线性和积累负色散,得到底座宽度为50ns,重复频率为6156kHz,信噪比为55dB的双波长(波长分别为2025nm和2034nm)台阶形脉冲。发现仔细调节偏振控制器和改变泵浦功率可以精细调节台阶形脉冲的形态。通过研究发现台阶形脉冲是由两个矩形脉冲组合而成,且前后泵浦对两个矩形脉冲的影响不同,通过改变偏振态能实现能量在前后两个矩形脉冲之间的转化。本实验为研究被动锁模光纤激光器脉冲动力学和脉冲整形提供了良好的实验平台。

摘要:根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了激光二极管端面泵浦 Tm∶YAG 晶体棒热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对晶体棒的温度场、热应力场和端面形变量进行了数值计算。分析了激光能量分布不同的激光光束(圆形高斯光斑、椭圆形高斯光斑、圆形平顶光斑、方形平顶光斑)、泵浦光斑半径、Tm3+掺杂浓度对激光棒内部温度场分布及端面形变量的影响,并绘制三维分布图。结果表明,在稳定状态下,若激光二极管泵浦功率为30W、泵浦光斑半径为400μm时,掺杂浓度为35at.%的Tm∶YAG晶体棒泵浦面的最高温升为12455℃,其泵浦面的最大应力为246 MPa,沿晶体z轴最大应力为209 MPa,泵浦面最大热形变量为0888μm。该研究为实现Tm∶YAG 激光器的设计提供了理论指导。

摘要:为实现碳纤维增强复合材料的高质高效切割,采用水导激光加工技术对CFRP进行微槽加工,通过正交实验法、单因素实验法研究了激光功率、扫描速度和扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响规律,并以此为目标进行了优化。结果表明:激光功率、扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响显著；当激光功率35W、扫描速度4mm/s和扫描路径重叠率40时,热影响区宽度为184484μm,材料去除率为0068mm3/s,能获得较小的热影响区宽度和较高的加工效率。

摘要:提出了一种激光制导半实物仿真系统。系统由软件仿真子系统、硬件在环仿真子系统和视景仿真子系统构成。软件仿真子系统基于Simulink建立了制导飞行器的运动学、动力学模型和目标的运动模型,可以完成制导飞行器的内环姿态控制和外环制导的数字仿真。硬件在环仿真子系统由工控机分别控制激光制导单元和目标模拟单元,实现制导飞行器制导的激光导引。应用基于高斯光斑的拟合改进算法提高四象限探测器对目标位置的检测精度。Simulink通过UDP通讯与LabView进行数据交互。使用AC3D建立了制导飞行器与目标的三维物理模型,基于FlightGear实现了制导飞行器和目标的联合仿真,构建了视景仿真子系统。仿真实验表明,该系统不但能够完成制导飞行器的飞行姿态控制和制导律的研究,而且能实时实现三维视景显示。

摘要:为了增强基于深度学习的三维点云分类模型对全局特征的建模能力,提高模型的泛化性能,在PointNet的基础上,提出了基于图神经网络和注意力机制融合的点云分类模型。首先,将提取的特征分别通过增加通道注意力模块和空间注意力模块,使模型更加关注全局上下文信息,抑制噪声信息,减少冗余参数,增强对全局特征的建模能力；其次,通过在多尺度球半径内进行不同K值最近邻搜索对编码的输入特征进行构图,既减小了图的规模,降低训练开销,又使模型学习不同层级的特征表示；最后,通过图卷积神经网络汇聚邻域信息,更新节点特征,并将不同图卷积神经网络层输出特征进行相加,融合多层级特征,提高分类准确率。本文在公用数据集 ModelNet40上进行训练与测试,其总体分类准确为886,优于通用的3DShapeNets、VoxNet、ECC、PointNet模型,证明了模型在点云分类上的优越性。

摘要:如今无人机(UAV)越来越趋向于群体运用,无人机群中的UAV数量也越来越多,但UAV的续航一直是限制其应用的原因。为了解决无人机群续航较短,充电效率低等问题,本文针对激光供电无人机群,提出一种同时充电的集群策略。利用圆中圆公式推导生成集群充电UAV的初始位置,后利用改进人工势场(IAPF)结合粒子群优化(PSO)算法对其位置进行优化,最后通过MATLAB仿真验证集群结果。结果表明激光光束为1束和7束情况下,集群最高效率为926和919,效率比优化前平均提升1264和1041,光斑外径下降706和627,有较好的集群效果。该集群充电策略能够解决传统充电方法在多数量无人机群时的调度问题,可以用在无人机群充电领域。

摘要:桥梁、大坝等结构涉水部分表观的病害检测过程中,病害参数的精确测量受到水下相机阵列与其距离的影响,并且常用的图像拼接方法依赖于显著特征点,对于上述情况,本文提出将水下相机阵列与激光器结合的方法,基于图像对物距进行测量并由激光辅助拼接图像阵列。根据激光光斑在图像中的位置,分别推导了水下相机阵列平面与被观测表面平行、存在旋转角和存在俯仰角三种情况下的激光测距公式,并且依次进行图像阵列校正、重叠区域计算和图像拼接。实验结果表明,三种情况下测距误差不超过2mm,相对误差不超过15,并且较好地实现了图像阵列的校正和拼接,在基础设施水下病害检测方面具有较大的应用前景。

摘要:本文旨在满足石化厂区对多种烷烃泄漏气体的远程遥测需求,并考虑到这些石化储罐多位于海边,因此需要考虑水汽谱线对烷烃谱线的影响。为排除空气中水汽和二氧化碳的影响,选择了丙烷中红外波段3364nm的吸收峰。通过使用ICL激光器,在此波段实现了对丙烷和正丁烷两种气体的同时测量。提出了一种开放光程的方法,将反射膜放置在距离100m外,通过镜头将返回的光聚集到探测器上,从而实现对100m距离内烷烃气体的远程遥测分析。本文提供了两种气体在100m处的吸收信号和谐波信号的数据,并根据谐波信号和噪声的分析,计算出待测气体的检测限低于100ppm·m。

摘要:应用三维噪声模型分析了凝视型中波红外探测系统的噪声特性,并研究了信息处理方法对各类噪声分量的抑制效果。在不同积分时间下对不同温度的面源黑体连续采集图像数据并进行分析,发现增加积分时间和黑体入射能量时,各噪声分量都先以非线性形式迅速减小再逐渐趋于恒定,且各噪声分量会呈现出各自特有的图像模式。研究发现在未经任何信息处理的原始图像中,空间噪声是系统噪声的主要成分；综合运用空间和时间噪声抑制方法后,空间噪声几乎被完全抑制,时间噪声降低约一半,瞬态像素噪声成为噪声的主要成分。

摘要:在产品结构设计中,沿袭已有产品或者凭借已有经验是一种普遍存在的现象,红外热像仪连续变焦机构光轴跳动超差一直是业内的难题,而其跳动量的大小直接影响着系统的性能指标。本文以导杆式两组元联动连续变焦机构为例,首先从装配角度分析影响连续变焦机构光轴跳动的因素,然后通过分析关联尺寸,依据尺寸链原理,构建了层次清晰、合理正确的装配尺寸链模型,再通过光机参数转化,确定尺寸链中封闭环的公差,最后依据公差设计原理,对尺寸链中各个组成环进行公差分配,并通过公差分析的方式,核算封闭环的极限偏差,确保各组成环的公差设计正确、无误。

摘要:本文重点介绍了富汞垂直液相外延技术,在对该技术进行研究时,提出了一种温场优化方法和一种生长方法来提升材料质量和工艺稳定性。最后介绍基于双层异质结材料采用台面结器件加工等碲镉汞探测器组件制备方法,制备中波、长波和甚长波碲镉汞探测器组件的进展情况。

摘要:针对传统锁相热成像缺陷特征提取算法存在对比度较低和小缺陷易丢失问题,提出了基于鲁棒主成分分析(RPCA)与FFT相结合的缺陷检测算法,并用非精确增广拉格朗日乘子法(IALM)求解RPCA模型。将原始红外热波序列向量化为二维矩阵,通过RPCA将数据分解成两部分:近似提取非均匀背景的低秩矩阵,反映缺陷信息的稀疏矩阵,对得到的稀疏矩阵使用FFT求得去除非均匀背景的幅度与相位图,针对求解RPCA模型时IALM需人为引入初始值,影响优化结果等问题,使用暴龙优化算法(TROA),选取信杂比增益和背景抑制因子构建适应度函数,对初始平衡参数和惩罚因子进行优化。实验结果表明,该算法所得图像对比突出、小缺陷信息明显,客观评价指标优于其他算法,其中熵值有了大幅度的减小,有效抑制热波图像非均匀背景。

摘要:以适合大风、高温等极端天气条件下使用的固定安装式变焦测温热像仪为背景,针对连续变焦热像仪的测温问题,提出了一种变焦红外成像测温方法,在文中给出的定焦热像仪工程测温方法基础上,扩展了焦距维度,构建了变焦热像仪测温的多项式模型,并通过最优化方法计算反演参数,从而得到不同焦距时的测温结果,进一步给出了变焦测温时的数据标定方法。基于高精度黑体对自主研发的变焦热像仪进行了数据标定,分析了不同焦距时的测温精度,并进行了实验室环境和户外环境的观测试验。试验结果表明,不同焦距都可获得高精度的测温结果,达到国标要求的±2℃精度。该项成果可以在各型变焦热像仪上推广应用,提高对高压线类远距离目标的测温精度。

摘要:水电站电气设备的安全稳定运行至关重要。为了实现设备故障的自动预警,通过红外特征提取并进行灰色关联分析,提出建立主成分分析(PCA)和基于密度的聚类算法(DBSCAN)的设备故障预警模型。首先,通过数据预处理补全缺失数据,剔除异常数据后进行主成分分析降维并提取新的主成分特征。其次,将新的主成分采用DBSCAN算法构建特征样本集,建立灰色关联模型,计算灰色关联系数,然后,通过灰色关联系数的变化程度突变点进行故障预警。实验结果表明,所提方法能有效提取红外特征,并在设备异常状态下实现设备故障预警,故障预警准确率达到9788。

摘要:光电系统设备通常由多个组件构成,那么对于各个组件软件的部署,程序的加载升级也成为一项较为关键的技术。由于传统加载方法在加载方式和加载效率上存在许多缺点,所以开发出一种高效便捷的远程加载技术至关重要。针对上述问题,本文设计开发一种远程加载技术,并将该技术成功应用于红外光电系统。远程加载功能主要通过上位机与远程加载板进行实现,上位机负责将升级文件远程发送至加载板,加载板成功接收到数据后,完成对于被加载组件的程序升级。为增加远程加载功能的可靠性,设计备份启动功能,如果出现加载失败的情况,能够实现程序的二次加载。

摘要:本文基于Buchdahl模型的色散向量分析法设计了一款可用于激光测距的多波长复消色差激光发射镜头,其成本低廉,体积小,光束质量好且能抗高峰值功率激光损伤,设计首先通过Buchdahl色散系数方程计算得到了常用国产高强激光透镜材料的色散向量,然后对光学系统进行光线追迹并计算比例因子,从而进行无焦系统的Buchdahl色散向量计算,最终依据此结果指导优化,优化后的系统在0707孔径处1064nm与1572nm和1550nm的色差分别仅为249×10-6D和443×10-6D,1550nm与1530nm的色差仅为304×10-6D,在波段范围内最大色差仅为443×10-6D,最大移焦差仅为00005 D,各视场的MTF和点列图完全达到衍射极限,系统的复色差得到有效的矫正,研究结果使Buchdahl模型的色散向量分析法成功应用于工程设计中的无焦光学系统,为无焦光学系统设计提供了一种新思路。

摘要:近年来,卷积神经网络在高光谱图像分类领域取得了显著的进步,但是其只能对图像进行规则格网运算,不能自适应的进行特征聚合。因此,本文提出了一种基于分段森林的多尺度图卷积神经网络的高光谱图像分类方法,主要有四个步骤:首先使用主成分分析进行降维,根据图像的空间信息构建多尺度的分段森林,建立子树之间关系；然后提出了一种基于图卷积网络的U net模型架构,通过池化和解池化建立多个尺度之间的图结构特征的转换；网络通过图卷积神经网络进行自适应的特征聚合,并在编码器和解码器之间采用跳层连接融合了多尺度特征；最后通过SoftMax进行节点的半监督分类。实验在公开的高光谱数据集上进行了验证,均取得了较好的分类精度,表明了该方法的有效性。

摘要:为解决传统的目标检测与识别方法在复杂战场环境中的限制,本文提出了一种基于深度卷积神经网络(CNN)的方法,用于提取图像特征和定位目标。该方法综合考虑了传统的形状和纹理特征以及红外图像中的热点信息,通过大规模标注数据集的训练和反向传播算法的优化,提高了目标检测和识别的准确性。相比于传统方法,该方法能够自动学习图像中的特征表示,无需依赖手工设计的特征和分类器。为了验证算法的有效性,本文选用海思Hi3559AV100作为核心处理芯片设计硬件平台,通过将算法移植到该平台上,对收集到的数据样本进行分析测试,实验结果表明,该系统在复杂的背景环境中表现出相对稳定的性能,能够可靠地进行目标检测和识别。

摘要:红外光斑中心定位是红外光学测量的关键技术一,针对红外光斑分辨率低、对比度差、目标边缘模糊和光斑定位精度低等问题,提出了一种具有高精度小尺寸的红外光斑定位算法。对于红外图像前处理从单一滤波和组合滤波进行图像的前处理,之后通过红外光斑质心法和形心法确定光斑中心所在的亚像素级坐标。结果表明:在有噪声污染的红外光斑图像中,与其他算法相比,本算法误差小于0035个像素,保证了红外光板的高精度定位。

摘要:针对非对称削波光正交频分复用系统应用在可见光通信中峰值平均功率比过高的问题,在研究编码技术和失真技术的基础上,提出了一种Hadamard编码与归一化μ律压扩联合方案来降低峰值平均功率比。联合方案仿真结果表明,与Hadamard编码技术相比,在峰值平均功率比抑制性能方面提升了58dB；另一方面,与归一化μ律压扩技术相比,在误码率上仍然取得了更好的性能,优化了2dB。

摘要:为了满足波分复用系统中的超高速和长距离传输,需将影响频谱效率和系统性能的四波混频等非线性效应损害降至最低。针对四波混频产生机理,提出了一种抑制波分复用光网络中四波混频效应的方法。该方法分别在有无预啁啾的情况下确定了第一、第二和第三优化优先级参数(如有效面积、信道间距、入纤功率)的单个和组合效应对四波混频效应的影响,对系统误码率进行数值计算,分析系统性能。在16信道系统中,随着有效面积的增加、输入功率的减小和信道间距的增加,光纤中的四波混频效应得以降低,且在预啁啾情况下四波混频效应降至更低。在预啁啾为800 ps/nm时,三种参数优化组合使信道中的最小误码率为8.16×10-23,相比无参数优化和预啁啾的光纤通信系统,性能提升132.8dB。最后,这项工作表明,所提出的基于预啁啾的参数优化策略是密集波分复用系统性能优化的理想方案。