摘要:具有大动态范围的红外探测器件能够同时响应视场中的强、弱信号,输出高对比度成像结果,从而提高红外成像探测系统的目标识别能力。读出电路作为红外探测器中的关键部件,对其动态范围起决定性作用。本文列举了几种常用的读出电路扩展动态范围的实现方法,其中一些是可见光图像传感器的大动态范围设计方法,可以为大动态范围红外探测器读出电路的设计提供借鉴。

摘要:近年来,激光武器技术快速发展,凭借其光速打击、精准拦截和低成本优势,逐渐成为应对无人机威胁的核心手段。本文针对激光武器在反无人机领域的应用,首先梳理激光武器的作用机理和发展现状,讨论激光武器在反无人机领域的技术需求以及激光武器反无人机系统组成,分析激光武器在反无人机领域方面的应用优势,最后讨论了激光武器在反无人机领域的未来应用趋势。综述表明,激光武器对微型无人机、集群编队及自杀式攻击展现出高效费比、高响应速度的拦截能力。未来激光反无人机系统将向多波段激光、小型化、智能化、多技术协同及多平台集成应用方向演进。本文通过分析技术需求与未来趋势为激光武器在反无人机领域的发展应用提供理论参考与战略预判。

摘要:研究了基于1064nm激光泵浦多周期MgO∶PPLN晶体的高重频可谐调光参量振荡器。OPO采用重复频率可调的声光调Q Nd∶YVO4激光器泵浦多周期MgO∶PPLN晶体,理论计算了信号光通过晶体的单程增益并研究了单谐振情况下参量增益与极化周期的关系,分析了晶体温度、极化周期对准相位匹配接受带宽的影响。采用温度调谐与极化周期调谐相结合,实现波长在139～195μm范围内连续调谐。当重复频率35kHz,极化周期为310μm时,在56W的泵浦功率下,温度控制在60℃时,获得了051W的最大信号光输出,对应中心波长为1601nm。

摘要:高重频激光探测具有高精度、高分辨率、强抗干扰能力等优势。针对高重频激光在远距离探测中微弱回波信号检测的需求,本文提出了一种基于数字式积分的高重频微弱激光脉冲实时检测技术。文章首先分析了累加周期数对算法性能和硬件资源的影响,其次,设计了基于流水线结构的硬件加速电路,主要包括低通滤波模块和基于数字式积分的信号检测模块,并在FPGA上进行原型验证和测试。实验结果表明,本设计能够在无时域同步信号下对重复频率为200kHz、信噪比约为-163dB的激光脉冲信号进行有效检测,刷新频率达20 Hz,固定延时小于400ns,实时性较高。该技术为百千赫兹（kHz）高重频激光微弱回波的检测提供了切实可行的解决方案。

摘要:近年来,基于点体素的方法在点云处理领域得到了广泛研究,这类方法试图结合点云与体素各自的优势以提升性能。然而,基于体素提取特征时往往面临信息损失和分辨率受限等问题,且体素尺寸的选择会限制特征表达的精细程度。为解决这些问题,本文设计了一种名为PVResUNet的多尺度点云语义分割网络。PVResUNet基于体素创新性地拓展了ResUNet架构的子分支。该分支通过编解码器架构与残差连接,有效地融合了不同层次的体素特征,提升了细粒度特征的表达能力。在S3DIS数据集上的实验结果表明,与原始网络相比,PVResUNet的MIoU提高了116,这充分验证了PVResUNet在点云语义分割任务中的有效性与先进性,为点处理领域提供了一种更具竞争力的网络架构选择。

摘要:提出了一种采用飞秒激光技术制备聚醚醚酮(PEEK)超疏水表面的方法,旨在优化材料表面的超疏水性能及其稳定性。通过综合分析光斑搭接率、扫描间距、扫描次数、频率、功率和脉宽等关键激光参数,建立了一步制备超疏水表面工艺,用于制备超疏水表面。利用飞秒激光的高精度表面微纳结构调控能力,本研究优化了参数范围。经过激光直写处理后的PEEK表面,在初期即展现出卓越的超疏水性,并且随着时间的推移,疏水性能进一步增强并保持长期稳定。这一发现为PEEK材料表面的长期应用提供了可靠的保障,并拓展了激光技术在超疏水材料制备领域的应用潜力。

摘要:为了探究在匀加速剪切力作用下,微织构表面的非牛顿防冰液薄液膜的流变特性,利用激光微织构技术在航空用材TC4试样表面用不同功率的纳秒激光制备出“井”字纹理微纳织构,借助高速摄像实验平台研究防冰液薄液膜的流动特性。实验结果表明,随着激光功率的增大,TC4表面形成高度复杂的波纹和凹陷结构,接触角逐渐增大,由74°增大到138°。Ⅱ型防冰液在匀加速低剪切作用下,液膜剪切变稀,形成山丘状液峰最终滑移,接触角越大,防冰液液膜越不稳定,更容易快速脱落。

摘要:光谱线型会因温度和压力的影响发生变化,而精准的线型拟合是实现高精度测量的重要步骤。针对Voigt线型在高精密吸收谱线拟合时出现W型残差的问题,对比分析了Voigt和Galatry线型对不同中心频率的CO2气体吸收谱线的拟合效果,并进行了对不同信噪比和不同频率间隔光谱数据拟合结果的比较。在实验中,搭建了一套光腔衰荡光谱系统,空腔衰荡时间为3181 μs,测量标准差为86ns,噪声等效吸收系数为2833×10-10cm-1,对于不同中心频率的CO2吸收谱线,Voigt线型的拟合精度分别为2974×10-9、794×10-9、433×10-9和459×10-9,Galatry线型的拟合精度分别为1133×10-10、115×10-10、954×10-11和147×10-10。对实验测量过程中的不确定度进行统计分析,最终得出不确定度为019。

摘要:以微波场辅助耦合子能级的方式得到一个Λ型闭环三能级系统,运用密度矩阵方程研究了拉盖尔—高斯(Laguerre Gaussian,LG)光束耦合场作用下闭环三能级系统中的光传播特性。在闭环的电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)系统中,发现LG光束会引起探测场的径向调制,通过调整耦合场的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)可以获得具有正反方向螺旋相位轮廓的涡旋探测光束。研究进一步表明,可以通过叠加LG光束中的径向指数来调制探测光束的光强和螺旋相位。此外,它还为量子计算和量子通信中量子信息的相干存储以及在不同光束模式下进行实验提供了新的见解。

摘要:对目标和风场的同步测量是动态环境下实现自主导航和目标跟踪的关键技术。目前的激光雷达可实现风场或目标的单独探测,还未能实现二者的同步测量。针对这一问题,本论文设计并研制了一种可搭载于无人机的小型化全光纤脉冲相干多普勒激光雷达,该系统实现了轻量化设计(195mm×120mm×100mm,重量<3 kg),能够实现三维距离与风速同时测量,可应用于气象监测、自主导航等多个场景。通过采用先进的频谱处理算法提升了信噪比,同时结合联合时频分析方法精确提取距离信息,有效提升了空间分辨率。实验结果表明,该系统通过二维扫描实现了1km范围内目标成像与路径上风场信息的同步探测,并且基于硬目标和风场信息,提高了区域环境态势感知与三维可视化能力。这种小型化多功能激光雷达系统为风场与目标同步探测提供了实用化的解决方案,在低空经济中具有重要应用前景。

摘要:针对负温度系数(NTC)热敏电阻型红外探测器低频噪声问题,本文通过有限元仿真与试验验证相结合,深入辨识并分析了关键影响因素及其影响规律。揭示了探测器浸没工艺中热敏电阻薄片倾斜导致局部温升的关键作用机制,利用ANSYSWorkbench建立精确模型,仿真发现薄片浸没倾斜会引发显著温差(最高达10℃),使局部温度叠加工作温升后接近或超过介质层(AsSe)玻璃转变温度(约60℃)。在温度循环中,介质层反复固化产生的热应力会损伤薄片微观结构,显著增大载流子起伏噪声。提出关键工艺改进措施:细化浸没操作规范(中心均匀施压)并增加镜检与台阶仪测试环节(控制倾斜≤4μm)。实践表明,该方法可提前识别并优化约5的潜在缺陷探测器,有效降低后期噪声筛选成本。本研究为提升红外探测器可靠性及优化生产工艺提供了理论依据和实用方法。

摘要:化学抛光是碲锌镉衬底抛光工艺中的最后一步,化学抛光后衬底的表面状态决定着碲镉汞的外延质量。本文研究了使用碘甲醇进行碲锌镉衬底的化学抛光工艺,从抛光盘转速、碘甲醇浓度和在溶液中是否添加乙二醇三方面对化学抛光工艺的影响。结果表明,使用浓度为001mol/L的碘甲醇,并添加乙二醇,设置抛光盘转速为20 rpm作为抛光参数获得的碲锌镉衬底粗糙度最小,为077nm。采用碘甲醇作为化学抛光液比常用的溴甲醇更容易进行过程控制,并且抛光后衬底表面的富碲情况更少,更适用于碲镉汞外延前衬底的表面处理。

摘要:铟柱倒装互连是红外焦平面探测器(IRFPA)芯片间电连接的核心工艺,其可靠性直接影响探测器的性能与寿命。本文针对当前铟柱倒装互连工艺中焊点数量大、密度高、芯片尺寸大等难点,系统研究了铟柱高度均匀性、芯片面型、导通率及开关机循环冲击对互连可靠性的影响机制,建立了基于工艺前指标控制到工艺后可靠性验证的全流程标准化评价方法。通过典型样品的试验验证,揭示了各指标与互连失效的内在关联,为红外焦平面探测器研制提供了关键工艺控制依据。

摘要:在目标与背景对比度较低的情况下,红外对比度跟踪算法容易因分割阈值超出合理范围而导致目标捕获失败。本文基于红外对比度跟踪算法原理,研究红外探测器积分时间对目标与背景对比度的影响,分析出在目标亮度较小、较大和饱和时出现的三种典型低对比度场景下,提高对比度并增加有效分割阈值范围所对应的积分时间调整方法。

摘要:针对多光谱辐射测温中测温方程组多个未知数的欠定问题,提出了基于泰勒展开式的迭代算法,实现真实温度及发射率的反演。该算法建立波长二次多项式形式的发射率模型,利用泰勒级数的二阶偏导项推导迭代公式,求解真实温度及发射率,并进行了实验验证。实验结果表明,任意给定温度和发射率初值,算法能够精确反演温度,相对误差小于0007,最大温差为1436 K,该模型提高了预测精度,高阶泰勒展开迭代法增强了测温系统稳定性和可靠性,在复杂材料和多变环境下的温度测量中具有较大优势。

摘要:针对红外图像拼接过程中存在视场限制和细节捕捉的难题,旨在创新红外图像的拼接方法,提出了一种基于相位一致性(Phase Congruency,PC)和最大索引图(Maximum Index Map,MIM)的辐射不敏感特征匹配方法(Radiation Variation Insensitive Feature Transform,RIFT),以应对红外图像固有的低对比度和细节信息不足等问题,确保特征点在不同尺度和旋转变化下的精确对齐；通过快速样本共识(Fast Sample Consensus,FSC)方法,有效去除了匹配过程中的异常值,提高了拼接的准确性；最后,引入了加权融合策略优化了拼接图像的质量。实验结果表明,本方法在处理尺度、方位变换红外图像时均表现出色,保留了丰富的细节信息。

摘要:为提高激光甲烷遥测仪的稳定性,在探头的设计细节上进行了优化。通过透镜边沿平面化设计,实现了发射-接收孔径的共用,从而减少了光路体积；同时,将光电探测器感光面积优化至03mm,显著降低了背景噪声,最终提升了系统信噪比。验证了改进后的探头在白纸为反射面的情况下达到测试距离100m、测试灵敏度为10ppm·m、精确度达到±10,满足了远距离检测天然气管道泄漏的要求。

摘要:针对光散射法在实时测量颗粒物浓度时噪声信号干扰微弱散射光信号的难题,本文设计并研制了一种基于自适应卡尔曼滤波算法与Mie散射原理的在线监测系统。该系统具备自动追踪浓度变化、低测量误差、低检出限以及实时监测的特点。通过MATLAB仿真优化了光源波长和探测角度,并完成了光路设计、硬件电路搭建及软件流程开发。实验标定结果表明,系统测量误差可控制在01mg/m3以内;Allan方差分析显示,检出限在227s积分时间下达到06948 μg/m3。嵌入自适应卡尔曼滤波算法后,系统可在测量后1 μs内快速响应浓度变化,并实现有效滤波,滤波后标准偏差最大降低567,显著提高了测量的稳定性。研究结果证明,该系统在颗粒物浓度实时监测中具有良好的精度和可靠性。

摘要:近年来人工智能技术迅猛发展,极大地促进了SAR(合成孔径雷达)图像目标检测方法的快速进步。由于雷达电磁散射成像机理的复杂性,SAR图像特征与光学图像特征具有明显差异。但目前SAR图像目标检测网络大多没有针对SAR成像几何模型做专门设计,存在对SAR图像目标检测任务不适应的问题。本文融合SAR成像物理先验,结合SAR图像的特点,提出了融合成像先验的舰船目标检测算法。首先,针对SAR成像中方位向和距离向的特征差异,设计了各向异性注意力模块(Directional Difference Attention Module,DDAM),在网络中实现不同方向上的特征解耦,获得更适合表征舰船的特征。其次,引入SPD Conv(space to depth convolution),以缓解下采样时使用跨步卷积造成小目标信息丢失的问题。在非极大值抑制、样本分配环节中,用NWD(NormalizedWasserstein Distance)替代IOU(Intersection over Union)指标,以缓解IoU对小目标的位置偏差敏感而降低网络对小目标检测能力的问题。最后,在网络中引入动态卷积替代逐步卷积,以提升网络的特征表达能力。对比实验结果表明,本文改进模型YOLOv5s DDAM是一个轻量级、实时性好的高精度检测模型,能够较好地满足工程应用的需求。相比基线模型,改进模型的全场景mAP@05提升了606个百分点。

摘要:针对经典红外图像压缩增强算法处理高温差(同一图像中景物温度差值大)红外图像时,多景物下对比度弱且细节难保持,以及针对不同场景图像需手动调整参数的问题,本文提出一种基于直方图峰度分割的红外图像压缩增强方法。该方法首先通过预处理改善红外原始图像灰度范围宽而有效灰度级少的问题；然后引入峰度概念以实现自适应直方图分割,从而保护各场景下细节；而后利用灰度级频率与梯度信息划分各场景对应子直方图的灰度范围,以提高图像整体对比度；最后利用由导向滤波得到的灰度梯度直方图分配子直方图内灰度级,以抑制噪声。仿真结果表明,与当前主流压缩增强算法相比,该方法能够有效处理高温差场景图像,具备较好的整体增强效果与各场景下细节保持能力,拥有良好的场景适应性与实时性。

摘要:针对地面激光雷达获取的地表点云与探地雷达获取的地下浅层图像无法精确配准的问题,提出了一种地面激光雷达点云与探地雷达图像多源异构空间数据的配准方法。根据探地雷达的工作原理及空间数据特点,硬件集成探地雷达与差分GPS为一体化数据采集系统,通过时间同步原理实现探地雷达图像上的道数据与差分GPS获取的位置信息之间的精确配准；根据电磁波在地下介质中的传播规律,建立电磁波传播路径模型将探地雷达图像转换为离散点云；在此基础上,建立两空间数据的配准模型并实现两空间数据配准,开展实验验证本文提出方法的有效性和数据配准精度。实验结果表明,本文提出的方法可快速实现地面激光雷达获取的地表点云和探地雷达数据之间的精确配准,为地表地下一体化三维数据融合及建模等提供数据与方法支撑。

摘要:目前星载激光通信系统中采用传统体材料铌酸锂强度调制器实现光信号的电光调制,但其存在半波电压高、外形尺寸大以及重量大等弊端,限制了光调制效率提升以及星载激光通信系统小型化集成的发展。本文研制了一种基于铌酸锂薄膜技术的薄膜铌酸锂强度调制器,可解决传统体材料铌酸锂强度调制器存在的上述问题。对所研制的薄膜铌酸锂强度调制器性能指标进行测试,插入损耗为43dB,半波电压为35 V,3dB带宽为40GHz,消光比为32dB,热调半波功率为125mW,器件整体外形尺寸为235mm×125mm×6mm,相比传统体材料铌酸锂强度调制器性能指标有明显提升。薄膜铌酸锂强度调制器完成了150 krad(Si)辐照总剂量试验,剂量率为01 rad/s,试验前后主要性能指标未发生明显变化。