摘要:首先对空间红外望远镜系统噪声和读出模式进行分析,然后对相关双采样、佛勒采样、斜坡采样、多次累积采样四种空间红外望远镜信号采样技术的原理进行介绍,在此基础上对四种采样技术在探测器读出模式、噪声抑制、数据量、宇宙射线干扰识别四个方面的优缺点进行对比分析,最后给出国外空间红外望远镜信号采样技术的选取策略,期望为我国空间红外望远镜的研制提供参考和借鉴。

摘要:基于APD阵列的探测系统非常适合超高灵敏度、超高速探测,在主被动成像、激光雷达、医学检测、波前探测、光纤通信等领域应用广泛,时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)是其中的核心电路,完成对光子飞行时间(Time of Flight,ToF)的高精度量化,对TDC电路的研究具有非常重要的军事和民用价值。本文首先介绍了TDC电路的原理与最简单的直接计数型结构,然后按三种典型结构分别综述了国内外适用于APD阵列的TDC电路的发展历程和最新成果,其中主要介绍了相位插值型TDC,最后比较了三种典型结构的特点,并总结了未来研究趋势。

摘要:高功率窄线宽光纤激光器因其低噪声、可靠性好、电光转换效率高、相干性好和高光束质量等优异的性能,在精密测量、激光雷达、光谱分析及非线性光学应用等领域展现出巨大的潜力。本文选用种子、多级预放和主放的方式对窄线宽偏振光纤激光器进行了研究。实验中,1056nm波段的窄线宽种子光经过多级预放后,功率输出20W,然后注入到双向泵浦的主放大系统中。激光器的包层光剥离器直接在光纤熔点处制作,这样既可以减少光路熔点,又可以简化激光器结构。通过优化主放大系统前后泵浦光比例,当泵浦电流为112 A时,激光器的输出功率为2505 kW,激光器的光-光转化效率为83。后期继续增加泵浦功率,可以获得更高功率输出。

摘要:固体激光器的应用需求持续增长,传统Nd∶YAG激光器因依赖复杂的温控系统面临高成本、高功耗和较差的机械性能等问题,为拓展应用场合亟待解决。本文提出一种非制冷型多波长VCSEL泵浦固体激光器设计方案,旨在通过优化多波长VCSEL组合实现宽温区内的高功率稳定输出。研究采用三波长VCSEL阵列作为泵浦源,对尺寸为Φ 6mm×40mm、掺杂浓度为10 at%的Nd∶YAG晶体进行侧面泵浦。多波长VCSEL阵列波长互补,有效降低了温度漂移对晶体吸收效率的影响。同时,四面泵浦设计提高了泵浦光程利用率和粒子数反转的均匀性。实验结果表明,在5～45℃内,该激光器可高性能工作,45℃时,输出功率仍可超过100W。在泵浦电流80 A、重复频率20 Hz下,3∶2∶1模块的最大峰值功率达3028W,整体波动性为1783,均优于单波长模块。多波长模块通过多波段补偿机制,在极端温度下仍保持较高稳定性。

摘要:研究基于激光图像处理技术的特高压输电线路故障定位识别方法,提升故障定位识别效果。利用单点激光扫描成像仪,采集特高压输电线路激光图像；通过维纳滤波算法,去噪处理特高压输电线路激光图像；利用改进多显著性集成算法,结合Kmeans聚类算法,在去噪后激光图像内,提取显著性颜色特征与结构特征,并融合颜色特征与结构特征,得到特高压输电线路显著性故障区域；通过多尺度轮廓结构元素形态学,处理显著性故障区域,得到故障区域边缘图像；以统计分析边缘图像颜色分布方式,构建颜色判决模型,凸显故障区域,并提取故障区域的边缘轮廓；在原始特高压输电线路激光图像内绘制故障区域边缘轮廓,便可精准定位识别故障位置。实验证明:该方法可有效采集特高压输电线路激光图像,并完成去噪处理；该方法可有效提取颜色与结构特征,并有效提取故障区域边缘图像,完成故障定位识别；在不同过渡电阻时,该方法均可精准定位识别输电线路故障位置。

摘要:激光扫描仪在不同波段上的测量受到大气条件、目标表面等多种因素的反射特性影响,使得数据在波段间存在交叉敏感性,导致数据在时间序列上表现出不确定性,从而降低了激光数据的分类精度。为此,提出考虑时间序列模糊分割的多波段激光数据分类。联合主成分分析方法以及遗传算法,提取多波段激光数据的特征,并找出其中最大特征矢量,构建多波段激光数据的时间序列；使用遗传算法对激光数据序列实施优化处理,减少了交叉敏感性对分类结果的影响；使用模糊分割算法将优化后的激光数据序列分割成若干时间序列段,联合Kmeans算法完成序列段聚类,实现多波段激光数据的精准分类,增加了多波段激光数据的分类精度。实验结果表明,利用该方法开展多波段激光数据分类时,分类精度高、分类效果好。

摘要:针对常规测速天幕靶在自然光照低或夜间无法使用的不足,研究了可全天候使用的激光天幕靶。激光天幕靶的探测灵敏度与弹丸过幕信号的电压幅值呈线性关系,该参数直接决定了其性能及测速精度。根据激光天幕靶的工作机理及光度学理论,分析了影响探测灵敏度的主要因素,推导了弹丸从探测光幕内不同位置处穿过时反射的光功率的计算公式,仿真分析了探测光幕内不同位置的过幕信号幅值的变化规律。通过7mm钢珠实弹射击试验,采集的幕面内不同位置的过幕信号幅值变化规律与理论分析结果基本一致。研究的灵敏度数学模型为激光天幕靶在试验现场的使用与后续性能提升提供技术参考。

摘要:为充分研究激光诱发等离子体强磁场的时间演化机制,对激光诱发等离子体中强磁场产生机制展开研究。通过激光等离子相互作用机理,分析二者互相作用时,产生的多光非线性Compton散射和强磁场的入射和散射光耦合频率,得到激光诱发等离子体中强磁场的诱发机制。在诱发机制下,计算强磁场温度梯度与密度梯度在强磁场空间内分布时的磁场强度,从而得到两者在强磁场空间内分布的具体时间演化机制。具体应用实验表明:在二种机制下,通过计算离子体电流密度分量变化和电子密度分布状态,且在电流波动条件下熵值结果为028,具有较高的稳定性,验证了两种机制。

摘要:传统基于传感器采集压力的管道泄露检测,很容易受到管道周围环境噪声、土壤条件、管道材质等因素的影响,导致定位结果不准确。针对上述问题,研究一种基于激光扫描基准修正的埋地管道多点泄漏定位方法。利用激光扫描技术采集埋地管道内部图像并实施基准修正处理。利用Canny算法检测图像边缘并提取几何特征。以几何特征为输入,训练随机森林算法,利用随机森林算法识别埋地管道泄漏点并通过坐标转换,实现埋地管道多点泄漏定位。结果表明:所研究方法在泄露点定位上的平均误差最小,显示出较高的定位精度和稳定性。

摘要:中高能激光武器已经逐步实战化应用于反无人作战,其毁伤机理和作战效能的研究愈发重要。基于反无人试验的相关数据,对激光武器打击类“郊狼”无人机的毁伤效果进行了分析；根据激光武器的特性和毁伤机理,建立了激光武器辐照强度的计算公式和郊狼无人机的三维温度场仿真计算模型,采用有限元瞬态热分析法得到了激光武器辐照郊狼无人机不同部位的温度分布云图和温度随时间变化的对比曲线,对激光热烧蚀毁伤郊狼无人机的碳纤维壳体进行了深入研究分析,给出了毁伤阈值；最后通过试验结果与仿真结果对比分析,验证了激光武器毁伤郊狼无人机热烧蚀模型的准确性,并对反无人激光武器的毁伤威力及未来发展给出了相关建议,为后续激光武器装备的实战化考核、打击方法以及激光防护提供了重要参考。

摘要:单光子激光测距技术由于具有高探测灵敏度而被广泛应用于各种测距场景。为探究单光子探测体制下,大气传输和背景辐射参数对1064nm波段背景噪声的影响,本文使用两种大气辐射传输仿真工具MODTRAN和CART对水平路径下不同探测条件中的大气透过率和太阳辐射参数进行计算和对比,进一步仿真分析其对背景噪声计数率的影响。研究发现,白天测距时,越接近正午时刻,背景噪声越小,越有利于探测；当探测高度高于3km时可以基本摆脱地表能见度对背景噪声的影响,且探测高度越高,背景噪声越小；且在探测高度高,探测距离近的应用场景中,不可忽略目标背景辐射。本文可以为全天候不同探测条件下的单光子激光机载远程测距系统设计提供背景噪声水平的参考。

摘要:读出电路作为红外探测器组件的关键组成部分,其噪声特性对信号读出以及整个成像系统的性能影响重大。噪声在信号传递的过程中是不可避免的,但可以通过降噪技术以及合理的设计来优化噪声性能。本文从分析红外探测器读出电路噪声入手,基于CTIA输入级仿真对比了两种相关双采样技术:像素级相关双采样和列级相关双采样。旨在根据不同的红外探测器的需求特点,选择更适合的相关双采样技术,以降低读出电路的开关复位噪声、MOS管噪声、FPN噪声,同时兼顾动态范围、线性度和功耗等要求。

摘要:缩小像元间距是提升红外探测器性能的重要方向之一,像元尺寸的减小在红外探测器提高分辨率、降低制造成本、减小发热量、降低功耗等方面有着重要作用。电极作为连接碲镉汞芯片与外部读出电路的桥梁,决定了器件的性能与可靠性。但是在小间距红外探测器的电极制备过程中经常出现剥离困难、电极覆盖情况差等现象,本文分析离子束沉积中角度、温度等条件对电极生长的影响,结果表明升高沉积温度使沉积的金属膜层与HgCdTe附着力变得更好,沉积温度越高,侧壁覆盖越好。沉积角度越接近45°,侧壁越薄,较薄的侧壁电极可以使得剥离工艺难度更低,降低孔内电极侧壁脱落的几率接触。同时沉积角度也是控制生长薄膜的粗糙度的重要参数,改变沉积角度可以得到粗糙度更低的金属膜层。在沉积温度为T0+40℃,沉积角度为45°的条件下,成功制备了易于剥离、粗糙度低、附着力好的孔内电极结构,提高了碲镉汞红外器件性能。

摘要:红外整机成像时需要对红外探测器的输出进行非均匀校正,来获得相对均匀可观的图像。在一款碲镉汞长波红外探测器整机成像实验时,图像出现了 “暗环”现象,通过分析确认了“暗环”现象的机理,并通过优化改进,消除了成像“暗环”,为其他长波红外探测器成像应用提供了借鉴。

摘要:作为现代战争中首屈一指的制空武器,隐身飞机具备优异的气动性能和极高的战场隐蔽能力,其探测识别技术是现代光电领域的重要研究内容。尽管隐身设计能够显著抑制目标电磁特征信号,但由于高速飞行时蒙皮气动热效应、羽流未遮挡部分仍具有可观的红外辐射水平,这为隐身飞机的红外探测提供了关键依据。本文面向现代复杂电磁环境中光电对抗技术需求,开展隐身飞机红外辐射特性计算及仿真研究,基于自主化的物理可信光电场景仿真系统PRISM,对典型隐身飞机进行几何建模、蒙皮温度场计算、羽流物理场计算,获得目标零视距红外辐射特性；结合大气辐射传输效应分析,计算得到探测距离为20km处的目标红外辐射特性。计算结果表明:1)在不同红外探测波段下,目标前向、后向辐射强度极小值分别位于0°、180°探测幅角方向；2)在目标非加力飞行状态下,采用长波8～12μm探测获得的目标辐射强度高于中波探测的结果；在0°探测幅角方向,长波红外辐射强度高于中波约140W/Sr；3)在目标加力飞行状态下,尾向探测时,采用中波3～5μm探测获得的目标辐射强度显著高于长波探测的结果；在0°探测幅角方向,长波红外辐射强度高于中波约400W/Sr；4)加力飞行状态下的蒙皮气动热效应更为显著,在0°探测幅角方向,长波红外辐射强度较非加力状态提升约330W/Sr。仿真结果表明,采用中波3～5μm、长波8～12μm探测波段,PRISM系统对于不同飞行状态下的隐身飞机目标均具有良好的红外成像仿真能力,可支撑第五代隐身飞机的红外探测及光电对抗研究。

摘要:为了解决双站多目标配准方法中受各种误差影响使得配准精度降低的问题,提出了一种基于最小张角的配准方法。首先计算双站中所有测角线对应的张角矩阵,然后利用每个站的航迹信息缩量更新张角矩阵,最后基于最小张角和全局最优的原则选择最佳的数据关联组合。通过蒙特卡罗仿真方法,对算法的性能进行了评估,结果表明,算法不仅可以提高配准的精度,还可以大幅度减少运算的时间；目标之间距离30m时,关联的正确率大于97,算法的运行时间约0016ms,在精度和性能上均优于其他算法,为提高目标多维定位的精度提供了重要的理论基础。

摘要:针对高精度机载红外探测系统对空中点目标协同定位误差问题进行了研究,分析了协同定位误差原理,梳理了误差影响因素并建立了误差模型,重点对单平台中基准误差、基准传递误差等对红外双机协同探测误差的影响情况进行分析。通过仿真对本文误差分析的正确性进行了验证。基于仿真分析结果,对提升协同探测精度的方法给出了建议。

摘要:受变电站数量与规模持续扩大的影响,传统巡检方法中的红外图像采集过程中会受到光照变化、噪声或者其他干扰因素的影响,导致检测效果存在不同程度的识别偏差,造成整体检测效率与安全性明显下降。为提高巡检效率和准确性,基于PCA技术,提出变电站多旋翼无人机巡检红外图像目标检测方法。在确定的变电站多旋翼无人机巡检覆盖范围内采集巡检红外图像,并将采集图像的像素信息转换为像素矩阵,并计算目标巡检图像特征中脉冲幅值和波形包络面积UI信号功率,结合像素筛选法获取精确的目标边缘。在此基础上,通过调整PCA参量,实现变电站多旋翼无人机巡检红外图像目标检测。实验结果表明,所提方法的识别率最高为985,准确率最高为96。说明所提方法能够满足设计预期效果,有效提高目标检测精度,提升检测效率与安全性,整体可靠性良好,具有较高的推广价值。

摘要:烟幕以其施放方式简单、效费比高等优点成为了现代战场的主要干扰手段之一,但目前针对烟幕干扰效能评估的方法较少,且缺少定量评估手段。本文提出了基于图像特征的烟幕干扰效能评估方法(HD EEMSSJ),通过外场试验获取了真实试验数据并对该方法评估效果进行测试。该方法从导引头跟踪机制出发,将图像的方向梯度直方图特征、深度特征、余弦相似度以及亮度特征进行加权融合,得出定量化的评估结果HD EEMSSJ指数,该指数能够更加准确且敏锐地体现出烟幕的动态干扰情况,为后期干扰效果的分级评定提供参考依据。经多组试验数据验证结果表明,HD EEMSSJ指数对比传统的图像质量评估方法PSNR、RFSIM、SSIM以及本文提出的EEMSSJ方法具有更好的评估效果,准确性分别提高了53315、1702、264和325。

摘要:随着战争升级和国际局势的日益紧张,无人机机载光电吊舱对发现某一特定位置目标的需求也日益强烈。为满足传统光电吊舱的反馈闭环控制,通常要在系统里增加编码器,陀螺等诸多传感器,不仅使得吊舱的体积,重量等难以达到要求,还影响系统重心,进一步增加了控制难度。为了解决上述问题,同时满足无人机机载光电吊舱对某地目标的高精度和轻量化实时跟踪需求,本文创新性地将滑膜观测器应用于永磁同步电机三环控制算法,以代替传统物理传感器实现光电吊舱地理跟踪这一功能。在传统电机三闭环控制的基础上,使用了滑膜观测器代替物理传感器观测电机的角度和速度信息,并且在传统滑膜观测器的基础上进行了趋近律函数的优化,减少了系统输出的抖动,提高了整体的稳定精度。实验结果表明,采用sat函数为趋近律的滑膜观测器相较于传统滑膜观测器中使用的sign函数,稳定性有明显改善,改进后的超调量与输出量的比值从565下降到032,有助于提升无人机机载光电吊舱地理跟踪的精度。

摘要:为解决在复杂战场环境下准确检测出舰船目标这一技术难题,结合舰船目标与背景、干扰物在不同谱段之间存在信息互补的特点,本文提出了一种基于YOLOv8 n的多光谱红外舰船检测算法。首先将骨干网络设计成多流网络,分别提取多光谱图像特征,为后续的特征融合奠定基础；其次在特征提取阶段构造交叉融合残差块SaCF,通过Transformer的自注意力机制捕获不同谱段之间的潜在关联来增强单谱段特征图；最后设计了基于CBAM注意力机制的分级自适应融合模块AFM,通过注意力机制生成融合权重指导多光谱特征的融合过程,提高网络对舰船目标的识别能力。实验结果表明,相较于单谱段舰船目标检测算法,本文提出的多光谱融合舰船目标检测算法的检测精度可以达到948,提高了61,该算法具有较好的检测性能,能够胜任复杂环境下的舰船目标检测任务。

摘要:高光谱解混旨在从盲源分离场景中识别出物质(端元)光谱特征和空间分布(丰度)特征。针对高光谱图像中存在大量混合像元降低解混的精度,以及当高光谱数据受到噪声污染时难以估计端元的准确数目等问题,本文提出一种将低秩松弛和可分离总变分先验信息相结合的线性混合模型。该方法首先利用对数函数的局部相似性对基于核范数的低秩表达式进行松弛,抑制次要分量;然后将各向异性总变分重新定义为可分离表达式,以平滑光谱特征和空间丰度特征;最后设计一组高效的求解器得到闭式解。实验结果表明,所提出的解混模型能有效地提升解混精度的同时也能抑制噪声,验证了该模型的有效性。