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随着红外探测技术的飞速发展,红外隐身技术在现代化军事对抗中发挥着越来越重要的作用。碳基材料作为未来极具潜力的新材料,凭借其独特性质在红外隐身领域展现出广阔的应用前景。本文介绍了红外隐身的基本原理、设计方法以及炭黑、碳纳米管、石墨烯以及碳气凝胶这几种常见的碳基材料在红外隐身领域的技术特点,并对未来的研究方向进行了展望。

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红外探测器是红外光电探测系统的核心器件,空间红外遥感载荷是高性能红外光电探测系统的代表,随着载荷需求与技术的同步发展,对于未来红外探测器的需求特点逐步清晰,即大面阵规模、高灵敏度、甚长截止波长和低成本。在宇航应用需求的牵引下,也逐步发展形成了诸多高性能的红外探测器技术和产品,本文对宇航应用的代表性红外探测器的技术特点进行了分析,并介绍了其宇航应用情况。

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实验通过设计并搭建一套LD侧面泵浦Er,Cr∶YSGG晶体的电光调Q中红外固体激光器,通过对热焦距的仿真确定500mm平-平对称腔结构。对比分析了不同泵浦脉宽下的静态、动态能量输出,实验表明在泵浦脉宽14ms下性能最佳,分别获得静态、动态能量输出12835mJ和1551mJ、动静比为3126、电-光转换效率079。此外,实验通过耦合空芯光纤与光子晶体光纤进行传能测试,结果表明空芯光纤与光子晶体光纤传输效率分别为50和70,并进行有限元仿真分析,其中光子晶体光纤在279μm波段的损耗和色散分别为001224dB/m和-230 ps/(nm·km)。

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本文针对某大功率激光器散热需求,提出基于正交实验设计和多目标优化的翅片散热结构改进方法。建立三维共轭传热模型并通过数值模拟进行CFD分析,选取翅片长度、高度、厚度、间距作为研究变量,采用L16正交实验方案系统探究翅片参数对激光器散热性能影响。极差分析表明翅片高度对散热性能影响显著,翅片厚度次之。引入熵权法构建综合评价指标,权衡散热能力(权重0433)和质量约束(权重0567),通过线性加权实现多目标决策,得到最佳翅片结构。优化后方案使激光器芯片最高温度较初始设计降低3℃,同时散热模块质量降低178。该研究验证了正交试验正交试验与CFD耦合仿真在激光器热管理中的有效性,所获翅片结构参数为激光器紧凑式散热器设计提供理论指导,有利于提升设备输出稳定性及使用寿命。

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针对高精度激光三维扫描在复杂工业场景中的应用需求,本文提出偏振-线激光融合重建在一维移动扫描系统和转台旋转扫描系统中解决了高反射表面(如工业零件、抛光金属、釉面陶瓷)导致的激光散射和重建失真。在激光器传感器和CMOS工业相机端前加入旋转偏振片捕捉多角度偏振信息。通过偏正特性区分镜面反射与漫反射,修正三维坐标。采用自适应曝光控制模块降低过曝区域影响,融合多模态图像数据提升特征提取精度,引入反射抑制算法优化点云重建。实验表明,该方法在金属工件、镜面陶瓷等典型高反光物体上的重建误差亚毫米级。

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本研究提出一种基于湿法刻蚀辅助的飞秒激光加工方法,用于蓝宝石材料的高质量通孔制备。采用波长1030nm、脉冲宽度300 fs的飞秒激光系统,通过旋切工艺,系统研究了重复频率25kHz～500kHz、单脉冲能量200～400nJ、层间距1～4μm等参数对通孔成形质量的影响规律,并探讨了氢氟酸溶液浓度(40 HF)辅助刻蚀对加工缺陷的修复作用。实验结果表明:当采用层间距4μm、重复频率200kHz、单脉冲能量400nJ的激光参数组合时,配合25 h超声辅助刻蚀处理,可在50μm厚蓝宝石基片上获得锥度仅为509°的微通孔。相较于未刻蚀样品,该工艺使孔壁锥度从825°降至509°,同时有效消除了激光诱导热影响区并清除了表面沉积层。本研究为蓝宝石精密结构的湿法辅助飞秒激光加工提供了重要的工艺参考。

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传统的强光眩目设备多采用单色激光光源,其光斑小,目标难以对准,作用范围有限；单一光源容易被防护装备针对,导致眩目设备失效。针对此问题设计了一种采用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光源和绿激光两种光源的双光眩目器,实现对单一或特定范围内的非法可疑目标实施强光警告、照射、爆闪驱离,同时具备探照警示和搜索功能。绿激光灯头采用阵列光束缩束装置进行光纤耦合,最后采用倒置伽利略望远镜系统进行了光束准直；白光灯头采用20颗LED模组,通过平凸透镜聚焦为66°的光束角,再通过双凸透镜聚焦为3°的光束角。本设备适用于船载、车载和陆上固定使用,具有良好的推广应用价值。

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靶上跟踪精度是评价高能激光系统作用效能的重要指标,高能激光系统跟踪精度一般在微弧级,对测试设备精度等提出了较高的要求。本文首先分析研究了测试设备、测试环境等测试条件对测试结果的影响,其次基于以上分析提出了提高测试精度的措施,最后分析计算了跟踪精度测试合成不确定度的构成。

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红外辐射材料在红外信息成像、辐射制冷、红外伪装等领域都有着广阔的应用前景。传统的红外辐射材料在整个红外波段具有一致的发射率。发射率调控成为了红外辐射材料发展的研究热点。基于红外辐射理论,设计了基于一维光子晶体的宽带光谱选择性红外辐射薄膜,实现了红外辐射材料的发射率选择性调控。设计构建了一维光子晶体(TiO2/SiO2)4膜层结构。其在中波红外3～5μm的平均吸收率低至003,在长波红外8～14μm的平均吸收率高达089。探究了其电磁能量损耗情况,3～5μm波段基本没有电磁损耗,8～10μm波段的电磁损耗是SiO2材料的作用,11～14μm波段的电磁损耗是TiO2材料的作用。最后分析了膜层厚度以及周期数对其光谱性能的调控作用。这一结果为一维光子晶体的选择性红外辐射设计提供了方法,在隐身兼容散热方面具有潜在的应用价值。

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回热器是斯特林制冷机的关键部件,其回热效率对制冷性能有着直接的影响。本文利用Sage软件搭建了线性斯特林制冷机模型,对回热器不同尺寸结构和填充方式进行计算,通过回热器直径、长度、长径比、孔隙率、丝径、填充方式等关键参数的优化提高制冷性能,进一步为提高线性斯特林制冷机的效率提供理论支持。基于冷端温度80K进行模拟优化,当回热器直径保持54mm时,回热器最佳长度为50mm；该回热器单一填充烧结丝网(孔隙率为8517,丝径为10μm)时制冷量可达到0566W,相对卡诺效率COPr为1186。

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近年来,正交异性钢桥面板的疲劳问题越来越突出,其中主要是位于纵肋和顶板焊缝处的内部裂纹,由于在钢板内部,尤其难以检测,因此,针对此类裂纹,本文利用涡流脉冲热成像法来验证检测此裂纹的可行性。具体方法是利用Comsol软件,针对不同的裂纹,建立正交异性钢桥面板模型,通过模拟感应线圈加热,得到不同深度,和长度的裂纹在加热过程中的温度特征图像,总结规律。最后通过实验对模拟的结果进行验证,证明利用涡流脉冲热成像可以检测纵肋与顶板焊缝处的内部裂纹,并总结出了裂纹的长度,深度变化对检测结果的影响。

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高速滑翔飞行器(HSGV)在滑翔段具有明显的红外辐射特征,因此使用天基红外卫星对其进行探测是实现天基预警反导的一种有效的手段。为了研究在天基红外探测过程中,动力学因素对HSGV红外特性的影响,本文将HSGV动力学特性与红外特性理论计算方法相结合,建立了HSGV驻点温度与飞行速度、高度的解析关系式,分析了HSGV再入段动力学因素对红外特性的影响。仿真结果表明,攻角和倾侧角不影响HSGV红外特性变化的临界速度,但会影响其临界高度。在不同攻角或倾侧角等动力学因素影响下,红外特性随速度变化逐渐收敛,而随高度变化逐渐发散。本文分析了HSGV再入段的红外变化特性,可以为温度场仿真提供更有针对性的指导。

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光电设备日益追求一体化、小型化、轻量化的设计目标,合理的结构设计、热设计是保证光电设备使用性能的重要前提。本文针对一种三光融合光电探测设备,首先在满足严苛的重量、尺寸指标前提下对其进行结构设计、热设计；其次,考虑设备使用高低温环境,使用力学仿真的方法对多光轴探测系统的光轴平行性进行了评估；再次,采用有限元仿真的方法对光电设备整机进行了热分析,并提出了三项整机散热设计优化措施:增加内风机、增加外部散热结构及增加激光雷达传导散热路径；最后,采用整机力学试验及高低温试验的方法来验证设计的合理性。有限元仿真及试验结果表明,该光电设备结构设计合理,可适应振动、冲击等机械环境；高低温环境下,光学负载间光轴的相对偏转量不大于05mrad,满足设备使用光轴平行性要求；整机热设计优化前,其内部光学探测负载均存在热失效的风险,热设计优化后设备内部各组件的最高工作温度分别下降194、208、116、305,极大降低了高温环境下光学负载热失效风险,提高了设备的可靠性。该光电探测设备设计方法可为紧凑、密闭光电设备的设计提供指导。

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随着红外探测设备的发展,电子元器件集成化程度的提高,整体设备内部的热流密度不断上升。针对红外热像仪设备工作时对温升的要求,对其散热结构进行设计与优化。采用有限元分析法,利用ANSYS Icepak进行热仿真,同时得到了设备在稳定工作状态下各发热器件的温度以及各部件的风力情况。根据仿真结果以及最佳工作温度需求对散热结构进行优化,设计了一种非直线风道结构,仿真结果表明,在相同的边界条件下此种风道具有更好的散热性能。通过样机实验监控温度情况,证明热仿真结果的准确性,确定散热结构优化方案。

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光电系统中的伺服控制器软件一般都带有装订参数,同一种设备的不同台次中装订参数会存在区别,若将其作为固定数值写在软件中,需要根据台次对软件进行区分,大批量生产后不便于进行软件版本管理。针对系统中所用TMS320F28335型数字信号处理器未配备片上EEPROM,不便于进行数据存储的情况。本文提出了一种通过对片上Flash进行读写的操作形式,用来对程序中的装订参数进行存储。实现装订参数的实时更新。通过对比传统的扩展片外EEPROM存储器的方案。试验结果表明,使用片上Flash存储和读写装订参数不需外部扩展硬件电路,不需进行外部GPIO及通信端口的配置,相较于外部EEPROM读取方法更为简单,具有较强的通用性和可靠性。

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设计了紧凑型大靶面制冷中波光学系统,并进行了被动式消热差设计。镜头由3片透镜组成,通过不同材料搭配来进行被动消热差设计,实现了在环境温度-55℃～70℃内的正常成像。该光学系统设计波段为37μm～5μm,焦距为60mm,F数为2,通光口径50mm,总长仅有45mm,探测器为制冷型中波探测器,靶面尺寸1280×1024@15μm,全视场角232°。对光学系统进行公差敏感度分析和冷像干扰分析,结果表明光学系统尺寸紧凑,分辨率高,结构简单,可加工性强,成本低廉,冷像影响小,能够实现在全工作温度成像质量良好。

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滇中地区因复杂的地形与气候,不同作物类型及休耕地间光谱差异显著,导致光谱数据易受光谱混叠、噪声干扰,从而影响特征波长选择。为解决此问题,本研究以珠海一号高光谱影像为数据源,针对滇中地区的三七种植地、休耕地及其他耕地三种典型耕地开展研究。首先对高光谱影像预处理,然后利用包络线去除(Continuum Removal,CR)和一阶导数光谱变换增强光谱特征差异,进而详细分析三种耕地的高光谱特征,最后基于马氏距离法和光谱标准差阈值法精准选择特征波长。结果显示:光谱变换技术有效增强了不同耕地的光谱差异；马氏距离法在特征波长选择上优势明显,对CR变换光谱的特征波长选择效果更佳；其他耕地光谱特征最为显著。本研究有效解决了滇中地区高光谱数据中地物光谱混叠问题,为高原特色耕地精准监测提供了可靠的光谱特征提取技术路径,对提升区域农业遥感监测效率具有重要实践价值。

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由于单目二维图像本身存在着二义性问题,往往会导致模型无法准确地获取关键信息,从而影响三维人体姿态估计的网络模型训练,故提出了基于空间与频域特征增强的人体姿态估计方法(FEformer)。FEformer人体姿态估计模型对骨架序列进行紧凑的频域特征表示,通过引入特征增强模块对关节序列中每帧建立细粒度的特征联系,从而提升人体姿态估计的准确性。定性效果与定量分析表明,FEformer人体姿态估计模型能够高效且精准地实现三维人体姿态估计,在Human 36 M数据集上表现出了显著的性能提升,并且对视觉成像干扰具有较强的鲁棒性。

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基于标志点的点云拼接技术广泛应用于光学三维工业测量中。为了提高在测量过程中多视角数据之间拼接的稳定性,本文利用标志点与标志点集合之间的关联性提出了一种高稳定,高效率的标志点匹配方法。首先,在两个相邻视角的标志点集合中分别找出离集合中心坐标最近的三个点,然后提出基于邻域一致性的方法从三对点中选择一对基准点对；在此基础上,引入基于全等三角形的匹配点对搜索策略来寻找正确的匹配点对。实验统计数据表明,该方法在相邻视角之间的拼接正确率接近100,平均匹配时间小于10ms,展现出较强的鲁棒性,能够实现多视图数据的快速自动拼接。

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当前基于三维点云的语义分割方法存在局部细节敏感性不足且全局上下文信息缺乏的问题。针对该问题,本文提出多尺度与上下文感知的点云语义分割网络。网络通过设计增强双重注意力池化,整合拓扑和外观语义信息,并采用自适应权重调整和多尺度特征融合,增强网络对局部细节的敏感性和区分能力。其次,全局上下文特征聚合通过提取全局上下文特征,增强网络对点云中对象整体结构的理解。然后引入全局通道-空间注意力模块,联合建模通道与空间分布,缓解通道冗余与空间敏感性弱的问题。最终,通过结合多尺度特征和上下文感知信息,实现了局部细节敏感性的提升和全局上下文信息的有效聚合。实验在S3DIS公开数据集上进行验证,其中平均交并比(mIoU)达到703,平均类别精度(mAcc)为791,整体精度(OA)为888。

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为实现光纤光栅传感器在全国高校物理实验的普及,搭建了一种基于可调谐光源解调法(TLS)的测温实验系统,提出了一种基于3D打印技术立方体外壳的实验室光纤光栅温度传感器。采用聚乳酸(PLA)和不锈钢(SS316L)两种不同材质的外壳材料对飞秒激光刻写的光纤光栅进行保护封装,通过DP460环氧树脂胶作为粘结剂,制作了不同类型的光纤光栅温度传感器并对其性能指标进行实验验证。结果表明,不锈钢材质传感器性能高于聚乳酸传感器。在40～200℃(40～120℃)温度范围内,不锈钢(聚乳酸)材质传感器的温度灵敏度为1409 pm/℃(807 pm/℃),线性相关度高达099977(099414),具有很好的稳定性。同时,SS316L(PLA)传感器响应时间为13s(34s),不确定度2.6℃（6.9℃）实现了温度测量的高灵活性与便捷操作,可用于高校大学物理实验。