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随着天文观测需求的多方面延伸,望远镜的有效口径逐渐增大,给主镜加工、整机运输带来了巨大的挑战。为此,主镜采用拼接式的结构形式,有效突破了传统制造与安装的物理瓶颈并逐渐成为发展趋势。然而,为保障拼接式望远镜与整体式望远镜有同等的成像质量,各拼接子镜的共相精度需要达到纳米量级,波前传感与控制技术是实现子镜纳米级共相的有效途径。其中,高精度的相位检测是波前传感与控制技术的核心环节之一。因此,拼接式望远镜相位检测技术得到越来越多学者的关注,本文首先简述了拼接式望远镜相位检测所涉及的主要技术,之后对目前技术的发展情况进行整理,以期对之后的拼接式望远镜波前传感技术提供参考。

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光电系统的电路设计中,公共阻抗耦合是一种常见的干扰耦合。系统中的设备或芯片在共用电源的情况下,当其中一个设备或芯片电流发生瞬变,会对其他装置的供电形成干扰。该耦合的主要途径是电源内阻以及供电回路与去线的公共阻抗。目前电路设计集成度要求提高,对印制板电路设计也有了更高的要求。论文分析了公共阻抗耦合产生的原因以及干扰抑制方法,重点从地平面切分角度讨论了印制板设计减小干扰的关键方法。在最后进行了总结。

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采用光纤耦合输出的激光二极管端面泵浦Tm∶[KG-*2/3]YAP晶体,设计了Tm∶[KG-*2/3]YAP激光谐振腔和泵浦耦合镜组,得到功率93W的2μm基模激光输出,测量其光束质量因子M2<11。设计了与Tm∶[KG-*2/3]YAP基模激光模式匹配的ZGP OPO谐振腔。用声光调Q的2μm基模激光泵浦Ⅰ类相位匹配的ZGP OPO。实现了光束质量因子M2x=145,M2y=160,激光功率32W的高光束质量中红外激光输出。

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单晶光纤兼具晶体以及光纤的优点,其细长的晶体结构可以有效地散热,光波导结构也有助于泵浦光的能量提取,其在高功率高能量超短脉冲激光放大中具有重要的应用前景。本文使用原位生长双端复合的Tm∶[KG-*2/3]YAP晶体制备成两端各复合5mm不掺杂YAP,总长度50mm,直径1mm的Tm(2)∶[KG-*2/3]YAP单晶光纤。此种方法制备的单晶光纤保持了晶体的高质量,生长复合也具有高强度、低退偏损耗的优点,复合的未掺杂YAP部分能有效增强端面散热能力,减小热效应。单晶光纤通过铟焊的方式与水冷热沉焊接在一起,制备成单晶光纤增益模块,以减少接触热阻,增强高功率泵浦条件下的散热能力。经测试,以此模块搭建的激光器,在85W双端泵浦时,获得了207W的连续输出功率,其效率为407,最高功率下的光光效率为241,光束质量因子M2x为288,M2y为364。

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脉冲式激光器对驱动源的效率、小型化提出更高要求,同时要求电流脉冲上升时间短,之后电流平稳无过冲,且脉冲周期、宽度及电流大小可调整,传统调节方法往往难以在兼顾各项要求下得到理想的效率与电流波形。本文设计了一种基于现场可编程逻辑器件(FPGA)的高效率电流精确调节方法,使用Verilog HDL编写了软件代码,利用FPGA通过软件程序单周期精确调控MOSFET输出电流波形,实现脉冲驱动源高效率输出,同时可在线调整波形各项参数。最终在电流达到30 A时上升时间138 μs,效率达到85,电流平稳无过冲。与传统实时控制方法不同,该方法通过对每一电流波形周期内分阶段调整输出电流,可以在较低的控制频率下取得良好的效果,因此也降低了对于硬件的要求、减少了预期成本,具有一定的经济价值。

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针对单光子激光雷达在复杂场景中的噪声干扰及稀疏信号提取难等问题,本文提出了一种融合动态熵窗机制的光子事件谱域特征提取方法。首先通过蒙特卡罗随机逻辑方法构建全链路光子传输模型,模拟生成了含噪声本底的三维点云数据集；进而融合光子事件熵值理论,设计了自适应汉明窗函数,通过局部熵值序列的时域演化特征实现噪声光子鉴别并去除。实验结果显示:基于蒙特卡罗方法的模拟方法能够有效复现单光子激光雷达的工作流程,并生成具有各种环境特征的点云数据集；使用滑动窗口计算光子事件熵,选取光子较小熵值点作为信号光子判据的去噪算法,噪声去除率达到了97,展现出了显著的噪声抑制性能。该研究为提升单光子激光雷达抗干扰能力提供了理论框架。

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点云配准是工业自动化装配场景中实现复杂零件精密测量的关键技术。针对点云配准过程中易出现误匹配点对、配准精度低与计算耗时长等问题,提出了一种基于改进采样一致性初始配准(SAC IA)算法的三维点云配准方法。首先,对原点云进行降采样处理,并采用三维尺度不变特征变换(3D SIFT)算法提取关键点；其次,采用快速点特征直方图(FPFH)特征描述子实现特征描述,在粗配准阶段通过引入相异向量剔除无效点对,从而提高配准的准确性与效率；最后,在精配准阶段采用基于对称目标函数的点到面迭代最近点(ICP)算法,进一步提高配准精度。通过对比本文改进算法与其他三种算法在不同点云数据集的配准结果,最终本文算法配准精度控制在01mm数量级,配准速度相较于对比算法提高了15～35,且具有更强的鲁棒性。

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针对结构光管道内壁缺陷测量系统检测视场易被遮挡、同侧单相机难以实现内壁360°圆周覆盖的问题,研制了一种基于双相机视场互补的环形光管道内壁缺陷测量系统。根据小孔成像模型和结构光检测原理,采用激光器与相机同侧非共轴布局。利用环形光的传播特性进行光平面标定,统一坐标系拟合环形光面在三维空间的方程,并推导出像素坐标到空间坐标的映射关系以计算缺陷尺寸,实现无遮挡测量。通过拼接融合双相机图像获得管道内壁视场完整的图像。对内径51mm的管道内壁测量已知尺寸的标准缺陷,测量平均误差不超过01mm。结果表明:该系统测量精度高、便携易操作,可推广应用于小孔径长尺寸管道内壁缺陷测量。

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在高功率激光中,对于近场光斑的特征监测是保障系统安全运行的关键技术环节。为避免局部功率密度过高导致的光学元件损伤,本研究基于CCD(Charge coupled Device)漫反射成像原理,研制了一套激光近场光斑特征实时测量与分析系统。该系统采用QT和OpenCV进行软件编程,解决了传统CCD成像法不能实时处理与分析光斑参数的缺点,可实现光斑轮廓自动提取、三维强度分布可视化、二维散点分布分析等核心功能,具有高分辨率,易于使用的优点。实验验证表明,该测量系统成功解决了高功率激光中近场光斑动态监测的技术难题,为高功率激光的安全运行提供了有效的技术保障。

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针对运动目标导致传统脉冲压缩测距误差增大的问题,本文提出一种双斜率调频联合解耦方法。该方法同时发射正负调频斜率的线性调频信号(LFM),通过双通道匹配滤波产生的峰值偏移特性,实现速度-距离参数解耦。理论推导证明了多普勒误差消除机制,MATLAB仿真表明:该方法不仅能够得到距离和速度的大小,也能判断目标速度的方向。相比现有的速度预补偿法和相位编码法,该方法兼具实时性强、计算复杂度低的优势,为高速目标精确探测提供了新思路。

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为了快速高效评估石油钻井双臂吊环的结构安全性与可靠性,解决其受载易磨损、失效的问题,本文提出一种基于三维激光扫描技术与逆向建模的力学性能分析方法。通过扫描获得吊环整体结构三维点云数据,采用基于Otsu算法的改进半径滤波方法实现点云高效去噪,利用NURBS逆向建模方法重构高精度实体模型,通过有限元软件结合磨损工况模拟与承载能力分析,建立吊环半径与额定载荷的拟合关系模型。研究结果表明,该方法可精准获取吊环力学特性及磨损影响规律,为吊环降级或报废处理提供可靠数据支撑。

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本文研究了开管循环退火对碲镉汞材料性能的影响。研究表明,在350℃退火温度下进行6次循环可显著降低位错密度(最高降低3030)并提升载流子迁移率(最高提升4135),明显优于传统闭管退火。位错减少主要源于高低温循环的应力驱动,而非退火时间延长。基于优化条件制备的红外探测器芯片性能优异,非均匀性为457,盲元率为001。

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红外成像系统在目标识别、安防监控等领域广泛应用。像素级模数转换技术因其高动态范围和优异的信噪比,成为提升红外探测器性能的重要方向。近年来,随着红外探测器阵列规模的持续扩大,像素级模数转换器的功耗成为制约该技术发展的瓶颈,本文介绍了一种基于光控振荡器的像素级模数转换器,其核心转换结构由光电流驱动,能够极大的降低功耗。基于该架构制备了红外焦平面组件及对应的成像系统,对像素级模数转换器性能评估方式进行了拓展,并研究了系统级干扰对性能的影响。最后通过成像展示了红外焦平面的性能,为未来像素级模数转换器的发展提供参考。

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尽管红外热成像技术进展显著,但多数研究局限于单一缺陷或激励模式。本研究首次对持续加热、绝对值正弦加热、脉冲(方波/三角波/锯齿波)、阶梯式加热四类激励模式开展频谱-热响应耦合分析,发现其最优性取决于缺陷特征(类型/深度)与检测目标。以GFRP复合材料夹杂缺陷为对象,COMSOL构建的一维模型与实验数据吻合度高(r≈0999,MAE≈0072℃,RMSE≈0068℃)。结果显示,持续加热适用于深层缺陷,脉冲加热适合浅层,周期1s、占空比50的方波最优。傅里叶级数分解解释了其机制,为复合材料无损检测激励参数优化提供理论依据。

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随着深度学习的兴起,基于深度学习的目标检测方法被广泛应用在机载红外领域,并取得不错的效果。然而,由于军事领域限制,存在机载红外数据采集和标注成本高、目标场景样本不足、模型泛化性较差、战备响应慢等问题。针对以上问题,本文根据红外弱小目标特性提出了一种新的红外弱小目标数据生成的方法,通过对获取的图像进行目标特性提取来重构光斑,使用重构光斑卷积艾里斑生成仿真目标,最后与背景叠加优化生成最终图像。实验表明,该方法生成的图像真实可靠,还可根据需求自定义运动轨迹,支持单目标、多目标的单帧和连续帧图像的生成；并自动生成图像对应的XML标注文件,可直接用于深度学习模型的训练与检测。

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在检验、验收红外热像仪的探测距离时,受限于实际条件如特定目标、大气能见度等原因,试验实施十分困难,使得研究等效测量方法意义重大。本文在背景与目标辐照度差相等的原理基础上,理论分析了红外热像仪对点源目标、面目标探测距离等效测量的计算方程,并考虑了点源目标弥散情况。计算方程包含了大气透过率、天空背景辐射亮度、目标辐射强度、目标有效探测面积等因素。通过MATLAB对某地基长波红外探测系统观测的不同条件、特性下的空中目标进行了仿真。计算方程与仿真结果应用在该系统的验收测试过程中。

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针对米级口径光电探测系统现场定标中全视场标定系数获取困难、传统方法成本高等技术瓶颈,本文提出基于琼斯定标法的现场定标方案,首次将琼斯定标法从米级以下口径拓展至米级口径光电探测系统。自主研发400mm 口径离轴平行光管与高温黑体的一体化定标光源,通过将定标光源置于系统入瞳附近,利用几何光学扩散效应实现全口径辐射均匀照明,并设计高反射率热屏蔽挡板,通过板面±01mm 精度加工、10 Hz高频温度监测(±05 K)及2～20μm波段发射率标定(不确定度±32),构建多维度热干扰抑制体系,使环境杂散光干扰降低 92 以上。建立基于多积分时间与宽温区的定标实验范式,现场实验设置38～10ms五档积分时间及70～300℃十二档黑体温度,在探测器2000～13000灰度值线性区间内拟合定标方程,获得红外辐射标定精度均值234。不确定度分析表明,定标光源引入不确定度423,结合多源误差合成总定标精度76。该方案突破了米级口径系统现场定标的技术局限,为空间目标监测与靶场测控提供了工程化解决方案,该方法具有跨尺度应用、装置模块化集成及实验体系标准化等创新,推动了大口径光电系统定标技术的实用性发展。

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双透镜结构制冷型红外广角镜头,因其大视场、小尺寸、低成本的特点,被广泛应用于工业检测、无人机侦查等领域。该系统存在较大的负畸变,此像差会导致实际像高远小于理想像高。本文通过分析畸变、焦距和像高的对应关系,选用折射率温度系数较小的硫系玻璃材料IRG206,采用双非球面结和衍射面的方式,设计了视场为67°×52°的双透镜结构无热化广角红外物镜,通过像质分析及实物验证,该物镜成像质量良好,有效降低了畸变,对温度变化具有较强适应性,满足使用要求。

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针对大尺寸激光光斑超出CCD(Charge Coupled Device)靶面导致的束宽测量失真问题,本文提出一种基于能量守恒的修正方法。该方法利用近场完整采集的小光斑能量作为基准,通过衰减参数与曝光时间校准远场截断光斑的真实灰度值,进而精确计算865环围功率定义的束宽。本文通过理论推导揭示了靶面尺寸与能量捕获率、束宽测量误差的定量关系,并建立角谱衍射模型进行仿真验证。结果表明:在RCCD/ω(z)<2时,修正后束宽测量误差小于3,M2因子计算误差小于6。该方法不仅适用于高斯光束,且无需预设光强模型或使用额外硬件,为各领域的光束质量评价提供了低成本、高精度的解决方案。

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针对车载红外图像分辨率较低、目标相互遮挡及背景干扰严重引起的漏检与误检问题,本文提出了一种基于改进YOLOv11的目标检测算法WFS YOLO。首先,采用CLAHE方法增强红外图像,提升对比度并改善低光照下的细节表现；其次,在主干网络中引入小波卷积,以提取多尺度低频特征,从而有效保留目标的边缘与纹理细节；随后,引入CARAFE内容感知上采样算子,通过内容驱动的特征重组机制融合更丰富的语义信息,增强特征图的细粒度表达；最后,引入SIoU损失函数,进一步优化边界框定位精度。实验结果表明,本文提出的WFS YOLO在公开红外数据集上的检测性能优于原始YOLOv11n,精确率和mAP@05分别提升了32和21,验证了该算法在车载红外目标检测任务中的有效性与应用潜力。

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基于SOC芯片运行YOLO算法往往无法满足系统对板卡尺寸、功耗和启动时间的性能要求,由此提出了在FPGA芯片上使用RTL逻辑描述YOLO算法的硬件加速方案。搭建DSP矩阵运算单元(并行度为16×16)实现卷积乘累加计算,按单元大小切割卷积层通道再分块计算；统计网络模型每层运算的类型和尺寸并用变量定义,以指令形式传递给各功能模块,状态机控制整体计算进度；后处理模块采用定点化数据形式和RAM查表方式实现非线性函数的映射；对模型参数进行扩充、排序和量化,写入bin文件并固化flash,板卡离线运行时再自动回读片上；融合前端图像采集、预处理以及后端目标框叠加功能,针对实时视频测试算法性能。实验结果表明,该加速方案使用FPGA硬件资源较少,逻辑计算结果与算法量化模型完全一致,可稳定实现1080P @30 Hz图像的实时检测。

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针对在复杂多变的海面上快速准确进行红外舰船目标检测的难题,本文提出了一种改进RT DETR的红外舰船目标检测算法。首先采用轻量化网络FasterNet作为特征提取网络,有效减少了模型参数量和计算量；其次采用DySample上采样算子,恢复舰船目标的边缘和细节,提升小目标舰船检测能力；然后在AIFI模块中引入HiLo注意力机制,提升模型对红外舰船图像中多尺度目标的识别能力与抗干扰能力；最后在模型中增加了针对小目标红外舰船的浅层检测头,提升网络对远距离小目标舰船的检测能力。实验结果表明,相较于改进前的RT DETR算法,改进后的RT DETR算法检测精度提升了19,FPS提高了18帧/s,参数量减少了511,改进后的RT DETR算法在保持较小参数量的同时提升了检测精度和速度,在红外舰船目标检测领域具有良好性能。

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针对光纤传感解调系统在复杂环境中面临的光谱展宽、灵敏度衰减及环境适应性不足等问题,本文提出一种基于双光栅对称式分光架构的创新解调系统设计方案。通过引入双衍射光栅,系统在宽光谱范围内实现高稳定性解调,其调制传递函数(MTF)在子午方向截止频率处优于035,RMS光斑半径控制在1889μm以内,接近衍射极限性能。采用紧凑型光机集成设计,结合温度-波长耦合模型与多元回归分析,验证了系统在-50～80℃温变条件下的解调精度保持能力,抑制了热应力作用下的光谱失真与信噪比劣化。实验结果表明,该系统在点列图均匀性、光斑椭圆率及空间频域响应等指标上均满足高精度传感需求。为极端环境下光纤传感解调工作提供了可靠的技术路径。