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基于SBIR/STTR项目,对美国激光武器发展情况进行分析,通过对2016年至2023年以后公开的SBIR/STTR项目进行梳理,归纳筛选共98项激光武器相关技术,与美军试验和集成报道相结合,分析认为捕获跟踪与瞄准(ATP)相关技术、激光器相关技术以及传输/环境测量是美国激光武器系统发展重点,并深入分析项目指标与公开已知美国激光武器项目关联,重点对潜基激光武器与美国LLD激光武器系统指标进行分析。通过对SBIR/STTR激光相关项目的跟踪与分析,总结美国激光武器发展策略和技术问题解决途径,为我国相关技术发展与问题解决方案提供信息支撑。

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随着红外技术的发展,红外相机被越来越多地应用到军事、安防、医学、农业等领域。由于红外场景具有辐射差异大的特点,为适应各种场景需要,通常要求红外相机具有高动态范围成像性能。本文介绍了近二十年来国内外公开报道的典型的高动态范围红外成像技术的基本原理及其特点。基于当前技术的发展现状,本文也预测了高动态范围红外成像技术在今后一段时期内的发展趋势。

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垂直腔面发射激光器(VCSEL)是原子磁强计和原子钟等光学量子仪器的核心部件,其输出激光的稳定性将直接影响仪器的测量精度和灵敏度等关键参数。本文介绍了一种以ZYNQ7010为控制核心的VCSEL数字驱动电路,该电路使用XTR111芯片提供VCSEL所需的高稳定电流,并通过MAX1978芯片控制VCSEL内部集成的半导体制冷器(TEC)实现高精度温控。实验结果表明,本文设计的驱动电路可输出0～2mA的线性可调电流,调节精度优于004mA,TEC的温控精度优于01℃；最终在1325mA的驱动电流和63℃的工作温度下,VCSEL的最大输出功率漂移和波长漂移分别为0001mW和0004nm。该数字驱动电路可满足原子磁强计等高精度测量仪器对光源驱动的需求。

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激光反无人机系统是利用高功率激光能量会聚到目标上进行毁伤的定向能系统。当前对于便携任务场景的反无人机需求增加,由于大功率高功率激光系统重量和体积大,不易于执行便携任务场景。本文开展了便携式激光反无人机系统设计,研究可班组携行、可拆卸的便携式激光反无人机系统。本文采用轻小型化主轴跟踪与大行程精跟踪结合的设计方法,基于风冷散热激光器,实现了2000W便携式激光反无人机系统设计。为了验证便携式系统性能,开展了静态毁伤实验、跟踪实验、动态打击实验、便携性能测试。设计的2000W的便携式激光系统,总重量160 kg以内,具备拆解为四个40 kg以内的单模块,满足两人携行和搬运使用。外场实验中,300m处静态击穿2mm厚不锈钢板时间为12s,动态打击无人机击落时间为9s。实验结果表明:设计的激光反无人机系统具有便携性能,可应用于近距离反无人机任务场景。

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为了探究微沟槽阵列对TC4(Ti6Al4V)钛合金表面润湿性的影响规律,使用皮秒激光在钛合金表面进行微槽加工。设计正交试验并进行回归分析研究激光参数与沟槽尺寸形貌之间的关系。通过单因素实验,分别改变槽宽、槽深以及槽间距,研究沟槽形貌尺寸的变化对钛合金表面水接触角的影响。结果发现在一定范围内,更大的槽宽和槽深、更小的间距会增强钛合金表面的疏水性能。

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电力场景的三维语义信息识别是其后续精细化管理的基础和关键,然而,由于电力场景地物结构信息复杂、纹理多样,为其精细化理解与识别带来了一定的困难和挑战。本文提出了一种基于改进RandLA Net的电力场景点云语义分割方法,该方法通过引入特征拓展和分离池化操作来提高模型的性能,并在电力数据集上测试了该方法的实际效果,将其与现有的语义分割方法进行了比较。结果表明,该方法在准确性和效率方面具有很强的优势,综合对比来看,比前沿的RandLA Net(Random Sampling and Local Feature Aggregator Network)提高了264和29的总体精度及平均交并比值,验证了该方法的有效性。

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当前方法多采用单一传感温度参数完成补偿,没有对各个传感器的不同温度参数进行区分,导致补偿效果差。对此,提出了一种改进径向基函数的激光陀螺温度漂移补偿方法。首先,采用小波分解含有噪声的激光陀螺漂移信号,求出并校正每个尺度的小波系数,得到重构后无干扰温度传感信号；然后,通过脉冲矢量、装配误差矩阵等数值,测量激光陀螺加速计,分辨出各传感器的温度参数。利用自组织特征映射网络分类激光陀螺输出参数,选择径向基函数神经网络转换函数,算出每个温度传感器参数的误差减少率。最后,结合正交最小二乘算法训练径向基函数神经网络,完成激光陀螺温度漂移补偿。通过实验,证明所提方法激光陀螺温度漂移补偿效果佳,输出稳定性,可增强高精度的导航、定位、定向等设备性能。

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本文对核电厂常用的不锈钢金属放射性表面的激光去污效果了数值模拟分析,研究结果显示,放射性部件去污是通过去除材料表面致密氧化层实现的。通过模拟金属材料双层结构和激光去污高斯热源,建立了激光去污有限元模型。分析结果表明,连续激光由于热累积效应明显,不适用于放射性表面去污。为评估去污有效性和适用性提出去污阈值和损伤阈值指标,在考虑去污效果的同时需保证基材不发生熔融。根据脉冲激光去污数值模拟研究,激光功率和扫描速度对烧蚀深度和基材温度影响基本呈线性关系,但在热累积效应增强过程中温度变化速率会上升,不同搭接率对去污表面形貌影响较大。

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由于目标物体的形状、大小、距离等因素的影响,激光雷达回波信号中的特征信息会分布在不同尺度上,且信号经历多径效应后,导致信号相位扭曲和叠加,使单纯依靠小波阈值对整体回波信号进行增强的思路变得过于简单,并且信号的非线性也影响信号增强的效果。提出一种基于CEEMDAN联合小波阈值算法的激光雷达回波信号多尺度增强方法。该方法首先利用形态滤波器去除激光雷达回波信号中含有脉冲、间歇等间断事件；再基于上述处理结果利用CEEMDAN算法对激光雷达回波信号实施有效的尺度分解,以有效地将复杂非线性信号分解成若干个IMF分量,提高信号处理的准确性；利用相关系数指标,获取回波信号中噪声以及信号之间的IMF临界点,使用小波阈值算法对其主导IMF分量实施去噪处理,根据处理结果实现信号的多尺度增强。实验结果表明,利用该方法开展回波信号增强时,信号去噪效果好、增强性能高。

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鉴于航空航天领域对钛合金光学器件表面减反射性能的需求,本实验利用飞秒脉冲激光对TC4钛合金表面制备减反射微纳结构。通过脉冲激光直写的方法,采用对样品进行0°和90°交叉扫描的加工方式,探究了激光单脉冲能量密度和脉冲串子脉冲个数对TC4钛合金表面的反射率以及微观形貌的影响,避免钛合金表面硬度因加工产生的热影响而发生变化,采用不同方式对样品进行处理。采用分光光度计测试后TC4钛合金样品的反射率,并且利用扫描电子显微镜(SEM)观察样品的微观形貌。结果表明,当激光的能量密度为127J/cm2、扫描速度为300mm/s、扫描间距为00015mm、脉冲串子脉冲个数为1时,样品在可见光波段(400nm～780nm)的平均反射率达到170以下,在波长为300nm时,反射率达到130以下。本实验研究结果使卫星相机遮光罩、位标器等重要器件表面对杂散光的抑制具有一定的指导意义。

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通过将模-数转换器(ADC)集成到红外焦平面读出电路中实现模拟信号的数字化以及基于数字信号的智能化的技术,是目前国际上最先进的红外焦平面数字化技术。作为数字化读出电路的核心组成部分,ADC的性能指标直接影响着整体电路性能。ADC的系统架构可以分为芯片级ADC,列级ADC和像素级ADC,列级 ADC 是目前在红外焦平面应用最广泛的结构。依据列级数字化读出电路对ADC的要求,本文设计了一种二阶前馈增量式 Sigma Delta ADC,采用18 V的电源电压,ADC转换速率为26kS/s,要实现 14 bit的量化精度,单个ADC功耗小于100 μW。采用CMOS 工艺进行电路设计,仿真结果表明,所设计的增量式Sigma Delta ADC能够满足系统设计指标。

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本文通过改变碲镉汞材料退火的汞量,研究了汞蒸气压对碲镉汞材料表面形貌、位错密度、晶体质量及电学特性的影响。研究发现,在3倍正常汞量条件下退火后,表面形貌平坦,粗糙度(Ra)达到了0235nm,晶体质量最低降至447 arcsec位错密度降低至71×104cm-2。霍尔测试结果表明该材料已经完全转变为N型。

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氟化硫酰(SO2F2)是SF6早期分解产物的代表,对SO2F2的精准定量分析,可以有效预判电气设备的潜在故障,进而避免设备的损坏以维护电力系统的安全稳定运行,因此对SO2F2的快速、高灵敏度检测显得尤为重要。为此,研制了一种基于中红外波段的高灵敏度SO2F2气体光声传感系统,该检测系统结合小型共振式光声池与QCL激光器,首次在中心波长为1511cm-1的肩峰吸收波段,实现了对SO2F2的高灵敏的光声探测。研究结果表明,该光声系统响应度为6332mV/ppm,当积分时间为13s,最低检出限可达17 ppb。

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大气湍流严重影响机载电视成像系统的成像质量。对目标和背景光学信号传输成像机理进行分析,建立了包含大气湍流效应的基于最小可分辨对比度(MRC)的电视成像系统作用距离模型。对大气湍流基本理论进行分析,分析得出适用于直升机载电视成像系统的大气折射率结构常数,给出了大气相干直径计算方法,建立了大气湍流调制传递函数。以某型直升机载电视成像系统为例,对大气湍流效应对电视成像系统作用距离的影响进行仿真分析,仿真结果表明大气湍流效应使直升机载电视成像系统的作用距离性能严重下降。研究结果可为直升机载电视成像系统作用距离指标论证提供参考,提高指标论证准确度。

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空间伺服系统可用于提高有效载荷的使用效率和搭载卫星的寿命。可用于空间观测、空间预警和态势感知等领域,但受到重量、转动范围等因素的限制。本文提出一种由三根电动推杆组成的三推杆伺服系统。每根电动推杆两端均通过球铰链分别与有效载荷和卫星平台连接。通过不同电动推杆的伸长和缩短,实现伺服系统的转动；通过设计电动推杆行程,获得不同的转动范围。本文对三推杆伺服系统的自由度进行了解算；结合实际设计了三推杆伺服系统的60°转动范围；增加了解锁机构,以满足力学性能要求；分析了伺服系统的热适应性,证明可以作为星载接口使用。结果表明三推杆伺服系统可以用于空间环境；具有较大的转动范围,重量更轻；可以进行空间目标搜索和跟踪；可以完成并替代以往需要卫星机动、调姿的任务,节省卫星燃料。

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本文针对一款大功率激光直写设备光学系统,采用了数值模拟与试验相结合的方法,并设计了一款镜筒的散热结构。利用有限元分析软件对光学系统结构进行了热分析与应力应变分析,分析结果显示:光学系统激光功率为100W,SUS304和AL6061材质的镜筒表面温度最高位置都集中在棱镜盒附近区域,最高温度达59016℃,整体温度均匀性和散热性能较差；AL6061材质光学镜筒棱镜盒附近区域存在较大的应力,结构性能较差。总结光学系统散热设计的一般原则,采用被动和主动相结合的散热设计,并进行了试验验证,试验结果表明:在散热系统正常工作时,系统整体温差为099℃,达到了温度均匀性指标要求；DMD标定误差小于15μm且中心位置多向同一方向漂移,满足误差小于20μm的技术指标要求,有利于系统曝光时图像拼接,验证了散热设计的有效性。

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光场成像技术给用户提供了更高质量的沉浸式视觉体验,然而,由于其捕捉了大量的空间和角度信息,因此需要有效的编码方法来压缩光场图像庞大的数据量。在光场图像编码方法中,除了要注重压缩效率外,还需考虑其他重要因素,如随机访问和视口可伸缩性等。鉴于这些需求,本文提出一种新型的光场图像可伸缩编码方法,同时兼顾编码效率以及随机访问、可伸缩性等性能。首先,将光场图像子孔径阵列进行稀疏采样,在编码端将第五个视口层丢弃。其次,根据视点分层策略,对前四个视口层中的视点构建不同的多参考帧预测关系进行编码；在解码端通过视点合成网络对第五个视口层中的视点进行合成,从而实现光场图像的压缩以及视口可伸缩性。实验结果表明,相较于JPEG Pleno通用测试标准中所提出的JPEG Pleno Anchor,真实场景下的BDBR减少了16166；合成场景下的BDBR减少了6796,并且提供了更有效的随机访问性能,在码率为075 bpp时,真实场景的相对随机访问惩罚平均1891,合成场景的相对随机访问惩罚平均为1700。所提方法实现了编码效率和随机访问性能的更佳平衡。

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在探测大气水汽方面,拉曼激光雷达是精度较高的探测方法。探空资料经常用来对拉曼激光雷达反演水汽进行标定和对比分析,但是探空资料在时间和空间上具有局限性,在无探空数据时,拉曼激光雷达的标定和反演受限。ERA5再分析资料与探空资料的相似度较高,时空分辨率比探空数据高。对安徽地区ERA5水汽混合比数据的适用性进行了分析,结果表明在安徽两个探空站ERA5资料与探空资料的水汽混合比相关性较好,整体偏差较小。因此在无探空数据的合肥地区,选择ERA5再分析资料作为参考数据,对拉曼激光雷达反演水汽混合比进行标定。将标定常数代入水汽混合比的反演公式,得到水汽混合比在高度上的垂直廓线,将反演结果与探空站插值得到的合肥水汽混合比廓线进行对比分析,在05～15km高度内,相对误差大概在-15～7范围内。结果表明拉曼激光雷达反演的水汽混合比与探空站插值得到的合肥水汽混合比具有较好的一致性,验证了ERA5资料对拉曼激光雷达反演水汽混合比标定的可行性。

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鉴于红外行人车辆图像分辨率低,质量不佳,噪声多等特点,检测难度较大,提出一种基于YOLOV8的红外图像行人车辆目标检测算法,即PSWG YOLO。针对 YOLOv8n 网络,增加160×160的极大特征图P2提高模型对行人小目标的检测能力。同时,采用SPD Conv部分代替原网络stride 2的卷积层,提升对低分辨率图像的特征提取能力。此外,将损失函数替换为WIoU,优化模型对低质量图像的处理。最后,引入Ghost 模块降低模型复杂度。实验结果表明,改进后的PSWG YOLO算法在保证较高的检测精度的同时,显著减少了模型体积和参数量。与原YOLOv8n 算法在公开红外数据集FLIR_v2 上P、R、mAP@05分别提升16、63、72,且参数量减少16,模型大小减少 158,提高了红外场景下行人车辆检测的精度并易于部署。

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车辆自动驾驶过程中不仅需要完成运动规划,实现行人识别,还需实现更高精度的多目标追踪。针对车辆自动驾驶行人识别响应速度慢、目标追踪精度差的问题,提出一种融合多传感器的行人识别和多目标追踪算法。采用Lattice算法进行路径规划,通过损失函数与碰撞检测得到最佳驾驶轨迹,将传感器检测到的障碍物位置转换到全局坐标系中,在全局栅格地图中以高斯分布绘制在地图中,通过阈值初定可视行人。并基于检测跟踪策略设计多目标追踪遮挡处理算法,实现自动驾驶车辆中被遮挡目标的运动估计。对多目标跟踪挑战数据集的定量、定性和消融研究,验证了该算法的有效性。实验结果表明,该算法能够准确估计遮挡过程中的目标运动,生成完整、高质量的运动轨迹。

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基于典型场景环境实测数据的仿真场景的等效构设,其相较于传统辐射渲染下的仿真模型搭建,展现了更高的准确度和逼真度,同时等效构设过程中形成的特征库也能支撑仿真建模校验。然而,场景等效构设过程中目标与背景的解耦问题一直是制约其逼真度提升的关键难题。为此,本文提出了一种结合改进YOLOv8和Criminisi算法的背景解耦技术。首先,利用YOLOv8精确提取目标掩膜；接着,用改进Criminisi算法补全背景,保持结构连贯性。最后,通过泊松融合算法将目标与背景融合,提升仿真场景的逼真度。实验结果表明,用该方法等效构设的仿真环境与真实采集到的图像相似,解决了在仿真场景实时渲染过程中场景目标单一、构设逼真度不高等问题。

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为了研究空芯光纤对纳秒脉冲激光的传输能力,使用Kagome型反谐振空芯光纤进行了1064nm脉冲激光的传输实验。光纤的纤芯直径为60μm,数值孔径为002。使用中心波长为1064nm,脉冲宽度为84ns的电光调Q激光器作为光源,测试了光纤在纳秒脉冲激光传输中的光束模式及传能效果。结果显示,该空芯光纤能够在保持基模的状态下,稳定传输1025mJ的纳秒脉冲,传输效率高达88。此外,还系统分析了高功率脉冲激光对空芯光纤的损伤机理过程。研究结果表明,Kagome型反谐振空芯光纤在1064nm波段能够实现10mJ的纳秒脉冲传输,可以用作激光触发真空开关技术等应用的柔性光源。