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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:张 锋
执行主编:卢 进
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
   » 光学系统设计
   » 精密光学加工
   » 微納光学
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2014, 43 (7)   出版日期:2014-07-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光电器件与材料 信息处理 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 
激光与光电子技术

大功率双包层光纤准直器的建模与仿真分析

陆乔乔, 胡姝玲, 王鑫龙, 耿伟彪, 张春熹, 牛燕雄
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2055-2060.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1148 KB)  ( 227 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
研究了一种适用于大功率激光应用的双包层光纤准直器。考虑在制作准直器时,双包层光纤尾纤和C-lens 透镜端面8°倾斜角度的影响,从高斯光束通过复杂光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学的理论,在光线传输的子午面和弧矢面上分别进行建模计算,推导光线的传输变换矩阵。结合实际应用中光纤及C-lens 透镜的相关参数,仿真分析了尾纤与C-lens 透镜间距及C-lens 透镜参数对准直器工作距离和出射光束腰直径的影响。研究结果对进行大功率准直器的设计具有指导意义。

强激光辐照铝靶温度分布数值模拟及实验研究

王振宝, 吴勇, 杨鹏翎, 冯国斌, 张磊
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2061-2065.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2077 KB)  ( 110 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
采用喷砂、磨砂、镀金表面处理工艺得到了铝靶的激光能量耦合系数。从经典傅里叶热传导方程出发,建立了强激光辐照铝靶下铝靶温度场分布数值模拟理论模型。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下铝靶的温度场分布,给出了连续均匀光斑和高斯光斑辐照下,不同表面处理工艺的铝靶所对应的最大温升。开展了铝靶强激光辐照验证实验,利用热电偶实际测量得到了辐照激光光斑中心对应的铝靶背表面最大温升,该实验结果与计算结果吻合较好。对铝靶前表面的烧蚀形貌进行了分析,与理论计算的温度场分布情况相符合,验证了数值模拟的有效性。

LD 脉冲泵浦被动调Q 窄脉冲大能量全固态激光器

岱钦, 崔建丰, 毛有明, 吴凯旋, 张濛
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2066-2069.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1256 KB)  ( 590 )
摘要 ( 47 ) 引用本文
利用Nd:YAG/Cr4+:YAG 键合微片激光晶体研制了被动调Q 大能量窄脉冲的全固态激光器,激光器采用脉冲激光二极管泵浦方式,设计了本振级和两级放大结构,分析了激光器系统的自激振荡和其抑制方法,在激光器本振级获得稳定脉冲激光输出的基础上,当两级放大器泵浦电流分别为83A 和85 A 时,获得了最大单脉冲输出能量为120 mJ,脉冲宽度为1.28 ns 的1 064 nm 激光输出,激光通过倍频后可得到65 mJ 的532 nm 绿光输出,其窄脉宽和高光束质量特性可为飞秒激光器啁啾放大提供良好的泵浦源。

原子纳米光刻中双层光学掩膜的实现方法研究

陈晟, 马艳, 张萍萍, 王建波, 邓晓, 肖盛炜, 马蕊, 李同保
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2070-2073.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2084 KB)  ( 176 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
利用原子光刻的方法制备纳米结构的光栅已经成为了一种较为成熟的工艺。通过原子与激光驻波场的相互作用,利用原子自生在势能场中的偶极力对原子的密度进行调制,从而得到所需要的光栅结构。利用此种工艺所制备的光栅相对于传统工艺来说具有精度高,光栅常数直接溯源于原子能级。希望能够通过对激光的改良来提升原子沉积结果。通过双层驻波场来提高原子沉积质量已经被多次提到。实验中利用几何光学的方法实现了所需要的新型激光驻波场。并对其汇聚,相干等特性进行了研究,取得了较为满意的结果。为利用双层驻波场来沉积原子打下了基础。

高重复频率DPL 激光对光学薄膜元件损伤实验研究

代福, 熊胜明
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2074-2080.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2426 KB)  ( 153 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
光学薄膜的高重频激光损伤特性一直是激光薄膜研究者的重点。为了分析光学薄膜在高重频激光辐照下的损伤特性,探究其损伤机理,文中从实验出发,研究了重复频率10 kHz DPL 激光对光学薄膜元件的损伤特性。结果表明,修正膜层内的驻波场分布,降低膜层内高折射材料中的驻波场峰值可以提高高重频激光损伤阈值;从激光损伤形貌与辐照激光功率的关系上看,在高重频激光辐照下光学薄膜元件的损伤实质上是热效应和场效应共同作用下产生的“微损伤”累积放大所造成的。当薄膜吸收率较小时,损伤主要表现为场效应所致的“微损伤”累积放大,当薄膜吸收率较大时,损伤主要表现为热效应所致的“微损伤”累积放大。

单光束脉冲激光引信扫描频率和脉冲频率研究

查冰婷, 张合
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2081-2086.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1127 KB)  ( 276 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
为确保反鱼雷鱼雷(ATT)与来袭鱼雷交会过程中激光近炸引信能够探测到目标,推导能够满足要求的扫描频率和脉冲频率计算公式。研究激光近炸引信工作原理,得到激光近炸引信恰能探测到目标所需的激光束最低扫描频率和脉冲激光最低脉冲频率的临界条件。采用三种坐标系描述ATT 与目标间的交会关系,基于交会关系和临界条件,建立最低扫描频率和最低脉冲频率计算模型,获得最低扫描频率和最低脉冲频率的变化规律,并通过模拟试验验证所建理论模型的正确性,试验结果与理论计算结果吻合。计算拦截不同典型目标鱼雷时所需最低扫描频率和最低脉冲频率取值。所得计算模型和结果可为激光近炸引信应用中扫描频率和脉冲频率设计提供理论依据。

单模-多模光纤产生系列Bottle beam

李攀, 吴逢铁, 陈姿言, 孙川
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2087-2091.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1922 KB)  ( 182 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
提出一种利用多模光纤的多模干涉效应在自由空间中获得多个局域空心光(Bottle beam)的新方法。单模-多模光纤结构是一段多模光纤无偏心地连接到一段单模光纤上,光由单模光纤传输到多模光纤激发产生一系列的LP0,n 模,由于多模干涉效应在多模光纤中相互叠加,当入射到自由空间后形成了多个Bottle beam。文中对光束传输过程进行理论分析并利用Matlab 进行仿真实验, 结果表明在自由空间中可以获得系列Bottle beam。当多模光纤纤芯直径分别为45 μm,60 μm 和90 μm 时所选择的光场段内的Bottle beam 的尺寸大小基本相同(约400 μm×20 μm),而第一个空间暗域沿轴向两侧相对光强差值分别为0.62,0.41 和0.11,可见当多模光纤的纤芯直径越大时所得到的Bottle beam 暗域的轴向两侧光强越相近,因此也越有利于囚禁微粒。

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

刘志辉, 石振东, 杨欢, 李国俊, 方亮, 周崇喜
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2092-2096.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1288 KB)  ( 264 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为±5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。

低压水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷的研究

陈春映, 袁根福, 王金华
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2097-2102.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2971 KB)  ( 237 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
针对激光切割Al2O3 陶瓷存在热裂纹、大量熔渣等问题,提出了低压水射流激光复合切割陶瓷技术,并将这种工艺与普通激光切割进行了对比,结果表明低压水射流激光复合切割陶瓷可以大大减少陶瓷切缝的熔渣、避免热裂纹。主要研究了辅助气体压力、激光脉冲能量和激光重复频率对水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷质量的影响规律,发现水射流存在时,辅助气体压力主要起到吹除切割头处水珠的作用,激光脉冲能量或激光重复频率增大、烧蚀材料增多,当烧蚀材料不能及时被射流冲除就形成了熔渣的累积,影响陶瓷切割质量。

光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响

范哲, 张春熹, 牛燕雄, 孙绪印, 罗娜, 潘建业
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2103-2107.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1393 KB)  ( 131 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
光电探测器是相干激光多普勒测速仪的重要组成部分,其对光信号强度的响应特性直接影响着系统的信噪比。为了提高系统探测性能,从光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响的角度进行研究。通过对响应函数进行多项式分析,研究输入拍频信号为带偏置的余弦信号时的输出电压波形,对比分析存在二阶非线性响应与在线性响应下的信号,从理论上说明探测器非线性响应对系统信噪比的影响。并对测速仪进行了对比实验,在对非线性响应进行抑制之后,系统信噪比由16dB 提高到35dB,从实验角度验证了分析的正确性。

强激光近场分布测量中科学级CCD 的非均匀性校正

蔺辉, 刘立力, 田新锋, 郝芸
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2108-2111.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1243 KB)  ( 231 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
首先分析了引起CCD 非均匀性的原因,将其归纳为两个方面,一为因制作工艺、材料、偏置等因素引起的空间噪声,二为CCD 响应特性随时间的漂移而引起的时间噪声,两者的共同作用将严重影响CCD 的测量性能。为了能够定量描述空间噪声和时间噪声对CCD 产生非均匀性的影响,文中基于CCD 光电响应曲线呈线性状态这一假设建立了CCD 光电响应的数学模型,然后在该模型的基础上提出了利用最小二乘法来估计校正系数,从而消除CCD 的非均匀性,实验证明该算法是有效的。

少数周期光脉冲的初始载波包络相位的测量

许荣杰, 白亚, 宋立伟, 刘鹏
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2112-2115.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1140 KB)  ( 136 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
提出了利用空气成丝产生的太赫兹波测量少数周期激光的初始载波包络相位(CEP)的方法。空气等离子体产生的太赫兹波形的演变可以用来探测传播中的少数周期激光的载波包络相位的变化。在少数周期强激光场,太赫兹波形反转的数目和反转位置都有规律地依赖于少数周期激光的载波包络相位。利用光电流模型的计算结果表明,在适中的能量范围内,对于所有的初始CEP,太赫兹波形反转点数目是两个或者一个,且在不同输入能量下,总是在初始CEP 为0.5 π 时,太赫兹波形的两个反转点变为一个反转点。这可以提供准确测量驱动激光场初始CEP 的方法。
红外技术及应用

InAs/GaSb 超晶格中波红外二极管的IV 特性研究

郭杰, 张小雷, 段剑金, 郝瑞亭, 许林
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2116-2119.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1272 KB)  ( 147 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
采用分子束外延(MBE)技术,在GaSb 衬底上生长了pin 结构的InAs(8ML)/GaSb(8ML)超晶格中波红外光电二极管。经过(NH42S 表面钝化后的IV 特性曲线表明:低的正偏压下,理想因子n 在 2 左右,势垒区的复合电流起主要作用;偏压超过0.14 V 时,n 在1 左右,少子扩散电流占主。表面势垒区中过多的III 族元素的空位缺陷导致表面出现大量复合中心。采用阳极硫化后,表面漏电大大减小,反偏漏电流密度降低三个数量级,零偏阻抗R0 达到106 欧姆,R0A 达到103 量级。

含雾湿空气条件下地面目标热特征分析方法

林群青, 宣益民, 韩玉阁
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2120-2125.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2165 KB)  ( 172 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
采用考虑自然雾对太阳辐射的衰减、散射作用进而修正的太阳辐射模型,且考虑含雾湿空气条件下雾滴、湿空气与目标表面的换热机理及表面辐射换热、对流换热,建立了含雾湿空气条件下地面目标热特征分析模型,采用该模型计算分析了雾能见度、风速对目标表面温度的影响,分析了典型雾天条件下目标表面温度变化特性。结果表明:在雾出现时段,雾能见度越小或风速越大,目标表面温度值相对越低;考虑雾对目标表面热特征的影响具有很大的必要性。

采用综合信噪比的中波光谱探测波段选择

许元男, 李军伟, 吴开峰, 毛宏霞, 董雁冰
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2126-2131.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2731 KB)  ( 184 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
中波红外是非常重要的探测波段,对于目标探测而言,在保证足够光子数的情况下,进行波段选择有利于更好地区分目标与背景。针对典型目标及其所在区域的背景的中波红外光谱辐射特性,分析了信噪比和信杂比对探测的影响,提出了一种基于综合信噪比的波段选择方法,该方法综合考虑了传感器噪声、背景杂波辐射对目标探测的影响,计算了典型状态下目标信噪比、信杂比和综合信噪比,从仿真结果来看,不同典型场景下能使目标探测的综合信噪比较高的波段并不相同,从而给出不同场景下最优探测波段的建议。白天探测该目标,3~3.7μm可以考虑作为优选波段,在夜间探测该目标,3~5μm可以考虑作为优选波段。

中波红外探测器辐射定标的简化方法

孙志远, 常松涛, 朱玮
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2132-2137.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2233 KB)  ( 231 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
为了提高红外辐射定标效率,提出了简化的辐射定标方法。首先,提出带有积分时间变量的辐射定标数学模型,通过探测器像元响应灰度值随积分时间的变化曲线以及随黑体辐射亮度的变化曲线确定了辐射定标模型的具体形式,并介绍了模型中各参数的物理意义。接着,在不同环境温度下进行辐射定标实验,绘出辐射定标模型中各未知参数随环境温度的变化曲线,实验结果验证了辐射定标模型的正确性。然后,在这个模型的基础上提出了简化的辐射定标模型,即使用一元线性回归分析方法选择两个定标点,在两个典型的积分时间下采集这两个定标温度点的共四幅图像,经处理即可获取辐射定标模型的各未知参数。最后对通过辐射定标模型计算得到的辐射定标数据与实际定标获取的辐射定标数据进行比较分析。实验结果表明:计算值与定标值之间的误差优于1%。辐射定标模型准确,可以极大地提高辐射定标的效率。

场景自适应的红外焦平面成像系统灰度超分辨技术

贺明, 王亚弟, 王新赛, 路建方, 李志军
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2138-2142.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1871 KB)  ( 263 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
针对目前红外焦平面成像系统在观察目标、特别是弱小目标时,灰度分辨率不足的问题,提出了一种基于场景特性自适应的成像灰度超分辨技术。详细介绍了通过自适应调节红外焦平面成像系统中信号采样范围来进行成像灰度超分辨的方法,包括3个方面的内容:从图像中提取场景有效灰度范围,获取超分辨调整依据;结合基于LMS的自适应滤波算法,对调节依据进行滤波预测后给出调节值;利用调节值分解设置超分辨电路参数,完成针对观察目标的灰度超分辨。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面系统中实验证明了场景自适应的成像灰度超分辨方法的可行性,并获得了很好的效果,灰度分辨率有很大提高,经过红外焦平面成像系统综合测试仪测试比较MRTD 值可以提高一倍以上。

红外点目标成像信噪比建模分析

刘可辉, 王晓蕊, 张卫国
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2143-2147.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1123 KB)  ( 202 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
点目标的探测是红外成像探测系统的重要课题。以点扩散函数作用下点源目标像的照度分布函数为基础,综合考虑像的照度分布与单元探测器的位置关系,结合探测器的光电转换原理,建立了红外焦平面探测器点源光信号到电信号的转换关系;并在此基础上结合探测器的噪声模型,建立了点源信噪比模型。仿真计算结果表明:点源目标的探测信噪比与光学系统点扩散函数、单元探测器尺寸、视线偏移密切相关。该研究可为点目标红外成像探测距离的精确估计提供理论支持。

利用MATLAB 进行焦平面探测器的In 柱高度自动统计

华桦, 何凯, 周松敏, 胡晓宁
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2148-2151.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1860 KB)  ( 216 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
In 柱制备是红外焦平面器件倒焊互连的关键工艺,In 柱高度是评价In 柱制备工艺水平的基本指标。通常的In 柱高度统计方法为随机采样人工显微镜观测法,此方法由于采样点较少将导致统计结果不全面,另一方面由于In 柱表面形貌的微观特性,人工显微镜观测引入的主观偏差将使统计结果不准确。提出了一种更合理可行的In 柱高度统计方法,首先使用激光共聚焦显微镜对In 柱表面形貌进行扫描,再利用MATLAB 软件对扫描数据进行分析以统计In 柱高度,分析时考虑In 柱表面微观形貌对In 柱高度的影响。利用此方法对16×16 面阵的红外焦平面器件读出电路进行了In 柱高度统计,统计结果优于随机采样人工显微镜观测法。为评价In 柱制备工艺水平提供了更客观准确的 In 柱高度数据。

周视红外成像搜索系统中的实时目标检测方法

孙刚, 郭仕剑, 陈曾平
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2152-2158.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3765 KB)  ( 193 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
在周视红外成像的预警搜索系统中,大视场下红外图像的背景成分十分复杂;与此同时,高分辨成像使得图像数据量也急剧增加。针对周视成像系统中红外图像的特点,提出了一种基于分块图像加权熵值矩阵的快速目标提取算法:首先根据大视场下红外图像的空间分布特性,对原始图像建立子图像块矩阵;然后提出一种加权熵的特征判别函数,建立子图像块的加权熵值矩阵;最后分析了基于加权熵矩阵自适应阈值选取方法,对背景进行分类并快速提取目标兴趣区。实测数据结果表明:该算法流程是一种适合大视场条件下的有效目标检测算法,且具备良好的工程应用性。

利用坐标变换法计算卫星轨道辐射热流

杨莉, 吕相银, 金伟, 杨华
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2159-2163.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1083 KB)  ( 177 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
卫星轨道辐射热流的计算对于卫星的热控设计和卫星红外特征研究等都具有重要意义。论文根据描述卫星运动模型参数的卫星轨道六要素,利用坐标变换方法确立了卫星任一表面与太阳、地球的位置角度关系,建立了卫星的表面辐射热流计算模型,可用以计算任意轨道参数的卫星在任意时刻太阳辐射、地球反照和地球辐射等主要轨道辐射热流,并以某轨道上六面体卫星为例给出了其不同表面在整个轨道运行期间的接收到的辐射热流计算结果。结果表明:卫星不同表面接收到的辐射热流密度随时间的变化是不一样的,主要取决于各表面与太阳和地球的角度关系。

基于改进Mean-Shift 算法的红外小目标跟踪

杨一帆, 田雁, 杨帆, 黄彪
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2164-2169.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3263 KB)  ( 140 )
摘要 ( 32 ) 引用本文
复杂背景下的红外小目标跟踪在目标跟踪领域一直是重要的研究方向。由于小目标体量小、 机动性大,而红外图像大多受到严重的背景噪声和热噪声影响,使得针对红外小目标的跟踪大多出错率高,鲁棒性不强。针对红外小目标的跟踪,提出了一种改进的Mean-Shift 算法。结合图像的统计特性,提出了一种自适应非线性算法对图像进行处理;同时融合了图像的梯度直方图对目标进行描述。实验通过对高强度噪声和高遮挡环境下视频目标进行跟踪,比较了传统Mean-Shift 算法和改进后算法的跟踪效果,结果显示文中提出的改进算法不但可以有效地跟踪目标,而且大幅降低了跟踪窗口与目标之间的相对抖动,增强了跟踪算法的鲁棒性。

双补偿结构I-V 转换电路在红外接收芯片中的应用

田磊
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2170-2174.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1278 KB)  ( 544 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
设计了一款用于红外通信中的I-V 转换电路,该电路包含了一个跨阻放大器和两个补偿结构。直流补偿电路用来补偿由环境光产生的直流光电流,避免后级电路出现饱和;交流补偿电路用来提高输入交流阻抗,从而保持电路对输入信号的灵敏度。研究表明,通过对I-V 转换电路实现双补偿,整体电路的增益控制及灵敏度均有显著提高。该电路采用VIS 0.6 μm BiCMOS 工艺进行设计与流片,在3 V 工作电压下,对10 nA 到300 μA 的直流光电流具有良好的抑制能力,使电路的增益恒定在 110 dB,具有良好的稳定性。

黑曲霉孢子红外波段消光性能研究

李乐, 胡以华, 顾有林, 陈卫
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2175-2179.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1716 KB)  ( 178 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
采用压片法对黑曲霉孢子2.5~15 μm 波段的反射光谱进行了测量。针对采集的光谱数据,利用Krames-Kronig(K-K)关系对黑曲霉孢子2.5~15 μm 波段的复折射率进行了计算。然后,根据Mie 散射理论求出了2.5~15 μm 波段黑曲霉孢子质量消光系数,并对结果进行了分析和讨论。分析结果表明,在粒径r=1.2 μm 时,黑曲霉孢子在2.5~15 μm 波段的平均质量消光系数为0.68 m2/g,随着粒径的增大,平均质量消光系数单调减小;与常见无机物相比,黑曲霉孢子在2.5~15 μm 波段具有较好的消光性能,而且在保证一定消光性能的情况下,黑曲霉孢子的粒径尺寸要求相对较宽。
先进光学

子孔径拼接检测光学平面反射镜技术

闫公敬, 张宪忠, 李柱
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2180-2184.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2132 KB)  ( 161 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
干涉检测作为高精度光学面形加工的基础,其检测精度决定了加工精度。为了解决大口径光学平面反射镜检测问题,基于子孔径拼接算法,提出了一种拼接因子用于重叠区域取值,同时利用 Φ100mm口径干涉仪对Φ120mm口径平面反射镜完成拼接检验,并将拼接检测结果与利用Φ150mm 口径干涉仪直接检测结果进行了对比分析,实验结果表明,拼接结果无“拼痕”,拼接检测结果与全口径测量结果PV 与RMS 的相对偏差分别为7.25%与7.14%,检测面形是一致的,由此验证了拼接检测的可靠性和准确性。

基于速度矢量模型的圆轨道空间相机偏流角实时补偿

孙阳, 薛栋林, 郑立功, 张学军
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2185-2191.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1693 KB)  ( 149 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
偏流角是影响线阵CCD 相机推扫成像性能的重要因素。为实现在轨有限计算资源环境下偏流角的快速计算,根据圆轨道卫星飞行与地物随地球自转的速度矢量运动关系,建立了适用于圆轨道正视与前后视成像的偏流角模型,给出卫星飞行过程中星下点相对地物的运动速度矢量作角向振动的数学表达式。根据该模型提出基于旋转CCD 方式的偏流实时补偿方案,并搭建偏流校正成像模拟平台进行了实验验证。仿真和实验表明,速度矢量模型具有更高的计算效率,计算精度和稳定性与坐标变换模型和轨道要素模型一致,能够将偏流导致的图像MTF 下降抑制到5%。该方案适用于 TDICCD 相机与三线阵CCD 立体测绘相机的偏流实时调整机构开发工作。

离子束溅射制备氧化物薄膜沉积速率调整方法

刘华松, 傅翾, 季一勤, 张锋, 陈德应, 姜玉刚, 刘丹丹, 王利栓, 冷健, 庄克文
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2192-2197.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1241 KB)  ( 289 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
采用正交试验设计方法,系统研究了离子束溅射HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜的沉积速率与工艺参数(基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量)之间的关联性。采用正交表L9(34)设计了9 组实验,采用时间监控的离子束溅射沉积方法,分别制备HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜,并对三种薄膜的27 个样品采用椭圆偏振法测量并计算物理厚度,继而获得沉积速率。实验结果表明:对Ta2O5 和SiO2 薄膜沉积速率影响的工艺参数相同,影响权重从大到小依次为离子束流、离子束压、氧气流量和基板温度;对 HfO2 薄膜沉积速率影响的工艺参数按权重从大到小依次为离子束流、离子束压、基板温度和氧气流量。研究结果为调整HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜沉积速率提供了依据。

方波调制消除Wollaston 棱镜非线性系数对空间测角的影响

陆卫国, 吴易明, 高立民, 李春艳, 肖茂森
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2198-2203.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
建立了一种基于Wollaston 棱镜偏振分束的空间测角模型。对于Wollaston 棱镜出射光强对系统测角精度带来的影响做了简要的理论分析和仿真,仿真结果表明出射光强偏离马吕斯定律,出现了一定的非线性偏差,且Wollaston 棱镜的非线性偏差对空间测角装置的测角精度影响很大,降低了装置的实用价值。提出了一种采用方波磁光调制提高测角精度的方法,该方法有效消除了Wollaston 棱镜的非线性系数、磁光玻璃的调制度波动、电路增益差异及光强波动的影响,且该方法相对正弦磁光调制方法更容易实现。最后通过相关的对比实验,采用该方法系统在-8°~+8°范围内能够达到15" 的测角精度。

基于离散偶极子近似生物细胞光散射研究

刘建斌, 曾应新, 杨初平
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2204-2208.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)对生物细胞的光散射特性进行数值模拟,分析讨论了基于生物细胞的相对折射率、散射截面、粒子直径等的光散射图像。分析表明,生物细胞的散射光强随着散射角度和相对折射率的增大而增大,散射的主要能量集中在10°散射角以内。然后设计了用于分析悬浮生物细胞的光散射实验装置,并以悬浮的牛肾细胞作为实验样品,进行实验研究。分析结果显示,模拟数据与实验数据符合较好。为进一步研究生物细胞散射特性以及无损检测提供一种理论和实验方法。

高功率光束吸收器的设计

李红光, 达争尚, 孙策, 董晓娜
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2209-2213.
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摘要 ( 8 ) 引用本文
为了实现4%取样后对剩余激光高达109 倍的吸收,给出一种光束吸收器的设计方法,推导了光束从进入吸收器到离开吸收器全过程中所对应的各种角度关系,包括入射光线与吸收器交点的夹角、光线从入射变为出射的翻转临界角、出射光线与吸收器交点的夹角、光线离开吸收器临界角等角度关系。进而计算出光线在与吸收器的每一个交点处的取样率,得到光束从进入吸收器到离开吸收器全过程的衰减倍率。以此设计一种光束吸收器并在软件中进行光线追迹分析,结果表明该吸收器的吸收倍率高达1011,满足激光吸收倍率要求并且和理论计算结果吻合;据此理论设计的实物吸收器也在激光系统中得到良好应用,得到调制度M<1.2 和对比度C<0.07 的近场图像,说明该设计方法是合理的。

空间相机反射镜SiC/Al 支撑板轻量化结构优化设计

齐光, 许艳军, 刘炳强
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2214-2218.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
在保证空间光学遥感相机反射镜组件结构刚度、位置精度、面形精度的同时,最大限度地降低反射镜支撑板的质量,是轻量化设计的一个重要内容。提出了通过拓扑优化确定反射镜用SiC/Al 材料的背部支撑板轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明: 重力载荷下面形精度达到λ/10 PV,λ/50 RMS(λ=632.8 nm),PV 值13.3 nm,RMS 值2.9 nm,反射镜组件一阶固有频率239 Hz,均优于传统结构形式的反射镜。拓扑优化的方法获得的轻量化背部支撑板能够满足使用要求。
光电测量

采用扫描式漫反射成像法的激光强度分布测量装置

王飞, 徐作冬, 戢运峰, 姜畅
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2219-2222.
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摘要 ( 13 ) 引用本文
提出了一种基于扫描式漫反射成像法测量激光强度时空分布的装置。测量装置主要由轮辐式扫描取样机构、同步信号发生器和CCD 成像系统组成。装置使用动态的取样旋臂替代静态的漫反射屏,在保留漫反射成像法优点的前提下用取样的方式进行测量,具有测量分辨率高、取样衰减倍率较大、抗激光破坏能力强以及可在线测量等优点。与漫反射屏成像法的比对测量实验表明:两种测量方法的测量结果具有较高的一致性。扫描式漫反射成像法实现了对光斑的在线测量,可用于强激光辐照效应实验中激光强度分布的实时监测。

基于时域光谱系统的太赫兹圆柱RCS 测量

蒋彦雯, 邓彬, 王宏强, 吕治辉, 秦玉亮
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2223-2227.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
雷达散射截面(RCS)测量对于太赫兹雷达系统论证设计具有重要意义。详细描述了时域光谱(TDS)系统测量RCS 的原理,以及实验方案的设计。基于TDS 系统对太赫兹频段圆柱RCS 进行了测量实验,获得光滑和粗糙圆柱在太赫兹频段下的回波,对光滑圆柱回波进行傅里叶变换得到其宽带 RCS,与理想圆柱RCS 的物理光学解进行比较,发现RCS 理论值与测量值基本一致,验证了TDS 系统可用于太赫兹频段目标RCS 的测量;同时将光滑圆柱和粗糙圆柱的RCS 测量值进行对比分析,结果表明:太赫兹频率越高,粗糙面对RCS 的影响越大,粗糙度大于八分之一波长为粗糙面的传统定义须重新考虑。

矢量跟踪算法在抗远近效应中的应用

刘洋洋, 廉保旺, 赵宏伟, 宋玉龙
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2228-2233.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1677 KB)  ( 107 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
针对室内伪卫星独立定位系统中由于远近效应而导致跟踪环路失锁甚至定位失败的问题,提出了一种有效抑制远近效应的算法——矢量跟踪环路(VTL)算法。通过分析 VTL 环路结构,建立了线性化的系统模型,并推导了详细的工作流程。VTL 以定位误差为状态量,以伪距、伪距率误差为观测量,结合更新后的定位结果,得到稳定的环路跟踪输入。仿真对比分析了标量跟踪环路(STL)和矢量跟踪环路对中断信号的持续跟踪性能。搭建了室内伪卫星独立定位系统,将采集到的中频信号在 VTL 软件接收机中进行定位解算,实验结果证明VTL 相对于STL 可以有效地抑制远近效应。

高精度星敏感器测试设备的设计

陈启梦, 张国玉, 王凌云, 王志海, 孙向阳
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2234-2239.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
针对现有动态星模拟器在高精度星敏感器测试中无法满足星点位置和照度均匀性的高精度模拟等实际问题,设计了一种高精度动态星模拟器。分析了星模拟器光学系统与调整机构的任务需求。为保证星点的投射精度,提出了LCOS 的光学拼接方法,优化设计了大视场、大相对孔径的准直光学系统并进行了像质评价;为满足显示器件照明条件和星点照度均匀性的要求,对照明光学系统进行了仿真设计并给出了照度分布;为减小对接误差提高对模拟器的测试精度,确定了高分辨力五维调整架的机械结构,应用CATIA 软件对调整机构的设计进行了三维建模,理论计算结果显示调整机构位移分辨力为18 nm,角度分辨力为0.05"。通过实际检测,微调整机构稳定性好,出射星点照度不均匀性优于±10%,模拟星点的单星位置误差小于7",星间角距误差优于12",满足当前对高精度星敏感器测试的技术指标要求。

卡尔曼滤波器在抑制力矩扰动中的应用

刘磊, 沈宏海, 张葆
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2240-2244.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
在光电稳定平台中,摩擦力矩以及探测器制冷机扰动力矩都是影响平台稳定精度的主要扰动源之一。为了克服经典控制方法对机载光电稳定平台探测器制冷机扰动力矩和轴系摩擦力矩抑制能力的不足,在机载光电稳定平台中引入卡尔曼滤波器算法,其作用在于用递推算法将系统及随机测量噪声滤掉。仿真结果表明,采用此方法可以有效抑制轴系力矩扰动。与普通PID 校正算法相比,采用卡尔曼滤波器闭环校正算法的调速精度由40%提高到优于1%。达到了提高稳定精度,克服噪声干扰的目的。

大视场空间相机CCD 性能测试及筛选方法

李宪圣, 万志, 刘则洵, 李葆勇, 刘洪兴, 孙景旭, 任建伟
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2245-2250.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1438 KB)  ( 224 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
空间相机使用CCD 拼接技术组成长焦平面,可有效地增加空间相机的视场和幅宽。拼接 CCD 之间的性能差异会影响空间相机的成像质量,为了在大视场空间相机研制时挑选高性能且性能一致的CCD,提出了一种大视场空间相机CCD 性能测试与筛选方法。首先,介绍了CCD 的成像电路设计、以及CCD 光谱特性和辐射特性的测试方法。然后,介绍了CCD 的筛选流程,第一步是从各 CCD 裸片的几何特性、信噪比、相对光谱响应、响应非均匀性、非线性、暗电流以及动态范围等角度进行筛选,将不满足指标的CCD 剔除,第二步是依据辐射响应一致性筛选出满足要求的CCD,通过数据分析比较得出饱和辐照度筛选法优于响应度筛选法。最后,采用饱和辐照度筛选法从10 片CCD 中筛选出饱和辐照度一致性最好的4 片CCD,饱和辐照度相对偏差为0.23%,该组CCD 已经被应用于某大视场空间相机的研制,并获得了良好的效果。

基于五棱镜的大型平行光管焦面监测技术及误差修正方法

李响, 张晓辉
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2251-2256.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
大型平行光管在进行空间环境模拟实验中由于受到温度、气压大幅改变的影响,离焦现象较为严重,为了解决该状态下平行光管离焦量检测难度较大、检测精度不高等问题,提出了一种针对大口径长焦距平行光管焦面位置检测的新方法,可以对平行光管的离焦量进行实时的监测。分析了由五棱镜引入的主要系统误差,并使用更新基准数据的方法将其修正。在口径为700 mm 焦距为18 m 的平行光管上进行了实验,结果表明该系统检焦精度在150 μm 以内,满足实验室对大型平行光管焦面位置精度小于200 μm 的指标要求。
光电器件与材料

MEMS F-P 干涉型压力传感器

江小峰, 林春, 谢海鹤, 黄元庆, 颜黄苹
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2257-2262.
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摘要 ( 66 ) 引用本文
为了满足工业、航天、国防等领域对微型化压力传感器的需求,提出了基于微机电系统(MEMS,Micro electromechanical System)技术制作的非本征型光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器,该传感器传感头由全玻璃材料构成。主要研究了MEMS 技术制作全玻璃结构式压力传感器工艺,结合溅射、光刻、腐蚀等工艺在7 740 wafer 基底上制作出F-P 腔体,利用低压化学气相沉积(LPCVD)的方法在基底上沉积一层40 nm 的非晶硅作为中间层。通过阳极键合技术在温度400℃下完成玻璃与玻璃的键合,并搭建了该传感器的压力测量平台。实验结果表明:在压力线性范围0~400 kPa 内传感器具有很高的重复性,达到0.3%。灵敏度达到1.764 nm/kPa;在传感器使用范围0~80℃内,热敏感系数为 0.15 nm/℃。该传感器的研究对设计制作改善了该类传感器的热膨胀失配问题,对低温漂型压力传感器的研究有一定参考价值。

电子倍增CCD 模拟前端设计与信号优化

张龙, 何伟基, 顾国华, 陈钱, 黄强强
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2263-2269.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
基于电子倍增CCD(EMCCD)在微光低照度条件下的实时应用,针对EMCCD 对驱动信号相位、频率、幅度的严格要求,以及输出信号的特点,在深入分析模拟前端各部分功能的基础上,提出一种改善EMCCD 驱动电路,优化驱动信号质量,降低模拟前端噪声水平的驱动策略,设计一款实时、低噪、 稳定、适用于微光环境的EMCCD相机。工程验证表明,在环境照度为1×10-3 lx,信号时钟为12.5MHz,帧频为25帧/s 的条件下,EMCCD 相机具有实时快速成像能力,输出的模拟视频信号低噪稳定,成像系统捕获的图像清晰信噪比高,基本满足EMCCD 成像系统在微光低照度环境下的实时应用需求。

紫外临边成像光谱仪时间同步系统的优化

代霜, 王槐, 于涛, 宋克非
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2270-2276.
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摘要 ( 32 ) 引用本文
为了提高紫外临边成像光谱仪的系统在轨时间同步精度,提出了采用参考时钟源计算时钟漂移率的方法。对光谱仪的时间系统工作原理进行了分析,利用光谱仪系统中的1553 B 接口芯片的时标单元作为参考时钟源,获得连续的样本数据,确定了线性拟合计算时钟漂移率,实现对时钟漂移进行动态补偿和光谱仪时间系统优化。给出了基于GPS 时钟源的实时检测方法,采用高速FPGA 芯片设计了时间同步系统;应用仿真测试设备,记录光谱仪时间同步误差的动态变化,实现了动态测量优化后的光谱仪时间同步误差的目的。实验结果表明:优化后的系统实际测量开始时间误差<13 ms,不同测量持续时间下的测量结束误差<466.8 ms,不同积分时间下的测量结束误差<362.5 ms,满足光谱仪数据反演精度时间系统误差<512 ms 的要求。

锥形与金字塔形场发射尖端电学特性分析

傅剑宇, 陈大鹏, 王国胤, 吴迪
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2277-2282.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
场致电子发射具有高效、响应快等优点,有着广泛的应用前景。锥形和金字塔形尖端是两种常见的场发射尖端结构。主要分析了这两种尖端结构的场发射电学特性,并在此基础上提出了进一步实现结构优化的途径。为此,建立了两种尖端的三维模型,并利用有限元法深入讨论了结构尺寸,包括尖端曲率半径、尖端与阳极间距以及尖端高度对电场分布以及电场强度的影响。结果表明,减小尖端曲率半径、缩短尖端与阳极间距、以及选择适当的锥体高度是优化尖端场致电子发射性能的三个重要途径。在综合考虑电场分布以及电场强度的情况下,可以发现锥形尖端更有利于产生高密度小束径的低能电子束,而金字塔形尖端则更适用于高压力灵敏度的应用需求。

光电编码器两种精码波形细分方法原理误差对比

冯英翘, 万秋华, 宋超, 赵长海, 孙莹, 杨守旺
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2283-2288.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
光电编码器通常利用细分两路正交的码盘精码信号达到高分辨力的目的,为使细分技术更加完善,对基于三角波和基于正余弦波的两种细分方法进行了专题研究。分别对理想信号中存在直流误差、幅值误差、基波相位误差、高次谐波误差几种典型误差情况进行了分析,比较两种基于不同波形细分方法的抗干扰能力。实验对精码信号介于正余弦波和三角波之间的编码器进行测试,对于同一台编码器,采用正余弦波细分时精度为36",采用三角波细分时精度为42"。结果表明:基于正余弦波的细分方法抗干扰能力优于基于三角波的细分方法。对于高精度光电编码器研制和生产时,可利用正余弦波对精码信号进行细分或将实际信号校正至标准正余弦波再细分。
光通信与光传感

半导体增益介质对MSM 等离子体波导的传输损耗补偿研究

郭士亮, 牛力勇, 胡春海, 朱君, 孟靓, 李志全
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2289-2294.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
为了深入地研究在紫外波长范围内利用增益介质补偿等离子传输损耗,设计了具有半导体增益介质的金属-半导体-金属(Metal-Semiconductor-Metal,MSM)等离子体光波导结构。基于时域有限差分法(FDTD),对该波导结构的传输损耗、有效折射率随几何结构的依赖关系进行了分析。进一步研究了利用II-VI 族半导体ZnO 作为增益介质时的无损传播条件。结果表明,当ZnO 宽度为80 nm 时,MSM 等离子波导可以实现紫外波长范围的无损传播;当ZnO 宽度大于80 nm 时,传播增益明显大于损耗,可以实现等离子极化波的传播放大,为表面等离子体基元纳米激光器技术提供理论依据。

激光通信器热设计与热试验

孟恒辉, 耿利寅, 李国强
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2295-2299.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
激光通信器作为一种先进的光通信的设备,通信容量大,传输速度快,具有广泛的应用前景。其对设备温度均匀性和稳定性要求高来保证通信质量,且转动关节在两个方位上转动来更大范围地获取信号,转动关节裸露在外空间,都给热设计带来挑战。针对激光通信器的工作特性和外部空间环境规律,采用主动和被动热控方法开展热设计,对转动关节热设计、大功率密度光学器件散热技术、 散热面和高精度控温设计方面进行了介绍。并根据热设计状态,设计了单机的热平衡试验,通过高低温热平衡试验对热设计方案进行验证。试验结果表明,设计方案合理可行,为后续转动高热流密度的载荷热设计提供借鉴思路。

星地激光通信中地球背景辐射的抑制研究

胥全春, 俞建杰, 周彦平, 马晶, 谭立英
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2300-2306.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1433 KB)  ( 213 )
摘要 ( 41 ) 引用本文
研究了星地激光通信中地球背景辐射及其抑制技术。推导出了不同轨道处星上终端的地球背景辐射入瞳功率理论公式,提出了固有杂散辐射的概念,并对其作了理论推导。针对一个典型的终端对其地球背景辐射进行了理论计算,并设计了不同形式的遮光系统。最后利用光学仿真软件 LightTools 对不同轨道高度、不同遮光系统形式的星上终端的杂散辐射进行了仿真,得到了轨道高度以及遮光系统形式对杂散辐射的影响曲线,并对其作了分析。为星地激光通信中星上终端的地球背景辐射提供了理论依据,为星上终端的遮光系统设计提供了仿真依据。

基于异步幅度抽样的高速光信号色散监测方法

茅帅帅, 诸波, 王永强, 刘国庆, 夏丽, 胡芳仁
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2307-2311.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1766 KB)  ( 169 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
针对目前异步幅度统计直方图(AAH)对色散监测范围小、灵敏度低的缺点,提出一种基于异步幅度抽样(AAS)的色散监测方法,定义无量纲色散监测参数G,将色散与其他损伤因子分离开。使用 OptiSystem9.0 软件搭建了200Gbps DP-16QAM 监测系统,在不同信噪比和占空比下进行色散监测仿真实验,探讨了信噪比和占空比对该方法的监测精度的影响,并对色散监测误差进行了分析。仿真结果表明基于该参数的色散监测方法受噪声因子影响小、精确度高,能实现在0~600 ps/nm 全范围内对色散的有效监测,为在更高阶调制信号的光纤通信系统中进行色散监测管理提供一定的参考。

光电目标快速捕获系统设计及其实验研究

肖永军, 林贻翔
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2312-2317.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
在空间光通信系统中,终端平台目标光的捕获技术是通信链路建立的一项关键技术。考虑到传统的扫描捕获方式,系统捕获概率低、且耗时长,不利于通讯系统链路建立,因此提出采用GPS 进行目标快速定位,搭配水平和俯仰基准传感器,利用GSM 网进行无线传输,进而辅助APT 系统完成目标捕获的终端技术,并建立了目标快速捕获系统。基于该系统开展了多项实验研究,结果表明:对于固定点捕获,概率可达100%;对于模拟目标运动捕获,当模拟转速增大时,捕获平均时间增大,捕获概率降低,但仍然能维持在60%之上;对于低速动态捕获,也能较好地完成系统链路建立需求。
信息处理

采用快速混合蛙跳算法的微光图像增强

曾真, 陆麟, 王元庆
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2318-2323.
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摘要 ( 34 ) 引用本文
由于探测器灵敏度的限制,激光雷达、夜视等图像各点的相对灰度较低。基于更快速的混合蛙跳算法(A Fast Shuffled Frog Leaping Algorithm,FSFLA)提出了一种图像自适应快速增强算法。该算法采用了一种具有更大搜索范围、更快的收敛速度的快速混合蛙跳算法,降低了运算时间。它应用于微光图像的处理方面上,较传统的SFLA 算法能更快地达到图像增强的效果,更适用于实际应用场合。在给出24 个初值的情况下,传统的SFLA 算法须迭代平均20 次才能达到稳定的效果,而FSFLA 仅需6 次,因而大幅度地提高了运算时间。

小波域马尔可夫随机场在THz 图像处理中的应用

邢砾云, 张瑾, 崔洪亮
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2324-2334.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
目前THz 自由空间成像面临的挑战主要有大气损耗和水分吸收,辐射功率低,成像要获得高的信噪比,需要有更高功率的辐射源;数据获取时间长;图像质量仍需改善。分析了THz 成像技术的最新发展趋势及国内外发展现状。阐述了利用THz 辐射进行合成孔径成像、THz 压缩感知成像的基本原理,并对两种种成像方法形成的THz 图像的特点进行了分析。应用Wiener2,基于熵标准的ddencmp 选定小波系数阈值降噪法、Donoho 提出的小波系数阈值降噪法以及基于小波系数幅值渐近最优降噪法等图像降噪算法对THz 图像进行处理效果从均方根误差、信噪比、相关系数等方面进行了定性、定量的比较。提出将小波域马尔可夫随机场应用于THz 图像降噪中。主要完成了以下几个方面:对每个小波系数引入两个状态,一个状态对应图像的非平稳区域,如边缘;另一个状态对应图像平稳区。每个状态下的小波系数用高斯分布函数来描述,虽然每个状态下的小波系数服从高斯分布,但每个小波系数的两个状态混合模型服从非高斯分布。然后利用EM(Expectation Maximization)算法估计混合模型中的参数,采用贝叶斯准则初步确定理想图像小波系数的收缩因子。最后将小波域隐马尔可夫模型的降噪算法进行对比试验,仿真结果表明小波域隐马尔可夫模型的降噪算法更具有效性和优异性。

基于PCA 变换与小波变换的遥感图像融合方法

伊力哈木·亚尔买买提, 谢丽蓉, 孔军
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2335-2340.
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摘要 ( 53 ) 引用本文
针对传统的PCA变换遥感图像融合技术会丢失部分多光谱遥感图像的光谱信息变量,从而造成光谱图像信息域的失真问题提出了基于PCA变换与小波变换的遥感图像融合方法。该方法首先提出多光谱遥感图像信息域的各波段相关矩阵的特征值变量和特征向量域,对多光谱图像进行主分量的变换,继而求得各主分量变量;然后将非灰度图像与多光谱图像信息域的首个主分量做直方图信息变量的匹配,利用小波变换融合方法来实现多光谱图像信息变量的首个主分量与非灰度图像的融合,其多光谱图像的首个主分量被融合结果来替代; 最后对多光谱图像信息变量的3个主分量变量作逆主分量变换得到所需的最终融合图像信息域。仿真实验表明,该方法使最终融合的图像在多光谱信息的保持与空间细节信息的增强两个方面的综合性能均得到提高。

基于CHMM 的尖锐频率局部化Contourlet 域图像去噪

张红英, 罗晓清, 吴小俊
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2341-2348.
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摘要 ( 46 ) 引用本文
提出了一种基于上下文信息隐马尔科夫模型(CHMM)的尖锐频率局部化Contourlet 域图像去噪方法。首先,对噪声图像进行循环平移操作,再利用尖锐频率局部化Contourlet 变换对平移后的图像进行分解,解决了原始Contourlet 变换频率非局部化及缺乏平移不变性的问题,抑制图像在奇异点处产生的伪吉布斯现象。然后,设计一种新的上下文构造方案,针对图像高频子带系数构建CHMM 进行去噪处理。最后,执行尖锐频率局部化Contourlet 逆变换以及逆向循环平移操作获得最终的去噪图像。文中方法采用有效的变换机制并利用上下文信息构建了一个全面的统计相关模型,充分表达了轮廓波高频子带系数在尺度间的持续性、尺度内的多方向选择性和空间邻域内的能量聚集特性,更加有利于图像的去噪处理。实验结果表明:该方法在提高去噪图像PSNR 值的同时进一步改善了其视觉效果,去噪性能优于基于小波变换和原始Contourlet 变换的去噪方法。

目标增强的红外与微光图像融合算法

张宝辉, 闵超波, 窦亮, 张俊举, 常本康
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2349-2353.
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摘要 ( 50 ) 引用本文
对于红外与微光图像融合,虽给为观察者提供了更多的图像信息,但是同时由于过多的背景信息反而掩盖了重要的目标信息,为了兼顾背景信息丰富和增强目标的需求,提出了一种新的目标增强的融合算法,首先改进了传统的顶帽变换算法,用来增强红外图像的目标信息,同时去除一些冗余的红外背景信息,然后利用人眼对颜色的敏感特性,将微光图像与红外图像通过色彩映射公式映射到相应的色彩空间进行融合,结果显示,该算法不但能提供丰富背景信息,同时也增强了重要的目标信息。

基于嵌入式多核DSP 系统的并行粒子滤波目标跟踪

田立, 周付根, 孟偲
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2354-2361.
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摘要 ( 39 ) 引用本文
目标跟踪中的伺服系统需要极低的跟踪延时,由于粒子滤波跟踪算法固有的庞大计算量使得目标跟踪的精度大受影响。提出了一种粒子滤波跟踪算法在多核DSP 系统中的快速实现方法。首先,利用DSP 片上的包加速器来降低以太网相机的采集延时以及CPU 占用率,CPU 占用率从31%降低到10%;其次,通过手动操作高速缓存的刷新和实效,解决了多核同时共享图像数据带来的存储器一致性问题,多个核能通过高速缓存快速获取图像数据;最后,通过在多核核心上设置代理任务的方法,建立了一种多核并行计算的机制。粒子滤波算法中计算复杂度高的运算阶段被分配到多个核心上同时运算,实现了算法的低延时。实验结果显示8 核加速比达到7 倍以上,优于开放多处理标准 OpenMP 的并行优化效果。

变结构多模型临近空间高超声速飞行器跟踪算法

肖松, 谭贤四, 王红, 李志淮
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2362-2370.
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摘要 ( 28 ) 引用本文
针对传统跟踪算法跟踪临近空间高超声速目标时计算量大、跟踪精度低的问题,提出了一种变结构多模型跟踪算法。在分析传统跟踪算法的基础上,建立了一种变转移概率、变模型数量的目标模型,通过目标运动状态辨识方法,确定目标飞行阶段,并选择相应滤波模型和模型转移概率,实现变结构多模型跟踪。Monte Carlo 仿真结果表明:新算法能够实现对临近空间高超声速飞行器的有效跟踪,跟踪性能比传统变结构多模型跟踪算法更加优越,具有一定实用性和可推广性。

基于多尺度自适应稀疏字典的小弱目标检测方法

王会改, 李正周, 顾园山, 唐岚, 王臻, 金钢
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2371-2378.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
针对单尺度固定函数的滤波器难以有效剔除杂波和提高小弱目标检测性能的不足,文中研究建立多尺度自适应稀疏字典,提出了一种多尺度自适应形态稀疏字典检测小弱目标方法。首先根据图像信号内容建立多尺度自适应形态稀疏字典,并将图像信号在多尺度稀疏字典中进行稀疏分解;然后在分析小原子稀疏表示系数的基础上建立稀疏表示系数直方图,并利用指数函数拟合小尺度原子的稀疏表示系数直方图;最后,根据指数函数拟合参数在杂波、噪声和目标表现出的差异检测小弱目标。该多尺度稀疏字典利用大尺度原子描述图像背景杂波,小尺度原子捕获图像细小特征。实验结果表明,与小波算法和Contourlet 算法相比,文中方法能更为有效地抑制背景杂波,减少背景残留,从而提高小弱目标检测性能。

多普勒盲区条件下空地预警雷达多目标协同跟踪方法

付莹, 汤子跃, 孙永健
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2379-2386.
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摘要 ( 25 ) 引用本文
针对多普勒盲区条件下预警机雷达多目标跟踪问题,基于交互式多模型(IMM,Interacting Multiple Models)、联合概率数据互联(JPDA,Joint Probability Data Association)和分布式不敏卡尔曼滤波(UKF,Unscented Kalman Filter)提出了预警机雷达与地基雷达对目标进行协同跟踪的方法。该方法利用目标的状态估计和预测实时计算每部雷达的动态融合权值,预测目标的多普勒频率。当预警机雷达对目标的量测不存在且检测到目标进入预警机雷达多普勒盲区时,由预警机雷达对目标状态进行外推,以此产生虚拟量测,用虚拟量测与地基雷达协同跟踪对目标的融合估计状态进行更新;若预警机雷达对目标的量测不存在且目标不是进入多普勒盲区时, 由地基雷达单独对目标的融合估计状态进行更新。当目标飞出预警机雷达多普勒盲区后,将预警机雷达对目标的状态估计再次与地基雷达进行关联,并根据动态权值融合更新目标状态。仿真结果表明,该方法能够改善多普勒盲区内多目标航迹的连续性和跟踪精度。

抗仿射形变异构金字塔复合描述点特征匹配算法

杨晟, 李学军, 朱诗兵, 刘涛
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2387-2392.
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摘要 ( 19 ) 引用本文
不同视角下具有一定变形的高分辨率大尺寸影像之间的匹配是遥感、摄影测量和计算机视觉等领域的难点。提出了抗仿射形变异构金字塔复合描述点特征匹配算法(RAIPy MuDePoF 匹配算法):构建了基于sinc 函数卷积变换的多尺度异构金字塔影像结构,提出采用变换影像的sinc 梯度、主方向和变形程度拟合仿射协变区域,在特征点的仿射归一化区域中,提出新的抗旋转投影累积量描述子和加权直方图辅助描述子进行复合描述,最后在大尺度匹配特征拟合变化参数和可信度的引导下实现尺度域的点特征匹配。大量试验表明,算法对尺度变化、旋转、噪声和一定程度的视角变换和变形具有很强的适应性,性能优于当前很好的匹配算法。

基于高光谱成像技术的小黄瓜水分无损检测

李丹, 何建国, 刘贵珊, 贺晓光, 王松磊, 吴龙国
红外与激光工程. 2014, 43 (7): 2393-2397.
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摘要 ( 30 ) 引用本文
利用近红外高光谱成像技术对小黄瓜的水分进行无损检测研究。采用多元散射校正和 Savitzky-Golay 卷积平滑对900~1700 nm波段范围内的原始光谱进行预处理,选取最优的预处理方法;运用偏最小二乘回归系数选择特征波长,建立全波段和特征波长下的偏最小二乘水分预测模型。结果表明,经过Savitzky-Golay卷积平滑处理后的光谱建模效果最好,且利用特征波长建立的小黄瓜水分校正和验证模型的相关系数和均方根误差分别为0.86,0.90 和0.111,0.156,优于全波段建立的模型。研究表明,采用高光谱成像技术对小黄瓜水分的无损检测是可行的。
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