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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:吕跃广
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
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   » 光电测量技术
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2014, 43 (1)   出版日期:2014-01-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光电器件与材料 先进光学成像技术 信息处理 红外技术及应用 光电测量 
红外技术及应用

红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

杜渐, 费锦东
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 1-5.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1163 KB)  ( 155 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
在红外探测系统中,当目标信号比较弱时,少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比,从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统,系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性,提出了一种新的基于光线光学的计算模型,讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法,并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图,并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。

飞行器8~14μm波段红外特征的数值研究

王杏涛, 张靖周, 单勇
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 6-12.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3285 KB)  ( 146 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
在飞行器机身表面的温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热,以及排气喷流对飞行器后体的传热等影响, 采用数值计算的方法对飞行器8~14μm波段的蒙皮及发动机壁面红外辐射特征进行了研究,分析了飞行器机头、机身(含进气道)、机翼、发动机舱(含飞行器后体)、垂直尾翼、水平尾翼和发动机喷管腔体等部位的红外辐射。结果表明:蒙皮辐射是飞行器8~14μm波段红外辐射的主要组成部分,发动机壁面红外辐射主要集中在飞行器尾向±50°范围内;在不同的观测平面,飞行器不同部位对整机8~14μm波段的红外辐射贡献比例各有侧重,飞行器机身、机翼、发动机舱和垂直尾翼是飞行器8~14μm波段红外辐射的主要部分;飞行马赫数提高将加剧机身气动加热效果,飞行机不同部位所占的红外辐射比例将有所改变。

影响红外目标探测亮度的因素

易亚星, 姚梅, 吴军辉, 乐开端
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 13-18.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1259 KB)  ( 143 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
文中就红外目标探测实验中,目标辐射亮度随作用距离增加而增强的现象提出问题。以红外探测亮度方程为理论基础,利用大气辐射传输软件LOWTRAN,对目标与背景的红外辐射亮度、路径辐射亮度、路径透过率、距离和有效作用面积等影响红外目标探测亮度的各项因素进行了深入的分析。结果表明, 随着作用距离的增加, 背景辐射亮度增加在所有影响探测亮度的因素中占据主导地位,最终使得目标辐射亮度增加。通过文中的分析,合理解释了实验现象,对于设计红外探测系统、跟踪系统的目标提取算法具有十分重要的意义。

基于分体式Sagnac干涉仪的长波红外干涉成像光谱系统

孟合民, 高教波, 郑雅卫, 张磊, 范喆, 骆延令, 李明伟
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 19-25.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3269 KB)  ( 136 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
介绍了基于分体式Sagnac 干涉仪的静态高通量干涉成像光谱技术的基本原理,设计并实现了长波红外宽波段“等比消偏振”分光膜系,给出了干涉仪尺寸的设计方法并利用TracePro 软件验证了设计的干涉光路。使用制冷型和非制冷型探测器对该红外干涉成像光谱仪方案进行了塑料薄膜透过率测试,实验结果与高精度Michelson 光谱仪测量值有较高的吻合度,证实了该方案的正确性。最后进行了推扫实验,给出了数据重排、基线校正和“切趾”等数据预处理方法,验证了该系统方案工作模式的可行性。

红外成像导引技术应用中若干问题的分析

王延新, 刘琪, 李兆熠, 张爱珍
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 26-32.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1487 KB)  ( 403 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
从第一部红外导引系统问世以来, 因其优异的特性各国都投入大量精力进行红外制导技术的研究,历经了三代探测器类型转变的快速发展,已经取得了大量成熟的应用。近20 年来,红外成像导引技术的应用———红外成像制导武器,在国外历次战争中都发挥出了决定性的作用。并且随着科学技术的进步和战场需求的变化,红外成像技术又面临着新的发展机遇和挑战。文中介绍了国外红外成像导引技术的发展历程以及武器装备的研制、改进情况,探讨了在现代战争中红外成像导引技术的特点及发展趋势,最后进行了总结并提出了期望。

估算红外成像作用空间分辨率的新方法

陈艳菲, 王利恒, 王洪伟
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 33-38.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1104 KB)  ( 133 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
提出了一种新的基于特征熵的估算红外成像作用空间分辨率的方法,研究红外目标在各分辨等级(发现、识别、确认)所需的红外成像空间分辨率。首先,通过下采样获取各分辨率等级下的目标图像;其次,提取目标的特征(纹理、形状和全局统计特征),并对目标的特征空间进行归一化,得到其特征直方图;然后通过计算其特征熵,度量目标的信息量;最后根据设定的阈值,给出红外目标在不同的识别等级下所需的最低成像分辨率结论,并以计算机仿真红外目标为例进行验证。实验结果表明:文中结论与识别结果较好吻合,能够为红外识别系统的优化设计和分析提供参考依据。

基于偏振成像的红外图像增强

周强, 赵巨峰, 冯华君, 徐之海, 李奇, 陈跃庭
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 39-47.
全文: HTML (1 KB)  PDF (4495 KB)  ( 213 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
针对红外图像对比度低,细节纹理较弱的特点,利用物体偏振特性提出基于偏振成像的红外图像增强方法,即获取红外偏振度图像并与源光强图像融合。首先,分析了偏振成像理论,利用偏振成像技术获取偏振图像。其次,为了能够充分获取偏振度图中的信息,运用剪切波变换对图像进行多尺度分解。最后,采用区域特征匹配融合策略,得到增强图像。为测试方法的有效性,搭建实验装置,进行实拍图像实验。主观与客观评价结果均表明,增强后的图像较原图像具有更加丰富的图像细节与偏振目标信息,对目标识别与探测具有重要意义。

红外舰船目标的要害点检测算法

赵微, 惠斌, 张玉晓
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 48-52.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1343 KB)  ( 187 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
针对红外成像与跟踪系统中舰船目标自动识别转跟踪后的跟踪点自动选取问题, 提出了一种新的舰船目标要害点自动检测算法。基于舰船吃水线位于船体位置下方的几何关系以及动力舱的高亮度特征,检测吃水线和动力舱的交叉部位作为首要攻击点,将吃水线中部作为次要攻击点。首先对目标区域进行去噪预处理,通过Canny 边缘提取、边缘闭合、两次连通域去噪等操作滤除背景纹理杂波确定目标的边缘,然后对目标底部边缘进行分段直线拟合,将拟合结果作为吃水线,最后利用灰度值统计确定最亮区域为求取的动力舱位置。实验结果统计表明,该方法检测结果稳定,具有良好的鲁棒性,适用于不同观测方向下的红外舰船目标的要害点检测,为跟踪点的自动选取提供了有效解决方案。

旋翼气动加热对直升机红外特征分布的影响

任利锋, 张靖周, 单勇, 刘喜岳
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 53-60.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3581 KB)  ( 112 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
文中采用数值模拟的方法较为系统地研究了旋翼表面温度分布及其对直升机红外辐射特征分布的影响。结果表明:(1)旋翼桨叶上自旋翼转轴到翼尖温度分布呈依次递增的趋势,最高温度值为316K,高出环境温度29 K;遮挡罩表面最高温度值为317 K,高出环境温度30 K;(2) 探测角度一定时,旋翼红外辐射强度随时间上下波动, 旋翼在3~5 μm 和8~14 μm 波段红外辐射强度随时间的变化趋势基本一致;(3) 旋翼气动加热后3~5 μm 波段和8~14 μm 波段红外辐射强度值的增量占整机固体对应波段总的红外辐射强度的比重分别为15%~16%、5%~6%;(4)同一发射率下,气动加热的旋翼8~14 μm 波段红外辐射强度远大于3~5 μm 波段,约为3~5 μm 波段辐射强度的30 倍,其8~14 μm 波段红外辐射强度约占整机固体8~14 μm 波段红外辐射强度的30%~40%, 但降低旋翼表面发射率能有效降低旋翼8~14 μm 波段红外辐射强度,同时也能降低旋翼辐射占整机辐射的比重。

具有自适应校正功能的红外成像系统设计

王华伟, 曹剑中, 马彩文, 张辉, 武登山
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 61-66.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1789 KB)  ( 261 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
针对红外焦平面阵列(IRFPA)响应随温度及时间漂移的特点,及红外成像系统兼备测量和监视的要求, 设计了一种能够对环境自适应的长波非制冷红外成像系统。系统采用FPGA 单处理器架构,实现系统控制和图像处理等功能,简化了系统架构,降低了功耗。采用ADN8830 进行控温,使探测器工作在最佳工作温度点,保证了探测器的成像性能。提出了基于黑体快门的非均匀性校正技术,实现了红外图像的实时校正,并有效补偿了外部环境的影响。视频输出采用模拟和数字双输出方式,模拟视频输出为图像增强后输出,便于人眼观察,数字输出为12 bit 量化原始输出,可用于测量,系统可同时满足监视和测量的要求。试验结果表明,系统具有成像质量良好、环境适应性强、功耗低等特点。

基于广义变分正则化的红外图像噪声抑制方法

钱伟新, 王婉丽, 祁双喜, 程晋明, 刘冬兵
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 67-71.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3174 KB)  ( 163 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
文中提出了一种广义变分正则化的红外图像噪声抑制方法,该方法采用p-范数代替目前广泛被采用的全变分范数作为正则项,构造了用于抑制图像噪声的展平泛函,从而将图像噪声抑制问题转化为能量泛函优化问题。通过推导,得到了相应的用于图像噪声抑制的非线性偏微分方程,并采用固定点迭代算法进行线性化求解,使得迭代解稳定收敛。数值试验结果表明,该方法能够有效地去除图像噪声,较之全变分图像噪声抑制方法,新方法进一步提高了对小宽度图像边缘的保持能力,是一种有效且性能优良的红外图像噪声抑制方法。

红外测距仪电路延时模拟检测研究

王伟明, 陈志斌, 沈晓彦, 刘宝华, 刘羽翔
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 72-76.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1112 KB)  ( 189 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
对红外测距仪进行性能检测时,需要高精度稳定可调的模拟距离测试值。光纤作为一种理想的距离模拟器件具有稳定性好、精度高等特点,但随着模拟距离的增加其存在体积质量大、便携性和灵活性差等缺点。为弥补光纤延时模拟检测方法的不足,研究了基于电路延时的模拟距离产生方法,设计了模拟回波生成电路和高精度模拟回波延时控制电路,分析了系统的固有延时及误差。采用高精度时间-数字转换器件对模拟检测电路进行了验证,模拟距离控制精度可达±0.5 m,形成了对光纤延时模拟检测方法的有力补充。
激光与光电子技术

双色飞秒强激光作用下的CO2分子高次谐波

卢发铭, 张盛, 夏元钦, 陈德应
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 77-80.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1008 KB)  ( 189 )
摘要 ( 42 ) 引用本文
实验研究了双色场条件下CO2 分子高次谐波辐射, 通过改变充气气压获得偶次谐波最大为28th。此外,通过变化气体盒内激光焦点位置从而显著改变24th 谐波光子能量。实验发现在气体盒內谐波强度存在两个极大值,这是因为不同区域内相位匹配出现长短轨道选择的结果。实验结果表明,双色场驱动的分子高次谐波可成为具有发展前景的多波长可调谐相干XUV 光源。

基于人工鱼群算法的机抖激光陀螺温度补偿

于旭东, 徐瑜浓, 魏国, 龙兴武
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 81-87.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1582 KB)  ( 131 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
温度是影响激光陀螺精度的主要因素之一,对温度引起的机抖激光陀螺漂移进行精确建模,对提高激光陀螺捷联惯导系统的精度具有十分重要的意义。介绍了机抖激光陀螺的温度特性,建立了基于改进人工鱼群算法(Improved Artificial Fish Swarm Algorithm,IAFSA)的机抖激光陀螺温度补偿模型,给出了IAFSA 建模的详细步骤和方法, 对传统的逐步回归方法和IAFSA 进行了比较。结果表明:IAFSA可以对温度引起的激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.001 85(°)/h,比传统的逐步回归方法建模精度提高了15.5%,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,设计了两种典型的温度试验,获得了满意的补偿效果。

使CO2浓度测量误差减小的星载激光雷达波长优化

谢杨易, 刘继桥, 姜佳欣, 陈卫标
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 88-93.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1212 KB)  ( 215 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
研究了星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达系统工作波长与大气CO2 分子柱线浓度测量误差之间的关系,并优化波长以降低测量误差。首先介绍CO2 分子柱线浓度测量原理,理论分析并模拟仿真了系统随机误差、温度不确定性误差、频率不稳定性误差和水蒸汽干扰误差随激光雷达工作波长变化关系,优化工作波长使浓度测量总误差达到最小值。最终选定激光雷达on-line波长为6361.2250cm-1,off-line 波长为6 360.99 cm-1,并仿真计算得到温度不确定性为1 K、频率不稳定度为0.6 MHz 时,共导致的CO2 柱线浓度测量误差为0.587×10-6,达到CO2 浓度测量精度1×10-6 的要求,为星载IPDA 激光雷达系统实现高精度CO2 柱线浓度探测优化系统参数提供了参考。

浅析元件参数对外腔半导体激光器输出谱宽影响

李元栋, 武永福, 胡猛, 孙瑞
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 94-97.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1047 KB)  ( 174 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)需大功率窄线宽泵浦源,但市售半导体激光器输出线宽远远大于碱金属原子吸收谱宽,难以实现有效泵浦,因此需采用Littrow 外腔法压窄半导体激光器输出谱宽。Littrow 外腔系统中元件参数的选择直接影响大功率半导体激光器输出谱宽。为此文中沿入射光线方向构建外腔压窄模型,利用球面镜替代柱面镜,分析了微柱透镜阵列、光学系统和光栅元件对外腔输出谱宽的影响,模拟结果为微柱透镜阵列焦距越小、光栅刻线越密、球面镜焦距越大,外腔输出谱宽越窄,实验结果符合理论模型。

应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率

赵培娥, 罗雄, 曹文勇, 赵彬, 冯立天, 李晓锋, 谭锦, 周鼎富
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 98-102.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1835 KB)  ( 152 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
脉冲相干测风激光雷达距离门内的回波具有中频高、频带宽、采样点稀疏等特点。采用传统的信号处理方法, 雷达频谱分辨率很难提高。在研究无线电雷达信号频谱细化技术的基础上, 采用Zoom FFT 频谱细化结合数字滤波器组的方法, 通过仿真研究验证了该方法对提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率具有良好效果。文章介绍了Zoom FFT 算法和数字滤波器组的原理,对模拟低频和高频信号进行了仿真,并且利用真实风场数据进行了验证,充分证明了该算法对于提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率的有效性。

基于半导体激光器的脉冲整形技术

林平, 刘百玉, 缑永胜, 白永林, 王博, 白晓红, 秦君军, 朱炳利, 杨文正, 朱少岚, 高存孝, 欧阳娴
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 103-107.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1584 KB)  ( 142 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
论述一种新的激光脉冲整形方法-利用任意形状的整形电脉冲直接驱动半导体激光器,产生与电脉冲形状一致的激光脉冲, 作为高功率激光装置的种子光源。使用GaAs 场效应管作为开关器件,使用超宽带脉冲触发场效应管产生整形电脉冲,引入阻抗渐变微带技术克服了触发脉冲损耗对级联场效应管数量限制,将整形电脉冲脉冲宽度扩展到10 ns。以整形电脉冲直接驱动半导体激光器,可产生脉宽为10 ns,时域调节精度为330 ps 的任意整形激光脉冲。

新型金属铟酞菁酯的光学非线性和光限幅特性

吴幸智, 刘大军, 杨俊义, 宋瑛林
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 108-112.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1239 KB)  ( 122 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
文中介绍了一种新型金属铟酞菁酯化合物的合成方法。为了研究该化合物的非线性光学性质,在532 nm波长下,分别使用皮秒和纳秒脉冲对样品进行了Z扫描测试。实验结果表明该样品在皮秒和纳秒时域都有很强的反饱和吸收以及非线性正折射。对Z扫描实验数据进行数值模拟分别得到样品在皮秒和纳秒脉冲作用下等效的三阶非线性吸收系数和三阶折射率:βps=4.1×10-11m/W,γps=4.5×10-19m2/W 以及βps=5.1×10-9m/W,γps=1.5×10-16m2/W。分析讨论了激发态能及对该化合物非线性光学性质的影响,并使用纳秒脉冲激光对样品进行了光限幅测试,在T/T0=0.5时,阈值为2.0J/cm2,实验结果表明该样品拥有良好的光限幅性能。

不同激光参数下煤粉颗粒流等离子体特性分析

陈世和, 陆继东, 董璇, 潘凤萍, 张曦, 姚顺春, 李军
红外与激光工程. 2014, 43 (1): 113-118.
全文: HTML (1 KB)