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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
   » 微納光学
   » 太赫兹技术及应用
   » 光通信与光传感
   » 光电测量技术
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2013, 42 (6)   出版日期:2013-06-25
  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 太赫兹技术及应用 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 
红外技术及应用

基于CTIA的PV-HgCdTe线阵近红外激光响应特性

邱伟成, 王睿, 许中杰, 程湘爱
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1394-1398.
全文: HTML (1 KB)  PDF (291 KB)  ( 132 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
使用超连续谱激光辐照PV 型线阵HgCdTe 探测器,探测到了线阵器件输出信号随光照强度变化的全过程,发现了被辐照单元过饱和降压、低压稳定输出的反常响应规律;同时,未被辐照单元也存在响应。在总结实验响应规律的基础上,给出了各不同响应阶段功率阈值范围,并分别对辐照单元出现的过饱和降压、低压稳定输出等异常现象及未被辐照单元存在的整体降压反常响应现象进行了深入研究。研究认为采用CDS 相关双采样电路使器件的基底信号在强光下存在光响应是造成辐照单元异常响应的主要原因;而器件内部公共P 级结构、电路共用Vref 电压结构是导致未被辐照单元反常响应输出的主要因素。

高超声速飞行器气动热辐射特性

王亚辉, 王强, 高磊, 肖力平, 徐力
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1399-1403.
全文: HTML (1 KB)  PDF (415 KB)  ( 185 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
飞行器在大气层内高速飞行时,高速气体来流在飞行器顶端形成高温高压气体绕流,并对顶端光学探测窗口形成强烈气动加热,光学窗口温度急剧上升,高温气体和光学窗口的红外辐射对探测系统形成严重的气动热辐射效应,探测信噪比下降。针对非灰混合气体和光学窗口材料的辐射特点,采用介质辐射传输方法,模拟了钝锥球头外形头部且顶端安装探测窗口飞行器的气动热辐射,研究了气体和窗口热辐射随时间的发展及其与窗口材料的关系。结果表明,高温气体的热辐射与飞行器的运动状态关系密切,而光学窗口的热辐射随飞行时间增加而迅速增强,逐渐成为气动热辐射的主要因素,因此抑制光学窗口的温度上升速度和幅度是减弱气动热辐射的关键。

导弹主动段天基紫外探测像面照度建模与仿真

黄晨, 梁小虎, 高昕, 王建军
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1404-1409.
全文: HTML (1 KB)  PDF (437 KB)  ( 124 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
分析了导弹尾焰紫外辐射原理和能量传递方程,结合导弹主动段运动方程,建立了尾焰紫外辐射模型。考虑大气透过率和地球背景亮度的影响,得到导弹主动段尾焰紫外辐射与探测器像面辐照度关系。基于SBIRS-GEO 预警卫星的探测仿真,比较了不同探测波段下高、低弹道尾焰紫外辐射的像面辐照度变化。结果表明:紫外辐射在大气中的传输特性是影响像面辐照度变化的主要因素;相比于300~400 nm 波段,200~300 nm 波段可以提早发现目标、降低发现高度,更适宜作为探测波段。

复杂地面场景下的红外运动目标跟踪

彭晨, 陈钱, 钱惟贤, 徐富元
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1410-1414.
全文: HTML (1 KB)  PDF (455 KB)  ( 110 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
复杂地面场景下的红外目标易受背景影响并经常出现遮挡情况,难以简单地依靠亮度或梯度信息检测并跟踪目标。根据复杂背景下红外运动目标与背景的速度场差异,提出了利用光流对目标进行跟踪的算法。首先对图像进行配准,保证在随动跟踪时背景的相对静止;然后在目标的跟踪波门内计算改进的Horn-Schunck 光流;最后根据目标的光流特征,优化粒子滤波算法中粒子的转移概率,实现对目标的稳健跟踪。实验结果表明,该跟踪算法能对复杂地面场景下的红外运动目标持续跟踪,并不受目标被短时遮挡的影响。

基于同步脉冲光源的抗环境红外FTIR多点触摸算法

李江晨, 徐小维, 韩君佩, 胡昱, 邹雪城
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1415-1420.
全文: HTML (1 KB)  PDF (525 KB)  ( 126 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
多点触摸技术已应用在生活的诸多方面,带来了人机交互上的巨大便利。在多种新型的基于视觉的多点触摸技术中FTIR 技术是极具潜力的优势技术,但是该技术会受环境红外噪声干扰,不能有效识别日光环境下的手指触点信号。针对环境红外噪声干扰的问题,提出了一种基于同步脉冲光源的相邻帧差算法(SPLA)使得FTIR 技术具有良好的抗环境红外噪声的特点,可在日光环境中有效识别手指触点。同时还构建了嵌入同步脉冲光源的多点触摸硬件平台,实现了SPLA 算法,并进行了大量的触摸实验。实验结果表明,相比于传统的背景差算法,SPLA 算法的触点对比度提高了将近3.5倍,可以准确地识别出触摸点。鉴于硬件实现的通用性,SPLA 算法还可应用到其他多点触摸平台,具有较强的可移植性。

基于红外辐射聚合模型的城市街道红外辐射特性分析

韩哲, 李大鹏, 薛斌党, 白相志, 周付根
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1421-1425.
全文: HTML (1 KB)  PDF (541 KB)  ( 114 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
城市环境中建筑物的反射辐射与发射辐射是影响城市街道红外遥感特性的重要因素。基于红外辐射聚合模型(Thermal infrared radiance simulation with aggregation model,TITAN),对红外辐射在城市街道场景中的传输过程与分配过程进行了分析,基于Cook-Torrance 模型,理论上计算并重点分析了邻近街道的建筑物窗户与墙壁的反射辐射与发射辐射对街道红外辐射特性的贡献,对影响邻近环境辐射的主要因素进行了讨论,为城市场景中景物的红外辐射特性研究和红外遥感特性分析提供了理论参考。

基于ANSYS的目标红外特性建模与仿真方法

任亮, 陈钱, 钱惟贤
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1426-1431.
全文: HTML (1 KB)  PDF (537 KB)  ( 122 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
目标红外仿真建模是实时红外场景仿真的关键部分。为了快速准确的建立目标红外仿真模型,提出一种结合CAD 技术和有限元热分析的目标红外特性通用仿真方法。首先对目标的红外特性进行理论分析。然后使用Solidworks 对目标进行几何建模;将目标模型导入ANSYS 进行有限元热分析;利用热分析获得目标的节点温度点云数据与节点拓扑结构,在仿真软件系统中重建目标的三维红外辐射场分布,并获得了目标的红外目标辐射特征结果。分析结果表明,仿真模型能够很好地逼近实测数据,有效地模拟仿真目标的红外辐射特征。

调幅式红外导引头干扰机理

钱方, 郭劲, 邵俊峰, 王挺峰
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1432-1436.
全文: HTML (1 KB)  PDF (631 KB)  ( 119 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
基于调制盘的红外制导导弹严重威胁战机的生存,需要开展机载红外对抗技术研究以保护战机的自身安全。以旭日升型调幅式调制盘为例,介绍了调制盘的工作原理,分析了中波红外激光干扰调制盘的机理,使用MATLAB 模拟了不同幅度、频率、相位的调制脉冲信号对调制盘系统的干扰情况。结果表明:干扰光强度与目标辐射强度之比从1 提高到10 时,方位角误差由3.6°变为14.4°,失调角误差由2.4°变为10.8°。当干扰信号角频率与调制盘载波频率接近时,方位角误差变为151.2°,失调角误差变为28.4°。单纯增加干扰光的强度对实现干扰贡献不大,会增加调制盘系统接收信号的强度,易暴露目标。幅值缓变的干扰信号虽然能使调制盘导引头的接收信号出现偏差,但不会让目标完全摆脱导弹跟踪,而角频率接近载波频率的干扰信号会使导引头接收不到准确信号,最终实现干扰。
激光与光电子技术

受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究

王国松
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1437-1442.
全文: HTML (1 KB)  PDF (575 KB)  ( 102 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
基于受激布里渊散射的位相共轭激光器能够产生自调Q 脉冲并有效改善光束质量,分析了位相共轭激光器的自调Q 机理,认为SBS 属于快开关,可以采用阶跃函数描述而无需考虑过渡腔中复杂Q 值变化过程,分析了起始腔后反射率、耦合输出率以及SBS 饱和反射率对Q 调制过程以及输出脉冲时域和能量特性的影响,认为在设计SBS 激光器时应在保持阈值前提下选取具有较低后反射率的腔镜和具有较高SBS 饱和反射率的介质,在综合考虑耦合输出效率前提下优化选取合适的耦合输出率。

光纤激光相干合成中倾斜和锁相同时控制的实验研究

王雄, 王小林, 周朴, 粟荣涛, 耿超, 李新阳, 许晓军, 舒柏宏
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1443-1447.
全文: HTML (1 KB)  PDF (594 KB)  ( 140 )
摘要 ( 32 ) 引用本文
光纤激光的相干合成是获得高能量密度、高光束质量激光输出的有效方法之一。在相干合成中,各个单元光束的倾斜波前畸变和活塞相位误差对合成的效果具有重要影响。搭建了两路光纤激光相干合成系统,利用光纤自适应准直器和相位调制器对相干合成中倾斜波前畸变和活塞相位误差进行校正。实验系统以高速相机采集的光斑数据作为评价依据,通过计算机程序进行控制,控制算法为随机并行梯度下降算法。在倾斜和锁相控制前,合成光斑的条纹对比度为0.03,桶中功率为8.03;在倾斜和锁相控制后,合成光斑的条纹对比度达到了0.59,桶中功率达到了32.89,说明实验中倾斜和锁相控制显著提高了相干合成的效果。

基于对比度调制法对条纹管激光雷达距离像的去噪方法

葛明达, 孙剑峰, 王天骄, 王骐
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1448-1452.
全文: HTML (1 KB)  PDF (624 KB)  ( 113 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
激光雷达的距离像是雷达成像系统区别于其他的成像系统(如红外成像系统、可见光成像系统)所特有的信息,它是对目标精确识别、打击的基础。如何对距离像去噪直接决定了下一步目标定位、识别的精确性。针对雷达距离像的特点,提出了一种基于对比度调制方法对条纹管激光雷达的距离像去噪方法,通过提取距离像噪声的对比度信息,用其调制未经过去噪的距离像,从而得到距离像中的噪声图像,最后用未经过处理的距离像减去噪声图像,得到图像即为去噪后距离像。研究表明该方法去噪效果明显,在去噪的同时很好地保持了距离像的边缘信息,去噪后图像的信噪比明显提高,距离像的属性也没有改变,这是其他方法对距离像去噪所不具有的优点。

激光定距引信远场光斑的压缩整形

张祥金, 郭婧, 张合
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1453-1457.
全文: HTML (1 KB)  PDF (628 KB)  ( 197 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
针对激光定距引信的小型化激光发射系统远场光斑过大、探测距离偏近的问题展开研究。利用几何光学原理对激光定距引信的发射光学系统进行设计,采用非球面透镜与变形棱镜组合实现引信远场光斑的压缩整形,并通过ZEMAX 光学软件仿真优化和光斑试验。仿真试验结果表明,发射光束经过光学系统后,500m处的激光光斑直径被压缩到10 mm 且呈圆对称形状,准直效果显著优于柱透镜光学系统,使原有小型化、低功耗的激光定距引信探测距离明显增大。

激光三角法位移测量中光强度的模糊自适应控制

褚俊, 李顶根, 罗锋, 刘明勇
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1458-1462.
全文: HTML (1 KB)  PDF (668 KB)  ( 120 )
摘要 ( 7 ) 引用本文
在激光三角法位移测量系统中,激光的强弱、被测表面颜色、粗糙度等对测量精度有着显著的影响。提出了新的光强度模糊自适应控制方法,智能控制激光功率、光积分时间以及CCD 放大增益来调节系统光强度,达到最合适光强度;在被测表面形态变化的情况下能够实现光强度自适应控制,提高位移测量的精度;计算机仿真将不同的系统光强度调节到预设值3200,验证了控制策略的可行性。并经实验表明,通过控制上述三种要素,CCD 接收到的信号强度能够调节到预期范围,而且测量小位移时精度提高了5%。

圆型厚屏频率选择表面的特性研究

汪剑波, 王佳欢, 陈新邑, 陈桂波, 孙贯成, 卢俊
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1463-1466.
全文: HTML (1 KB)  PDF (589 KB)  ( 183 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
相对于薄屏频率选择表面而言,厚屏频率选择表面可以通过高精度机械加工手段直接利用金属屏获得,加工方法简单。同时,厚屏频率选择表面具有更高的Q 值和较少的介质匹配问题。在设计了一种圆形厚屏频率选择表面的基础上,通过时域有限差分法进行了数值仿真,研究了单元尺寸、单元周期和屏厚度等参数对其传输特性的影响,并通过机械加工方法进行了样件的微波暗室测试对比。结果表明:随着单元周期和屏厚度的增加,工作带宽和中心频点降低;随着单元尺寸的增加,工作带宽增加,但中心频点降低。仿真结果与测试结果规律相一致。

基于平面延展方法的LiDAR数据滤波

吴洪波, 蓝天, 彭涛, 倪国强
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1467-1473.
全文: HTML (1 KB)  PDF (704 KB)  ( 112 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
在对目前机载LiDAR 数据后处理典型算法分析比较的基础上,针对机载LiDAR 技术实际应用中对数据处理稳定性、智能性与适应性的更高需求,提出了一种快速稳健滤波方法,即平面延展方法。它利用单元平面的生长形成整个地表,相对常规方法增加了栅格化数据、填充空白数据及剔除错误冗余数据等操作,利用可靠的判定条件选择了基础点。采用平面延展方法对不同地形区域的LiDAR 数据进行了滤波,将滤波前后的数据图像进行对比,采用三种客观误差指标评价处理质量。结果表明,平面延展方法稳健、可靠、效率高,能够在保证精度的情况下有效分离出非地面信息,在应用中有一定的优越性。
先进光学

基于小靶标拼接的大视场摄像机标定方法

霍炬, 杨宁, 杨明, 董文博
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1474-1479.
全文: HTML (1 KB)  PDF (726 KB)  ( 134 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
为了解决在大视场摄像机高精度标定中大尺寸靶标难以制作加工的问题,提出了一种基于小靶标拼接的大视场摄像机标定方法。该方法将小靶标在摄像机视场内多个位置进行摆放,通过各个小靶标之间的刚体变换,并考虑拼接过程中存在的约束条件,将各个小靶标拼接成一个覆盖整个摄像机视场的大靶标,然后使用该大靶标对大视场摄像机进行标定。仿真和实际实验表明该方法标定精度与使用实际大靶标进行标定时标定精度相当,能够实现对大视场摄像机的高精度标定。

2m主镜主动支撑优化设计

郭万存, 吴清文, 杨近松, 黄勇, 高志良
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1480-1484.
全文: HTML (1 KB)  PDF (705 KB)  ( 132 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
结合某空间光学系统的任务需求,对其2m口径主镜的支撑难点作了详细的论述。为了使主镜达到光学设计所要求的面形精度,运用了结构有限元法和优化设计方法对主镜进行了支撑位置优化;并分别针对主镜轴向1 g 重力载荷、轴向1 g 重力载荷耦合1℃均匀温升两种工况,以主镜镜面RMS 为目标函数、力驱动器驱动力为优化变量进行了多参数优化。通过优化获得了最佳的驱动力组合,镜面RMS 分别达到19 nm、43 nm。该方法具有一定的应用价值。

超高精度光学元件加工技术

马占龙, 王君林
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1485-1490.
全文: HTML (1 KB)  PDF (760 KB)  ( 273 )
摘要 ( 48 ) 引用本文
为满足193 nm 投影光刻物镜对光学元件不同频段的精度要求,提出了一种将超光滑加工和高精度面形修正相结合的超高精度光学元件加工技术。分别介绍了微射流超光滑加工技术和离子束高精度面形修正技术的基本原理。在自行研制的微射流超光滑加工机床和购置的离子束加工机床上对一直径Ø100 mm 的熔石英平面镜进行了超高精度加工,经两次超光滑和一次离子束迭代加工后其面形由初始的rms 值35.042 nm 改善到3.393 nm,中频粗糙度由rms 值0.389 nm 改善到0.309 nm,高频粗糙度rms 值由0.218 nm 改善到0.080 2 nm。最后采用功率谱密度函数对加工前后的光学元件表面质量进行了分析评价。结果表明:采用微射流超光滑加工技术和离子束加工技术相结合的加工方法可以全面提升光学元件的面形精度和中、高频粗糙度,通过合理的工艺优化完全能够获得满足193nm投影光刻物镜要求的超高精度光学元件。

高分辨率大面阵CCD相机高帧频设计及其非均匀性的校正

任航
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1491-1497.
全文: HTML (1 KB)  PDF (774 KB)  ( 192 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
目前采用高分辨率全帧面阵CCD FTF5066M 作图像传感器的航拍相机帧频一般不超过1 fps,为了满足高帧频应用,文中首先介绍了全帧型面阵CCDFTF5066M 的基本驱动电路,并对其进行了改进,利用CCD 4个输出放大器进行同时输出,使最高帧频达到了3.4 fps,介绍了4 路输出时CCD驱动时序、前端处理电路、直流偏置电路、接口电路等的设计,改进后的驱动电路能满足多种航拍相机的应用要求。然后对全帧型面阵CCDFTF5066M 的非均匀性进行了分析,并建立了一种响应非均匀性检测系统。利用该系统分别对面阵CCD5066M 的4 个象限之间的非均匀性和每个像元之间的非均匀性进行了检测。在CCD 响应度为线性的基础上,提出了两点校正算法并对非均匀性进行校正。通过校正4 个象限响应灵敏度的标准偏差降低到原来的1/13。通过对鉴别率板的重新拍摄,可以看出面阵CCD 的非均匀性得到了明显的改善。

Hufnagel-Valley湍流强度廓线的高精度实时反演方法

程知, 侯再红, 靖旭, 李菲, 陆茜茜, 于龙昆
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1562-1567.
全文: HTML (1 KB)  PDF (898 KB)  ( 134 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
分析了Hufnagel-Valley 大气湍流模型参数反演的必要性,根据实时测量的大气相干长度和等晕角,反演该模型中的两个可调参数,并提出了改进的反演计算公式。数值仿真结果表明,改进公式弥补了原有公式在近地面湍流较弱时,不能有效反演高空风速参数的不足;适合于反演不同的湍流条件,提高了湍流强度廓线的反演精度:以两种典型的风速模型为例,改进公式反演的参数,相对误差均在0.5%以内;同时改进公式也减弱了相干长度和等晕角测量误差对反演的影响。

雾和气溶胶的光学特性对前向散射和总散射能见度仪性能的影响

李浩, 陈晓颖, 单陈华, 唐丽萍
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1568-1574.
全文: HTML (1 KB)  PDF (906 KB)  ( 147 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
建立了完整的散射式能见度仪(SVM)探测方程,搜集整理了典型天气条件下雾和气溶胶的观测资料,在此基础上,运用米散射理论计算并分析了雾和气溶胶的光散射特性及其对前向散射能见度仪(FSVM)和总散射能见度仪(TSVM)探测性能的影响。结果表明:大气散射特性显著影响SVM 的探测误差,且FSVM 受影响程度超过TSVM;雾天气下FSVM 与TSVM 的探测误差基本相当,而气溶胶天气下FSVM 探测误差比TSVM 约大6%;相同天气条件下,TSVM 接收的光通量约为FSVM 的7倍,但TSVM 泄露的散射光仍不能忽略,否则将导致较大的系统误差;若不计光通量测量误差,雾天气下FSVM 与TSVM 的探测误差分别为4.06%、5.54%,气溶胶天气下分别为35.80%、30.33%。所得结果可为SVM 的光路设计、误差分析和比对试验等提供支持。

通用大气辐射传输软件(CART)大气散射辐射计算精度验证

戴聪明, 魏合理, 陈秀红
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1575-1581.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1015 KB)  ( 150 )
摘要 ( 52 ) 引用本文
为检验通用大气辐射传输软件(CART)计算大气分子、气溶胶散射辐射的计算精度,在大观测天顶角、太阳天顶角、观测与太阳方位角之差、散射相函数不对称因子变化范围内,就CART 软件模拟的单次散射辐射和多次散射辐射,分别与MODTRAN5.0 计算的单次散射辐射和离散坐标辐射传输软件(DISORT)计算的多次散射辐射进行比较分析。结果表明:CART 软件计算的单次散射辐射与MODTRAN5.0 的相对偏差一般小于10%,最大相对偏差为15%;CART 计算的多次散射辐射与精确的DISORT 算法的相对相差小于2.5%。CART 在包括多次散射在内的大气背景辐射计算方面具有较有高的计算精度和效率。

大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析

于树海, 王建立, 董磊, 刘欣悦
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1582-1587.
全文: HTML (1 KB)  PDF (882 KB)  ( 117 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
傅里叶望远镜(FT)综合了激光主动照明和合成孔径的优点,采用相位闭合技术可以消除各发射望远镜间的粗大相位差及大气的低阶扰动对成像的影响,分辨率可突破单一望远镜的衍射极限。为了FT 实际工程系统的实施,需探讨大气高阶扰动对FT 成像质量的影响,文中模拟大气高度36 km,通过等Rytov 指数方法将大气分成40 层并计算得到了每层的上下界限及每层相位屏的高度值。对于33×33 T 型均匀间隔发射阵列,每层模拟了1 626 个相位屏。光束传输采用夫琅和费衍射近似。通过计算机模拟,在不考虑噪声的情况下,对于10 cm 的发射口径,得到大气高阶扰动对FT 成像质量有微小影响的结论。重构结果与衍射极限图像的斯托里尔比(Strehl)由无大气时的0.682 1 降低到0.623 6。当信噪比为100 时,Strehl 达到0.452 5,可分辨目标。

基于天基逆合成孔径激光雷达的静止轨道目标成像

阮航, 吴彦鸿, 张书仙
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1611-1616.
全文: HTML (1 KB)  PDF (902 KB)  ( 124 )
摘要 ( 42 ) 引用本文
由于没有大气扰动的影响,利用天基逆合成孔径激光雷达(ISAL)对静止轨道目标成像成为可能。初步设计了对静止轨道目标成像的天基ISAL 的运行轨道,分别分析了在顺行轨道和逆行轨道下,天基ISAL 轨道高度对重访周期、成像分辨率和成像积累时间的影响;给出了ISAL 方位成像的最小无模糊脉冲重复频率(PRF),分析了回波信噪比与成像距离、收发孔径之间的关系。研究结果表明,利用逆行轨道的天基ISAL 对静止轨道目标成像是初步可行的。

光轴竖直大口径长焦距平行光管热设计

石进峰, 吴清文, 杨献伟, 刘宏伟, 黄勇
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1617-1622.
全文: HTML (1 KB)  PDF (889 KB)  ( 124 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
工作在真空罐内的平行光管的工作环境特点决定了其与空间光学遥感器相同的热设计原则,光管的结构形式对工作温度提出了严格要求。首先,确定光管结构表面的热控涂层和多层隔热材料的包覆方式;其次,光管热设计的关键是加热区设计,设计了两种加热方案,从可实施性和加热功耗大小对两种方案进行了比较;最后,对最终的热设计方案进行仿真分析。结果表明:平行光管光机结构的温度水平可控在19.3~20.8℃,主镜温度为19.5℃,满足设计要求,验证了热设计方案的可行性,可对其他同类型的地面光机结构的热设计提供借鉴。

三折式光学窗口对航空相机成像的影响

张洪文, 曹国华, 李延伟, 张建萍, 丁亚林
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1623-1627.
全文: HTML (1 KB)  PDF (866 KB)  ( 124 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
基于平行光通过倾斜的平板玻璃会使光线发生平移的现象,从几何光学的角度分析了三折式光学窗口对航空相机成像分辨率的影响,在窗口玻璃厚度为25 mm,窗口玻璃之间的夹角为45°,照相距离为5 000m的条件下,对焦距1 000 mm 的相机成像偏移量进行了分析计算,计算结果成像偏移量为3.34 μm,大于设计要求的1/3 像元.最后,通过试验检验了成像偏移对相机成像分辨率的影响,分析及试验结果表明,相机焦距、窗口玻璃厚度和窗口玻璃之间的夹角越大,相机照相距离越小,使相机成像分辨率越低,尤其是采用三折式窗口玻璃的长焦距相机,不适宜在较近照相距离下照相。
光电测量

便携式多波段相机的自动调光算法

刘建卓, 白晶, 孙强, 刘超
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1498-1501.
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摘要 ( 40 ) 引用本文
为提高便携式多波段相机在宽照度环境下的拍摄需求,针对传统多区域均值加权曝光时间调节算法中图像灰度参考均值的取值范围对调光性能影响大的问题,提出了一种基于便携式多波段相机的多区域均值加权调光和图像信息熵调光相结合的调光方法。系统采用多区域均值加权调光方法,实现了过高或过低图像灰度情况下的快速调光;利用图像信息熵调光方法,解决了传统调光算法中超调振荡问题,提高了便携式多波段相机的照度环境适应性;进行了基于便携式多波段相机的调光实验,调光时间为31 ms,消除振荡时间约为180 ms。实验结果表明,利用多区域均值加权和图像信息熵相结合的调光算法可快速、稳定地选择合适的曝光时间,获得更好的多波段拍摄结果。

星点亚像元定位中系统误差的改进补偿方法

唐圣金, 郭晓松, 周召发, 蒲鹏程
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1502-1507.
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摘要 ( 38 ) 引用本文
为提高星点图像的质心提取精度,针对星点亚像元定位的系统误差和随机误差提出了一种改进补偿方法。采用三次样条插值函数表示质心位置与系统误差之间的关系,利用该函数进行系统误差补偿,极大地减小了误差采样点的数量和计算量。为了进一步抑制随机误差的影响,在系统误差补偿的基础上,采用非线性加权算法计算星点质心位置,并通过仿真实验确定了该算法的最优加权系数。在没有加入噪声的情况下,改进算法可以将质心法的精度从1/50 pixel 提高到10-4 pixel;加入服从N(0,22)分布的高斯白噪声后,改进算法可以达到0.0054pixel的精度,远小于质心法的0.0184pixel。实验结果表明:文中提出的改进补偿算法计算简单,精度高于质心法,满足了高精度星敏感器质心提取的要求。

提高光电轴角编码器细分精度的改进粒子群算法

高旭, 万秋华, 杨守旺, 陈伟, 赵长海
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1508-1513.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
为提高光电轴角编码器的细分精度及莫尔条纹光电信号的细分倍数,设计了一种基于改进粒子群算法的信号正弦性修正方法。首先,根据莫尔条纹光电信号的数学模型,分析信号质量指标对细分误差的影响;并从编码器的制作、调试、使用等环节出发,指出信号细分误差产生的根本原因;然后,对改进粒子群算法的基本原理和实现步骤做了具体阐述;最后,以21 位光电编码器为实验对象,依据其精码转换的方波信息实现精码信号的自适应采样,同时应用改进算法对采集的编码器原始光电信号进行数据预处理,通过辨识信号模型中的3 个待定参量,直接实现信号等幅性偏差、稳定性偏差、正交性偏差的修正;对算法处理后的莫尔条纹信号进行细分精度检测,实验结果表明:编码器细分误差峰值由19.08"降低到2.86",细分精度明显提高。

库德光路光束指向稳定性分析

薛向尧, 高云国, 张文豹, 张磊
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1514-1518.
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摘要 ( 19 ) 引用本文
库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。
太赫兹技术及应用

相位阶跃变化型太赫兹波带片

鞠智鹏, 李德华, 周薇, 马建军, 李乾坤, 屈操
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1519-1522.
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摘要 ( 33 ) 引用本文
对相位阶跃变化型太赫兹波带片衍射效率进行了理论研究。根据标量衍射理论,相位阶跃变化型波带片可以完成对高斯光束太赫兹波的聚焦。相位阶跃变化型波带片的衍射规律与薄透镜聚焦的规律相似。对其在光轴以及焦平面上太赫兹强度分布及衍射效率进行了模拟,通过与相位连续变化型,台阶型波带片的衍射效率进行对比分析,结果表明相位阶跃变化型波带片具有更好的衍射效率和性能。计算了一种相位阶跃变化型太赫兹波带片的加工尺寸,适合微机械加工法,有很好的应用价值。

基于压缩传感的太赫兹成像

李泽, 王民钢, 刘小华, 赵跃进, 张存林
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1523-1527.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
介绍了一种基于压缩传感理论的THz 成像方式,该理论突破了传统奈奎斯特采样定律的限制,可以以远小于图像总像素数的少量测量值来恢复出原始图像,从而很大程度上缩短了成像时间、提高了内存资源的利用率。通过对该理论的分析可知,变换基、测量矩阵和重构算法是该理论的三个重要因素,通过一系列仿真试验,分别对不同的变换基、测量矩阵和重构算法作了对比,根据对比结果,得到了最适合于文中被成像物体的变换基、测量矩阵以及重构算法。最后,利用离轴抛面镜代替聚乙烯透镜搭建了成像系统,得到了初步的试验结果。

十字架型超材料吸波特性及机理研究

弓巧侠, 刘晓旻, 段智勇, 师小强, 马凤英, 梁二军
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1528-1532.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
设计了一种十字架型电磁超材料吸波体,采用CST studio suite 2009 频域求解器提取S 参数进行仿真研究,并计算了其吸波率,在24.65 THz 和35.25 THz 得到两个吸收峰,吸收率分别为0.83 和0.997。改变材料结构尺寸,在7.3 THz 达到完美吸收,吸收率接近于1。将THz 波段的超材料吸波体结构尺寸放大1000 倍,在GHz 波段同样可以达到完美吸收,说明超材料吸波体可通过对结构尺寸调节改变吸收波段。另外研究了这种吸波体的吸收机理,发现吸收主要在第一层的十字架金属单元层,可用于Bolometer 探测器的设计。

低损耗太赫兹镀膜金属波导研究

何雅兰, 何金龙, 刘平安
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1533-1536.
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摘要 ( 54 ) 引用本文
在研究太赫兹波在镀膜二维平板金属波导传输时,损耗减小的机制和条件,发现只有TM 模式在大间隙的金属镀膜波导传播时,其损耗小于不镀膜的金属波导。利用射线光学方法分析波导尺寸、膜厚度以及膜折射率等参数对TM 模式损耗的影响,获得其损耗最低的优化结构参数。用转移矩阵理论对镀介质膜前后平板金属波导的损耗进行理论计算和分析,当介质为聚乙烯且厚度为0.06mm时,波导的损耗最小。所获结论对于太赫兹波导器件及太赫兹波低损耗波导研制具有较大的意义。

常见服装面料的太赫兹光谱研究

刘佳, 范文慧
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1537-1541.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
利用自建的太赫兹时域光谱系统对生活中主要的常见服装面料进行了实验研究,实验中首先对棉、毛、麻、丝、涤纶、氨纶、混纺等这7 种典型面料分别进行测试,可以获得各自的太赫兹时域光谱,然后利用快速傅里叶变换关系分别对每个时域脉冲进行相关计算,最终获得这些面料的太赫兹频域光谱信息,尤其是样品的折射率和吸收系数等。研究表明,这些在可见光波段“不透明”的服装面料,在太赫兹频段几乎完全“可透视”,且没有特征吸收峰,该研究对于进一步开展隐藏危险物的识别和成像具有非常重要的意义。
光电器件与材料

含液晶层光子晶体的应用研究

李文胜, 张琴, 黄海铭, 付艳华
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1542-1546.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
在由高纯硅和5CB 液晶组成的光子晶体中,掺杂一装有电极的5CB 液晶层作为调制层,由此构成了一针对特定波长(900 nm)的光子晶体开关。利用传输矩阵计算了其透射谱,结果表明:控制调制层上电压的有无就可以实现透射峰中心的移动,从而达到该开关的通断,当调制电压小于5V,还可以准确控制透射峰的中心位置。周期数增加,透射峰的中心位置保持不变,但其半峰全宽度变窄。该开关的结构周期以6~7 为宜,且有一定的角度宽容性,特别适合小角度入射的情况。这些现象为此类光子晶体实现高频开关提供了理论指导。

光子晶体光纤布拉格光栅慢光的研究

宋民青, 侯尚林, 张保侠, 黎锁平, 刘延君
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1547-1552.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
采用改进的全矢量有效折射率法和耦合模理论,研究了光子晶体光纤布拉格光栅长度、占空比、光栅周期与慢光的变化规律。结果表明当光栅长度和光栅周期不变时,随着包层空气孔占空比的增大,光栅的慢光峰值波长出现蓝移,且时延量逐渐减小;1.06 cm 长的光子晶体光纤布拉格光栅可以产生约52 ps 的线性时延;光栅长度越大,慢光时延量越大;优化结构参数,在光子晶体光纤布拉格光栅的时延谱的侧瓣附近会产生最大群速度为c/371 的慢光峰。

单缝双环结构超材料太赫兹波调制器

李乾坤, 李德华, 周薇, 马建军, 鞠智鹏, 屈操
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1553-1556.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
超材料指的是一些具有人工设计的结构,并呈现出自然材料所不具备的超常物理性质,它能够以一种新奇的方式实现对电磁波的调控。文中理论研究了单缝双环结构超材料太赫兹调制器的调制机理,运用等效电路法及微分方程法求解出调制器的共振频率与调制器本身几何参数的一般数学表达式,并用Matlab 对不同调制频率情况下的几何参数进行了计算。运用CST(microwave studio)对调制器进行了理论模拟,数值模拟结果显示,该调制器频率在0.775 THz,0.95 THz 和1.65 THz 处共振吸收强度分别为70%,65%和68%,该结构调制器可以作为太赫兹波的调制器。

锯齿槽闪耀光栅制作误差对衍射效率的影响

葛建平, 沈为民, 刘全, 陈明辉
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1557-1561.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
与矩形槽和正弦槽光栅相比,锯齿槽光栅具有高的衍射效率,可采用全息离子束刻蚀和单点金刚石车削两种方法制造。首先,介绍了这两种方法的制造误差。然后,分析了这些制造误差对用于可见近红外和长波红外成像光谱仪的光栅衍射效率的影响,指出闪耀角误差、槽顶角误差和刻刀圆弧半径是影响锯齿槽光栅衍射效率的关键因素。为制作高质量成像光谱仪用光栅奠定了理论基础和指导。
光通信与光传感

高精度温控脉宽调制工作方式与频谱问题研究

李立京, 杨慧, 马迎建, 杨明伟, 张春熹
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1588-1592.
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摘要 ( 37 ) 引用本文
介绍了几种用于光纤陀螺光源的高精度温度控制的脉宽调制(PWM)工作方式,并分析了这几种工作方式的驱动转换过程。对于脉宽调制方式引入的电磁干扰问题,详细分析了转换交越过程中的输出信号及频谱。研究发现,在脉宽调制工作的交越过程中,输出信号的频率和脉宽是复杂的、无规律的,其谱线位置发生了随机的、不可预测的变化,功率分布不再符合周期矩形脉冲谱特性。针对这种交越随机频谱引入的电磁干扰,提出了几种有效的解决方案,并给出了一种方案的实验验证。

抑制光纤检波器系统光强波动影响的解调方法

王凯, 田长栋, 施清平, 王利威, 段发阶, 张敏, 廖延彪
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1593-1600.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
基于海上油藏勘探领域的光纤检波器光电复合空分阵列系统,通过两路PGC 干涉检波信号相除以构造非线性函数,提出了一种采用查找表实现该非线性函数解调的新方法。相比传统的两路PGC 干涉检波信号线性组合的反正切解调方法,构造非线性函数解调新方案不仅可以补偿生成载波时直接调制DFB 光源带来的高频光强波动干扰,也可以抑制其他因素造成的光强随机波动给采用定常系统参数解调带来的影响。实验结果表明:内调制DFB 激光器,采用非线性函数解调方案比线性组合方案在谐波抑制方面优势明显,两者HSR 平均值相差达26.37 dB;当系统光强降低50%,非线性函数解调方案的结果HSR 平均值优于线性组合方案得到的结果,两者相差达17.53 dB。

相位差异的三反光学系统波前传感技术

程强, 薛栋林, 张学军
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1601-1606.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
分析了基于相位差异(Phase Diversity,PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数自变量多、非线性程度较高等特点,提出基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的改进相位差异技术。在传统目标函数的基础上增加了Tikhonov 正则项,提高了算法的稳定性和收敛效率;对光学系统利用PD 技术波前检测的噪声适应性进行了仿真分析;模拟了不同波前离焦量对检测精度的影响,获得最优的波前离焦相位值并应用于检测实验;利用PD 技术分别对离轴三反光学系统的中心视场和边缘视场进行波前检测,并将解算得到的Zernike 系数和波前图分别与干涉检验的结果进行对比。实验结果表明:相位差异技术与干涉检验的偏差小于0.013λ(RMS),其检测精度满足工程需求。

单模光纤照射反射式光纤位移传感实验系统

彭欢, 郑永超, 钟志, 单明广, 武学英
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1607-1610.
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摘要 ( 32 ) 引用本文
针对传统RIM-FOS 中LED 耦合多模光纤作为照明光纤灵敏度低的不足,引入了LD 耦合单模光纤作为照明光纤的RIM-FOS 光强调制模型并设计了LD 耦合单模光纤作为照明的RIM-FOS位移传感实验系统。实验系统由激光器模块、光学单元、光电探测单元、信号检测与信息采集单元、FPGA 控制模块、上位机系统和电源模块等组成。归一化实验结果验证了仿真模型的正确性,并得出RIM-FOS 前坡灵敏度为3.15 mV/μm,线性测量范围为380 μm;后坡灵敏度为0.76 mV/μm,线性测量范围为690 μm 的性能指标。实验表明,该实验系统具有较好稳定性和重复性,可应用于单模光纤照射的RIM-FOS 更深一步的研究。
信息处理

极点均值型经验模式分解及其去噪应用

熊兴隆, 李猛, 蒋立辉, 冯帅
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1628-1634.
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摘要 ( 9 ) 引用本文
使用经验模式分解(EMD)对信号进行去噪时,由于EMD 本身会产生模态混叠,往往很难将噪声完全分离。针对这一问题,提出了一种新型的极点均值型EMD 方法,并且给予固有模态函数(IMF)一个新的定义。首先,将相邻极点平均以求得均值包络,然后迭代相减进而获得IMF。最后用原始信号减去分离出的高频IMF 实现去噪。随机信号仿真以及激光雷达回波信号去噪实验表明,该方法与EMD 分解相比,可以更好地将噪声分离,有效地抑制模态混叠,更可以极大地减小均方误差。因此,极点均值型EMD 拥有很好前景。

利用人眼视觉特性的图像结构差异性杂波度量

徐德江, 史泽林, 罗海波
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1635-1641.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
针对光电图像杂波效应对目标获取性能的影响,提出一种基于人眼视觉特性的图像结构差异性杂波度量。依据人眼对图像结构的高度自适应性以及图像质量评估领域广泛认可的图像结构的定义方法,计算目标和杂波的结构相似性;并根据人眼的视觉显著性原理,给出两种适用于结构相似性的显著性加权信息度量。采用外场实验对该杂波度量的合理性进行验证,得出基于该杂波度量的目标预测性能与外场目标获取性能,在均方根误差、相关性方面都优于现有的杂波度量的预测性能。

利用证据理论的图像融合方法

毛海岑, 刘爱东
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1642-1646.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
在图像处理中,经常会碰到滤波器尺寸选择的问题,针对不同尺寸的目标需要选择与之对应尺寸的滤波器。在一幅图像中,可能存在多个不同尺寸的目标,或者在计算机自动目标检测系统中,不能确定目标的尺寸,这样就需要使用多种尺寸的滤波器进行滤波。如何将每种尺寸滤波器滤波后得到的最好结果融合到一起,是图像处理中的一种十分重要的关键技术。提出了一种基于改进的DS证据理论的融合方法,将多个不同尺寸的滤波结果进行融合。试验结果表明,该方法能够将图像中不同尺寸的目标很好的提取出来。

基于机器视觉的凸轮轴表面缺陷检测系统

孙雪晨, 姜肖楠, 傅瑶, 韩诚山, 文明
红外与激光工程. 2013, 42 (6): 1647-1653.
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摘要 ( 49 ) 引用本文
传统的凸轮轴表面缺陷多为产后抽检,相比在线全检存在漏检与缺陷率上升等现象,且只能事后发现;而人工在线全检不但会使成本上升、也对人力资源提出了考验。为此实现自动实时在线全检就成为急需解决的课题。设计了基于机器视觉的凸轮轴表面缺陷在线自动检测系统。系统安装在凸轮轴生产流水线两侧,搭建特定光源,在凸轮轴移动、停止、旋转过程中通过高速相机对其表面进行图像捕获,并由工控机进行缺陷判定与定位。根据轴类表面缺陷的特征,设计了缺陷分割算法和缺陷区域标记算法,对凸轮轴表面的外伤、砂眼、研磨不良等典型缺陷进行分辨。算法可以准确提取目标缺陷区域,标记缺陷位置并统计缺陷特征对缺陷进行判定。该系统可在0.44 s每根轴的速度下,检测出凸轮轴表面直径大于1 mm 的缺陷,并通过人机交互界面显示缺陷所在位置。完全可以取代产后抽检及人工在线全检,同时还可以提高检测效率与检测精度。
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