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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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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2018, 47 (S1)   出版日期:2018-06-25
  本期栏目:信息获取与辨识 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 激光技术及应用 光电器件与应用 物理光学 
激光技术及应用

同轴空心激光检测圆柱内孔圆度误差的方法研究

李超, 申力, 施斐斐
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 1-4. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S106001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1454 KB)  ( 31 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
文中提出了一种基于同轴空心激光检测圆柱形内孔圆度误差的新方法。根据圆锥透镜的几何光学特性和圆柱内孔的物理结构特征,设计了一种一次反射检测光学系统,并进行了实验,实现了对某圆柱内孔圆度误差的测量。采用最小二乘法分析了测量数据,结果表明:检测精度可达0.1 μm。该方法具备非破坏性、非接触、高精度、低成本等优点,可广泛用于检测形变和位置误差。

偏振探测激光引信目标判别技术

谢绍禹, 叶茂, 赵毅强, 吴环宝, 贾晓东
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 5-9. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S106002
全文: HTML (1 KB)  PDF (716 KB)  ( 18 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
阐述了激光偏振探测的原理,提出利用偏振激光对目标、目标背景散射的退偏度差异性,进行激光引信探测目标识别的一种新的技术途径。通过设计实验系统,完成了不同目标的偏特性测试,给出在一般情况下,表面光滑金属物体偏振度最高、粗糙表面物体偏振度最低的测试结果,提出偏振探测激光引信的实现方案,通过样机设计对目标判别技术进行验证。

双频激光近炸引信散射特性研究

高瑞林, 蔡克荣, 贾岛
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 10-15. ;  doi: 10.3788/IRLA201746.S106003
全文: HTML (1 KB)  PDF (618 KB)  ( 21 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
激光近炸引信工作于近红外波段,因其具有抗电磁干扰能力强,测距精度高以及方向性好等优点作为一种重要引信体制而被广泛应用。通过分析红外光场的变化来获取目标的散射特性,对于提高激光近炸引信的性能有着重要作用,基于此提出一种双频红外激光近炸引信方案,计算了红外光场与不同尺寸颗粒目标的散射特性,并分析了影响单个粒子散射相位函数的物理因素。研究结果表明,当粒子尺度小于激光波长时,散射光主要以后向散射为主;而当粒子尺度大于激光波长时,散射光主要以前向散射为主,进而探索出了一种可用于激光近炸引信的目标识别方法,证明了该方法的可行性和实用性。

激光引信窄脉冲光源驱动电路设计

陈杉杉, 张合, 徐孝彬
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 16-22. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S106004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1152 KB)  ( 23 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
针对激光引信小型化和高性能的工作需求,设计了一种新型半导体激光器(LD)驱动电路。电路采用高速MOSFET作为开关器件,为激光器提供脉宽窄、上升时间短、峰值电流大的驱动脉冲。建立了相应的驱动电路模型,设计制作了尺寸为19 mm×10 mm的驱动电路,仿真和实验分析了供电电源、充电电容和阻尼电阻对驱动脉冲的影响。并根据仿真和实验结果选取最佳的电路参数,在此条件下驱动脉冲的脉宽为8.6 ns、前沿上升时间为4 ns、峰值电流为39 A。该电路为激光引信探测性能的提高提供参考。

基于瑞利激光雷达对格尔木中间层大气密度的探测研究

乔帅, 潘蔚琳, 班超, 张衡衡
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 23-28. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S106005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1026 KB)  ( 17 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
2013年8月到2015年10月,利用MARMOT激光雷达对青海格尔木(36.25°N,94.54°E)上空50~90 km高度的中间层大气密度进行了探测。利用TIMED/SABER卫星在50 km高度探测的大气密度作为参考数据,提出了一种瑞利激光雷达探测大气密度的改进算法。结果表明,在中间层高度范围内,激光雷达的大气密度探测结果与TIMED/SABER卫星数据的一致性较好,二者的结果基本均低于MSIS-00模式值,尤其在冬季75~90 km高度存在较大偏差。

实际环境对量子激光雷达性能的影响

王强, 郝利丽, 唐红霞, 李贤丽, 牟海维, 韩连福, 赵远
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 29-35. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
全文: HTML (1 KB)  PDF (820 KB)  ( 27 )
摘要 ( 7 ) 引用本文
研究了损耗和相位噪声对奇相干态(OCRS)量子激光雷达性能的影响。利用条件概率的一般表达式和奇偶光子计数探测方法推导了马赫-增德尔干涉仪(MZI)输出信号的平均值和相位灵敏度。从信号平均值的表达式中可以看出光子数损耗破坏了信号的相干性进而导致了激光雷达性能的下降。数值计算结果表明:输出信号的干涉花样中出现了奇偶相干项,且奇相干项对损耗及其敏感;系统的输出性能只有在小损耗区域内优于传统的激光雷达。而在噪声环境中,在噪声区域 к>0.3内,奇相干态的信号的分辨率优于相干态,而在 к>0.06区域内,奇相干态的奇偶光子计数探测信号的灵敏度好于相干态。
红外技术及应用

喷涂层下基体中裂纹缺陷的超声红外识别方法

郭伟, 董丽虹, 王海斗, 马润波, 向明, 徐滨士
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 36-43. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S104001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2389 KB)  ( 23 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
为了检测喷涂层覆盖下基体材料中的裂纹缺陷,基于理论分析和数值模拟手段,研究了涂层裂纹和基体裂纹在低频超声波激励下的生热模式;对比了两者产生的热波分量在涂层表面引起的温度变化特点;分析了基体裂纹产生的热波分量对涂层裂纹热波分量的扰动规律,发现了混合热波的相位偏移(PD)现象。在此基础上,提出采用相位偏移作为特征参数进行涂层下基体中裂纹缺陷识别的方法;并采用试验手段验证了该方法的有效性,在图像处理和重建过程中利用多项式拟合(PF)和小波分解(WD)算法提高了热波的时频分辨率。

直接修正大气实现小目标高精度辐射测量

蔡立华, 李周, 余毅, 张春林, 黄智国
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 44-49. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S104002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1363 KB)  ( 31 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
实现大气的传输修正是地基红外辐射测量系统获取目标真实辐射亮度的重要步骤之一,传统获取大气透过率和大气程辐射的方法是通过大气传输修正软件计算得到的。提出利用标准参考源实现大气修正,并将该方法实现对小目标的高精度辐射特性测量余反演。文中对宽动态范围的辐射定标模型和方法进行理论推导,实验采用600 mm口径的辐射测量系统进行辐射测量验证。实验数据分析表明采用本文提出方法对小目标的辐射反演误差在0.97%~1.03%,而相比传统采用大气传输软件计算的辐射反演误差在7.3%~7.36%,因此所提出的方法具有更高的辐射测量与反演精度。

脂肪测量的近红外光谱研究

李博, 徐晓婷, 郑雪晴
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 50-54. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S104003
全文: HTML (1 KB)  PDF (657 KB)  ( 26 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
近年来,随着居民生活水平的日益提高,肥胖率呈上升趋势,肥胖对健康的危害也在不断扩大,因此对肥胖的监控已显得尤为重要。首先,从近红外光在脂肪组织内的传播机理入手,研究了近红外光与脂肪及肌肉组织的吸收、散射、反射等相互作用。然后通过实验获取了脂肪组织的近红外光谱信息,实验结果分析表明,930 nm是最适合用于进行脂肪组织厚度测量的波长,该波长处的光强与脂肪组织的厚度具有大范围较强的关联性。由于肌肉组织的干扰作用,及该处光强随脂肪组织厚度变化的动态范围较小,波长1 040 nm不适合用于脂肪组织厚度的测量。通过此项研究,为进一步更好地实现光学无损脂肪测量奠定了基础。
光通信与光传感

有限探测死时间的高速测量设备无关-量子密钥分配

姬一鸣, 庄茂录, 张贵新, 陈爱萍, 王丽, 李文强
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 55-59. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S122001
全文: HTML (1 KB)  PDF (591 KB)  ( 24 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
由于探测器死时间的影响,当信号发送速率超过探测器的最大计数率时,将导致光子到达时不能成功进行探测,造成较高的误码率,影响密钥的安全。文中以BB84协议为例,分析了有限探测死时间的高速测量设备无关-量子密钥分配方案的安全性,并对最优传输速率进行了仿真。仿真结果表明:不考虑探测器死时间时,密钥筛选速率随着光子发送速率的增加而线性增加;考虑探测器死时间影响时,密钥筛选速率不再随着光子传输速率的增加而无限增加,筛选密钥曲线发生弯曲。在传输距离为100 km时,密钥的筛选速率和探测器死时间的关系接近2.1/10τ,最优传输速率与探测器死时间的关系接近3.3×105/τ

一种具有高交调抑制比的倍频信号产生及模拟信号传输方法

蒋炜, 赵尚弘, 秦伟泽, 谭庆贵, 梁栋
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 60-67. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S122002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1076 KB)  ( 22 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
基于DPMZM和两个电移相器,文中给出了一种具有高交调抑制比的倍频信号产生及模拟信号传输方法,该方法可广泛应用于ROF系统中。通过调整DPMZM的直流偏置工作点和电移相器相位,可生成高交调失真抑制比的倍频信号。基于同一结构,仅调整DPMZM中一个子调制器的直流工作点就可以实现高线性模拟信号传输。实验结果表明,所生成的倍频信号的交调失真比可达30 dB以上;所构建的高线性模拟信号传输链路可完全抑制三阶交调失真分量。该方法在降低ROF系统难度和复杂度的同时,大大提高了系统稳定性。实验结果与理论分析结果相吻合。

无线光通信系统中64-QAM调制实验研究

柯熙政, 解孟其, 石碧瑶
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 68-73. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S122003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1427 KB)  ( 27 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
高阶QAM较BPSK/QPSK能在有限的带宽内能传输更多的信息量,因此广泛应于有线通信系统中。而对于无线光通信,大气湍流引起的光强闪烁效应对高阶QAM信号的影响很大,本文采用多模盲均衡算法克服此类噪声。系统仿真中使用Gamma-Gamma模型模拟大气湍流信道,对比了不同噪声情况下接收信号星座图的聚敛性,结果表明在传输过程中影响信号质量的主要因素是乘性噪声。最后搭建了64-QAM实验系统证明上述算法的可行性。

采用Voigt模型的布里渊散射谱关键特征高精度提取方法

徐志钮, 胡志伟, 赵丽娟, 杨志, 陈飞飞, 李永倩, 陈永辉
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 74-81. ;  doi: 10.3788/IRLA201746.S122004
全文: HTML (1 KB)  PDF (671 KB)  ( 20 )
摘要 ( 7 ) 引用本文
布里渊散射谱满足Voigt函数,现有的拟合算法提取得到的特征参数容易存在误差。为了保证布里渊谱特征提取时的准确性,从而提高温度和应变测量的准确性,提出了一种采用Voigt函数的布里渊散射谱特征参数提取算法。采用了高斯-厄米特积分来计算Voigt函数,采用最小二乘拟合方法给出了对应的目标函数,同时给出了初值提取方法,采用Levenberg-Marquardt算法来最小化目标函数,一旦目标函数趋于最小化即可获得特征参数。此外还实现另外一种算法,该算法采用随机值方式求解初值,然后采用Levenberg-Marquardt算法来优化目标函数。基于数值产生大量不同信噪比的布里渊谱和实测布里渊谱,两种算法的计算结果表明,随机值算法的收敛概率为80%~90%,文中算法在所有情况下均能收敛。文中算法的计算误差仅为随机值算法的1/1011~1/7,计算耗时仅为随机值算法的1/8~1/3。

放大器自发辐射噪声对分布式声波监测系统的影响

刘杨, 尚盈, 王晨, 黄胜, 曹冰, 赵文安, 李常, 祁海峰, 倪家升
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 82-85. ;  doi: 10.3788/IRLA201746.S122005
全文: HTML (1 KB)  PDF (618 KB)  ( 21 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)是分布式声波监测系统的重要组成部分,对于提高信号光的传输距离和系统解调信号的信噪比至关重要。但EDFA的引入也不可避免地带来了放大器自发辐射(Amplifier Spontaneous Emission,ASE)噪声。利用一个分布式声波监测系统,分别研究了不同位置的EDFA产生的ASE噪声对系统解调信号的影响。结果表明,功率EDFA产生的ASE噪声对于系统解调信号的信噪比基本没有影响。而前置EDFA产生的ASE噪声会对系统解调信号的信噪比产生很大的影响,在系统中加入一个中心波长为1 550.12 nm,带宽为0.2 nm的滤波器后,系统解调信号的信噪比从大约20 dB增加到60 dB。

基于Simulink的光纤陀螺动态寻北算法建模及分析

李洪才, 刘春桐, 赵晓枫, 马世欣
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 86-91. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S122006
全文: HTML (1 KB)  PDF (759 KB)  ( 18 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
针对传统光纤陀螺静态寻北方案中存在的自动化程度较低、精度不高等不足,对光纤陀螺动态寻北的原理及算法进行了深入分析,利用MATLAB软件中的Simulink仿真工具箱建立了光纤陀螺逐点最小二乘拟合动态寻北算法的仿真模型,并重点针对影响光纤陀螺动态寻北精度的平台转速和采样频率进行了仿真计算和优化分析。仿真及计算结果表明,在采用文中提出参数的情况下,当旋转平台的转速约位于4.5~8.5(°)/s之间,采样频率为50 Hz左右时,光纤陀螺动态寻北系统可以得到较高的寻北精度。论文所建立的模型结构及研究结论可以为光纤陀螺动态寻北系统的设计提供理论参考,同时对于光纤陀螺动态寻北技术的理论研究及具体实现也具有借鉴意义。

植入式光纤光栅应变传感器的湿度影响

阚宝玺, 杨超, 卞贺明, 唐才杰, 黄建业, 王学锋, 孟庆平, 孙维, 高行素
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 92-98. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S122007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1043 KB)  ( 22 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
植入复合材料的光纤光栅应变传感器通常涂覆了工作温度高、抗拉强度大的聚酰亚胺。然而,聚酰亚胺涂覆层的体积受湿度影响。采用理论分析、有限元仿真和实验的方法,研究了湿度对植入碳纤维复合材料的光纤光栅应变传感器的影响。优化网格划分以提高仿真精度,湿度变化导致的光纤光栅应变传感器应变变化的仿真值小于4 με。湿度实验进行了10天连续测量,经过温度补偿后,植入复合材料的光纤光栅应变传感器测量值变化小于8 με。分析和实验结果表明,湿度变化对聚酰亚胺涂覆的植入式光纤光栅应变传感器没有显著影响。通过拉伸试验对植入式光纤光栅应变传感器的重复性、线性度等指标进行了测试和分析,结果表明传感器具有良好的重复性和线性度。
光电器件与应用

具有低带外响应的640×8元可见盲AlGaN紫外焦平面

马丁, 许金通, 刘福浩, 张燕, 李向阳
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 99-104. ;  doi: 10.3788/IRLA201746.S120001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1068 KB)  ( 23 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
带外响应是紫外焦平面探测器的一个重要参数。作为一种宽禁带半导体材料,AlGaN基紫外探测器在紫外探测领域中具有十分优秀的带外响应性能及带外抑制能力。报道了一种640×8元可见盲紫外焦平面探测器,其光谱响应范围为345~363.5 nm。为了表征该焦平面探测器在宽光谱范围内的带外响应性能,使用单色仪对该器件进行了光谱扫描,扫描光谱范围涵盖了从紫外波段到近红外波段的光谱范围。其结果表示,该紫外焦平面探测器具有优秀的带外响应性能,在300~1 160 nm光谱范围内,光谱带外响应比率仅为1.14%。

基于单光子阵列探测器的隐藏目标瞬时成像理论研究

邬京耀, 苏秀琴, 镡京京, 刘童
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 105-111. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S122002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1968 KB)  ( 32 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
传统的成像技术受限于固体介质(例如墙壁)的遮挡,不能对不可见的物体进行成像。而且在传统成像中光速被认为是无限大的,所以传统成像过程是一个固态光传输的过程,与光的飞行时间无关,不能展现光传输中物体的具体特征。单光子成像是一种能够检测到非常微弱的光子信号、并能同步采集物体的距离、强度和图像信息的技术。文中介绍了一种对隐藏目标进行瞬态成像的方法,在成像过程中,将光子飞行时间作为光传输过程中的变量,将遮挡目标成像与光子计数相结合,以单光子阵列探测器作为接收器,重建隐藏物体,并通过仿真来验证了此方法。文中提供了基于单光子阵列探测器的隐藏目标瞬态成像的基本理论和框架,可以更好地理解隐藏目标瞬态成像的性质,并有助于未来设计在现实世界中的成像系统。

像移补偿快速反射镜时频特性优化控制

王凯迪, 苏秀琴, 李哲, 吴少博
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 112-118. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S120003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1059 KB)  ( 33 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
为了进一步优化像移补偿快速反射镜的时域和频域特性,进而提高运动相机所拍摄照片的清晰度,设计了基于线性扩张状态观测器(LESO)、零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和卡尔曼滤波器的控制系统。首先,建立了音圈电机驱动型快速反射镜的数学模型。然后,阐述了LESO、ZPETC和卡尔曼滤波器的原理。最后,对被控对象进行了实验研究。阶跃响应曲线显示,系统调节时间达到2.5 ms,与比例-积分-微分(PID)控制系统相比,系统相对误差在小于1%时能够以更快的速度收敛到零。伯德图显示,系统带宽达到369 Hz,是PID控制系统的1.5倍以上,同时减少了接近一半的相位滞后。在加入干扰后,系统平均相对误差达到0.028%,比PID控制系统减少了75%。相机拍摄的照片表明,该控制方法使得照片的主观视角效果和客观评价指标参数都有所提高。

聚乙烯三角芯光子晶体光纤的太赫兹波传输研究

雷景丽, 侯尚林, 袁鹏, 王道斌, 李晓晓, 王惠琴, 曹明华
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 119-124. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S120004
全文: HTML (1 KB)  PDF (983 KB)  ( 31 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
利用全矢量有限元法,研究了一种新型三角芯聚乙烯太赫兹光子晶体光纤,对单模截止频率,色散和损耗进行了数值模拟。结果表明单模传输太赫兹频率范围可通过包层节距、包层空气孔直径和纤芯空气孔直径调节。在波长60~450 μm范围内,可以获得0.1~5 THz的宽频带单模传输,波导色散值可以控制在±0.5 ps/(nm·km)。在2.8 THz频率处传输损耗可以低至2.67 dB/m。

CCD光敏面上激光能量的网状分布

王彦斌, 刘艳芳, 陈前荣, 李华, 周旋风, 任广森, 朱荣臻
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 125-131. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S120005
全文: HTML (1 KB)  PDF (718 KB)  ( 17 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
采用波长为1 064 nm的脉冲激光从30 m的距离辐照可见光面阵CCD时,在CCD光敏面上观察到了激光能量和串扰点的网状分布。发现相邻格点的间距约为100 μm,并且该间距在增大入射激光能量和减小前置光学系统F数的过程中保持不变,但是激光中心主光斑和周围格点处的小光斑随着F数的减小而逐渐增大。当F数为2.8时,可以清晰看到周围格点上的每一个光斑都是光学系统光阑的几何像。这一现象的相关研究将促进激光在光学系统中传输以及激光与物质相互作用等方面的深入研究。

KDP晶体表面残留磁流变抛光液清洗技术研究

李晓媛, 高伟, 田东, 董会, 吉方, 王超
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 132-137. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S120006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1428 KB)  ( 18 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种非常优良的非线性光学晶体材料,在强激光系统中有着重要应用。但其理化性质特殊,加工高表面质量的元件难度很大。目前研究认为磁流变抛光技术能够获得高精度的KDP晶体表面,但是该加工过程带入的表面残留如不清除,会大大降低元件的性能。提出了一种针对磁流变抛光后续的KDP的清洗技术,设计了含水活性清洗液,结合超高频超声作用共同去除KDP表面残留。光学显微镜和白光干涉仪分析表明,该技术较好地去除了表面残留,并且晶体表面粗糙度有所降低。拉曼光谱和激光干涉仪测试表明,清洗前后KDP表面化学结构和面形精度一致。该研究获得了较为满意的结果,说明该方法是一种有应用前景的KDP超精密清洗方法。
光电测量

高冲击复杂动态运动的非接触式测量方法及试验研究

李飞胤, 马少杰, 满晓飞
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 138-146. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S117001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2387 KB)  ( 17 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
具有短间隔连续冲击加载能力的多次冲击试验台是实验室验证多层侵彻引信高冲击性能和多层起爆控制策略的关键设备,其运动件在高冲击下的运动规律对过载加速度的一致性有着重要影响。针对连续高冲击加载下复杂动态运动过程测量的技术难题,研究了一种基于高速摄影及图像处理算法的非接触式测量方法,通过背景差分和特征点检测的方法获得了运动件特征点的像素坐标,结合亚像素处理算法,进一步提升了测量精度;通过对比试验和动力学仿真对高速摄影测量结果进行了验证,证明了该方法应用于高冲击加载下复杂动态运动过程测量的合理性与可行性,为多次冲击实验台的进一步优化设计提供了支撑,也丰富了现有的高动态运动过程测量手段。

一种简单精确的CCD阵列光谱仪波长定标方法

马艳, 夏果, 黄禅, 王国栋, 金施群
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 147-153. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S117002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1158 KB)  ( 21 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
波长定标是CCD光谱仪的重要步骤,其准确性会影响光谱仪测量结果的精确度。然而传统波长定标精度受仪器带宽和噪声的影响:带宽会导致定标光谱中产生重叠峰或双峰的峰位移;噪声会使峰值点的测量不准确。为解决这个问题,提出了一种简单精确的CCD光谱仪波长定标方法。使用自动分解算法和Voigt线状谱模型来优化定标光谱的形状,并且可以获得每个定标峰的峰值点的精确值。利用该方法可以消除带宽和噪声的影响,特别是重叠峰可以被同时分解成几个单峰,极大地简化了定标过程。实施基于USB4000光谱仪和汞氩校准光源的波长定标实验。结果表明,相比于传统方法,该方法可以达到较高的精度且定标误差小于0.1 nm。因此,推荐使用该方法对光谱仪进行波长定标。

基于JONSWAP谱的海面浪形模拟

张学敏, 吴立民, 张丽莎, 龙亮
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 154-159. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S117003
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摘要 ( 4 ) 引用本文
为了实现对水下目标的光学探测,文中主要通过海浪空间频率分布特征对海面浪形进行光学参数反演,从海洋学现有的观测和研究结果出发,利用基于JONSWAP海浪谱的线性叠加方法,结合方向函数相关公式,建立了海浪在不同风力条件下的高度模型,并实现了海浪的实时绘制,仿真结果表明,该模型能较好地符合真实海浪情况。

空中目标全姿态运动特性描述和参数分析系统

朱含露, 李夜金, 胡亭亮, 饶鹏
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 160-165. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S117004
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摘要 ( 0 ) 引用本文
针对天基平台复杂背景下空中目标的探测需求,研究了空中目标在不同探测角度和空间位置下的运动特性,建立了天基探测场景下的运动模型。利用实际情况中目标的运动特性,分析探测的俯仰角、目标的起飞角、旋转角发生改变时的特点,实现目标辐射特性的建模仿真。在此基础上,利用MATLAB GUI软件平台,设计了基于目标运动特性的一体化天基红外特征描述和评价系统。结果表明:在中波波段,方向角270°~90°高于90°~270°的辐射强度,在俯仰角90°,起飞角0°时的辐射强度最强,旋转角对其无影响;在长波波段,俯仰角0°、30°,起飞角90°,旋转角90°时的辐射强度最强。该系统可以通过信号干扰比可以对系统探测的性能进行评价,也可以进一步确定系统探测分辨率和谱段等指标,为天基空中目标探测提供了技术支撑。

天基光谱探测特征波段的选择

黄达, 黄树彩, 赵炜, 陆屹
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 166-171. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S117005
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为解决天基特征光谱最佳探测波段的选择问题,以11种导弹尾焰在2.5~5 μm处的光谱作为研究对象,综合考虑导弹距地面高度、大气传输、云层辐射、大气辐射等因素,设计出一种从多目标角度考虑的波段选择算法,以目标相对具有强辐射为原则,根据距地面高到低、波段从多到少的顺序进行选择,可通过设定阈值来控制所选波段个数,文中所选波段的中心波长分别为2.99、3.06、3.12、4.6、4.62 μm。根据光谱图像拟合规则拟合出包含目标的特征光谱图像,从信噪比的角度对特征光谱图像和全波长图像进行分析,结果表明,当目标达到一定高度后,特征光谱图像的信噪比远大于全波长图像。
信息获取与辨识

红外成像系统中的高动态范围压缩与对比度增强新技术

赵耀宏, 王园园, 罗海波, 李方舟
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 172-181. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S126001
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摘要 ( 4 ) 引用本文
动态范围压缩和对比度增强是红外成像的两个关键步骤,如何提升图像细节、抑制失真是红外成像的重要研究课题。提出了一种新的红外图像可视化方法。算法首先通过最小化损失函数的方法将动态范围压缩问题转化为一个二次优化问题;然后通过设定一个指数因子来增强细节,最终能够在提升细节的同时避免产生光晕。使用不同场景采集的多组红外图像进行实验,结果表明所提算法不仅对红外图像的固有特征有很好的抗性,而且处理结果较好。对比其他算法,该方法能够有效提高图像整体对比度,防止平坦区域过度增强,并且抑制了噪声。

基于仿射重建和噪声散点直方图的图像噪声水平估计

崔光茫, 张克奇, 徐之海, 冯华君, 赵巨峰
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 182-188. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S126002
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摘要 ( 3 ) 引用本文
结合信号仿射重建技术和图像噪声散点直方图,提出了一种图像噪声水平估计方法。首先,对于输入的噪声图像,采用基于分水岭的图像分割算法,将其分为若干像素均匀的图像块。采用仿射信号重建算法,实现无噪声的仿射图像信号和噪声余量图的分离和获取。从噪声余量图中计算获取各图像分块的噪声散粒点,每个散粒点表示各个图块的噪声标准差大小。随后,统计噪声散粒点直方图,进而确定最多散粒点分布的噪声强度区间。最终的图像噪声标准差估计值由该选择区间内的所有散粒点标准差均值计算得到。对比实验表明,算法能够进行准确可靠的图像噪声水平估计,对于细节和边缘丰富的图像效果优异。

结合光谱解混与压缩感知的高光谱图像有损压缩

王忠良, 冯文田, 粘永健
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 189-196. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S126003
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摘要 ( 3 ) 引用本文
压缩传感技术可以利用远少于奈奎斯特采样定理所获得的采样数据进行信号的鲁棒性重建。因此,该技术在计算资源和存储空间均受限的高光谱图像压缩中具有很大的应用潜力。提出了一种基于压缩感知与光谱解混的高光谱图像压缩算法。在编码端,分别通过空间采样和光谱采样来实现图像采样点的压缩;然后,对采样数据的空间与谱间相关性进行了研究。为了提高压缩性能,采用谱线性预测去除采样后的谱间相关性,利用JPEG-LS对预测误差进行编码来生成最终的比特流。在解码端,首先解码比特流以获得采样数据;采用光谱解混技术对原始高光谱图像进行重构,克服了传统压缩感知重建的诸多不足。针对机载可见/红外成像光谱仪数据的实验结果表明,该算法比JPEG2000和DCT-JPEG2000具有更好的压缩性能,并具有较低的计算复杂度。

基于SAE与底层视觉特征融合的无人机目标识别算法

谢冰, 段哲民
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 197-205. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S126004
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摘要 ( 3 ) 引用本文
无人机在复杂战场环境下,因敌方无人机外形、颜色等特征较为相似,现有基于底层视觉特征无法快速地对其进而准确的识别,从而造成误检测甚至误打击等事件的发生。针对这一问题,文中提出基于稀疏自动编码器融合底层视觉特征的算法,对无人机目标对象进行识别。算法首先利用底层视觉特征描述子(GIST、LBP)以及稀疏自动编码器(Sparse Auto-Encoder,SAE)提取目标对象的底层视觉特征和高层视觉特征;然后,采用主成分分析(PAC)法对全局特征进行降维融合;最后,将全局特征响应送入softmax回归模型完成无人机目标对象的分类。实验表明,与传统SAE算法及传统基于底层视觉特征描述子识别算法相比,新算法具有更高的准确性及鲁棒性。

基于侧抑制竞争的航空遥感影像配准算法

王志强, 程红, 谭海峰, 杨明权, 滕飞
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 206-212. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S126005
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摘要 ( 6 ) 引用本文
图像配准是图像镶嵌、图像融合和目标定位等的核心技术。针对航空遥感影像中存在的特征信息匮乏以及不确定性灰度变化的问题,提出了一种基于侧抑制竞争的航空遥感影像配准算法,该方法利用侧抑制竞争的基本思想,首先检测出基准图像与待配准图像的暗特征点和亮特征点,然后利用特征匹配策略匹配两幅图像中同类性质的点特征,合并匹配点对集,最后计算出图像的变换模型,完成图像的配准工作。实验结果表明,该方法配准精度高、速度快,能够稳定并快速地完成可见光航空遥感影像的配准,解决了特征不明显的航空影像间配准成功率低的问题。
物理光学

内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列的宽频异常透射

祁云平, 张雪伟, 胡月, 胡兵兵, 王向贤
红外与激光工程. 2018, 47 (S1): 213-218. ;  doi: 10.3788/IRLA201847.S107001
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摘要 ( 4 ) 引用本文
为了实现宽频透射,设计了内嵌矩形腔的楔形金属狭缝结构,并用有限元方法研究了其透射特性。结果表明,内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列在红外范围内可以实现宽带、广角度的增强传输,并且与直缝结构对比光是强烈局域在狭缝出口处。用传输线理论来描述这种现象。此外,还讨论了入射极化角度、狭缝入口宽度、楔形狭缝的中心偏置等因素对透射的影响。这些结果对光信号传输、宽带传输和近场光采集装置的设计具有一定的指导意义。
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