• 2020年第2期文章目次
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    • >激光应用技术
    • 不锈钢材料的光纤激光掩膜微细电解复合加工

      2020, 50(2):131-135.

      摘要 (27) HTML (0) PDF 1.35 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:光纤激光掩膜微细电解复合加工是激光表面重熔与微细电解加工的结合,是加工微细型腔的有效方法。根据光纤激光掩膜微细电解复合加工的加工原理,搭建复合加工平台并进行工艺试验。对光纤激光掩膜表层物质进行XRD测量,结合有限元法建立热源模型分析激光加工参数对激光掩膜的影响,对不锈钢表层进行电化学极化曲线测量,最后进行工艺试验对得出的结论进行验证。研究结果表明:激光重熔表面耐腐蚀性较好,在微细电解加工过程中对材料基体起到很好的保护作用,选取适当的激光加工参数能够加工出精细的微型腔结构。

    • 泥石流沟谷滑坡体的点云采样分析及变化检测

      2020, 50(2):136-142.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.15 M (56) 评论 (0) 收藏

      摘要:泥石流沟谷地区地形复杂,沟壑纵横,利用激光雷达技术获取的点云数据往往存在着数据量大,数据冗余等问题。本文以云南省小江流域大白泥河泥石流沟的一伴生滑坡体为试验对象,利用地面激光扫描(terrestrial laser scanning,TLS)技术对其进行两个时期的点云数据获取,形成一系列针对泥石流沟谷地区的点云配准,滤波去噪,地表建模等数据处理流程;探讨不同重采样分辨率对地表模型构建的影响,运用ArcGIS平台对不同重采样分辨率下的滑坡量进行估算对比,获取该滑坡提供的泥石流物源量可靠值;同时,利用预处理后点云对该滑坡体进行点云探测及变化分析。试验结果表明(1)不同重采样分辨率构建的地表模型与其采样点云间的垂直标准差为0.3~0.5 cm;(2)点云曲率重采样分辨率在50 %~70 %范围内,滑坡量估算值较为可靠;(3)整个滑坡体的变化区域的距离变化区域在0.008~0.5 m。

    • 无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

      2020, 50(2):143-147.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.03 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。

    • 二维粗糙面两束波束散射特性研究

      2020, 50(2):148-155.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 1.26 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于Kirchhoff近似,推导两束波束散射强度相关系数的表达式,数值计算漫射强度及散射强度相关系数随角度差、相关长度及粗糙度变化情况。结果表明:散射角对粗糙表面相干散射强度与光滑表面相干散射强度的比值有影响,当两束波束的入射角、方位角均相等,意味着两束波束相互重合且散射强度比值为单波束比值的四倍;当两束波束的入射角、方位角中有一个角度不相等,由散射场干扰效应的影响,相干散射强度比值都会减小。相关长度的变化与漫射强度和散射强度相关系数均成正比;随着入射角度差增大,漫射强度的后向散射效应增强,且散射强度相关系数变小,说明两束波束的干扰越严重;随着散射角的增大,总散射强度受干扰项散射强度影响较大,则后向散射效应增强。

    • 10 kW级表层掺杂板条激光放大器研究

      2020, 50(2):156-160.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.36 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了一种在室温下运转的高功率Yb∶YAG表层掺杂板条激光放大器,该放大器基于主振荡功率放大结构(MOPA),以光纤激光器作为种子源,种子光经预放大器放大后,再进入表层掺杂板条中进行功率放大。建立了放大器增益模块的提取功率和提取效率的理论模型,并进行了实验研究。放大器在3.5 kW的1030 nm信号光注入和22.4 kW的940 nm激光二极管抽运条件下,输出激光功率10.6 kW,从单增益模块中提取功率7.1 kW,提取效率达到31.7 %,实验结果和理论计算结果基本相符。同时对板条的透射波前进行了测量,PV=1.6 μm。

    • >红外技术及应用
    • 基于改进Delaunay三角剖分的空间目标红外辐射成像方法

      2020, 50(2):161-167.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.14 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:空间目标的红外成像仿真技术在军事国防、空间探测等领域都具有重要意义。本文提出了一种基于改进Delaunay三角剖分的空间目标红外辐射成像方法。此方法首先根据空间目标热平衡方程,利用节点网络法求解出目标的各节点温度,然后利用STK得出探测器、目标、地球与太阳的位置关系,随后由目标节点温度求得目标红外辐射强度,最后采用提出的改进Delaunay三角剖分的方法重建目标得到红外图像。本文以某卫星为例进行了成像仿真实验,实验验证了本文成像方法的有效性与高效性,对空间目标的红外探测与识别具有重要价值。

    • T-S型RBF神经网络在红外火焰探测系统中的应用

      2020, 50(2):168-173.

      摘要 (31) HTML (0) PDF 1.69 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于T-S(Takagi-Sugeno,高木-关野)模型RBF(Radial Basis Function,径向基函数)神经网络,提出了一种应用于三波段点型红外火焰探测器的识别算法,同时实现了硬件电路以及软件程序的设计。针对火焰探测器在检测过程中可能出现的数据丢失、失真、饱和等复杂情况,本文利用RBF网络较优的逼近精度和泛化能力,同时结合T-S模型用少量的模糊规则可生成较复杂的非线性函数的特点,实现了火焰与干扰源的准确识别。实验证实,T-S模型RBF神经网络相比于BP(Back Propagation,反向传播)网络在逼近精度、收敛速度、鲁棒性等多个方面都有所提升。

    • 红外热像仪在被动式超低能耗建筑性能检测中的应用

      2020, 50(2):174-178.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 879.82 K (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:概述了红外热成像技术探测外墙热工缺陷的原理及应用现状,结合工程实例对红外热像仪的应用进行了分析,分别采用定性和定量两种方式判定热工缺陷严重等级。结果表明,利用红外热像仪可以快速得到建筑围护的温度场分布,从而判断是否存在热工缺陷,更是为建筑节能效果的评价提供了高效、准确的检测手段。

    • 基于激光热成像方法的奥氏体钢表面缺陷表征

      2020, 50(2):179-183.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1.19 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:有源热成像是当今广泛使用的无损检测方法,可利用材料热特性完成缺陷表征。本文使用激光作为热成像的激励源,使用激光局部加热试件,产生的球形热流允许以任意方向检测缺陷。在加热过程中,能量扩散完全覆盖缺陷区域,在散热过程中,缺陷的存在会使得激光器的热足迹呈现不对称性,红外热像仪实时监测表面温度场分布,实现表面缺陷的可视化检测。通过实验验证以及对实验结果的图像分析来完成缺陷表征,结果表明:在散热过程中,红外热像仪可实现对缺陷的可视化检测,通过图像锐化处理检测缺陷边界,得到缺陷的形状分布,完成缺陷的定位表征。

    • 激光/红外复合扫描引信目标识别算法

      2020, 50(2):184-191.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.39 M (39) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对激光、红外单模引信抗环境干扰能力差、目标识别概率不高的问题,提出了一种基于关联的多元线阵激光/红外复合扫描的模糊识别算法。该算法通过建立激光/红外线阵扫描模型,对目标的顶部三维轮廓与顶部红外辐射图像进行特征提取与关联信息融合,对比真实目标特征参数,设计了基于模糊理论的目标识别算法,得出三组识别特征各自的识别概率,在此基础上对三种识别概率继续进行模糊推理融合得出目标的最终识别概率。仿真结果表明,该复合探测目标识别概率比单模识别方法有较大幅度的提高。

    • >红外材料与器件
    • 电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

      2020, 50(2):192-197.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.07 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2 μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm2 V-1 s-1和7.9453×104 cm2 V-1 s-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。

    • >光电技术与系统
    • 一种新型单兵对抗激光模拟训练系统

      2020, 50(2):198-203.

      摘要 (36) HTML (0) PDF 1.18 M (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种新型单兵对抗激光模拟训练系统。重点介绍系统总体构成以及电学光学实现方法。提出一种激光、白光共孔径式的新型激光发射机做射击模拟器,利用一种旋转开关调整激光发散角,使不同距离光斑尺寸大致相同,发射含编码信息的激光信号;经接收器接收并传递到以STM32为核心的信息处理器,由其判定单兵伤亡情况、采集单兵姿态位置等信息,并将信息上传总机;总机可获悉双方伤亡情况、并实时监控训练状态。该系统使射击模拟器体积缩小、稳定可靠,实现了激光、白光、武器瞄准线共轴,使训练和实战有机统一,增强了训练的战场氛围和逼真度。

    • 用于激光合束系统的光束位置监测装置设计

      2020, 50(2):204-210.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.18 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现近场可见光波段、多路不同波长激光合束中位置误差监测,设计了一种光斑位置监测装置,该装置以缩束系统为基础对同指向激光束位置进行自动监测,在激光合束系统中与快速反射镜相配合,能有效提高合束系统的精度和合束效率。首先对监测装置光学系统进行了设计和仿真分析,使其实现缩束功能的同时减小色差对监测精度的影响。接着,根据设计要求选择了合适的光电探测器。然后,设计了镜筒并对装置的箱体进行有限元优化设计以减轻质量并防止产生共振,使其可以在复杂的环境中工作。最后,根据光斑的特性选择了合适的光斑中心定位算法。实验检测结果表明:缩束倍数达到了15.6倍,监测精度达到了0.1 mm。系统基本上可以使所有激光束成像在CCD上,且光斑能在CCD上成完全像,稳定性较好,精度高,满足使用要求。

    • >光学技术
    • 5G系统中SRS对基于FWM参量放大器的影响

      2020, 50(2):211-214.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1021.32 K (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:5G网络的运营,对光模块的功能和性能提出了更高的要求。本文基于光纤中的SRS效应和FWM效应,对基于FWM效应的参量放大器的增益性能做出改进,用龙格-库塔法数值模拟了SRS效应对光纤参量放大器增益性能的影响。分析得到:考虑SRS效应时,信号光增益谱更加平坦,最大增益可达44 dB,增益带宽达到了67 nm。

    • 基于折/衍混合的机载红外光学系统设计

      2020, 50(2):215-223.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 2.10 M (42) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现机载红外光学系统大口径、长焦距、轻量化、高像质、非热敏化的技术要求,通过对反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,选取卡赛格林光学结构型式,提出一种基于折/衍混合的机载大口径长焦距非球面红外光学系统。经过初始结构计算,并利用ZEMAX软件进行优化,设计出一款焦距1200 mm、口径260 mm的折/衍混合红外光学系统,遮拦比18 %,在空间频率10 lp/mm处,调制传递函数(MTF)达到0.45,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在20 μm以内,在-50~+70 ℃温度范围内实现非热敏化。该系统结构简单,由两个反射镜和一组透镜组成,设计结果满足各项任务指标,对机载红外光学系统的进一步研制具有重要意义。

    • >太赫兹技术
    • 基于柱面镜的太赫兹阵列探测器扫描成像实验研究

      2020, 50(2):224-228.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.37 M (25) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一套用于太赫兹阵列探测器扫描成像的光学系统,采用光学设计软件分别对柱面镜和聚焦透镜的面型进行了仿真,仿真结果表明,经过柱面镜后,点光源变成了线光源,线光源的宽度为1.4 cm。实验中,分别采用VDI单元探测器和中科院苏州纳米所自主研发的场效应管阵列探测器对物体进行成像,其中VDI单元探测器成像效果较为清晰,阵列探测器的图像中存在一定的条纹,原因来源于探测器像元之间的耦合和串扰。本文采用柱面镜结合阵列探测器,提升了扫描成像的速度。

    • >图像与信号处理
    • 融合多特征的对象级航空遥感图像变化检测

      2020, 50(2):229-238.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 2.54 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航空遥感图像,构建一种面向对象的融合JS(Jensen-Shannon)散度特征与互相关特征的变化检测算法。首先,应用多尺度分割算法获取像斑;然后,提取反映像斑内像素灰度分布的总体统计特征的JS散度以及反映像斑内部结构的变化特征的互相关特征,应用决策级融合方案对两个优势互补的特征进行有效融合,进而探测变化区域;最后与固定权重融合的检测结果进行精度对比。结果表明:本文方法的平均检测精度达到93.07 %,误检率平均为7.13 %,漏检率平均为4.37 %,比仅基于JS散度特征、互相关特征、固定权重融合的检测方法精度分别提高了8.98 %、4.71 %和4.20 %。因此,该变化检测方法不仅能有效提取变化区域,而且提高了变化检测的精度,在航空遥感图像变化检测中具有有效性与应用潜力。

    • 应用于嵌入式平台的实时红外行人检测方法

      2020, 50(2):239-245.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.23 M (46) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有基于深度学习的远红外图像行人检测方法对计算力要求高,需要高功耗GPU计算平台,应用于嵌入式平台时,无法满足实时性和准确率需求。针对该问题,本文提出了一种新型实时红外行人检测方法,该方法使用MobileNet作为YOLOv3模型中的基础网络,辅助预测网络层以深度可分离卷积替换标准卷积,将模型改进为轻量红外行人检测模型。基于新方法构建的模型采用CVC红外行人训练集离线训练,并部署于嵌入式平台,实现红外行人在线实时检测。实验结果表明,与改进前方法相比,模型大小为65 M,约为YOLOv3的27 %,新模型在基本保证原有准确率的同时,大幅降低了计算量,在同一平台下的检测速度从3FPS提升到了11FPS,可满足大部分嵌入式系统对行人检测的实时性需求。

    • 基于改进生成对抗网络的红外图像超分辨率重建

      2020, 50(2):246-251.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.64 M (41) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于硬件成本和拍摄条件等限制,很难直接获取高分辨率红外图像。生成对抗网络可以实现红外图像的超分辨率重建,但仍存在训练不稳定,训练时不收敛等不足。针对这些问题,本文使用Wasserstein距离代替KL散度,结合图像间的欧式距离构造新的损失函数,优化原有网络结构和算法流程,使网络更准确地学习低分辨率图像与重建图像的对应特征映射关系,网络训练更加稳定。实验结果表明,重建图像的边缘过渡平缓,目标细节得到有效保证,并获得了更好的客观评价结果。

    • 卷积神经网络在目标检测中的应用及FPGA实现

      2020, 50(2):252-256.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.04 M (36) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统目标检测算法在复杂背景条件下的对红外弱小移动目标的检测能力弱,虚警率高等问题,提出了一种基于卷积神经网络的目标检测方法,分析了卷积神经网络的结构、特点,将卷积神经网络应用到红外弱小目标检测领域,选择卷积神经网络模型,学习训练学习出合适的模型参数,并将算法在以FPGA为核心的硬件平台上进行移植。实验表明,本文的算法实时性好,硬件移植工作量小,在复杂背景下能够得到目标掩码信息、有效检出目标。

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