• 2020年第3期文章目次
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    • >综述与评论
    • 针对高光谱图像的目标分类方法现状与展望

      2020, 50(3):259-265.

      摘要 (18) HTML (0) PDF 968.20 K (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:进入21世纪,遥感技术成为一项非常重要的空间成像技术。高光谱图像分类是遥感技术应用中非常重要的一项研究内容,在民用和军用上都实现了应用。高光谱图像分类是通过给每个像元添加分类标签,最终达到区分地物并且识别目标的目的。本文简要阐述了高光谱图像的分类过程及其面临的主要问题;在总结前人研究的基础上归纳了4类主要的高光谱图像分类策略,简要分析了其优缺点及适用范围;分析了近年来出现的新型分类器及其优化方法。最后,对于高光谱图像分类研究存在的主要困难进行了总结,并对未来发展的方向进行了展望。

    • >激光应用技术
    • 调制器失调下的大视场猫眼回波特性分析

      2020, 50(3):266-272.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1.49 M (47) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于猫眼效应的逆向调制激光通信系统可以实现更快的通信速率,但是在实际应用中系统一般为非理想状态,其中调制器失调对猫眼回波分布有着重要的影响。基于柯林斯衍射积分公式建立了调制器失调下的大视场猫眼回波分布模型,理论分析了调制器俯仰角与入射角的关系以及两者对回波分布的影响规律并进行了实验验证。结果表明:调制器俯仰角和入射角共同影响回波光斑的形状,若两者取值符号相反,可减弱产生的影响。利用这一特性可以增强回波强度,改善猫眼逆向调制通信系统的性能。

    • 基于三维激光雷达的室外环境定位算法研究

      2020, 50(3):273-278.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 1.06 M (46) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对使用激光雷达进行室外定位的问题,提出一种基于三维立体激光视觉的特征匹配定位算法,以提高激光视觉在室外环境的位置特征可靠性和定位精度。该算法首先从原始点云数据中提取三维视觉的物类信息;再对提取的物体类进行特征提取,根据其个体特征进行分类并剔除非地标类,根据与相邻类的位置关系提取群体特征;最后通过与特征地图进行匹配实现全局定位。通过数据集仿真验证,该算法能够准确地提取有效类和位置特征,平均每帧的类提取率达到90 %以上,对95 %以上的场景都能成功定位,且定位误差不随地图范围增大而积累,具有稳定的定位性能和较高的定位精度。

    • 大口径光学元件装夹转运结构设计及分析

      2020, 50(3):279-284.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.64 M (45) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现大口径光学元件的安全装夹、转运,通过光学元件开槽与不开槽两种装夹方式的分析,得出开槽夹紧转运方式将带来微裂纹、应力集中、成本高等缺陷,提出了利用摩擦力克服光学零件的重力和惯性力的低应力装夹转运方案。通过对光学元件低应力夹紧结构设计,并利用有限元分析方法,得到不开槽装夹方式下,光学元件的最大主应力为1.11 MPa,最大切应力为0.73 MPa,远低于光学元件破坏的强度极限,且受力均匀,无应力集中现象。

    • 激光脉冲弱小回波信号提取方法研究

      2020, 50(3):285-292.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 2.04 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:在激光红外复合制导中,主动激光雷达可以提供探测目标的距离信息,并与红外探测方式实现光电互补,有助于提高复杂战场环境下精确制导的准确率。激光测距时,准确的回波位置检测是确保测距精度的关键。而信噪化是决定精度和作用距离的关键。为了提升脉冲回波信号的信噪比,本文提出了一种结合自相关滤波算法与改进的奇异值分解方法的微弱脉冲提取方法,并分别采用仿真数据和实际采集的脉冲激光回波信号进行去噪实验,实验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提升回波信号的信噪比,有助于提高激光测距的精度。

    • 基于偶次谐波吸收率函数复现方法

      2020, 50(3):293-299.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 1.34 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:TDLAS中波长调制光谱具有灵敏度高、信噪比高的优点,然而由于其无法有效得到绝对吸收率函数一般需要采用二次谐波峰值结合标定实验确定待测气体参数。考虑到这一问题,本文基于波长调制光谱策略,在时域上对经过高频调制的激光透过率函数于谱线中心频率处进行泰勒级数展开,在此基础上得到谐波表达式由透过率及其导数和频率调制幅度等组成,通过分析各次谐波间的关系特征建立了一种基于偶次谐波信号的吸收率函数高精度复现方法。随后采用CO2分子6976.203 cm-1谱线对该方法进行了数值模拟和实验验证,并将实验结果与传统直接吸收法测得的吸收率函数进行对比。模拟和实验结果表明:波长调制光谱中偶次谐波信号可复现TDLAS核心参数—吸收率函数,其测量精度随着所采用谐波阶次的增加而提高,预期可为谱线参数高精度标定、复杂工业现场中痕量气体浓度监测提供新的测量方法。

    • 基于GNSS/INS与激光雷达的缓存池建图

      2020, 50(3):300-304.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1000.94 K (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决智能车、无人机、自主机器人对外界环境感知的先验信息不足的问题。本文提出了一种使用惯性导航(INS)与卫星导航(GNSS)辅助多线激光雷达传感器对环境进行自主三维重建的算法。该算法首先采用一种基于GNSS\\INS的线性差值法与四元数插值法并行算法将激光雷达点云转换到唯一坐标系下,纠正点云随时间的漂移;通过基于缓存池的建图方法对周围环境进行点云分割与拼接,对得到的子地图进行体素滤波,最终得到丰富环境信息的三维重建地图。通过机器人操作系统(ROS)在移动平台上进行验证,实验结果表明:该方法成功的对外界环境进行自主三维建图,适用于智能化载体对未知环境下的感知。

    • >红外技术及应用
    • 一种红外探测器用电子束焊接技术研究

      2020, 50(3):305-309.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.01 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前制冷型红外探测器所使用的冷指零件材料(TC4)、冷台零件材料(可伐合金)开展真空电子束焊接技术研究。TC4合金和可伐合金在熔化焊接时,焊缝组织内会出现Fe—Ti金属间化合物,该类型的金属间化合物属于脆性材料。在焊接完成后温度降低的过程中,会因TC4和可伐合金的热膨胀系数差异导致焊缝开裂。本文通过在焊缝区域添加过渡金属,将Fe、Ti元素进行物理隔离,实现了TC4/可伐合金之间的熔化焊接。

    • 制冷型红外探测器组件降温性能优化

      2020, 50(3):310-314.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 847.63 K (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:依据热力学相关原理,对640×512红外焦平面探测器制冷组件的结构进行分析研究,从提高杜瓦内部结构传热速度的角度出发,设计了降温性能优化方案,完成了样品实验验证,组件的降温时间缩短20 %以上。

    • 一种实用的火箭尾焰粒子辐射参数计算方法

      2020, 50(3):315-318.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 970.95 K (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了高效计算固体火箭尾焰中粒子的红外辐射规律,基于MIE散射理论建立了辐射特性计算模型,并研究了Al2O3粒子复折射率的计算方法和尾焰中固体粒子尺寸分布律计算模型。并利用上述模型,仿真分析了典型条件下Al2O3粒子的辐射参数。结果表明在仿真条件下尾焰中固体粒子辐射特性主要取决于散射特性,并随粒径增大散射相函数方向性明显增强。最后,利用建立的模型计算了典型条件下某型固体火箭尾焰的红外辐射特性,并通过与权威文献结果对比验证了模型合理性。

    • 新型制冷Dyson光谱仪设计

      2020, 50(3):319-326.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 2.47 M (37) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决传统Dyson制冷型光谱成像技术由于紧凑结构带来的空间部件重叠、谱线弯曲、色畸变等问题,本文创新性地提出基于传统Dyson光谱仪物面-像面分离设计的思想。根据新型Dyson像差原理,推导了新型Dyson离轴像差理论,依据理论对传统Dyson光谱仪进行改进和优化,设计了一款相对孔径为1/2,口径为50 mm,波段为8~12 μm的新型Dyson光谱仪。利用二次成像原理图,完成系统二次成像组结构参数的相关计算,通过像差优化,使系统实现100 %冷光阑匹配。设计结果表明:系统的谱线弯曲小于20 μm,色畸变小于35 μm,光谱分辨率优于80 nm,系统奈奎斯特频率在17 lp/mm处接近衍射极限。

    • 金属网栅电磁屏蔽窗口薄膜的设计与制备

      2020, 50(3):327-332.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.13 M (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过光刻掩膜技术、电阻热蒸发沉积技术制备电磁屏蔽窗口金属网栅薄膜,研究金属网栅的红外透射率和电磁屏蔽效能。为了能有效地屏蔽电磁波,使用CST Studio Suite电磁仿真软件设计不同周期、线宽的金属网栅,采用光刻掩膜技术、电阻热蒸发技术在双面抛光单晶硅基片上完成线宽为30 μm,周期分别为350 μm、450 μm、550 μm、650 μm、750 μm的金属网栅薄膜的制备。采用真空型傅立叶红外光谱仪和矢量网络分析仪分别对不同结构参数金属网栅薄膜的光谱特性和电磁屏蔽效能进行测试。结果:实现在双面抛光单晶硅基底上制备的网栅在12~18 GHz频段内,网栅的电磁屏蔽效能均达到12 dB以上。在3~5 μm波段的透射率损失仅为8 %。为了得到既具有高透光率,又具有强电磁屏蔽效能金属网栅薄膜需要合理设计金属网栅的线宽和周期。制备过程中网栅的光学-电学特性不仅受周期和线宽影响,掩膜板的加工精度、金属网栅的加工缺陷等也会造成不同程度的影响。

    • >红外材料与器件
    • 碲锌镉籽晶定向熔接技术研究

      2020, 50(3):333-336.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 923.05 K (47) 评论 (0) 收藏

      摘要:应用CdZnTe晶体作为衬底材料时,其晶向非常关键。CdZnTe晶体籽晶引晶定向生长技术能够有效提高晶体利用率。但是,受碲锌镉晶体生长方法限制,CdZnTe籽晶引晶技术成功率并不高。本文即通过一系列实验研究了籽晶熔接过程升温方式以及籽晶晶向对碲锌镉籽晶熔接成功率的影响,并确定了升温方式是籽晶熔接的关键工艺所在。后续籽晶引晶生长晶向能否持续与籽晶选择晶向有关。通过显著提升初始熔体过热度可以促进<111>籽晶引晶晶向的保持。

    • >光电技术与系统
    • 振动影响航空TDICCD相机像质的集成分析

      2020, 50(3):337-343.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.86 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用集成建模分析法,研究了航空TDICCD相机的成像质量受到振动载荷激励影响后的变化程度。在振动激励下,光学系统镜面会产生变形和微位移,使光学性能下降。设计了一种采用非球面镜片的航空相机光学系统,建立了航空相机光机系统的有限元模型,对其进行动力学分析,得到振动激励下的各个镜面节点位移量,以Fringe Zernike多项式为接口对镜面变形进行拟合,将拟合得到的12组37项系数输入到光学软件的航空相机光路模型中进行光学性能评价。分析表明,该航空相机光学系统在振动激励下,91 lp/mm分辨率时光学调制传递函数下降了9.7%,像点点列图发生偏移和弥散,需采取相应的减振措施。

    • 光纤陀螺捷联惯导系统艇上系泊状态自标定方法

      2020, 50(3):344-349.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.06 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:从实际工程使用角度出发,提出了一种在系泊状态下的系统级自标定方案,避免了惯导系统在艇上的反复拆装。提出的系统级标定方法设计了15位置转位方案,可以通过Kalman滤波对陀螺仪和加速度计的零次项误差,标度因数误差,安装误差进行精确估计,除了对以上误差参数的估计外,对影响导航精度的内杆臂参数和加速度计正负通道非对称误差也可以进行估计。并根据系泊状态的特殊晃动环境,设计了零相位延迟的低通滤波器从惯导系统的速度解算中得到速度误差,保证了惯导系统在不依赖外界输入条件下完成自标定任务。仿真及实验结果表明,该方法能在系泊状态下准确估计出全部误差变量,且与静基座标定结果相符,具有实际应用价值。

    • >光纤及光通讯技术
    • 多泵浦与光纤级联结合的宽带拉曼光纤放大器

      2020, 50(3):350-356.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.33 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统光纤通信传输系统中拉曼光纤放大器(RFA)增益带宽不足、输出增益低且输出增益不平坦的问题,设计了一种多泵浦和光纤级联相结合的宽带拉曼光纤放大器。并且推导实现增益平坦输出时所用六个泵浦光和四段光子晶体光纤(PCF)对应参数满足的约束表达式,从理论上给出了一种提高放大器增益和增益带宽的同时保证较小增益平坦度的设计方法。最后通过Matlab数值模拟,所设计的宽带拉曼光纤放大器达到了增益带宽92 nm,平均增益39.95 dB,增益平坦度0.1447 dB。

    • >光电对抗
    • 光电装备模拟训练数字跟踪转台实时仿真

      2020, 50(3):357-362.

      摘要 (10) HTML (0) PDF 1.19 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光电对抗装备模拟训练中跟踪伺服转台实时性能仿真实现问题,运用数字转台概念,采用Matlab/RTW/xPC Target工具构建了能够模拟实物跟踪转台功能、性能的实时仿真分析环境,在普通PC机上实现了跟踪伺服转台实时性能的半实物仿真。完成了实时仿真分析平台软硬件及控制算法的设计与仿真测试,结果表明,该仿真方法能够模拟自动跟踪、外引导、操作手单杆跟踪三种状态下装备跟踪转台系统性能,既保证了实时性也大大减少了开发成本,也能够快捷高效进行跟踪控制算法的设计调试与快速控制原型实现,具有重要工程应用价值。

    • >电子电路
    • 基于USB-HID接口的高速数据采集系统设计

      2020, 50(3):363-367.

      摘要 (15) HTML (0) PDF 1.24 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:绍了基于USB-HID(Human Interface Device)接口的高速数据采集系统的开发过程,详细阐述了系统硬件设计、软件设计及其应用。通过EZ-USB FX2芯片CY7C68013和DSP处理器TMS320F2812实现与外部设备之间的数据传输和采集。该系统具有传输速度快、结构简单、实时性和可靠性高等优点,可自动被识别为HID设备。该系统可应用于高速数据和红外图像的传输和采集,传输平均速度可达40 MB/s,响应速度可达10 ms,能较好地满足数据实时传输要求。

    • >图像与信号处理
    • 一种弹载线阵激光雷达距离像噪声的抑制算法

      2020, 50(3):368-373.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.50 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了得到更加可靠的激光雷达距离像,充分考虑弹载激光雷达的特殊工况,提出一种基于扫描路径线的距离反常噪声抑制算法。首先,采用线形滤波窗口对原始距离像每一个像素进行距离反常多次判定,分别对当前像素是否为中值、与中值的差值是否大于阈值以及当前像素的绝对变化幅值进行分析;然后,在判定为距离反常值之后,在滤波窗口内进行二次中值滤波,前后相比较之后做出决断。实验结果表明:在RMES(均方根误差)的判定条件下,此算法在不同高度、不同坡形、不同角度的多组数据情况下,对距离像的距离反常噪声抑制效果,都要明显优于传统滤波窗口为3×3和5×5的中值滤波;并且算法处理速度较快,能够满足初步的应用需求。

    • 基于刃边法的红外图像目标信息复原

      2020, 50(3):374-379.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.14 M (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外图像在成像过程中,由于成像系统本身的因素以及电子噪声、热噪声等,会造成图像质量下降,对红外目标信息的识别造成影响。针对以上问题,本文提出了一种基于刃边法的图像信息复原方案。首先建立红外系统的复原模型,采用刃边法来计算系统的复原参数;接着使用Prewitt锐化算子检测刃边,再利用三次样条插值以及Savitzky-Golay 滤波优化边缘扩散函数,得到系统的点扩散函数;最后采用维纳与盲卷积复原算法对红外图像进行处理,比较两种方法的热噪声特性,并通过边缘锐度与标准差来量化复原效果。实验结果表明:维纳滤波相比于盲卷积在复原效果上的提升更为明显,约为1倍,且热燥声改善也优于盲卷积,复原方案切实可行。

    • 应用于人卫激光测距光尖图像处理方法研究

      2020, 50(3):380-384.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 1.13 M (44) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种基于人卫激光测距望远镜寻找激光光尖的新型检测方法和实施效果。通过实拍的激光光尖图像,采用高斯滤波等方法对图像进行预处理,再对降噪滤波后的图像提取边缘,输出二值图像,利用霍夫直线变换,对在CCD靶面成像的激光位置进行标定。基本达到了在肉眼识别不清的情况下检测出激光光尖,并精确计算出光尖的坐标。通过质心算法计算出的卫星星点质心坐标,可以确定光尖与星点质心的偏差量,从而控制望远镜的转动消除偏差,达到无人值守的科研目标。

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