• 2020年第50卷第4期文章目次
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    • >综述与评论
    • 大口径大视场望远镜探测器平面度检测方法综述

      2020, 50(4):387-395.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.39 M (28) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了更好地适应大口径大视场望远镜的成像要求,在相机焦平面拼接多个CCD使其能够覆盖望远镜的全视场成为大口径大视场望远镜光学相机设计的重点。本文系统地总结了当前国内外探测器平面度测量方法的最新研究进展,对比了应用较广的扫描白光干涉仪、三角激光测量仪以及激光同轴位移器的特点。文章还结合了国外大口径大视场望远镜中的相机焦平面靶面拼接特点,对其测量方法及设备进行了详细介绍和总结分析,为大口径大视场地基光电望远镜焦平面拼接探测器的平面度测量提供一定的经验参考。

    • >激光应用技术
    • 一种多模式融合的激光点云配准算法

      2020, 50(4):396-402.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.35 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对经典迭代最邻近点(iterative closest point,ICP)算法在三维激光点云配准领域内,存在收敛速度慢、配准误差大、配准效率低的问题,提出了一种基于法向量夹角特征和边界旋转角相融合的改进ICP算法。利用点云区域层划分将点云分成若干独立单元方格,搜寻方格的法向量夹角特征关键点,结合点面曲率对应关系形成初始匹配点对,随后引入距离约束函数,估算边界旋转角和相关动态迭代系数,自动优化刚性变换参数。实验结果表明,与传统ICP算法相比,改进后的算法配准误差降至0.3 %以下,配准时间减少50 %以上,有效提升点云配准效率。

    • 空间激光通信中复合跟踪技术研究

      2020, 50(4):403-406.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 1.11 M (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:空间激光通信前提是信标光束的精确对准,因此复合轴的跟踪技术是关键,粗精复合的耦合性问题成为研究重点。设计了一套基于单探测器复合轴的跟踪系统,对其原理及关键技术进行阐述,采用粗跟踪配合补偿精跟踪偏转量的方法,解决了耦合性问题,并完成伺服控制系统设计。搭建实验系统对跟踪性能及指标进行验证,实验结果表明,在±0.25°@0.1Hz扰动下系统跟踪误差控制在1个像素之内,跟踪误差均方根为0.13,结合实际条件知,系统像元角分辨率22 μrad,故系统整体跟踪精度优于3 μrad,可实现对信标光的精确跟踪,满足空间激光通信的应用需求。

    • 双频激光相干探测差频信号影响因素分析

      2020, 50(4):407-412.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.18 M (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现高速运动目标的低多普勒探测,提出了双频相干激光的差频光探测方法。对双频激光相干产生的差频信号光学影响因素进行了分析。首先,根据干涉理论得到差频光,结合维纳-辛钦定理推导得到了差频光的功率谱函数。然后,利用频域积分法得到差频光信噪比,并对差频光的条纹对比度进行了分析,最后进行了双频激光相干产生差频信号的实验研究。理论分析和实验表明,激光线宽的增大导致差频光信噪比和条纹对比度的下降,光程差越小条纹对比度越好,移频器的频率扰动导致差频光中心频率的波动。

    • 基于激光剪切散斑技术分辨铝蜂窝缺陷类型

      2020, 50(4):413-418.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.16 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用激光剪切散斑技术结合负气压加载,实现了蜂窝夹层结构内部缺陷类型的分辨,并使用数值计算方法分析不同类型缺陷在负压加载下的力学变形差异。文章首先制备了一块预置不同类型缺陷的卫星用铝蒙皮铝蜂窝夹层结构,缺陷类型分别为:上胶层垫膜、下胶层垫膜、去胶层、去胶层垫膜、去胶层油膜以及铣去蜂窝芯,尺寸依此为:10 mm、20 mm、30 mm和40 mm;接着简单介绍了剪切散斑干涉的基本原理,运用自行研制的激光剪切散斑系统结合负气压加载对蜂窝夹层试块加载;然后通过数值计算方法对比分析不同类型缺陷在负气压加载下的力学变形机理;最后使用热辐射加载进一步对样品进行探伤测试,分析两种加载方式的优劣。实验结果表明,激光剪切散斑干涉技术结合负气压加载可有效分辨铝蜂窝夹层结构内部的脱粘和夹杂等类型缺陷,数值计算方法可进一步佐证了实验结果。本文的研究可为蜂窝夹层结构的缺陷检测、缺陷类型分辨以及缺陷的力学变形机理分析提供技术支撑。

    • 基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究

      2020, 50(4):419-424.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.17 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6 %,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6 %,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。

    • 半主动激光制导炸弹测试系统设计

      2020, 50(4):425-428.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.05 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对某半主动激光制导炸弹的测试需求,设计了基于PXI总线的测试系统,同时研制了激光目标模拟器、数据链指令机等专用测试设备,利用RS422总线将相关专用测试设备与测试系统相连,并结合卫星信号模拟器构建了一套半主动激光制导武器测试系统。该系统可完成武器在挂飞段、攻击飞行段等整个工作过程的性能指标测试,保障了武器在整个研制、生产交付过程中的各种试验验证等工作。

    • >红外技术及应用
    • 红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析

      2020, 50(4):429-434.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 1.15 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:以64×64红外焦平面探测器为例,构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶和读出电路的全尺寸有限元仿真模型,与探测器芯片、填充层和读出电路的简化模型进行对比。研究表明,两种模型在芯片热应力的变化趋势上保持一致。由于铟材料与碲镉汞材料之间的热膨胀系数相差较大,随着芯片尺寸的增大,铟柱的影响逐渐增加,填充层简化模型计算得到的芯片热应力与全尺寸模型的热应力的差距会越来越大。

    • 中波碲镉汞p-on-n高温工作技术研究

      2020, 50(4):435-438.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.07 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对碲镉汞中波p-on-n技术进行研究,采用二次离子质谱仪分析注入后及退火后 As 离子在碲镉汞材料中的浓度分布,使用透射电镜表征激活退火后离子注入损伤修复状态,通过半导体参数测试仪评价pn结的IV特性,将探测器芯片装在变温杜瓦中测试其不同温度下的焦平面技术指标。研究结果表明,As离子注入后在碲镉汞体内形成大量缺陷,经过富汞退火后缺陷得到修复,同时As离子进一步向内扩散,制备的pn结工作稳定表明As离子得到有效激活,制备的中波p-on-n探测器芯片在120 K温度下有效像元率可以达到99 %以上。

    • 空间红外探测器用制冷驱动电路母线电流分析

      2020, 50(4):439-445.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.74 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:电流分析是制冷控制器减功耗设计的重要研究内容。本文基于simulink对某42 V供电大功率制冷驱动电路母线电流进行了仿真研究,分析了负载电流、H桥电源电流、母线电流的关系;着重分析推导了母线滤波电感IL1、滤波电容IC1与调制比ρ、负载电流IM1的数学关系。结果表明,IL1极大值、IL1均值、IL1有效值、IC1极小值、IC1均值与ρ和IM1满足线性关系,其中IL1有效值≈0.612ρIM1极大值;而IC1有效值随ρ先增大后减小,极值出现在ρ=0.8附近,IC1-rms=12.32/RM1+0.98exp-ρ-0.78/0.572。该结果可以用于指导单机的热设计和小型化设计。

    • >红外材料与器件
    • 碲锌镉晶体中夹杂问题的实验研究

      2020, 50(4):446-449.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.12 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用红外透射显微镜检测和研究了热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉晶体(CdZnTe)中的缺陷—夹杂,并对夹杂的影响因素进行了分析。研究发现:不同原料的化学配比、自由空间体积、饱和蒸汽压、晶体生长温场对晶体中夹杂的种类、形状、密度和尺寸都存在着影响,通过一系列工艺的改进可以获得夹杂合格的碲锌镉晶体。

    • 具有中远红外双阻带特性的频率选择表面设计

      2020, 50(4):450-456.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 1.91 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现覆盖中、远红外两个大气窗口的低透射率,采用六边形环复合“单钺”型短臂与十字结构共振器相结合的思路,设计了一种可调节的、“双环—双屏”三明治结构的频率选择表面。CST电磁软件仿真结果表明,在3~5 μm,8~14 μm两个红外大气窗口内的平均透射率低于1.9 %,可以对中、远红外电磁波有较好的抑制传输效果,并且有优越的偏振稳定性和入射角度稳定作用;通过利用表面电流分析法与等效介质原理法,以不同的角度阐述了频率选择表面结构的滤波机理。并通过仿真计算的方式,探究出电介质层属性与单元结构参数对频率选择表面的滤波效果有较大影响,研究结果对后续实验有重要的指导作用。

    • >光电技术与系统
    • 单探测器型复合轴系统设计中的若干问题

      2020, 50(4):457-462.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 984.21 K (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对单探测型复合轴系统设计中存在的控制回路耦合问题,脱靶量解算问题和实时稳定补偿问题,进行了详细分析和推导。首先,给出了系统设计中控制回路耦合的解耦控制方案;其次,推导了探测器获得的脱靶量和快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)补偿角度之间精确的数学表达式;最后,提出了一种通过实时解算稳定误差,并利用高带宽和高精度的FSM对误差进行高精度补偿的方法。这些方案和表达式可有效地解决设计中的原理性问题和误差解算问题,进而提高系统精度,因此具有相当大的实用性。

    • 近红外SPAD标定的偏压偏流控制系统研究

      2020, 50(4):463-467.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 976.34 K (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对近红外1550 nm单光子雪崩光电二极管(single photon avalanche photodiode,SPAD)的特性,为精确测量其参数性能,设计了高精度偏压控制电路及偏流检测电路系统。该系统以FPGA为控制核心,通过上位机软件下发偏压控制参数,采用高精度器件并经过电压放大滤波等操作实现对SPAD偏压的精准控制。采用电流检测器件,通过恒流源补偿的方案将偏流值检测转换成电压值的检测,利用模数转换器件进行电压采集上传给FPGA,上位机软件通过数据拟合推导得到最终的偏流值。通过实验测试验证了电路的可行性,偏压控制精度小于30 mV,输出电压纹波小于100 mV,偏流检测上传稳定。该偏压控制及偏流检测系统设计具有结构简单、偏压设置精度高、超低纹波、控制灵活的优点,已经应用于近红外1550 nm SPAD标定系统中,工作稳定可靠。

    • 适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

      2020, 50(4):468-474.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 1.12 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。

    • >光纤及光通讯技术
    • 采用液体腔的全光纤Fabry-Perot结构温度传感特性研究

      2020, 50(4):475-480.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 1.74 M (6) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出并设计了一种基于液体腔结构的全光纤Fabry-Perot (F-P)传感器,对F-P传感器原理进行了研究。采用内径为0.3 mm的玻璃毛细管作为套管,将两根SMF-28单模光纤插入套管构成F-P结构,并通过在腔内填充液体进一步提高传感器的灵敏度。实验中,以空气及纯净水作为腔内介质,分别制备了光纤端面距离为119 μm和123 μm,反射谱周期以及条纹对比度分别为15.15 nm、14.13 nm和11.17 dBm、11.83 dBm。实验中对所制备的两种F-P传感器分别进行了温度特性的测试,在20 ℃的范围内,每间隔2 ℃对反射光谱进行采集。对于空气腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷波长漂移量为2.39 nm,温度灵敏度为121 pm/℃,线性度为0.94,最大功率漂移为1.17 dBm;对于液体腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷漂移量为5.31 nm,温度灵敏度为243 pm/℃,线性度为0.98,最大功率漂移量为4.07 dBm。

    • 基于FBG阵列的滑动探测系统设计

      2020, 50(4):481-485.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.22 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现机械结构中夹持状态的实时监测,避免施力过大造成损坏或施力过小造成滑落,设计了一种基于FBG阵列的滑动探测系统。利用正交分布FBG阵列实现对不同方向滑动的感知,通过解算各位置上FBG波长偏移量完成对目标位置与滑动状态的分析。给出了系统结构设计及计算方法,仿真分析了不同参数的FBG对物体的滑动测试效果。仿真结果显示,采用lFBG=10 mm,h=4 mm的参数选择可以在保证空间分辨精度的基础上达到最大灵敏度。实验中,传感单元采用60 mm×40 mm×10 mm的硅胶体构成,内部预埋5个FBG构成传感阵列。实验结果显示,在x轴和y轴方向上,其灵敏度分别为0.0051 nm/N和0.0063 nm/N。FBG波长偏移量的变化曲线可以明确表征在传感模块上被测物的状态(静止、开始滑动、稳定滑动)。针对不同滑动速度进行了测试,FBG产生的波长偏移量变化所占时长与滑动时长成比例,即可通过波形完成滑动时长的解算。

    • >光学技术
    • 基于柱面微透镜阵列的激光匀化系统设计及实验研究

      2020, 50(4):486-495.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.30 M (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得平顶分布的长度连续可调的线光斑,设计了一种基于柱面微透镜阵列的光束整形系统,该系统采用两个相同的柱面微透镜阵列串联在一起,通过傅里叶透镜的聚焦作用在像平面上形成均匀的线光斑。基于矩阵光学理论,建立了成像光线矩阵,分析了影响光斑长度相关因素;基于傅里叶光学,进一步建立了光场数学模型,通过数值分析方法,模拟了光强分布特性。搭建了实验系统,获得了平顶分布的均匀线光斑,光斑长度在2~34 mm范围内连续可调,这种长度连续可调的线光斑在激光应用领域具有重要的应用价值,可以更好地满足实际生产需求。

    • >图像与信号处理
    • 基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法研究

      2020, 50(4):493-500.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 1.17 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:在装备试验与测试中,常规光学成像系统极易受气象环境(如雾霾、沙尘等)影响,导致探测距离、成像效果、测量精度等受到大幅限制,从而严重影响目标成像效果及关键参数获取。如何增强雾霾条件下光学探测识别能力及成像质量,成为了当前急需解决的关键问题。本文利用偏振成像优势,结合暗通道先验原理,提出了基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法。该算法首先利用采集到的偏振图像提取偏振特征,计算偏振度和偏振角;同时,采用基于区域增长算法自动提取出天空区域,对天空区域进行大气光参数估计,获取大气光偏振度及偏振角相关参数估计;然后,结合暗通道先验原理,获取无穷远处大气光强,进而计算各像素点的大气光强;最后,建立在大气物理退化模型基础上,实现图像去雾增强。实例分析与验证中,通过主观评价与客观评价两种方法,对比本文提出的方法和常见其他方法,实际结果表明,本文算法去雾增强能力较强,能有效提升光学系统的探测识别能力及成像质量,对雾霾条件下武器装备关键参数获取具有重要意义。

    • 一种基于LM算法的激光足印中心提取方法

      2020, 50(4):501-506.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 1.13 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:足印探测法是星载激光测高仪真实性校验的常用方法,而激光足印的中心提取是足印探测法的关键技术之一。针对受到大气湍流的影响的激光足印信号,提出一种基于Levenberg-Marquard(LM)算法的激光足印中心提取方法,以椭圆高斯函数为目标函数模型,通过椭圆高斯特征参数更新和迭代,以目标函数与观察值的残差作为判据,从而实现对特定参数即激光足印中心的提取。采用前40项泽尼克多项式模拟大气湍流作为激光足印在大气传输过程中的噪声,利用仿真数据对算法的提取精度和稳定性进行验证,实验结果表明,本文算法比传统的中心定位方法有着更高的定位精度并且相对稳定,假设激光足印探测器的布设间距为4 m,本文算法比其他传统算法的提取精度至少优于0.5 m。

    • 基于方向导波增强的红外与可见光图像融合

      2020, 50(4):507-511.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 1.09 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高融合图像的视觉效果,并解决可见光图像受光线、天气等影响而成像不清导致的夜视背景弱的问题,本文基于方向导波提出了一种可见光与红外线图像的融合方法。首先,利用方向导波对可见光图像的内容进行增强,然后,利用方向导波的多尺度分解将可见光和红外线图像进行分解后再分别合成为小尺度层、大尺度层和基础层。在大尺度层的信息合成的过程中利用视觉基础上的正则参数将红外线图像的信息加入到可见光图像中去;在基础层的融合过程中采用基于能量保护与细节提取的融合规则。最后,将大尺度层、小尺度层与基础层合并为融合后的图像。实验结果表明所给方法在提高夜视背景、细节处理、能量保护等方面都有良好的效果。

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