分布式光纤振动传感器的自适应时延估计

针对传统的安全防卫系统存在监测距离较短、抗电磁干扰能力弱、维护成本高等缺点,设计了一种新型的分布式光纤振动传感器.传感器由双向马赫-泽德(M-Z, Mach-Zehnder)干涉仪构成全光纤的光路组成,通过光纤敏感入侵者的振动来进行传感和定位.实验测得传感器的信号为低通带限信号.根据传感器的信号特点,研究了基于最小均方(LMS, Least Mean Square)算法的自适应时延估计方法,给出了自适应算法的性能分析结果.建立了实验系统,现场试验结果表明自适应算法可实时地获取振动的位置,平均误差小于200m,已成功用于多个地区的安防报警系统.      

十字线结构光视觉传感器的标定方法研究

基于结构光三维视觉测量原理,搭建了一套非接触式的十字线结构光视觉传感器。为获取投影光条上采样点的三维空间坐标,建立了该传感器的数学模型,研究了其结构参数的标定方法。应用张正友标定法和棋盘格标定板完成了传感器结构参数的标定,确立了被测点的图像坐标与其空间三维坐标之间的映射关系,并进行了试验验证。试验结果表明,标定结果可以使传感器实现预定的三维测量功能,对飞机蒙皮钻孔点位法矢的重复性检测精度可以满足使用要求。     

面向星载应用的图像压缩专用芯片研制

以高数据吞吐量和低系统结构复杂性为优化目标,根据图像传感器输出特点,综合应用双缓存、数据流驱动、并行处理与流水线设计、同步电路设计等多项关键技术,设计了具有数据处理速度和超大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integrated)结构复杂性最佳匹配的空间域重采样压缩算法VLSI结构,该结构的压缩性能仅与图像宽度相关,与图像传感器输出时序无关,既可以采用外部时钟,又可使用与图像传感器相同的时钟源,在这2种情况下,都能够保证在无限长时间内,在连续工作状态下,每个时钟周期实时处理一个图像数据.实践证明,基于该VLSI结构的压缩专用芯片,处理速度快,功耗低,满足星载应用高速实时与低功耗要求.      

基于实时解空间的三维声源定位

提出了一种基于实时解空间库的快速三维声源定位算法。该算法使用来自四个声传感器 ,一个风速传感器和一个风向传感器的信号能够准确快速地计算出声源的位置。     

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.      

彩色三维激光快速成型技术的研究

目前逆向工程采用线结构激光和一个彩色面阵CCD摄像机构成三维彩色扫描系统,彩色CCD摄像机分两次对被测物体成像,首先摄取物体的彩色图片,然后加用滤光片再摄取激光光平面上的三维信息.最后将两次获取的信息重叠,便可得到三维彩色信息.提出了激光光平面方程式三维测量方法,建立了相应的数学模型.研制成一套适用于彩色逆向工程流程,并进行了实验研究,给出了实验结果.     

磨削表面粗糙度在线实时测量的研究

在试验研究的基础上,研制了一种新的光纤表面粗糙度在线测量系统。以光散射法为理论基础,用光纤束作为传感器,并用单片机进行数据处理和实时显示。针对外圆磨削在线检测中存在的冷却液、工件尺寸变化、环境干扰以及仪器的装夹与对中等问题进行了研究,找到了改进或解决的办法,从而更利于该测试技术的实施与推广。     

多模光纤强度调制型扰动传感器传感原理

介绍了一种采用"单模光纤-多模光纤-单模光纤"结构的强度调制型扰动传感器,传感光纤为多模光纤.以提高传感灵敏度为目的,对强度调制的传感原理进行研究,并通过仿真及实验验证原理,得出使用相干光源、阶跃折射率多模光纤、对轴熔接单模光纤和多模光纤可以得到传感灵敏度很高的扰动传感器.所述方案结构简单、传感距离长,可应用于各种扰动传感领域,如边界线、军事基地、石油管道等.     

内嵌ARM核的FPGA技术在星敏感器中的应用

介绍了内嵌先进精简指令集处理器ARM(Advanced RISC Machine)核的现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays)芯片EPXA10的内部结构及特点.基于这种嵌入式技术,进行了互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)星敏感器图像驱动与实时星点定位算法的研究,并给出具体实现,包括用EPXA10的FPGA部分实现了CMOS图像传感器的驱动和对星图的预处理－阈值分割,用EPXA10的ARM部分完成了星图的星点定位算法--改进的4连通域成分贯序算法,基于VC＋＋语言实现了串口通讯程序以及图像显示程序.最后给出了成功驱动CMOS图像传感器得到的清晰图像及星点定位结果,并将基于ARM得到的定位结果与基于PC机(Personal Computer)得到的定位结果进行了比较,结果完全正确.采用内嵌ARM核的FPGA提高了整个系统的处理速度,减小了硬件电路设计的复杂性、体积和功耗.     

光纤传感器在航天计量测试中的应用

近年来,光纤传感器得到了迅速的发展。在简要介绍光纤传感器独特优点及其应用的基础上,以具体事例说明在航天技术中发展光纤传感器的重要意义。     

光窄带滤波器及其在光纤激光器中的应用

单频光纤激光器在光通讯和光传感领域具有广泛的应用前景.采用数值分析的方法求解了基于可饱和吸收体的光窄带滤波器耦合模方程,对影响光窄带滤波器输出响应特性的掺杂光纤的长度、吸收系数和输入泵浦功率进行了理论分析;通过实验验证了构成可饱和吸收体的掺杂光纤长度与光窄带滤波器响应带宽成反比的结论;将光窄带滤波器应用于光纤激光器中,获得了输出激光功率大于1mW,不跳模时间大于2h,线宽在百赫兹量级,2h内的功率不稳定度为0.02287％的单纵模激光输出.      

光纤功率计非线性因子测量的优化设计研究

对光纤功率计非线性因子测量系统进行了优化设计。在理论分析和实验验证的基础上,优化了光路系统,抑制了光的干涉效应对光功率稳定性的影响,进行了实验验证;由光衰减器代替快门进行光的通断控制,扩展了测量范围,可以实现通用光纤功率计非线性因子的全量程测量。     

基于光纤延迟的光脉冲有源复制器

根据高速光脉冲测量系统应用的需求,提出了使用循环式光纤光脉冲有源复制器实现模拟短脉冲信号的低噪音、低失真复制的一种方法.针对有源复制器中半导体光放大器(SOA)带来的放大自发辐射(ASE)光噪声与非线性失真,建立了SOA的计算模型,并对光脉冲在复制器中的循环传输性能进行了仿真和分析.仿真结果证明了使用外加直流光注入方法抑制波形失真的有源复制器方案是可行的,同时为合理选择注入直流光功率及环内损耗等参数,实现复制器的优化设计提供了依据.     

基于光纤双向时间比对的溯源系统设计与实现

为了实现高精度原子时标的远距离溯源需求,构建一种基于光纤双向时间比对的溯源系统,结合光纤双向时间比对技术指标高的优点,实现本地原子时标向远端标准时间进行溯源,通过采用主备路设备冗余备份机制,提升了系统的可靠性。试验结果表明：基于光纤双向时间比对的技术手段,获得了与标准时间溯源时差优于1 ns,溯源效果达到日频率稳定度在5E-15以内,同时利用主备路时间同步技术实现了主备路时差优于0.3 ns。     

光学遥感成像系统调制传递函数补偿技术

在分析逆滤波和维纳滤波的基础上,针对CBERS卫星成像系统特性,对光学遥感成像系统调制传递函数补偿(MTFC)技术进行了研究和改进。从MTFC曲线形状角度,提出较大幅度提高中频而适当提高高频信息的MTFC补偿曲线优化设计思想,在增强图像清晰度的同时,有效抑制了噪声。文章以CBERS-02B卫星高分辨率相机(HR)成像系统为例,试验结果表明:MTFC能够显著提高图像品质,同时也会引入一定的噪声,最后对MTFC的适用性给出了建议。     

火星沙尘环境光学图像增强方法

针对火星探测器着陆时沙尘天气对机器视觉的影响,提出一种去除沙尘天气对光学成像影响的方法,为视觉系统提供清晰输入图像。首先对受沙尘天气影响的图像建立模型,然后求取模型中大气光值与透射系数值。对于大气光值的计算采用基于四叉树细分的方法,在最小值图像上搜寻指定阈值面积中灰度均值最大的区域,在初始图像中相同区域计算各通道均值,作为大气光值。在此基础上计算透射系数,完成清晰图像的恢复。通过对受沙尘影响图像测试表明,该方法能够将受沙尘影响的图像恢复成清晰的图像。即使在复杂的环境中,该方法对光照变化、沙尘强度变化和场景变化等仍具有较好的效果。与其他方法相比,本文方法在去除沙尘对光学图像影响方面效果较好,在恢复图像评价指标等方面优于其他方法,能够进一步提高图像清晰度,为光学图像的后期处理提供更丰富信息。      

基于双混频时域差分技术的光纤频率传输研究

设计了一个采用双混频时域差分技术的高分辨率的时延抖动检测系统,测试结果表明,其分辨率为20fs,准确度优于0.2ps。在20km光纤频率传输中进行了主动光学相位补偿实验测试,获得了链路时延抖动峰峰值小于1ps、均方值小于0.13ps、相位噪声抑制比大于500的实验结果。     

带摆镜的制冷型中波红外像方扫描光学系统设计

基本形式的像方扫描光学系统依然需要复杂的二维回转机构带动成像镜组做二维扫描,所以二维回转机构需要承担较大载荷。分析了基本形式的像方扫描光学系统形式,并在基本形式基础上加入摆镜,只通过二维摆镜的旋转达到扫描像面的目的,大大减小二维回转机构载荷,提高扫描速度,简化了系统结构,减小了系统体积。加入摆镜后的光学系统除具有基本形式像方扫描光学系统的性质外,还有了新的限制条件,对带摆镜的像方扫描光学系统进行了分析,提出了设计条件及设计方法,并设计出具有较大视场的像方扫描光学系统。     

CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.      

高精度星相机光学系统像质评价及实现

摘要： 高精度星相机光学系统是实现高性能星相机的关键技术.从工程实际出发，梳理星相机光学系统像质评价的指标，重点论述星点质心位置指标分解、光学系统评价指标分解过程.分析认为星相机光学系统设计过程中需关注质心位置偏差和质心位置与理想像高的偏差、温度分析需兼顾均匀温升及梯度温度变化.给出一个继承于双高斯结构形式的设计实例，结合像差理论进行消热设计和畸变控制，分析不同温度条件下不同类别恒星的质心位置一致性.设计结果表明该光学系统可满足高精度星相机指标要求.