基于衍射光栅的光纤光栅传感器解调系统研究

研究并实现了一种基于双衍射光栅的光纤布拉格光栅（FBG）传感器解调系统。该解调系统的光路由准直镜、衍射光栅、柱面反射镜和光电探测器等器件组成。通过准直镜后不同波长的平行光束经过衍射光栅后在空间展开,通过柱面反射镜聚焦在光电探测器成像面上。该光路通过采用两块衍射光栅的方法在减小解调系统尺寸的同时提高光学空间分辨力,采用线阵探测器替代扫描机构从而简化系统结构。从理论上分析了光束经过该系统后的空间光强分布,根据光强的高斯分布采用多项式拟合的方法实现了反射光谱峰值定位算法。通过与高精度光谱仪的测量结果对比表明,该解调方法具有较高的波长解调精度和稳定性。     

面向高轨目标的强度相干成像技术研究

强度相干成像技术是指利用地基强度相干阵列测量空间目标光强随机涨落的相干性,可获得目标的空间频谱模值,结合目标先验信息即可恢复目标光强分布图像.这种成像方法具有成像分辨力高、设备精度要求低、受大气湍流影响小等优点,目前已应用于恒星目标的成像观测领域,是一种有发展前景的地基光学成像手段.在综述强度相干技术原理与发展历程基础上,分析了利用强度相干阵列对高轨目标成像的可行性,认为在利用强度相干阵列对高轨目标成像过程中,主要存在空间频谱探测信噪比低和相位恢复复杂2大难题,提出利用激光主动照明对目标进行探测,同时采用符合计数方法和正则化优化方法可提高探测信噪比与相位恢复质量,对实现高轨目标成像有一定参考.     

机场目视助航灯具光强测量方法

提出了一种基于面阵CCD的目视助航灯具出射光强的测量方法,系统采用反射屏作为转换装置,给出了CCD表面照度与反射屏亮度及灯具出射光强之间的换算方法。该系统具有灯具安装方便,显示直观的特点。     

超高速碰撞碎片云的四序列激光阴影照相

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性,在中国空气动力研究与发展中心超高速所碰撞靶上发展了四序列激光阴影照相系统。该系统由YAG激光光源、阴影仪、成像系统和控制系统组成,在采用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大、补偿式滤光等技术后,获得了撞击速度 v=4．6km／s时碎片云的四序列阴影照片。笔者对该系统的工作原理、调试情况及试验结果进行了介绍。调试及试验结果表明：（1）该系统可以获得最小间隔为1μs、曝光时间为10ns的4个不同时刻的超高速碰撞碎片云图像,满足碰撞试验中对碎片云照相的要求;（2）该技术可以发展为更多序列激光阴影照相系统,并应用于其它超高速瞬态过程的测量显示。     

机场助航灯光光强动态检测系统

提出了一种机场助航灯光光强动态检测方法，该方法可以替代原有的人工巡检方式，实现快速、准确的在线检测灯光强度，发现灯光故障，保证飞机安全起降与滑行。系统采用安装在车体上的经余弦校正和v（λ）校正的条形照度传感带在水平面内动态扫描助航灯光发光截面，利用车载多普勒测距雷达测量距离，计算相应的光强值，并进而获得等光强图。为了保证系统的可靠性和测量精度，系统中采用了视频导航系统来保证检测车沿助航灯光中心线行驶，利用灯光定位传感器来消除测距雷达测量距离的累积误差。试验表明了该方法的可行性和检测精度。     

基于系统级测量参量的红外成像仿真方法

针对新型红外成像系统的成像特性,通过对光电场景图像与系统输出图像特性的客观比较,推导了场景图像灰度到光电成像系统输出图像的灰度转换模型;首次提出了基于系统级的测量参数:SiTF、MTF、NETD、噪声等效背景照度的光电输出成像的仿真方法,并给出了仿真结果.最后现场试验验证了其合理性.     

高温射流中粒子测速的脉冲激光显微照像技术

为了获得高温射流中微粒的速度,建立了一套显微照像系统。该系统由双脉冲YAG激光光源、粒子放大成像系统、图像接收系统组成。在采用显微成像技术、补偿式滤光技术、序列成像技术后,克服了喷射粒子直径小、流场发光强、温度高等困难,实现了对同一粒子的两序列照像,根据两幅序列照片,获得了粒子的喷射速度。对该系统的组成、原理及试验结果进行了介绍。     

助航灯光光强检测数据处理方法研究

给出了一种在线快速测量灯光光强的方法,建立了照度测量的数学模型,给出了光程的测量方法和补偿方法、动态测量中照度和光强的换算,通过软件实现了单灯等光强曲线的绘制和回路光强参数的统计。通过与静态测量结果的比较证明了此方法的可行性且能满足机场生产时的精度要求。     

基于星载可见光相机的空间碎片探测

空间碎片在轨识别与参数辨识为空间轨道预警、航天器规避空间碎片提供了重要依据。文章在轨道相对动力学的基础上,模拟了空间碎片在光学探测过程中的拖尾成像特性;随后,采用 Hough变换对空间碎片尾迹特征.r进行提取与识别,获取碎片方位角信息,通过匹配多帧图像,获取碎片的方位角速度信息。同时,结合激光测距仪的测距信息,获取空间碎片的位置和速度信息;通过数值仿真验证,该方法能够实现对空间碎片探测、识别和定位,因而具有一定的工程应用价值。     

一种新型的非接触的变形场测量技术

数字散斑相关方法(DSCM)是一种新型非接触变形场测量技术。散斑是相干光被光学粗糙面或不均匀媒介散射而在空间形成的随机分布的光强场,它具有颗粒状特点。可认为物体表面随机分布着许多粒子,粒子在光照射下,反射光形成特有的光强场。DSCM是通过测量物体变形前后光强场概率统计相关性来确定物体变形。首先用光源照射试样,试样表面形成特定散斑图样,可用某一点周围微区内散斑子集的变形描述这一点的变     

反临近空间高超声速飞行器中末交接视角研究

针对临近空间高超声速飞行器的拦截问题,研究了拦截弹中末制导交接班时的导引头视角优化问题。首先,分析了临近空间大气环境及其对红外传输的影响,表明该空域适合红外探测器工作;然后,针对临近空间高超声速目标的红外特性设计了红外导引头方案;最后,将目标视为点源目标,建立了探测距离计算模型和大气透过率工程计算模型,研究了导引头探测距离与探测视角的关系。研究结果表明:针对临近空间高超声速目标,自上而下的探测方式有利于增加导引头探测距离;拦截弹中制导段弹道宜采用高抛再入式弹道。     

航空发动机排气系统雷达散射特性数值计算

为了获取航空发动机排气系统的雷达散射特性,以亚巡状态典型发动机排气系统物理模型为基础,采用高频计算方法 弹跳射线法计算了排气系统在6、10、15 GHz 3个典型频点下水平极化与垂直极化的雷达散射截面（RCS）分布规律,并通过计算10 GHz频点的热点成像确定了排气系统中的强散射源。结果表明：随着频率的提高,雷达波对目标细节的探测能力有所增强,排气 系统RCS曲线上的强散射峰值数量明显增加,且分布位置有所不同;随着俯仰角的增大,排气系统在水平探测面-30°~30°内的 RCS散射峰值的分布位置与强度均发生变化,与俯仰角0°时相比,RCS均值最大降幅可达94.1%;综合不同探测角度下的成像情 况,支板、加力内锥、火焰稳定器与喉道截面热点强度较大,是雷达波的强散射源,也是发动机雷达隐身需要关注的重点。     

探头式液体折射率测量装置的设计

针对液体折射率非接触在线测量的需要,利用光的全反射原理,研制出一种探头式液体折射率测量装置。装置包括光源、传感成像元件及数据采集处理系统,其中光源为532nm的半导体激光器,传感成像元件为上表面涂覆光透射散射层的平板玻璃,数据采集处理系统由CMOS及计算机软件共同组成。当该探头装置伸入待测液体中,在成像元件上会形成一个以激光束入射光点为中心、直径大小与液体折射率相关的圆形暗斑。用CMOS采集圆形暗斑图像,计算机实时处理获取待测液体折射率数据。该装置在实际测量过程中无需调试,响应快、抗干扰性强,在工业生产领域中具备较高的商用价值。     

目标温度场对红外成像探测的影响

在红外成像探测中,目标温度场会影响探测距离。通过实验,研究了目标红外图像像素数随温度的变化,以及这种变化对红外成像探测距离的影响。根据实验中的像素数统计,计算图像中目标像素点个数在整个红外图像中所占的比例,并分析目标温度变化对目标能量分布的影响。依据对红外成像系统观测等级的划分,对作用距离进行了估算研究,通过仿真和实例计算,验证了温度场扩散对探测距离的影响。     

C/GFRP层板冲击损伤红外脉冲雷达热波成像检测技术研究

本文采用落锤式冲击试验机对碳纤维/玻璃纤维混杂增强复合材料（C/GFRP）样块开展不同冲击能量下的撞击试验，进而制备了含有模拟低速冲击损伤检测试件，研制了红外脉冲雷达热波成像检测系统，并利用该系统对不同冲击能量损伤试件开展检测试验研究。采用多种特征提取算法（双路正交解调算法、互相关匹配滤波算法及主成分分析算法）对热辐射响应信号（热波信号）进行数据分析与特征提取，实现了C/GFRP试件冲击损伤脱粘区域的有效识别，得到了不同冲击能量与脉冲雷达热波特征的映射关系。针对C/GFRP平顶孔模拟脱黏缺陷开展红外脉冲雷达热波成像检测试验研究，验证了红外脉冲雷达热波成像检测技术的探测能力。试验结果表明，红外脉冲雷达热波成像检测技术可以实现对C/GFRP低速冲击损伤的有效检测。     

核磁共振陀螺信号仿真及噪声分析

核磁共振陀螺具有体积小、精度高、功耗低等优势,有望成为下一代惯性导航系统的核心部件,目前正受到人们的广泛关注。比较全面的介绍了核磁共振陀螺的基本理论,在此基础上利用时间离散化方法推导并建立了能够充分考虑核磁共振陀螺系统动态特性的仿真模型。利用该模型研究分析了锁相环相位、磁场、温度以及探测光强在1×10-5均方根幅度下均匀白噪声对陀螺信号的影响,发现它们对角随机游走、零偏不稳定性影响依次减小,且都具有自身独特的频率响应特性。其中,锁相环相位噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为5.1985×102(°)/h1/2、3.4593×103(°)/h,而探测光强噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为3.1623×10-1(°)/h1/2、4.7603×10-1(°)/h。该研究对深入分析核磁共振陀螺动力学机理、寻找主要噪声来源、提高陀螺性能具有重要意义。     

靶场偏振成像技术应用

偏振成像技术不仅能获取目标的辐射强度信息,还能获取到偏振信息,有助于复杂环境下目标的探测识别.靶场现有光电设备主要采用强度探测,通过目标-环境差别来区分目标,因此,在复杂环境下,目标容易湮没在背景中难以探测.通过分析偏振成像原理和技术特点,总结归纳国外在偏振成像方面的试验应用,阐述了偏振成像在靶场应用的前景和优势,提出了一种基于偏振成像的光学成像系统,并对现有设备提出了偏振化改造方案.通过利用目标、环境的偏振特性,利用强度+偏振的组合模式,可提升现有设备的目标探测和成像识别能力.最后,对偏振技术应用和发展进行了展望.     

多序列激光阴影成像技术研究及应用

为获取超高速碰撞过程中弹丸的飞行姿态及碰撞所产生的碎片云特性,开展了多序列激光阴影成像技术研究。利用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大和补偿滤光等技术解决了单色光带来的衍射和干涉噪声以及碰撞瞬间强烈的自发光干扰问题,并先后在碰撞靶上建立了2序列、4序列和8序列激光阴影成像系统。该系统可以获得最小间隔1μs、曝光时间10ns、像素1000万的多个不同时刻的超高速瞬态变化过程图像,并在超高速碰撞靶试验中得到应用,获得了2～7km/s 撞击速度时碎片云的多序列阴影图像,该序列图像清晰地描述了碎片云的轮廓发展变化过程。该技术以低成本的方式实现了超高速摄影机的功能,满足目前碰撞试验粒子的飞行姿态及碎片云显示需要,并可以应用于其它超高速瞬态过程测量及流场结构显示。     

交会对接航天员训练电视图像仿真

以航天员对接过程电视图像仿真为应用背景,研究了近地空间复杂光环境下电视摄像机曝光成像特性和人的视觉成像感知特性,提出了一种基于GPU延迟着色模式下的空间图像浮点纹理着色、光饱和特效、调光和高动态映射显示的电视图像实时渲染方法。采用浮点纹理、高斯模糊等方法实现了逼真源成像和特效渲染;基于降采样的图像平均亮度统计,采用光源亮度和像素亮度两种调节模式实现了实时调光仿真,应用色调映射实现了目标图像的视觉感知高动态渲染显示。经工程验证,仿真图像与实飞图像一致,可以满足航天员训练,具有很好的工程应用价值。     

幸运成像技术的发展现状及启示

幸运成像技术可以消除大气湍流对光学测量图像的影响,获得空间目标的高分辨力图像。在空间目标探测与天文目标观测领域有着良好的应用前景。本文在综述幸运成像技术国内外研究现状的基础上,归纳了＂幸运成像＂的技术特点,并据此对我国幸运成像技术的应用和发展提出了个人建议,认为将幸运成像技术用于自适应光电望远镜,用于靶场高帧频图像的事后处理,并实现其准实时化,是该技术的应用和发展重点。