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期刊信息/Journal information
红外与激光工程
红外与激光工程

崔玉平

月刊

1007-2276

irla@vip.sina.com

022-23666400 58625208

300308

天津市空港经济区中环西路58号

红外与激光工程/Journal Infrared and Laser EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《红外与激光工程》系中国宇航学会光电技术专业委员会会刊，由中国航天科工集团公司主管，创刊于1972年，是国家科委和国家新闻出版署批准的国内外公开发行的国家级学术刊物。30年来期刊不断发展，现已是中国科技论文统计源期刊，中文核心期刊，被美国“工程索引（EI）compendex”，英国 “科学文摘（SA）”，美国“剑桥科学文摘（CSA）”，俄罗斯“文摘杂志（AJ）”收录，被美国际媒体指南，乌里希期刊指南，中国科学引文数据库（CSCD）收录，并入编清华大学主办的中国学术期刊光盘版。 本刊是中国航天界光电子技术领域内学术性与工程应用性集于一体的综合性刊物，主要刊登国内红外与激光技术方面的学术论文和工程研究报告，集中反映了中国光电技术在宇航、卫星及导弹武器系统中的工程应用水平。 期刊的编委会由70余人组成，其中包括王大珩、母国光、张履谦、周立伟、姚建铨院士，及其他国内光电领域著名的专家、学者，他们来自航天、航空、兵器、电子、机械系统及中科院，国内著名大学，有他们审稿把关，期刊质量得到提高。
正式出版
收录年代

    基于球心拟合的激光跟踪仪隐藏点高精度测量方法与精度分析

    丁克良张玺何振强王铜...
    121-129页
    查看更多>>摘要：针对粒子加速器在高辐射区域准直过程中隐藏点测量的难题,提出了一种晃动基准杆隐藏点测量方法.该方法通过手持隐藏点测量基准杆,绕过障碍物从多角度进行测量,进行三维球心拟合,得到三维坐标.针对传统球心拟合算法初值获取困难且需要多次迭代的问题,对Kasa圆拟合算法进行拓展,提出一种新的球拟合方法,该方法在保证精度的前提下,将计算时间减少到Gauss-Newton拟合法的18.85％,不仅无需初值,还具备计算速度快、成本低的优势,实现了隐藏点的快速测量.文中对隐藏点测量基准杆的设计进行了模拟分析,模拟实验表明,基准杆长度的改变对拟合结果影响极小,精度变化仅为0.42 μm;在完整球面或半球覆盖的数据采集条件下,天顶角无论怎样改变拟合结果的均方根误差均在30 μm以内,满足加速器准直精度要求.在粒子加速器中进行实测实验证明,拟合结果与SpatialAnalyzer(SA)软件处理结果精度相当,为加速器隐藏点测量提供了新的思路.

    激光跟踪仪最小二乘球拟合基准杆隐藏点测量

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    红外多光谱相机高精度同步控制设计与验证

    游绣月唐义张丽君王冬晓...
    130-139页
    查看更多>>摘要：传统滤光轮多光谱相机难以适用于高速成像应用场景,为了实现高速红外成像,设计了一种长波红外多光谱同步成像系统,并研制了原理样机.对该系统所采用的电子学设计、同步控制方法、成像精度计算方法等进行研究.首先,根据系统总体工作原理介绍了同步控制的电子学设计.然后,针对多光谱相机波段切换与探测器成像的同步难点,提出了一种串级双闭环同步控制方法,将位置传感器的位置信号与探测器外触发信号进行联动,保证谱段切换与探测器成像的闭环同步.最后,提出了同步成像精度评价方法,进行了误差分析及精度计算.实验结果表明:系统实现了高速高精度红外同步成像,帧率为150 Hz,基于编码器的同步控制误差为0.107°,成像误差仅为一个像素,完全满足系统精度指标要求3.255°.设计方法适用于多种形式的滤光轮多光谱相机.

    多光谱相机同步控制滤光轮红外成像

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    耦合石墨烯光电探测的傅里叶红外光谱仪研制

    刘纳溪赵申奥宋仁康周雷...
    140-147页
    查看更多>>摘要：傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectrometry,FTIR)分析技术凭借其在红外波段中高灵敏度和高分辨率的表征能力,已经成为药物开发、材料研究、化学分析等领域最重要的光谱学表征手段之一.随着综合探测技术的不断进步,FTIR面临着进一步提升光谱分析能力以及轻量化、集成化的发展需求.基于石墨烯的光电探测器具有超宽谱的光电响应范围、超快的光电响应速度、微米级的探测器特征尺寸以及与其他材料耦合的高兼容性,在高性能集成化FTIR光谱仪技术开发中表现出极大的应用潜力.利用高精度纳米位移台取代复杂的参考光路,结合石墨烯光电探测器,实现了基于石墨烯光电探测的无参考光束FTIR光谱仪.通过实验进一步验证了无参考光束FTIR光谱仪的宽波段表征能力,实现了 0.6 cm-1的光谱分辨率和40 dB的信噪比,并准确表征了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的特征吸收峰.研究结果证明了基于石墨烯光电探测的无参考光束FTIR光谱仪在提高光谱分析能力以及实现设备轻量化方面的优势,为FTIR分析技术提供了更具优势的开发与优化途径.

    光谱学傅里叶红外光谱仪石墨烯光电探测光电流

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    海面背景下气动加热目标在轨红外偏振成像特征预测及仿真分析

    解聪袁航柴国贝任冬...
    148-159页
    查看更多>>摘要：基于目标红外强度特征的天基光学探测易受海面耀斑干扰,造成目标探测率低、虚警大等问题,综合考虑红外辐射及偏振光学信息,探索复杂海面背景下气动加热目标在轨多维成像特征预测模型,为天基光学稳健探测提供理论依据.从目标传热特性和偏振特性出发,结合目标材质及环境光照信息建立气动加热目标偏振发射及pBRDF模型;利用Landsat8遥感实测数据反演了海面温度分布,结合Cox-Munk海面pBRDF模型及海面自身偏振模型建立海面背景辐射偏振模型;利用逐次散射法辐射传输模型(6SV)计算大气粒子对目标及背景上行偏振辐射传输的影响;综合考虑天基光学平台物理调制效应,建立气动加热目标在轨全链路多维光学成像特征预测模型;仿真分析了不同飞行高度、飞行速度、探测角度下的目标在轨成像特征及可探测性.研究表明:在3～5 μm海面强反方向下,基于红外偏振信息的探测方法可以更好地抑制海面耀光、凸显目标.

    天基探测红外辐射偏振传输建模仿真

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    光纤光栅传感器在遥感相机强振动环境监测系统的应用

    刘朋朋吴俊丁锴铖辛璟焘...
    160-174页
    查看更多>>摘要：为验证光纤光栅传感器在强振动环境下对遥感相机进行多点分布式测量的可行性及精度,实现光纤布拉格光栅(FBG)在空间遥感器振动传感领域的应用.首先对光学遥感相机构建有限元仿真模型,进行模态分析、振动响应分析.设计实施了系统级装机环境下光纤光栅传感器与相机不同部位、形式、材料的连接工艺,提出一种使用光纤光栅传感器对遥感相机进行单光纤多点分布测量的试验方法,开展正弦振动和随机振动试验.经光纤光栅传感器测量结果与标准压电式振动传感器测量结果的对比,正弦振动加速度响应测量的最大误差为3.25％,随机振动均方根加速度响应测量的最大误差为3.14％,测量值吻合良好,拟合精度均达到0.99;仿真分析结果与测量结果的拟合精度达到0.97,具有较好的一致性.可见,光纤光栅传感器在强振动环境下对相机进行多点分布式加速度测量的精度高、可行,满足系统监测要求,为光纤光栅传感在空间遥感器强振动响应的高精度测量应用提供借鉴.

    光纤布拉格光栅多点分布强振动遥感相机仿真模型试验验证

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    基于自适应寻峰算法的FPGA高精度FBG感知解调系统

    苏建洪朱星焦彤
    175-185页
    查看更多>>摘要：针对目前光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratings,FBG)解调系统结构复杂、价格昂贵、恶劣环境适应性差等问题,研发了一种基于自适应寻峰算法的FPGA高精度FBG感知解调系统.首先,基于FBG传感机理设计了光电探测模块,将FBG的微弱反射信号调制为电压信号,建立了可调谐激光器输出同步触发信号与扫描波长的对应性,通过FPGA微控制器实现了 FBG调制电压信号的高速采集.其次,引入了卡尔曼-滑动均值混合滤波算法对原始光谱反射调制电压信号进行去噪滤波处理,采用峰值判断算法实现了自适应多峰值区域判别,结合双质心算法实现了多个FBG反射光中心波长的快速、高精度解调.实验结果表明,该解调系统对FBG温度传感器中心波长解调精度可达±3 pm,温度与波长之间的线性拟合度可达0.998 5以上,系统的稳定性和重复性经严格测试也表现出优异的性能.所设计的解调系统结构简单,在工程适应性和便捷性上更具优势,所嵌入的多峰值自适应寻峰算法解决了传统寻峰算法多峰寻峰时须预知各FBG峰值范围的缺陷,更具准确性和稳定性,能够满足FBG大规模工程应用需求.

    FBG光电探测卡尔曼-滑动均值混合滤波多峰值自适应寻峰

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    Φ-OTDR系统振动信号的聚类识别方法

    刘念超李勤赵小艇梁生...
    186-200页
    查看更多>>摘要：分布式光纤声学传感(DAS)利用单模通信光纤即可实现大规模、低成本的传感阵列,针对基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的DAS系统产生的大量数据中有效信息稀缺的问题,提出了一种基于时域振幅特征提取和无监督聚类的方法,旨在探索无监督学习在DAS入侵事件识别中的应用.该方法通过计算相邻数据点差值、提取关键特征,并使用层次聚类对振动事件进行分类,相较于主流神经网络算法,需更少样本且无需手动标记.实验模拟了风噪声、人工敲击和挖掘三种振动事件,结果表明,该方法的V度量为0.721、剪影系数为0.778、聚类准确率可达88.68％,有效区分了入侵信号与噪声,并基本分辨出人工敲击与挖掘信号,证明聚类识别可应用于Φ-OTDR事件识别.

    Φ-OTDR时域特征提取聚类分析数据裁剪

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    移动式米级主镜高刚度支撑结构设计

    贺昌龙吴小霞赵勇志曹鹏宇...
    201-212页
    查看更多>>摘要：为了提高移动式米级主镜的位姿精度,针对车载光学检测系统的1.57m主镜,提出采用柔性切向杆定位机构结合杠杆平衡重支撑机构的侧支撑方式,与轴向Whiffletree支撑方式相结合,保证主镜的面形精度和位姿精度.对该解耦式支撑方式进行了原理分析,杠杆平衡重支撑机构承载主镜重量,柔性切向杆定位机构实现主镜定位,解耦侧支撑和侧定位,主镜径向下沉量理论上为0,因此该支撑方式可大幅降低主镜径向下沉量,提高主镜位姿精度和支撑刚度.对支撑性能进行分析评估,相较于只采用六组柔性切向杆的侧支撑方式,该解耦式侧支撑方式可将主镜下沉量由24.3 μm降低到3.6 μm;主镜最大综合面形误差约为9.6nmRMS;整体模态最低固有频率达到54.93 Hz;随机振动分析中,支撑系统在X、Y、Z轴三个方向的最大位移响应分别为0.11、0.10、0.36 mm,最大应力响应为12.1 MPa;主镜在X、Y、Z轴三个方向的最大位移响应分别为1.6、9.7、12.3 µm,最大应力响应为0.44 MPa.评估结果表明,该支撑方案可为主镜提供良好的面形精度和位姿精度,可有效适应车载运输.车载运输后实测主镜面形精度RMS为0.0237λ(A=632.8 nm),验证了该支撑方案效果良好,且证明了有限元分析的准确性.

    反射镜支撑高刚度结构原理分析移动式解耦

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    变时域抗扰型光电转台广义预测控制设计

    姜霁恒董岩宋建林王伟...
    213-223页
    查看更多>>摘要：为了提高光电跟踪伺服控制系统中速度环的跟踪精度和抗扰能力,基于连续时间模型提出了一种具有一定参数自调节能力的抗扰广义预测控制(STGPC)进行速度环的设计.首先,通过对伺服转台系统进行建模,构建线性扩张状态观测方程估计系统中的不确定性扰动,给出了算法推导所需的状态量;其次,给出了从预测模型、性能指标到滚动优化的转台速度环广义预测控制律推导过程,并采用跟踪微分器输出控制律中所需的参考轨迹,线性扩张状态观测器输出控制律中所需的系统状态,实现控制律的计算;进一步,结合梯度下降思想设计广义预测控制中预测时域的更新公式,实现其自我调节,并利用Lyapunov理论对闭环控制系统进行了稳定性分析;最后,通过仿真实验分别验证了控制方法的跟踪性能、抗扰性能和时域参数自调节效果.实验结果表明:相较于PID控制和传统线性模型广义预测控制(LGPC),文中所述方法提高了伺服系统的速度跟踪精度和抗扰能力,且对于被控对象参数摄动,所述方法具有一定的鲁棒性.

    光电伺服系统广义预测控制扩张状态观测器扰动估计梯度下降

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    基于量子技术的原子沉积光栅的研究进展与典型应用

    雷李华梁利杰邓晓
    224-234页
    查看更多>>摘要：基于量子基准的精密测量技术建立在量子力学原理上,以超越经典方法的测量精度,成为现代科技发展的重要推动力.铬原子光刻光栅基于冷原子量子态的操控技术而制备,是精密测量领域的关键元件,其制备技术与应用研究备受关注.其可作为纳米级长度标准物质,实现微纳尺度高精密量检设备的长度溯源.文中分析了铬原子光刻光栅的制备原理;综述了国内外原子光刻光栅的研究现状及其在几何量精密测量中的应用,并探讨了未来的发展方向,以提升铬原子光刻光栅在计量领域的应用水平.

    光栅标准物质原子光刻原子跃迁频率量子基准

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