2009年 2卷 第4期
2009, 2(4): 269-288.
摘要
PDF 4021KB
摘要:
以高分辨力和抗电子干扰为突出特点的光电平台已成为近代军用飞机的必备装备与显著标志。本文根据近年来国外公开发表的资料，围绕２１世纪服役的无人机光电载荷，有人固定翼飞机、有人旋翼飞机的光电吊舱和多传感器平 台，尤其是配置在新一代联合攻击机Ｆ３５、“同温层堡垒”低空突防轰炸机Ｂ-５２Ｈ、“枪骑兵”战略轰炸机Ｂ-１Ｂ、“扑食者” 无人侦察／攻击机ＲＱ-１Ａ／Ｂ等当今活跃在局部战争中的军用飞机上的光电装备，分析了近代军用飞机光电系统的主要优点，指出了相关光电技术与设备的瓶颈与不足，论述了机载军用光电平台的发展趋势，探讨了当前急需解决的若干技术难点，期望以此为我国军用飞机光电平台的快速发展，以及早日赶上发达国家的相应水平尽献微力.
以高分辨力和抗电子干扰为突出特点的光电平台已成为近代军用飞机的必备装备与显著标志。本文根据近年来国外公开发表的资料，围绕２１世纪服役的无人机光电载荷，有人固定翼飞机、有人旋翼飞机的光电吊舱和多传感器平 台，尤其是配置在新一代联合攻击机Ｆ３５、“同温层堡垒”低空突防轰炸机Ｂ-５２Ｈ、“枪骑兵”战略轰炸机Ｂ-１Ｂ、“扑食者” 无人侦察／攻击机ＲＱ-１Ａ／Ｂ等当今活跃在局部战争中的军用飞机上的光电装备，分析了近代军用飞机光电系统的主要优点，指出了相关光电技术与设备的瓶颈与不足，论述了机载军用光电平台的发展趋势，探讨了当前急需解决的若干技术难点，期望以此为我国军用飞机光电平台的快速发展，以及早日赶上发达国家的相应水平尽献微力.
2009, 2(4): 289-295.
摘要:
无衍射光束具有中心光斑小且不随传播距离变化、自再现、产生局域空心光等特点,由于这些特殊的光束特性而在许多领域,如计量学,经典光学,非线性光学和生命科学等领域中得到广泛的应用。无衍射光束的产生与变换是目前的一个研究热点。通过衍射理论、干涉理论和几何光学方法可对无衍射光进行描述。实现无衍射贝塞尔光束的方法可分为主动式和被动式。本文主要综述地介绍了几种被动式产生近似无衍射贝塞尔光束的最新技术,通过分析其优缺点,给出了这些技术的适用范围。
无衍射光束具有中心光斑小且不随传播距离变化、自再现、产生局域空心光等特点,由于这些特殊的光束特性而在许多领域,如计量学,经典光学,非线性光学和生命科学等领域中得到广泛的应用。无衍射光束的产生与变换是目前的一个研究热点。通过衍射理论、干涉理论和几何光学方法可对无衍射光进行描述。实现无衍射贝塞尔光束的方法可分为主动式和被动式。本文主要综述地介绍了几种被动式产生近似无衍射贝塞尔光束的最新技术,通过分析其优缺点,给出了这些技术的适用范围。
2009, 2(4): 296-303.
摘要:
介绍了现在最有发展前景的生物特征识别技术——虹膜身份识别技术。在整体介绍了其技术的基础上，详细介绍了当今具有代表性的虹膜识别算法，最后针对虹膜识别技术存在的主要问题分析了虹膜识别的发展方向：精度高、速度快、鲁棒性好的定位算法，高效的特征提取方法，机器学习的分类方法，虹膜图像的质量评价，不完整、不合作情况下的虹膜识别以及活体虹膜检测。
介绍了现在最有发展前景的生物特征识别技术——虹膜身份识别技术。在整体介绍了其技术的基础上，详细介绍了当今具有代表性的虹膜识别算法，最后针对虹膜识别技术存在的主要问题分析了虹膜识别的发展方向：精度高、速度快、鲁棒性好的定位算法，高效的特征提取方法，机器学习的分类方法，虹膜图像的质量评价，不完整、不合作情况下的虹膜识别以及活体虹膜检测。
2009, 2(4): 304-308.
摘要:
从多个方面分析了棱镜和光栅色散分光的优缺点，分析结果表明棱镜更适于星载高分辨率超光谱成像仪的分光。在透过率方面，棱镜光谱仪透过率高达95.24％(VNIR)，而光栅的衍射效率仅为60%~70%。在杂散光方面，棱镜光谱仪的杂散光可达10－4，而光栅的杂散光为10－2。在0.4 －2.5 范围，棱镜光谱仪相对光栅光谱仪有优越性。在色散线性方面，光栅光谱仪基本线性，棱镜光谱仪的短波非线性问题可通过复合棱镜进行补偿。可靠性方面，棱镜光谱仪较光栅光谱仪有优势；在光谱带宽和成本方面，棱镜光谱仪与光栅光谱仪基本接近。
从多个方面分析了棱镜和光栅色散分光的优缺点，分析结果表明棱镜更适于星载高分辨率超光谱成像仪的分光。在透过率方面，棱镜光谱仪透过率高达95.24％(VNIR)，而光栅的衍射效率仅为60%~70%。在杂散光方面，棱镜光谱仪的杂散光可达10－4，而光栅的杂散光为10－2。在0.4 －2.5 范围，棱镜光谱仪相对光栅光谱仪有优越性。在色散线性方面，光栅光谱仪基本线性，棱镜光谱仪的短波非线性问题可通过复合棱镜进行补偿。可靠性方面，棱镜光谱仪较光栅光谱仪有优势；在光谱带宽和成本方面，棱镜光谱仪与光栅光谱仪基本接近。
2009, 2(4): 309-315.
摘要:
成像光谱仪是同时获取地物图像和光谱信息的新一代光学遥感仪器。星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础。本文阐述了成像光谱仪星上定标的原理，按照星上定标采用的参考标准对星上定标技术进行了分类，详细介绍了星上辐射定标和光谱定标技术，并展望了成像光谱仪未来发展趋势。绝对辐射定标已经成为成像光谱仪星上定标的基本要求，太阳将逐步代替星上标准灯成为绝对辐射标准。基于不同参考标准的定标方法的综合应用将使星上定标精度和可靠性大大提高。随着定标精度的进一步提高，地面光谱定标装置将逐步空间化，基于探测器的星上辐射定标系统也将逐步得到应用。
成像光谱仪是同时获取地物图像和光谱信息的新一代光学遥感仪器。星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础。本文阐述了成像光谱仪星上定标的原理，按照星上定标采用的参考标准对星上定标技术进行了分类，详细介绍了星上辐射定标和光谱定标技术，并展望了成像光谱仪未来发展趋势。绝对辐射定标已经成为成像光谱仪星上定标的基本要求，太阳将逐步代替星上标准灯成为绝对辐射标准。基于不同参考标准的定标方法的综合应用将使星上定标精度和可靠性大大提高。随着定标精度的进一步提高，地面光谱定标装置将逐步空间化，基于探测器的星上辐射定标系统也将逐步得到应用。
2009, 2(4): 316-321.
摘要:
荧光寿命和时间分辨荧光光谱在时间分辨荧光免疫分析中具有十分重要的地位。本文设计了一款基于CPLD的实时、高速数据采集系统，该系统实现几百纳秒到十几个毫秒范围的荧光测量。使用VHDL硬件描述语言设计CPLD内部的逻辑电路，内部共设置了13种采样频率，测量过程中，可多次选择不同的采样频率，直到得出最理想的结果。采样个数在1-8192范围内任意设置。采样时间及延迟时间可根据需要在1-65535微妙范围内调节，分辨率为1微妙。测量结果表明，该系统满足荧光寿命和时间分辨荧光光谱测量的要求。
荧光寿命和时间分辨荧光光谱在时间分辨荧光免疫分析中具有十分重要的地位。本文设计了一款基于CPLD的实时、高速数据采集系统，该系统实现几百纳秒到十几个毫秒范围的荧光测量。使用VHDL硬件描述语言设计CPLD内部的逻辑电路，内部共设置了13种采样频率，测量过程中，可多次选择不同的采样频率，直到得出最理想的结果。采样个数在1-8192范围内任意设置。采样时间及延迟时间可根据需要在1-65535微妙范围内调节，分辨率为1微妙。测量结果表明，该系统满足荧光寿命和时间分辨荧光光谱测量的要求。
2009, 2(4): 322-328.
摘要:
设计制作了一种基于线阵CCD和USB2.0数据采集系统的高速便携式近红外光栅光谱仪。分光系统采用平面光栅、球面反射镜的准直和成像系统，实现了平谱面和较小的谱线弯曲（﹤4.2%），利于CCD探测器接收。测控系统采用FPGA和USB2.0接口技术，不仅优化了硬件电路结构，而且大大提高了数据采集速度，最快可达2MB/S。对测量结果进行分析，并给出了波长标定结果。实验结果表明，该光谱仪高速便携，波长精度可达1nm。
设计制作了一种基于线阵CCD和USB2.0数据采集系统的高速便携式近红外光栅光谱仪。分光系统采用平面光栅、球面反射镜的准直和成像系统，实现了平谱面和较小的谱线弯曲（﹤4.2%），利于CCD探测器接收。测控系统采用FPGA和USB2.0接口技术，不仅优化了硬件电路结构，而且大大提高了数据采集速度，最快可达2MB/S。对测量结果进行分析，并给出了波长标定结果。实验结果表明，该光谱仪高速便携，波长精度可达1nm。
2009, 2(4): 329-333.
摘要:
傅立叶望远镜（Fourier Telescope）作为一种新兴的光电探测技术，已经成为对深空目标高分辨率成像的首选技术之一。为了推进实际系统的工程化进展，本文设计了傅立叶望远镜外场实验系统聚光镜子镜支撑模块，对镜面支撑与角度调整机构采用串联分级设计。子镜底支撑采用圆周均布的3点柔性膜片，可以很好的抵消热变形对面型精度的影响；侧支撑采用中心柔性隔膜定位，6点杠杆重锤承受径向重力载荷的方式；角度调整机构采用3点螺旋传动可以实现对子镜室的3自由度调整。经有限元分析，镜面的PV值为200nm，RMS值为40nm，曲率半径变化小于1毫米。该设计方法对薄镜面的支撑调整也具有一定的参考价值。
傅立叶望远镜（Fourier Telescope）作为一种新兴的光电探测技术，已经成为对深空目标高分辨率成像的首选技术之一。为了推进实际系统的工程化进展，本文设计了傅立叶望远镜外场实验系统聚光镜子镜支撑模块，对镜面支撑与角度调整机构采用串联分级设计。子镜底支撑采用圆周均布的3点柔性膜片，可以很好的抵消热变形对面型精度的影响；侧支撑采用中心柔性隔膜定位，6点杠杆重锤承受径向重力载荷的方式；角度调整机构采用3点螺旋传动可以实现对子镜室的3自由度调整。经有限元分析，镜面的PV值为200nm，RMS值为40nm，曲率半径变化小于1毫米。该设计方法对薄镜面的支撑调整也具有一定的参考价值。
2009, 2(4): 334-339.
摘要:
为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题，从接触面传导和辐射换热的角度考虑，给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境，得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例，对其结构进行合理的简化，利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型，仿真计算了低温稳态平衡工况，考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合，最大偏差为0.45℃。研究结果表明，该接触热阻计算方法合理，可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。
为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题，从接触面传导和辐射换热的角度考虑，给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境，得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例，对其结构进行合理的简化，利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型，仿真计算了低温稳态平衡工况，考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合，最大偏差为0.45℃。研究结果表明，该接触热阻计算方法合理，可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。
2009, 2(4): 340-345.
摘要:
为满足面阵CCD航空相机获得清晰图像的需要，设计一种以数字处理芯片TMS320F2812为核心调光控制器，结合可编程逻辑器件EPM7128完成逻辑运算与电平转换，集成光敏二极管芯片OPT301M为检光元件，模数转换器AD7865将模拟量转换为数字量，直流电机控制单帘幕快门帘缝速度，光电编码器反馈速度信号，程序代码实现调光算法与控制的自动调光控制系统。实验表明，在180r/min的阶跃输入信号下，得到调节时间为0.095s， 最大超调量为7.2%，速度误差为1.08r/min，其特性参数满足性能指标的要求。
为满足面阵CCD航空相机获得清晰图像的需要，设计一种以数字处理芯片TMS320F2812为核心调光控制器，结合可编程逻辑器件EPM7128完成逻辑运算与电平转换，集成光敏二极管芯片OPT301M为检光元件，模数转换器AD7865将模拟量转换为数字量，直流电机控制单帘幕快门帘缝速度，光电编码器反馈速度信号，程序代码实现调光算法与控制的自动调光控制系统。实验表明，在180r/min的阶跃输入信号下，得到调节时间为0.095s， 最大超调量为7.2%，速度误差为1.08r/min，其特性参数满足性能指标的要求。
2009, 2(4): 346-351.
摘要:
介绍了采用CAN总线数据传输方式的系统中，光电编码器CAN总线接口的设计与应用。首先，设计了由单片机、独立CAN总线控制器SJA1000、CAN总线收发器TJA1050及高速光耦TLP113等构成的光电编码器CAN总线接口硬件电路；然后，介绍了光电编码器CAN总线接口的软件设计，包括初始化的设计、CAN总线报文接收及发送的设计；最后，通过周立功公司的“USBCAN1”型号CAN总线接口卡验证了该光电编码器CAN总线接口设计的可行性。实验中采用1米长的屏蔽双绞线作为传输介质，通信速率为800kbps；结果表明：带有CAN接口的光电编码器克服了传统的通信线路的缺点，具有更高的实时性、可靠性且通信速率高、传输距离长、抗干扰能力强，更加适用于自动化测量和控制系统。
介绍了采用CAN总线数据传输方式的系统中，光电编码器CAN总线接口的设计与应用。首先，设计了由单片机、独立CAN总线控制器SJA1000、CAN总线收发器TJA1050及高速光耦TLP113等构成的光电编码器CAN总线接口硬件电路；然后，介绍了光电编码器CAN总线接口的软件设计，包括初始化的设计、CAN总线报文接收及发送的设计；最后，通过周立功公司的“USBCAN1”型号CAN总线接口卡验证了该光电编码器CAN总线接口设计的可行性。实验中采用1米长的屏蔽双绞线作为传输介质，通信速率为800kbps；结果表明：带有CAN接口的光电编码器克服了传统的通信线路的缺点，具有更高的实时性、可靠性且通信速率高、传输距离长、抗干扰能力强，更加适用于自动化测量和控制系统。
2009, 2(4): 352-357.
摘要:
根据实际高清晰度LED大屏幕显示器远距离的传输需求，为了解决千兆以太网5类非屏蔽双绞线最长100米传输距离的瓶颈问题，选用了传输距离较远的光纤取代原有的5类非屏蔽双绞线。出于成本考虑，不改变原有发送与接收系统结构，设计了一种千兆以太网光纤转换器，通过基于FPGA的光纤端和千兆以太网端数据格式的转换及控制模块的设计，实现了以太网双绞线和光纤两种介质间的相互转换。将该转换器应用于高清晰度LED显示屏的实时数字视频传输系统中，取得了良好的效果，实现了远达10千米的实时数字视频传输，满足了未来一段时期内用户的需求，达到了设计的预期目标。
根据实际高清晰度LED大屏幕显示器远距离的传输需求，为了解决千兆以太网5类非屏蔽双绞线最长100米传输距离的瓶颈问题，选用了传输距离较远的光纤取代原有的5类非屏蔽双绞线。出于成本考虑，不改变原有发送与接收系统结构，设计了一种千兆以太网光纤转换器，通过基于FPGA的光纤端和千兆以太网端数据格式的转换及控制模块的设计，实现了以太网双绞线和光纤两种介质间的相互转换。将该转换器应用于高清晰度LED显示屏的实时数字视频传输系统中，取得了良好的效果，实现了远达10千米的实时数字视频传输，满足了未来一段时期内用户的需求，达到了设计的预期目标。
2009, 2(4): 358-363.
摘要:
通过带光纤耦合的激光二极管模块端面泵浦低掺杂浓度的Nd:YVO4晶体，实现高转换效率的TEM00模准连续绿光激光器。实验采用平平对称腔型设计，高衍射效率声光调Q开关，LBO临界相位匹配腔内倍频，在注入功率30W，重复频率20KHz的条件下，获得平均功率为9.6W的532nm激光输出，实际光-光转换效率达到33.4%，相应的1064nm基频光平均输出功率为11.8W, 实际倍频效率为89.8%。同时，测得532nm绿光的M2因子为1.09，脉冲宽度为28ns。文中还对影响绿光光束质量和转换效率的因素进行了分析。
通过带光纤耦合的激光二极管模块端面泵浦低掺杂浓度的Nd:YVO4晶体，实现高转换效率的TEM00模准连续绿光激光器。实验采用平平对称腔型设计，高衍射效率声光调Q开关，LBO临界相位匹配腔内倍频，在注入功率30W，重复频率20KHz的条件下，获得平均功率为9.6W的532nm激光输出，实际光-光转换效率达到33.4%，相应的1064nm基频光平均输出功率为11.8W, 实际倍频效率为89.8%。同时，测得532nm绿光的M2因子为1.09，脉冲宽度为28ns。文中还对影响绿光光束质量和转换效率的因素进行了分析。
