可编程等效异形像元的几何超分辨方法

为获得高分辨率目标图像,提出了等效异形像元几何超分辨方法。数字微镜器件(DMD)中2×2个微镜对应一个探测器像元,通过顺次控制DMD微镜编码得到4种异形像元,并采集各自状态下的目标图像,通过重建算法得到高分辨率目标图像。通过仿真实验验证了算法的有效性,并对视轴稳定误差对重建图像质量的影响进行分析。最后给出了像元尺寸、系统焦距与视轴稳定精度之间关系。实验结果表明:当探测器和目标之间不存在相对运动时,所得高分辨率图像PSNR可达53.024 3dB,相比于双线性插值方法提高了40.7%;可接受的探测器和目标之间最大相对运动量为1/10像元尺寸;当探测器像元尺寸为15μm、光学系统焦距为1 000mm时,系统对视轴稳定精度要求达到15μrad。所提出的方法可有效提高像元几何分辨率,且具有工程实现性。     

热释电探测器NEP参数测量不确定度分析与计算

阐述热释电探测器NEP参数的测量原理和方法,分析热释电探测器NEP测量不确定度的来源,计算NEP实际测量中的测量不确定度,计算结果表明,测量环境和测量过程中探测器光敏元与辐射源的准直度是影响热释电探测器NEP测量不确定度的主要因素,指出提高热释电探测器NEP参数测量质量的措施.     

星载光电成像系统建模与性能评估

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测,而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础,分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型,推导了系统作用距离的表达式,对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明,对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3的平面目标,当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5μm时,系统对目标的最大作用距离为12 km,作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。     

基于逐点扫描的探测器阵列靶标定系统

为分析激光发射系统的性能,需要测量激光光斑的绝对功率密度时空分布,探测器阵列靶是有效手段之一。为实现定量分析,需要对探测器阵列靶进行标定。探测器阵列靶单元数多,标定难度大,设计有效的标定系统十分重要。设计了一种新的标定系统,该系统采用逐点扫描的方式,具有适用性广、成本低、精度高等特点。并以某项目为例对标定系统的测量不确定度进行了测试分析,结果表明:可见光波段的测量不确定度为2.99%,近红外波段的测量不确定度为3.62%,中红外波段的测量不确定度为6.17%.该标定系统是探测器阵列靶标定的有效手段,值得借鉴。     

大型光电跟踪系统的调焦控制

大型光电系统在对运动目标进行成像或跟踪时，要求其光学系统的焦距能够根据探测目标的距离进行实时调整，使得目标能够清晰志成像在光学系统的探测器靶面上，便于系统对探测到的目标图像数据进行后续处理。     

光学设备白天观测目标可行性分析

在白天,光学设备是否能完成对导弹或火箭等目标的成像与自动跟踪,作用距离能达到多少?传统的作用距离公式只是针对于晚上对火箭或导弹火焰的跟踪测量进行估算,没有考虑到白天天空背景的影响;同时,传统的作用距离公式无法解释暗目标亮背景的情况.而光学设备在白天工作时,天空背景的影响显然是不能忽视的,尤其是对调制对比度的影响.从光学设备成像三个基本条件出发:(1)目标在探测器靶面上必须具有一定大小,一般要求在单方向上大于2个像元,即目标在靶面上的成像尺寸在2 × 2个像元以上;(2)目标的表观光谱辐射能量经过大气传输到达接收光学系统探测器靶面的光谱辐照度,要大于探测器需要的最小照度要求,一般要求信噪比大于5;(3)目标和背景在探测器像面引起的照度,必须具有一定的对比度,该对比度满足信号检测和处理所需要的最低对比度.首次推导了空间不发光物体(导弹或火箭本体)在白天反射太阳光成像公式,重点对靶面上目标的光谱辐照度和目标与背景的调制对比度进行了详细的分析与计算.从公式可以看出:目标在靶面的辐照度与太阳位置、目标空间姿态以及观测方向之间角度的关系.最后利用这些公式探讨了白天光学设备对火箭或导弹发射过程进行实况记录的可行性,并结合某型号试验任务,逐一分析了不同高度时刻在靶面上火箭本体与背景的调制对比度.随着火箭的上升,目标亮度逐步增强,调制对比度从负到正变化,正好与观测到的从暗目标亮背景到亮目标暗背景的变化过程一致,从而验证了分析结果的准确性.     

一种多谱段红外成像光学系统设计

为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520 mm,有效口径200 mm, F数为2.6。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。     

像面位置可调定焦距标星电视系统结构设计

为了标定试验设备空间位置,研制了一种像面位置可调的定焦距标星电视系统.星光经主镜和次镜反射后通过透镜组聚焦,成像在CCD靶面上;采用直线位移平台改变CCD靶面沿光轴方向的位置,直线位移误差不大于0.002 mm,解决了由于温度变形使星像偏离CCD靶面产生成像不清晰的问题.通过可见光探测标星试验验证,定焦距标星电视系统的...     

光学融合双波段手持热像仪设计

采用光学融合的方法设计了一款用于手持的可见光与红外双波段热像仪.红外热像仪中使用320×240非制冷焦平面探测器,像元间距为25 μm,该系统工作波段为8～12 μm,红外光学系统焦距为95mm,视场为4.8°×3.6°.可见光系统物镜焦距为142mm,视场为6°.OLED显示的热图像与可见光物镜像通过光学融合后,由公共的目镜观察.整个热像仪尺寸约为182 mm×160mm×55mm,具有良好的实用性.     

焦距对计算关联成像质量影响的实验研究

传统光学成像要求像面在成像透镜组的焦平面上,以此获得最大的光通量,因此焦距对成像质量影响较大。研究了焦距对计算关联成像成像质量的影响,搭建计算关联成像系统,利用桶探测器信号的强度涨落分析不同焦距下的关联成像结果,分析了背景光强对强度涨落的影响。结果表明:焦距和背景光强的变化对计算关联成像成像质量影响不大,解决了热光关联成像中两光臂不等形成的散焦造成成像质量下降的问题,并且该成像只用一个无空间分辨能力的探测器就能完成高分辨率成像,降低了对探测器分辨能力的要求,避免了光通量在维度上的分配,提高了信噪比,且无需成像透镜,该成像方式非常适合用于极弱背景下的成像探测。     

新型高准确度分光光度计的设计与测试

目前,干涉滤光片已广泛运用到辐射度学测量、光度学测量等领域,为保证其光谱透过率测量的高准确度,提出了采用基于DK242单色仪,入射、出射光路独立设计的全自动,单光路分光光度计,其测量部分采用了硅探测器与积分球组合的探测单元,提高了测量的准确度。装置的不确定度源包括波长定标、探测器均匀性、系统稳定性、光束移位等,装置整体不确定度达到8.78×10^-3,满足设计要求。     

低温绝对辐射计不同定标光路的比对实验

低温辐射计是当前光辐射功率计量的最高标准,其测量精度的评价可以通过不同低温辐射计之间的比对来完成。开展了不同定标光路的低温辐射计比对实验。实验采用中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的陷阱探测器作为传递标准,在633 nm波段对传递探测器的光谱响应度进行了绝对标定。比对结果表明,传递探测器的绝对光谱响应度的测量一致性为3.610-3,定标总合成不确定度为3.310-4(k=1),实验结果验证了两家单位低温绝对辐射计定标系统的可靠性和高精度。     

太赫兹探测器相对光谱响应校准技术

随着太赫兹探测技术的发展，精确测量太赫兹探测器的光谱响应变得越来越重要。分析了太赫兹探测器相对光谱响应的测量原理，搭建了一套太赫兹探测器相对光谱响应测量系统,对系统测量不确定度来源进行分析，选用太赫兹探测器对测量系统不确定度进行验证。通过分析实验数据可知，在1~10 THz范围内，系统的扩展不确定度为9.2%，可以满足目前太赫兹探测器相对光谱响应测量的需求。     

漫反射参照体双向反射比因子绝对测量研究

为提高漫反射参照体双向反射比因子（BRF）测量准确度,设计了漫反射参照体BRF绝对测量系统。该系统以积分球辐射源为照明光源,高精度陷阱(Trap)辐亮度计为探测器,通过对积分球辐射源辐亮度、漫反射参照体反射辐亮度和几何因子的测量,实现了漫反射参照体BRF绝对测量。结果分析表明,测量不确定度优于1％（k=2）,通过对630 nm波长下漫反射参照体BRF数值积分得到的方向－半球反射比因子（DHRF）比朔源到中国计量科学研究院的采用积分球方法得到的DHRF高0.57％,差别在二者测量不确定度范围之内,进而验证了BRF绝对测量的准确性。     

红外预警双星弹道导弹主动段跟踪性能

为研究反导作战中红外预警卫星系统对弹道导弹主动段弹道的跟踪性能,提出以后验克拉美-罗下界(Posterior Cramer-Rao Lower Bound, PCRLB)为衡量指标,结合8态重力转弯主动段运动模型和双星纯方位无源定位获取的量测量,系统分析了运动建模精度、量测精度、采样周期、测源不确定性下检测概率和虚警数目等因素对跟踪时效性和准确性的影响。仿真算例给出了上述因素对位置和速度跟踪性能的影响程度和规律,可为预警卫星反导作战、战技指标关联建模以及星载探测器优化设计等提供有意义的参考。     

红外目标光谱辐射亮度测试技术

红外目标光谱辐射亮度对于武器光电系统的搜索、跟踪及目标识别都具有重要的应用。以红外辐射理论为基础,在同温度、同波长下采用红外傅里叶分光法并与标准黑体相比较的方法对红外目标光谱辐射亮度进行了测试技术研究,建立了红外目标光谱辐射亮度计量测试装置。根据实验结果分析,该装置在波长范围2.5～14 m,1 000 ℃、3 000 ℃、5 000 ℃、7 000 ℃四个温度点条件下,测量误差为1%,在5 000 ℃、7 000 ℃时,测量误差小于0.1%。分析讨论了对测量结果产生影响的因素,得出当标准黑体温度与被测红外目标温度不一致时,会给测量带来较大误差;在3.0～5.4 m范围内,分别选用InSb和MCT两种探测器,产生的偏差为0.5%。     

A 250-MHz BiCMOS receiver channel with leading edge timing discriminator for a pulsed time-of-flight laser rangefinder

An integrated receiver channel of a pulsed time-of-flight (TOF) laser rangefinder for fast industrial measurement applications with the measurement accuracy of a few centimeters in the measurement range from /spl sim/1 m to /spl sim/30 m to noncooperative targets was developed. The receiver channel consists of a fully differential transimpedance amplifier channel, a peak detector, an rms meter and a timing discriminator. In this particular application there is no time to measure the received signal strength beforehand and it is not predictable from previous measurements, so a leading edge timing discriminator with a constant threshold voltage was used. The amplitude of the received pulse is measured with a peak detector and the amplitude information is used to compensate for the resulting walk error. The measured bandwidth of the receiver channel is 250 MHz, the maximum transimpedance 40k/spl Omega/ and the input-referred noise /spl sim/7pA//spl radic/Hz (C/sub photodiode/=2 pF). The timing detection accuracy of the receiver is better than /spl plusmn/35 mm in a single-shot measurement in a dynamic range of 1:4000 and a temperature range of 0/spl deg/C to +50/spl deg/C.     

基于误差椭球的激光测量系统的不确定度分析

为了对3维激光扫描技术的测量精度做出评估,以激光雷达测量系统为研究对象,基于误差椭球理论建立了测量系统的点位误差模型;依据点云平面误差椭球的分布特性,提出了点云拟合平面的不确定度模型,用于评估与拟合平面关联的尺寸测量精度;通过对箱体类物体高度的测量实验,获得了实际测量不确定度,并与模型仿真结果进行了对比。结果表明,该模型可较准确地估算出高度的测量不确定度,从而验证了其有效性及实际意义。