基于锁相技术和磁光调制的旋光角度检测

根据法拉第磁光效应和锁相基本原理,研究了经磁光调制后的偏振光通过旋光物质后的偏转情况,分析了透射光信号中的与调制频率相同的基频信号和二倍于调制频率的倍频信号。通过对基频幅值和倍频幅值进行比较,提出了一种测量旋光角度的计算方法,根据旋光角和磁偏角两者之间的关系,提出了一种用标准石英管来标定法拉第磁光效应中磁偏角大小的方法,并对其进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。     

方波磁光调制测量在航天器对接中的应用

为了精确测量航天器对接过程中最终逼近段航天器间的滚转角,设计了基于方波磁光调制的滚转角测量系统。利用法拉第磁致旋光效应并结合马吕斯定律,建立了方波磁光调制后输出信号的模型;通过分析输出信号的特点,推导了输出信号与滚转角之间的关系方程;利用滚转角变化过程中输出信号的增减性组合去除了方程的增根,最终得到了基于方波磁光调制的滚转角测量模型。仿真结果表明:文中提出的方法理论测量精度高,可测量-90～90°间的滚转角,优于传统方法。此外,利用方波信号调制具有数据采集简单、信号处理难度低等优势,是实现高精度大范围测量航天器间滚转角的一种新方案。     

磁光调制实验仪的改造与实现

由于传统磁光调制实验仪在实验过程中需要手动调节偏振片并人为估计最佳位置数据、描绘图像,实验显示效果不直观,精度低。针对这一问题,利用光电技术结合计算机控制技术对其进行了改进。结果表明:改进后的实验仪实验结果直观,实验数据精确,实用性强。     

周期扫描磁信号特征对光磁复合方位探测统计分布的影响

针对超近程来袭目标方位探测统计分布问题,研究了光磁复合方位测量方法周期扫描磁信号对探测精度的影响机理。建立了永磁体旋转扫描空间磁场数学模型,推导出周期扫描磁信号方程,结合磁信号特征和恒阈值时间测量方法,推导出周期扫描磁信号时间测量概率统计分布函数解析式。研究了扫描周期、磁场强度、阈值电压和噪声对时间测量概率统计分布的影响规律。结果表明,随着扫描周期和磁场强度的增加,概率分布函数对称性不受影响,概率分布半宽会随之减小,且分布峰值随之呈现0.75～1.88范围内的增加。随着阈值检测电压的提高,概率分布首先呈现半宽减小、峰值提升0.48态势,进而出现半宽增大、峰值降低0.54现象,且在峰值前后分布曲线的上升沿和下降沿出现不同走势。随着等效噪声电压的增加,概率分布函数对称性不受影响,但分布半宽会随之增大,且分布峰值随之减小0.4～0.48。     

液晶空间光调制器的纯相位调制特性研究

介绍了液晶空间光调制器的纯相位调制原理,采用泰曼-格林干涉系统对液晶纯相位特性进测试。测量了BNS(Boulder Nonlinear Systems)公司的专利产品-256256像素纯相位空间光调制器的相位与电压(灰度)的响应曲线。 给出了对任意图形进行相位恢复的优化算法流程,利用纯相位调制方法对光束进行方向和强度的快速程序控制。设计了实验装置,实际产生了二维任意衍射图形,图形产生时间小于200 ms。本研究对空间目标进行扫描跟踪,具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。     

湍流信道下光空间调制信号的压缩感知检测

在光空间调制系统中采用最大似然检测算法可以获得最优的误码性能,但算法的译码复杂度限制了其实际应用。本文依据光空间调制激光器映射向量,并结合脉冲位置调制方式下的脉冲向量构建了具有稀疏特性的发送信号。基于该稀疏特性,采用正交匹配追踪算法提出了一种基于压缩感知理论的光空间调制信号检测方法。仿真结果表明:该方法以少量误码性能损失为代价极大地降低了信号检测的复杂度。当激光器数目为64时,相比于最大似然检测算法,本文所提方法的复杂度降低了99.54%。同时,由于稀疏性的引入,该方法更适合于具有大规模激光器的无线光通信系统。     

基于偏振分束的磁光成像技术研究

针对现有磁光成像技术的测量结果难以量化且受光源波动影响较大的问题,提出了一种基于偏振分束的磁光成像新方法.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出偏振分束法测量旋光角度的模型,并由此模型分析得出,从旋光物质出射的偏振光经偏振分束装置后输出的平行分量和垂直分量进行“差除和”的结果与入射光强无关,只和旋光角度值相关;由此原理,设计了基于CCD的检测平台,对旋光角度场进行了测量实验,又采用归一化互相关和“差除和”算法对测量图像进行了处理;最后,进行了基于该方法的磁光成像应用实验研究.实验结果表明,与传统磁场成像方法相比,该方法操作简单,结果易于量化,不受光强波动影响,误差降低约3倍,且稳定性较好.     

基于区域调制相移模板的高精度三维结构光重建

提出了一种新的区域调制相移二值化三维结构光重建方法。首先,引入散焦三角二值模式,在不进行伽玛校正的情况下获得高质量的正弦条纹。然后,采用改进的包含平均强度图像的三步移相算法得到包裹相位和目标掩模。在此基础上,采用多频法得到了展开相位。最后,采用两步匹配方法得到相应的匹配点。实验表明,该方法比以前的方法更精确、有效。     

基于指数积公式的空间管路装配偏差传递建模及分析

针对火箭、飞机以及船舶等设备的管路系统,因制造与装配中偏差累积引起的系统装配效率低和可靠性下降等问题,研究空间管路装配中来源于管件成型和焊接变形的偏差形式,建立基于旋量的偏差表征,改进基于指数积公式的偏差传递模型,提出关键特征坐标误差指标(KCCE)评价偏差传递模型预测精度,实现完整的空间管路装配偏差传递建模。以三维空间管路为案例进行装配偏差传递建模与分析,结果表明:基于旋量的偏差表征方式适用于空间管路装配,改进后的空间管路装配偏差传递模型预测精度更高。     

基于光纤的磁光克尔回线测试仪研究

快速准确地测量磁光材料的磁光克尔特性是磁光型记录材料研究的关键之一。提出了一种基于保偏光纤传输偏振光并进行小角度磁光克尔旋转角测量的方法 ,通过信号处理过程中的实时除法运算 ,有效地解决了光源光强不稳定性对测量结果的影响 ,具有光路调节快速方便 ,测试稳定可靠 ,可以在线自动测试的特点。     

适合于大气激光通信的双空间调制

相对于传统的光空间调制,光广义空间调制在传输速率和频谱效率上虽然有了较大的提升,但其误码性能不够理想。本文利用脉冲位置调制(PPM)和脉冲幅度调制(PAM),通过每次同时激活两个激光器而提出了一种双空间调制(DSM)。采用联合界技术推导出了DSM的误码率理论上界,分析了其频谱效率、传输速率和复杂度的影响因素,并与已有光空间调制的性能进行了对比。仿真结果表明:DSM不仅提升了系统的频谱效率和传输速率,而且有效地改善了系统的误码性能。在相同的传输速率下,当误码率为1×10-3时,相对于(4,4)-8PPM SPPM和(3,4)-4PPM GSPPM方案,(3,4)-8PPM-2PAM DSM的信噪比分别改善了约2.5 dB和6 dB,频谱效率分别提高了2.335 bits/(s·Hz)和0.375 bits/(s·Hz)。DSM方案为未来大气激光通信传输速率的提高提供了一种有效手段。     

石墨烯动态调控太赫兹泄漏波的研究

设计了一种基于石墨烯动态调控太赫兹泄漏波的调制器件。通过调节石墨烯费米能级的大小,改变了金属-介质-石墨烯(MIG)超表面结构的共振响应,从而达到调控太赫兹泄漏波的功能。仿真结果表明:随着石墨烯费米能级从10 meV到60 meV和介质层厚度从20μm到200μm的变化,通过优化电控石墨烯MIG结构最终实现了35 GHz的频率扫描范围,并伴有电磁响应状态从过阻尼至欠阻尼的转变;在过阻尼状态下结构的电磁响应仅存在共振吸收而在欠阻尼状态下具有类电磁诱导透明现象,使具有这种显著变化特征的电控石墨烯MIG结构可应用于高灵敏的生物检测中。本器件具有构型简单、调控方便的特点,在生物分子和材料折射率检测等方面具有广泛的应用前景。     

单轴旋转式捷联惯导方位对准研究

为消除东向陀螺常值漂移对捷联惯导方位对准精度的影响,在罗经法对准频率特性分析的基础上提出了一种适于旋转调制捷联惯导系统的罗经对准方法.该方法利用旋转过程中陀螺漂移和加速度计零偏被调制为周期变量的特点,针对旋转频率来改变罗经法对准系统的参数,使系统能够对调制后的陀螺漂移和加速度计零偏产生抑制作用,以此消除静基座对准中由东向陀螺常值漂移所引起的方位误差角.仿真实验结果表明,相比静基座对准,在单轴旋转中采用此种罗经法对准可以消除方位角的常值误差,方位对准的精度可提高至10倍以上.     

基于DSP的新型太阳方位跟踪系统

为了提高太阳方位跟踪精度,降低光伏发电系统的成本,利用光伏电池旋转产生的短路电流是交变电流的这一特点,通过离散傅里叶变换（DFT）求解交变电流的初相位,计算太阳的高度角和方位角,实现了对太阳方位的自动跟踪。并依此方法设计出了一套基于数字信号处理器（DSP）的新型太阳方位跟踪系统。实验结果表明,该系统能实现太阳光大范围内检测,并迅速跟踪,可避免多块光敏元件的不一致性所带来的问题,有效地提高了跟踪系统的精确性,可望在太阳能光伏发电工程中得到应用。     

基于无衍射光束的水平方位角测量方法研究

利用无衍射光束、透镜组和CCD相机建立一种水平方位角测量方法,以提高水平方位角测量的精度和稳定性。给出了水平方位角测量模型的构成和测量原理,阐述了整体测头的结构设计方案。对该测量方法精度及其影响因素进行了分析,同时用Zemax模拟成像系统光路并对光路进行优化仿真。与目前工程测量中普遍采用的方法相比,该测量方法能够获得更高的测量精度和稳定性,可用于盾构机的水平方位角测量、轴系校中曲线轴系布置等工程。