用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题,基于光子多普勒效应和自混频原理,采用1 550 nm单模激光,成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度,结果显示:该系统测试成功率高,响应速度快,获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比,具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s～几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量,也可应用于常规爆炸流场的测试。     

爆轰实验中接触测量与非接触测量的应用对比

以爆轰实验中常用的电探针测试系统和激光干涉测速系统为例,研究接触测量与非接触测量对爆轰实验测试结果的影响。在平面爆轰波驱动金属飞片实验中,利用电探针测试飞片到达固定位置处的时刻,同时利用VISAR测试飞片飞行速度历史,对两者的测试数据进行对比分析,结果表明:光杆探针与卷筒探针的第一台阶测试结果一致,卷筒探针的第二台阶由于飞溅物等原因,比光杆探针提前导通约0.1μs;3个层面的光杆探针测试结果与任意反射表面的速度干涉仪(VISAR)测试结果一致。分析认为,在爆轰实验中,由于被测物体处于高温高压状态,且运动速度很快,接触测量产生的测力也将随之加大,在固定点位置,接触测量将对飞片上此点的后期运动产生明显影响;对于被测飞片的整体运动,由于电探针尺寸重量等远小于飞片,接触测量在固定点造成的影响对整个飞片来讲可以忽略不计,因此得到与非接触测量一致的测试结果。     

基于正交柱面成像相机空间后方交会的三维坐标测量方法

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题,提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成,应用空间后方交会原理,无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程,设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程,并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机3 m的1 000 mm1 000 mm1 000 mm空间内,在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm,深度方向的距离测量精度优于0.7 mm,三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明:该方法有效,可被灵活应用,具有良好的测量精度。     

高速运动飞片的F-P干涉测量技术研究

为了测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)光学共振腔的选频特性进行多普勒频移绝对量的检测来连续测量飞片运动速度的方法,建立了一套基于此方法的测量装置,并利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片装置对所研制的F-P干涉测速仪进行了原理性实验验证。利用所研制的F-P干涉测速仪测量了飞片速度在60ns的时间内由静止加速到大于3km/s的速度的全过程,测量数据的不确定度小于5%。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点,在爆轰物理与冲击波物理实验研究中具有较好的应用前景。     

利用成像型任意反射面速度干涉仪测量石英中的冲击波速度

在神光Ⅲ原型激光装置上,利用自行研制的成像型任意反射面速度干涉仪（I-VISAR）对石英中冲击波速度进行了测量,获得了清晰的实验信号。实验结果表明,在8路能量为400 J、波长为351 nm的激光注入腔靶时,经过60μm的Al后,石英中的冲击波速度为36.47 km/s。     

高功率KrF激光性能改进及其应用

采用无阶梯诱导空间非相干技术,对6束角多路高功率KrF激光中一束激光束进行光束平滑,用前端振荡器双程放大自发辐射(ASE)作为部分相干源,此部分相干光经过4f像传递,经电子束抽运预、主放大器放大,聚焦在靶上,靶上能量30 J/40ns,靶斑300μm,分布不均匀性σ≤1.4%.此外,通常23ns前端单束类高斯型脉冲经主振荡功率放大(MOPA)后脉宽展宽为50ns,采用增益饱和开关技术,压缩脉宽经主放后得到30 J/25ns脉冲.用此单束30 J/25ns平滑光束辐照飞片,焦斑直径～300μm,采用双层飞片(50μm Kapton膜+13μm Al),单晶石英靶片,飞片飞行距离(空腔距)～160 μm,用条纹相机对飞片撞靶速度进行了测量,得到飞片速度～8 km/s,与1-D HYADES流体动力学模拟相符.计算了靶中击波压力可大于1 Mboar(100 GPa).用建立的钛宝石,KrF混合型台面紫外高强度超短脉冲(440fs)激光系统,靶面聚焦强度达到1017W/cm2.用此装置进行束靶作用超热电子研究,研制了180°电子磁谱仪,用其直接测量超热电子谱,得到超热电子温度～81 kev.并用此超短脉冲注入电子束抽运KrF预放大器与主放大器得到8 J,皮秒级超短脉冲.并研究了能量信噪比随主放输入增大而下降的规律.     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

线激光辅助面阵CCD光学成像弹丸位置解算模型北大核心CSCD

针对典型光电测试系统光幕结构复杂、测量精度低的问题,本文提出一种线激光辅助面阵CCD光学成像方法测量弹丸的位置信息;通过分析弹丸穿过激光光幕在面阵CCD上的成像原理,给出弹丸成像所占面阵CCD像元位置信息与弹丸空间位置的关联函数,结合线阵列光电探测器接收弹丸过幕信号的编码点位置,构建弹丸空间位置解算模型;根据仿真分析,在1 m×1 m探测区域内x,y坐标最大误差均小于3.5 mm;通过与木板靶测试进行对比实验,验证了激光辅助面阵CCD光学成像测量弹丸位置信息的科学性和正确性。     

高速分幅相机在强流脉冲电子束调试中的应用研究

高能强流脉冲电子束的束参数测量是加速器研制及调试中必不可少的一部分,它对测量设备的要求极高,必须具有高的时间分辨能力、较高的抗干扰能力及较高的灵敏度等性能。为了满足这种要求,研制了一种新的高性能超高速的三分幅相机。该分幅相机采用一种成像质量较好的会聚光成像的全口径分光原理,再结合高速的图像增强器、科学CCD相机及大规模集成电路等技术,使其具有了快门时间和幅间时间独立控制的能力,灵活的控制方式很好地满足了调试中的各种测试要求,并且在有效像面面积达到Φ25mm的情况下可以获得约3 ns的最高快门速度以及好于35 lp/mm的像面空间分辨率,圆满地完成了强流脉冲电子束的调试工作。     

激光直接驱动飞片空腔靶的数值模拟

数值模拟了激光直接驱动铝飞片空腔靶模型。描述了激光直接驱动下 ,飞片的飞行状态和靶中冲击波的传播特性的物理图像 ;分析了不同参数对飞片状态和靶中冲击波特性的影响程度。模拟结果分析表明 ,如果靶结构参数与激光条件匹配 ,采用适当厚度的三台阶靶 ,可能实现状态方程的绝对测量。     

航空相机成像技术研究

无论是军事领域战术和战略侦查,或者是民用领域测绘、精细农业、海岸资源勘察和地图导航等应用,随处可见航空相机的身影。本文先介绍了几款20世纪典型的航空胶片相机以及它们的工作方式,然后将航空数字相机按工作方式分成了扫描型航空相机、步进凝视型相机和多镜头数字相机3类,简要介绍了其工作方式的原理及特点,并分别列举了相应的航空数字相机。最后对航空相机发展趋势进行了总结与展望。     

InGaAs近红外相机成像技术研究

论述了近红外成像原理及优点,探讨了InGaAs近红外相机组件的核心器件——近红外探测器及其探测器驱动电路、信号处理电路和接口电路等电路组成,阐述了通信流程和疵点补偿方法,通过成像效果对比,详细分析了红外相机、可见光相机和InGaAs近红外相机各自的成像特点,指出近红外相机作为可见光相机和红外相机的补充,在军事和民用上有着广泛的应用。     

制冷型中波红外变焦镜头

在分析中波红外变焦镜头的基础上,分别就初始结构选取、冷反射、变焦等方面对中波红外变焦镜头的光学设计进行探讨,设计出实用、能够加工生产装调出来、成像质量优异的制冷型凝视中波红外连续变焦镜头.     

激光辅助照明主动红外成像研究

介绍了激光辅助照明主动红外成像系统的基本原理和组成、激光光源的制作和技术参数、光学系统和接收器件的选用。研究了半导体激光光纤耦合器件作为夜视光源其制作中光束整形、均匀化方法和性能指标,并根据CCD相机光谱进行分析来选用合适的接收器件。研制出一台激光辅助照明主动红外成像样机,通过多次外场实验,获得质量较好的夜视图像。该设备造价低廉,像质较好,可以用于民用的安全监控,也可作为轻武器火控或单兵观瞄等用于军事领域的夜视观察。     

基于线性渐变滤光片的成像光谱仪综述

基于线性渐变滤光片的成像光谱仪具有结构紧凑、小型化、空间分辨率高等特点,现已成为成像光谱仪的发展方向.首先介绍了线性渐变滤光片以及相应成像光谱仪的概念与原理,然后对其优势和适用领域进行了分析,最后归纳了国内外的相关发展情况,并指出了其良好的发展前景.     

焦面帘幕式快门对画幅式航空遥感器成像畸变的影响

针对胶片型画幅式遥感器倾斜成像时产生图像畸变、在航拍后图像处理中景物无法拼接的问题进行了研究。介绍了该遥感器所采用的焦面帘幕式快门的工作原理,分析了遥感器在飞机姿态变化时的像移补偿。由于在曝光过程中的像移补偿误差使地面景物在像面上存在像移、以及焦面帘幕式快门的分时曝光特性,使地面景物变形,导致图像畸变。通过对产生畸变原因进行分析、计算,给出计算图像畸变量的公式,为航拍图像后处理时校正图像畸变提供技术支持。     

探地雷达频率波数域速度估计和成像方法的实验研究

探地雷达的分辨率和地下电磁波的速度估计是探地雷达应用中两个重要研究课题,类似地震信号处理中的频率波数域偏移处理,本文提出将频率波数域偏移方法应用到探地雷达的成像和速度估计中来,并用实验数据验证了该方法的可行性和有效性.     

基于TOPSIS-AHP法的红外航空成像侦察相机综合评价

根据红外航空相机的成像原理,提出了相机评估指标.通过层次分析法(AHP)求解得到各指标的权重向量,并运用逼近理想解排序法(TOPSIS)对相应指标进行计算,最后通过实例验证了该方法的可行性.计算结果表明,空间分辨率和温度分辨率是红外航空相机敏感度最高的两类指标,为今后相机的研制与改进提供了参考方向.     

光场相机成像质量评价方法研究

光场相机应用一种新的成像技术,利用光学手段获取四维光场信息,包括目标辐射的二维空间分布信息和辐射传播的二维方向信息。与传统相机相比,光场相机在实际应用中可以获得大的景深范围。由此成像质量评价是光场相机研究中一项十分关键的工作。结合光场成像的特点,对光场相机成像模型进行了分析,完成了实际系统中的光场追迹过程,并对点扩散模型进行了计算,仿真实验结果表明该评价方法有效。     

基于熵最小准则的ISAR成像高速运动补偿实现方法

本文基于线性调频雷达信号模型,研究了ISAR成像中目标高速运动对一维距离像产生的畸变影响;提出了基于熵最小准则的速度补偿算法及其在实际应用中的三种实现方法,仿真试验证明了上述方法的有效性;仿真结果表明:遍历法具有很高的精度,但运算量巨大,快速搜索法速度快,但精度不高,二次曲线拟合法具有精度高和实时性好的特点;通过对二次曲线拟合精度的分析,为粗估计时速度遍历步进值的选取提供了依据;最后将二次曲线拟合法应用在雷达信号处理机中,针对实测数据给出了高速运动补偿的效果和DSP运行时间,其结果证明本方法实时、有效.