同步扫描水下激光成像系统主要光学参数的理论分析

本文介绍了距离选通和同步扫描两种水下激光成像技术发展现状。从理论上计算了同步扫描系统的信号光和后向散射光传回到探测器端的辐照度与衰减长度的定量关系。减小视场角和增大光源到探测器的间隔可提高成像距离。一般水质下成像距离理论值约１２倍衰减长度。     

光声层析成像的信号处理

报道了采用滤波反投影的光声层析成像的信号处理方法，为了还原空间位置的光声信号，声探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应在频域进行逆卷积处理；由于光声信号相对于触发时刻的延迟时间就是光声源到探测器的走时，重建时根据光声信号的延迟时间以及声速的距离，把速度势信号反投影到与探测器等距离的圆弧上。通过多个角度的反投影，能够重建出光声源的图像，但是由于反投影时光声信号投影到没有光声源的地方产生伪迹信号，模糊了光声源图像的边界，降低了图像的分辨率和对比度。因此在反投影之前采用CT成像中的R-T空间滤波函数与光声速度势信号进行卷积处理，然后再进行反投影成像；这种方法降低了由反投影带来的伪迹。应用这些处理方法，获得了埋藏深度为12mm的四个光吸收体的二维光声层析成像。     

单散射近似下的微光图像对比度计算模型

微光探测器接收到的信号源有两个,一个是通过景物反射再经大气衰减的信号;另一个是通过大气粒子散射到达探测器的信号,前者随距离的增加而减弱,而后者随距离的增加而增大.在单散射近似下,建立了微光图像对比度计算模型,从模型可知,大气散射对图像对比度的影响是空变的,该模型为微光图像处理提供了新的思路.     

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

成像光谱仪标准探测器-漫反射板定标法准确性分析

采用标准探测器-漫反射板法对成像光谱仪进行定标,具有实现容易、定标精度较高的特点。针对标准探测器-漫反射板定标法,推导出成像光谱仪探测器像元采集到的信号电子数的计算表达式,研究了在双向反射分布函数(BRDF)影响下辐照度标准灯照射距离H和成像光谱仪观察角β对标准探测器-漫反射板法定标成像光谱仪准确性的影响。结果表明,不管是否考虑双向反射分布函数,双向反射分布函数对观察角度的影响比照射距离的影响大。照射距离变化2 mm,观察角度变化1°,考虑双向反射分布函数前后H取0.5～1.25 m,β取0°～30°范围内绝大部分区域满足信号电子数变化小于1%。     

非扫描激光主动成像系统性能分析

介绍了面阵非扫描型激光主动成像系统的原理、特点及影响其性能和成像距离的因素。对激光主动成像模型、ICCD探测器性能、灵敏度指标换算和目标识别性能进行了分析计算。依据入射辐照度和探测器辐照度灵敏度,建立了探测距离公式和入射辐照度需大于探测器辐照度灵敏度2倍的距离估算方法。采用808 nm波段激光进行的主动成像实验证明了理论分析的有效性。     

激光声水下目标探测器的设计

针对一种水下目标的声探测方法设计了激光声水下目标探测器。对激光声信号产生机理进行研究,并开展了水下探测器发射声信号检测的实验。结果表明:强脉冲激光聚焦于液体介质可以产生爆炸性球面声源,探测器内部的声反射面将球面声信号转变为高指向性的平面波信号。通过对探测器的发射信号和接收的目标回波信号进行数值计算,发现探测器发射信号具有窄波束指向性、高距离分辨力和远探测距离等特点,可以满足水下目标探测的应用需求。     

基于漫反射探测的全向激光告警性能分析

为了通过对基于漫反射探测的全向激光告警系统性能的分析,进而达到对系统性能优化的目的,采用理论推导和实验分析的方法,讨论了普通鱼眼镜头的成像规律,得出了系统所使用的鱼眼镜头的成像规律。推导了全向激光告警系统中探测器接收到的漫反射信号功率公式,讨论了鱼眼系统像面照度均匀性,分析了系统中CCD成像特性,得出光斑成像像素个数的公式。采用针对不同成像像素数,得出不同CCD成像面上单像素所探测到的光斑功率公式的方法。得到了不同传输距离时,光斑成像的像素数与探测器距光斑距离d的关系图;不同的能见度条件下探测器所探测到的单个像素功率与传输距离R的关系图;以及在能见度和传输距离一定的条件下,探测器单个像素功率随距离d的变化图。研究结果对于基于漫反射探测的全向激光告警系统设计和研制,优化系统性能具有重要帮助。     

EBCCD在凝视测距成像激光雷达中的应用

微光成像器件在微弱光信号下仍具有较高的探测能力和优良的成像质量.介绍了EBCCD在激光主动照明测距成像中的新用途.介绍了基于FM、CW测距原理的凝视测距成像激光雷达的基本原理,和系统基本结构.这种体制激光成像雷达要求微光探测器必须能够实现短波红外微光探测和自混频解调距离信息的双重功能.在对自混频解调实现数学模型简单分析的基础上,讨论了通过调制微光探测器响应度,实现外差混频解调的方法.     

信号处理对红外探测系统作用距离的影响

考虑了信号处理单元的频率函数对红外探测器输出信号的影响,推导了红外探测系统在探测器噪声限下的作用距离方程,对传统的作用距离方程进行了修正;给出了采用匹配滤波技术的信号处理系统和调制系统必须满足的关系及相应的作用距离方程表达式,为红外系统的设计和性能评估提供了正确的理论依据。     

Fabrication of long-length high-strength single-mode silica fibres

The letter reports an alternative approach to the realisation of long, low-attenuation, high-strength single-mode optical fibres suitable for high bit-rate transmission over long distances in adverse environments. We show that low attenuation (less than 0.45 dB km) can be achieved in combination with high proof-test levels (1% ? 2% strain) in fibre lengths greater than 5 km, using natural fused-quartz tubing, and report a 15 km fibre having an attenuation of 0.44 dB km which survived a proof test at 1% strain.     

一种新型水下激光成像系统

提出了一种新型水下激光成像系统的模型 ,计算了该系统的成像距离和成像质量与光束发散角、接收视场角、快门开启时间等主要参数的关系 ,降低背景光的影响与提高光脉冲质量能有效地提高成像距离和成像质量。在一般海水介质中 ,这种水下激光成像系统的成像距离理论值可达2 5倍衰减长度 ,约是同步扫描和距离选通水下激光成像系统的 4～ 5倍。     

一种用于水下图像的光谱重构方法:理论及应用

多光谱成像是一项非常有前景的图像高保真获取与再现技术,近年来在水下物体颜色还原的应用中也受到的极大的需求和关注。然而,不同于空气中的物体的成像过程,在水下成像过程中,当光通过水而进行传播,光被水体严重吸收和散射,导致图像变暗,在其光谱和颜色方面发生模糊和扭曲。文中讨论的是基于水下图像的水衰减系数的校准和其多光谱图像的光谱重构。首先在不同的距离处获取物体的图像,提出了基于不同距离的图像进行水体衰减系数的校准并恢复原始图像的技术;在此基础上,分析并导出满足系数校准和图像复原所需的在不同距离获取到的最少的原始图像个数。最后,通过比较复原的水下图像与空气中获取的彩色图像,实验结果证明:文中提出的技术能够对水下光谱图像的进行精确颜色复原,所有测试图像的平均相对残留误差仅为5.87％。     

In-line amplifier transmission distance determined by self-phasemodulation and group-velocity dispersion

The propagation of an intensity-modulated signal in an optical fiber is numerically analyzed, taking self-phase modulation, group-velocity dispersion, and 2nd-order group-velocity dispersion into account. Transmission distances yielding a prescribed eye-opening penalty are shown to relate to three characteristic lengths: the dispersion length, the 2nd-order dispersion length, and the nonlinear length. These relations, with a slight modification for the signal power, are also found to be valid for in-line amplifier systems, in which each optical amplifier, though adding undesired amplified spontaneous emission, compensates the signal attenuation occurring in the preceding fiber. The resulting relations give us informative guidelines for designing such systems     

后向散射对激光水下成像的影响研究

为研究后向散射对水下成像的影响,采用辐射传输理论建立了激光水下成像后向散射理论模型,提出了表征后向散射对目标识别影响程度的水下成像后向散射影响系数,给出了距离选通成像后向散射功率及后向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像后向散射随探测水深及水衰减系数的变化规律,证明了考虑后向散射对成像质量的影响时,水衰减系数远大于探测水深的影响,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。     

Propagation studies in millimeter-wave link systems

The overall performance characteristics of ground-level millimeter-wave links are analyzed. Transmission reliability is examined on the basis of statistical data on pertinent meteorological variables and as a function of various link design parameters. Link systems operating under climatic conditions roughly characteristic of those prevailing along the mid-Atlantic coast of the United States are found to he limited most severely by attenuation due to rainfall. For a required degree of transmission reliability, trade-offs between the basic link design parameters are seen to lead to a certain range of hop distance and a corresponding range of transmitter power level. Detrimental effects due to reflection and diffraction by the terrain may in most cases be essentially avoided for short and medium hop distances. The discussion also includes considerations on diversity operation for increased transmission reliability and a brief comparison of the advantages of millimeter waves over both microwaves and optical wavelengths for links with short and medium hop lengths. Experimental work is reported on point-to-point transmission at 90.5 GHz (or 3.3 mm wavelength) carried out over a period of more than one year. Operation with antennas exposed to precipitation and wind has been found feasible. Measured transmission losses under a wide range of weather conditions were found to stay well within the limits predicted. The need for more research on short-term signal fluctuations ("scintillations") and propagation-time fluctuations is pointed out. The theoretical and experimental results have established a considerable degree of confidence in the feasibility of millimeter-wave link systems with short to medium hop distances and low power requirements.     

太赫兹波大气分层传输特性

基于修正的Van-Vleck Weisskopf(VVW)线型,辐射传输色散理论和水汽连续体吸收模型,结合HITRAN数据库,建立了太赫兹(THz)波大气传输衰减和色散模型,并与毫米波传播模型(MPM)的结果进行了对比分析。加入新的天顶分层方法,形成了对宽频THz波在真实大气中纵向传输吸收衰减和色散的数值模拟能力。研究了不同传输距离下THz波大气分层传输衰减与色散特性、340 GHz和410 GHz窗口特性。研究结果表明：340 GHz和410 GHz大气窗口垂直传输10 km以上,衰减分别低于25 dB和45 dB,群速色散很低,相位变化在0.01个量级,信号传输失真度小。     

长焦区光声成像系统中的信号补偿

信号衰减问题在许多领域都备受关注,在光声成像系统中各种原因引起的信号衰减同样在很大程度上影响了系统的成像质量以及成像深度。从组织光学、声传输与接收等方面讨论了长焦区光声成像系统中引起信号衰减的因素及其特点,并在此基础上提出相应的补偿策略。补偿策略考虑到光声形成与传输过程中的光衰减与声衰减两方面因素对光声信号的影响,实现了从光与声两方面对检测信号综合补偿。信号补偿实验分别从模拟样品补偿成像与离体甲状腺成像展开。实验结果表明,补偿策略能够较好地对光声信号进行补偿,从而提高了系统的成像深度及成像质量。     

Electron beam induced current imaging of near-contact regions insemi-insulating GaAs

Electron beam induced current (EBIC) in a scanning electron microscope has been used to image the internal electric field regions near implanted contacts on semi-insulating GaAs. Planar n⁺-i-p⁺ structures were fabricated with intercontact distances ranging from 5 to 100 μm. In cases where the diffusion length is short compared to the lengths of interest, the current collected is determined primarily by the local electric field profile. With no externally applied bias, we observe large current collection regions adjacent to the n⁺ contact, extending ~10-20 μm into the bulk material. Two-dimensional (2-D) imaging indicates that the regions are highly nonuniform. For small intercontact distances, the contact-related fields, which are produced by the diffusion and trapping of carriers from the contacts, can dominate the entire region. Changes in EBIC signal with the application of forward or reverse bias are used to monitor the interaction of the zero bias field and the applied field. This approach provides a good estimate of the field distributions in trap-dominated, high resistivity materials like semi-insulating GaAs, with a spatial resolution generally not obtained with other field imaging techniques