长波红外高光谱成像系统的设计与实现

针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点,设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统.利用杂散辐射分析软件,对系统进行了背景辐射分析,包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响.主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮...     

非致冷长波红外高光谱成像

8μm～14μm波段的高光谱成像无论对于军用遥感还是对于民用遥感都是很重要的．长波红外高光谱成像的昼夜观察能力加上它探测伪装目标、地雷和化学气体的能力,已使它成为了一种很有吸引力的军用侦察手段．此外,长波高光谱成像技术的化学分析能力还可以对可见光、近红外和短波红外高光谱方法进行补充。然而,长波高光谱成像技术所用的光子焦平面体积大、成本高,这就限制了它在许多平台上的使用。     

变间隙法布里-珀罗干涉式长波红外光谱成像系统

干涉式长波红外光谱成像技术以其独特的工作原理和谱段特性,在众多领域具有广泛的应用前景。为解决仪器小型化、轻量化问题,研究了一种基于变间隙法布里-珀罗（F-P）干涉仪的新型长波红外光谱成像系统。在分析系统工作原理的基础上,研究了确定F-P干涉腔两反射面的反射率、变间隙干涉腔的楔角等主要参数的理论依据;搭建了实验系统,得到了整个装置对黑体宽波段热辐射的响应;通过将系统测得的聚丙烯薄膜的透过率曲线与高精度光谱辐射计测量结果进行比较,结果显示系统光谱分辨率满足理论设计要求。研究表明:该系统能够有效满足长波红外光谱成像系统的轻便化、小型化的需求。     

宽幅长波红外高光谱扫描成像系统的设计

为了满足宽幅长波红外高光谱成像需求,基于光导型碲镉汞线列探测器和平面闪耀光栅,提出了一种在长波红外8~12.5 μm范围内具有150个连续波段、30°成像视场角、基于地面应用的低成本、轻小型高光谱扫描成像系统的设计方法。该系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成,两机构同步控制以实现精细分光和宽幅成像功能。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光的波长、视场扫描角度与成像视场角间的关系式。在分析扫描系统扫描定位精度的基础上,设计了一套以步进电机为运动核心,采用“摆扫定位+停止成像”工作模式的扫描系统。实验表明,该扫描系统可满足系统视场定位精度及分光精度的要求。获取的硅碳棒在长波红外波段的发射光谱曲线表明该系统的设计合理有效。该扫描系统的设计方法对长波红外高光谱系统的设计具有一定的指导意义。     

长波红外和中波红外超光谱傅里叶变换成像器

Kestrel公司已设计出一种装在飞机上的双波段红外傅里叶变换超光谱成像器,目前正在制造这台仪器。预定安装在Cessna206上的这台成像器具有一个15度的视场,其瞬时视场为1.0毫弧度。该仪器使用512个光谱通道,在2000cm^-1至3000cm^-1范围内,其目标光分辨率优于1.5cm^-1,在850cm^-1至1250cm^-1范围内则优于0.4cm^-1。为达到这些前所未有的光谱分辨率,仪器将采用各种光谱增强技术。光学系统的计算机模拟已演示出亚波数分辨率和超过900的信噪比。     

长波红外高光谱成像光谱仪的辐射定标

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置（简称 CHIPED-I）进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱。结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。     

多次采样平均在长波红外高光谱成像系统中的应用

长波红外高光谱成像系统由于光谱细分导致探测器所接收的目标信号的能量较一般成像系统弱,因此系统噪声对成像效果影响较大.针对这一现象,本文在分析系统噪声成分的基础上,提出采用ADC多次采样平均的方法来降低其噪声,并从理论上推导了该方法的有效性.然后搭建了实验系统,分析计算不同积分时间下,利用多次采样平均技术得到的信号和噪声大小,并计算系统的信噪比和NETD.结果表明,多次(m次)采样平均对系统的信号值几乎无影响,但可以将系统噪声降低至原来的m-1/2倍.因此,该方法可将系统的信噪比提高至原来的m1/2倍,并能有效降低系统的NETD,提高系统灵敏度.该方法为改善长波红外高光谱成像系统成像效果提供了一种方案.     

红外高通量干涉成像光谱仪的设计与验证

介绍了静态高通量干涉成像光谱技术的原理,针对红外波段目标辐射能低、系统易受自身辐射影响等特点,提出了基于分体式Sagnac干涉仪的红外高通量干涉成像光谱仪方案。分析了Sagnac干涉仪的设计方法,特别是分光镜对光线的偏折作用引起的横向剪切量和光线的折射光程不同带来的附加光程差。根据采样定理,计算了成像光谱系统对探测器和后置成像系统的要求。使用长波热像仪(光谱范围7.7~9.3μm)搭建了实验装置,实验结果表明,这种成像光谱系统能够准确测量出样品的光谱,验证了该方案的原理和设计。     

基于长波红外成像系统的红外辐射特性测量方法

地基红外成像系统是靶场领域实现目标跟踪、实况记录成像的重要成像设备之一。配有高性能红外辐射定标系统的地基长波红外成像系统,可对低温以及常温目标实现高精度辐射特性测量。通过建立制冷型红外辐射特性测量系统的辐射测量模型,在7.7~9.3 μm长波波段利用某光学口径为600 mm的长波红外辐射测量系统实现了对目标的高精度测量。实验结果表明,辐射测量的精度为16.81%,能满足靶场对高精度辐射测量的要求。     

红外超光谱成像偏振仪

美国犹他州立大学空间动力实验室正在研制红外超光谱成像偏振仪。该偏振仪是为了用偏振法以高空间和光谱分辨率测定云顶的２．７μｍ水吸收带后向散射太阳光而设计的,它将装载在空军ＫＣ－１３５型“飞翔红外信号技术（ＦＩＳＴＡ）”号飞机平台上。该偏振仪是原理性遥感器,它将超光谱推扫成像技术同高速、固态偏振技术结合起来,采用尽可能多的现有成型元件,同时为适应原理样机的研究,光学系统是试验性方案。此外还采用一个窗口     

基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统

提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪用于多点局部放电超声检测的光纤传感系统。该超声检测系统由光源、单模光纤延迟线、光纤耦合器、相位调制器、偏振控制器和对比度为1的光纤Sagnac干涉仪组成。首先介绍了传感系统的超声检测的原理,然后搭建了模拟局部放电超声实验平台,利用Nd∶YAG激光器照射钢板激发出的表面波和高频声源,针对局部放电超声在钢板和变压绝缘油中的传播情况进行了实验。实验结果证明了使用该系统用于局部放电超声检测的有效性,在100kHz～200kHz频率范围内,信噪比可达40dB以上,同时实验验证了该Sagnac传感器对局部放电超声的多点检测能力。该光纤超声检测系统结构简单,频率响应高,成本低廉在局部放电等领域有着巨大潜力。     

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。     

Temperature sensor based on PNR in Sagnac interferometer

A temperature sensor based on polarization non-reciprocity (PNR) in fiber-optic Sagnac interferometer (FSI) was proposed. The experimental study was made primarily and the results agree with theory well.Discussion shows that this kind of temperature sensor can achieve high precision and have great application potential.     

Fiber-optic sensor array based on Sagnac interferometer with stablephase bias

We propose and experimentally demonstrate a novel fiber sensor array based on a Sagnac interferometer with very simple electronic signal processing. A stable quadrature phase bias was obtained using a phase modulator, and the polarization-induced signal fading was suppressed by using a depolarizer and a broad-band source. A phase sensitivity of about 4.0 μrad_rms/√Hz at 5 kHz was obtained using a two-sensor array     

基于FPGA的非制冷红外热成像系统研究

为降低非制冷红外热成像系统的功率损耗并减小其体积,介绍了一种基于FPGA架构的非制冷红外热成像系统.采用SOPC设计技术,在FPGA内部定制了可编程嵌入式处理器NiosⅡ,实现了系统的任务管理和数据通信;设计了一种简洁的流水线结构,实现了非均匀校正、盲元补偿和自适应图像增强等实时信号处理功能.对所设计非制冷红外热成像系统的测试结果为噪声等效温差(NETD)小于80 mK. 成像质量清晰稳定.与传统结构相比,该系统结构更简单,体积更小.     

A tension insensitive PbS fiber temperature sensor based on Sagnac interferometer

In this paper, a tension insensitive PbS fiber temperature sensor based on Sagnac interferometer is proposed and demonstrated. The sensing mechanism of tension and temperature is analyzed. The relationships between the interference spectrum, temperature and tension are analyzed, respectively. The experimental temperature range is 36—70 °C. The experimental results show that the interference spectrum is red shifted, and its sensitivity is 53.89 pm/°C. In tension experiment, the tension range is 0—1 400 με. The experimental results show that there is no wavelength shift in the interference spectrum. The sensor is immune to tension cross-sensitivity compared with other sensors. It can be used for temperature testing in aerospace, chemistry and pharmacy.     

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。     

基于高非线性Sagnac干涉仪的超高速全光NOT门可级联性研究

在未来的通信领域中,全光逻辑门是全光计算机和全光网络的基本单元。目前已经提出了很多实现全光逻辑门的结构和方法,但是全光逻辑的技术瓶颈也出现了,就是怎样能够将单个的全光逻辑门级联起来实现更复杂的逻辑关系。现存的全光逻辑门结构一般不具有很好的可以实现多级连接的级联性,而且现有的对于级联性的分析大都停留在理论层面,而没有与实际情况相结合,所以对于实际应用来说意义很小。提出了一种新型的基于高非线性Sagnac 干涉仪的超高速全光NOT 门,建立了它的数学模型,采用了与实际情况更加接近的高斯脉冲模拟输入光,并且在仿真结果的基础上分析了系统的级联性,对级联性的分析考虑了光纤损耗和走离效应的影响。得到的基本结论表明,所提出的全光逻辑门的结构能够在实际情况下保持良好的级联性。     

Strain and temperature characterisation of sensing head based on suspended-core fibre in Sagnac interferometer

The study of the strain and temperature characteristics of a sensing head based on a four-hole suspended-core fibre in a Sagnac interferometric configuration is reported. It is shown that, for the case of using an uncoated suspended-core fibre, a relatively large strain sensitivity is obtained (/spl simeq/1.94 pm/μ/spl varepsilon/), while the temperature sensitivity is small (/spl simeq/0.29 pm/°C), pointing to a temperature-independent strain sensor. When the fibre is coated, the strain sensitivity remains essentially the same, while the temperature sensitivity becomes much larger and with a value that changes with the localisation of the temperature variation range.