近180°水中悬浮颗粒物体积散射函数测量

针对目前国内外现有的体积散射函数测量系统在后向小角度散射测量上的局限性,提出了基于离轴反射式光路的近180°水体体积散射函数测量方法并研发了实验室测量系统。系统采用离轴抛物面反射镜,将后向小角度散射光和入射激光分离,减小了系统后向小角度散射的测量盲区,而且能够获取全方位角的后向小角度散射光信号。选取聚苯乙烯标准粒子用于测量系统定标检验,结果表明,定标后的测量系统能够完成在173°~179.4°范围内水中悬浮颗粒物体积散射函数的测量,角度分辨率为0.01°。经对比分析,体积散射函数测量值与米散射理论值具有很好的一致性,验证了系统测量近180°水体体积散射函数的准确性和可行性。     

涂覆吸波材料目标RCS测量校准试验研究

雷达吸波涂层易受涂覆工艺、物理特性和气动应力等因素影响而破坏飞机整体的隐身特性。为评估雷达吸波涂层状态,在紧缩场对涂覆雷达吸波材料的目标展开RCS测量和分析。雷达散射测量系统的测量精度受定标体几何参数精度、测量方法、校准方法、系统稳定性等多种因素影响。在金属球定标体几何参数、场地制造装配精度和安装定位精度等已溯源至国家基准的基础上,针对测量和校准需求,研究了替代置换法的测量校准原理,开展了测量和校准试验,结果表明：在扫频测量基础上,通过时域频域变换、背景矢量对消、时间窗等技术滤除杂波干扰而获取线性度较好的系统校准曲线,用于涂覆雷达吸波材料目标的RCS测量校准,能有效提高测量效率和精度,确保量值一致,满足隐身飞机雷达隐身状态监控和校准需求。     

FASTRAK在高密度头相关传输函数测量中的应用

高密度头相关传输函数测量对声源空间方位的精度有更高要求,因此要有精度较高的声源定位装置（系统）,并对定位系统的误差进行校准。使用FASTRAK电磁追踪器对测量高密度HRTF的定位系统进行误差校准。FASTRAK的空间分辨率为0.01°,静态精度为0.15°,经定位系统精度校准后,声源方位角误差可控制在0.1°±0.15°的范围内。文中测量高密度HRTF数据库的最小方位角间隔为2.5°,上述误差基本满足测量要求。     

大气散射衰减定标系统设计

观测高能宇宙射线可通过大气荧光探测技术对次级粒子的研究间接实现,而次级粒子在大气传输中受到大气吸收、散射等影响,会影响探测的准确性。为定性定量地确定上述影响,设计了大气散射衰减定标系统,利用已知脉冲能量的激光器向指定方向发射激光脉冲,通过在地面上另外一点测量散射激光的能量,就可以对大气散射的参数进行标定,从而对次级粒子的能量及方向进行修正。此外通过散射通信中常用的非视距单次散射模型研究了大气传输过程中的散射衰减作用,得到不同角度下的计算仿真结果,为大气散射衰减定标提供了理论依据。     

光学元件表面疵病标准板系统设计

为解决大口径光学元件表面疵病检测设备的精确测量、校准和溯源问题。设计了用于标定表面疵病检测系统的标准板,通过电子束曝光将定标图案转移至掩模板,再采用反应离子束刻蚀的方法制作标准板。通过扫描电镜测量标准板上各标准线的真实线宽尺寸,并以扫描电镜测量结果为参考值标定大口径表面疵病检测系统。利用所设计的标准板标定基于散射成像法的大口径表面疵病检测系统。结果表明,当疵病线宽尺寸大于45 μm时,疵病的散射像满足几何成像原理,当疵病宽度尺寸小于45 μm时,需按标定结果进行计算。     

用列阵相机测SBS相位共轭保真度

为准确、方便地测量受激布里渊散射相位共轭保真度，根据保赶集工的光场相关函数定义，提出采用列阵相机测量光束远场能量角分布的方法，来测量保真度，获得的测量结果与其它文献报道的结果一致。     

基于标校球的瞬态极化雷达校准方法

理论上瞬态极化雷达可获取动态目标全极化散射特性的精确测量信息,但由于存在极化通道不一致、极化隔离度有限以及背景杂波等非理想因素,其极化测量存在误差,必须进行校准。当前极化校准需要多个定标体,且定标体姿态摆放误差将引起校准偏差。针对上述问题,提出了一种基于标校球的瞬态极化雷达校准新方法,在考虑双天线空域极化特性的基础上,仅需单个金属球即可完成定标,提高了校准精度。该方法为解决制约瞬态极化雷达实际应用的校准难题提供了技术支撑。     

高精度星上定标漫射板双向反射分布函数绝对测量系统研究

星上定标漫射板双向反射分布函数（BRDF）的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。     

低频SAR辐射校准

低频SAR天线通常具有极宽的方位向波束角，在辐射定标时，定标体RCS随雷达波入射角的变化不能够忽略，文中利用低频散射模型，得到定标体RCS随角度变化关系，结合条带式低频SAR的工作原理，给出辐射校准的方法，并进行仿真试验，验证了该方法的有效性。     

红外陷阱探测器的光谱辐射定标技术

遥感信息定量化要求高精度的光谱辐射定标技术支撑,使传感器获取数据可比较性、测量精度和长期稳定性得到保证,溯源于低温绝对辐射计的定标技术是发展趋势.为提高红外绝对光谱响应率定标精度,在一种薄膜热电堆传感器上加装镀金反射半球,研制了红外陷阱探测器作为标准传递探测器.利用电替代技术,测试了红外陷阱探测器光谱响应线性、空间响应均匀性和稳定性.通过溯源于低温绝对辐射计的光谱辐射定标系统,标定了其在1. 1~3. 0μm短波红外波段的绝对光谱响应率,合成不确定度小于1%.将红外陷阱探测器应用于红外光谱辐射定标,可缩短低温绝对辐射计的红外光谱功率标准传递链路并提高定标精度.     

碳气凝胶制作一流的红外吸收体

在光学系统中高吸收材料用作消光板、光收集器和黑体吸收器。在热像系统中近红外和中红外吸收材料很有用。海军研究实验室已描述比现有吸收体性能更好的红外吸收体。该材料是一种碳气凝胶,在超临界二氧化碳条件下干燥一种包括有甲醛和间苯二酚的凝胶,然后将该产物在流动氩气下缓慢加热至1288 K热解而成。 气凝胶的定向半球反射(DHR)包括漫射和镜面反射的度量在2.5～14.3 μm波长范围测得。测得的DHR为1.0%～1.2%,精度为±0.2%;当与法线夹角从8°增加到30°时,DHR仅增加0.2%。另一种反射测量双向反射分布函数(BRDF)提供关于材料与朗伯反射面如何接近的知识。结果指出一种准朗伯行为,其在前向散射方向的值为4×10-3sr-1而在背散射方向该值减半。     

基于朗伯型反射微结构的LED室内照明光源设计

提出了一种基于朗伯型反射面的LED间接照明系统,即LED光源出射的光全部通过朗伯型反射面反射后再照射目标区域,该系统具有光源亮度均匀、灯具效率高等优点,很好地解决了高亮度LED点光源给室内照明带来的眩光问题。首先提出了一种能够很好逼近朗伯反射面的复合型微结构表面,并通过Lighttools光学仿真对其分布参数进行了优化,使最终结果在不同光线入射角的情况下,都具有较理想的余弦反射特性。在此基础上,设计了整体光学系统,使其实现了近180°范围的角度亮度的均匀性和高达84.7%的灯具效率,验证了间接照明方法的可行性。     

高功率激光光场耦合的准直光学系统

为适应高功率激光系统的紧凑空间需求,将基于二阶鬼像的远近光场耦合方案应用于高功率激光准直技术中,设计并搭建出灵敏的小型准直光学系统。提出完备的测试方案,验证了该方案的可行性,获得近场测量灵敏度为7.04μm/pixel,远场测量灵敏度为18.14(″)/pixel,并得到远场变化对近场的影响关系,用以优化光束校准。相比于传统远、近场分离的准直系统,该方案在满足成像质量和分辨率要求的同时,大幅缩减了光路和器件数量,远、近光场相互影响和校准的反馈处理更便捷。     

红外标准辐亮度计的研制及定标

黑体参考光源辐亮度精度是决定红外遥感器绝对辐射定标精度的关键因素。为了提高黑体辐亮度测量精度,设计了一种直接测量黑体辐亮度的红外标准辐亮度计。描述了整个系统的光机设计方案和工作原理,利用高精度水浴黑体对辐亮度计进行定标。实验结果表明:辐亮度计的1 h非稳定性优于0.03%;测量黑体辐亮度不确定度达0.22%,相当于308 K时辐亮度温度不确定度73 mK。该标准辐亮度计具有系统级测量、高精度溯源等优点,可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的溯源。     

一种高光谱相机绝对辐射定标方法

随着高光谱相机在特定区域特定波段背景辐射精确测量方面的应用,对高光谱相机辐射定标的精度、分辨率的要求也不断提高。本文通过测量滤波片透过率及积分球出射DN值得到各波段透过的能量占总透过能量的百分比,并结合实际测得的各波段辐亮度,建立其与相机探测器输出的各波段DN值的关系,达到辐射定标的目的。将提高高光谱相机定标分辨率转换为提高测量滤波片透过率的波长分辨率,简化了研究过程。通过定标结果可知,波长在较小范围内变化时,高光谱相机对其增益系数也会发生变化。     

前照灯仪校准器CCD快速检定系统

为填补国内汽车前照灯仪校准器的发光强度分布和光轴角的检定溯源空白,采用基于面阵CCD的光学系统对校准器垂直照射在检测幕布上形成的光斑进行图像数字化处理,通过CCD像元灰度定标及测量实现发光强度的分布检定,检定测量不确定度优于2%;通过光斑特征点(远光光斑中心点、近光光斑明暗截止线转角点)的位移测量实现光轴角检定,检定范围为:上0°～1°,左、右、下0°～2°,检定测量不确定度优于1.4′.系统检定效率及智能化程度高,获得信息全面,重复性好,完全达到JJG967-2001对机动车前照灯检测仪校准器检定装置的要求.     

光栅衍射型激光告警光学系统设计

为实时测量来袭激光的特征参数、入射方向等信息,设计了基于光栅的激光告警光学系统.使用正弦透射光栅,来袭激光衍射后只有零级和一级衍射,有利于信号采样和处理.该光学系统由遮光罩、正弦光栅、平凸柱面镜、线阵CCD构成.通过理论分析和计算,确定了各光学元件参数.实验结果表明,采用该光学系统的激光告警器可以实现对波长范围为500～1100 nm、波长分辨率小于等于10 nm、入射角分辨率小于等于1°、视场角为22.5°的激光测量.     

机载多普勒激光雷达指向影响分析及定标

通过分析机载多普勒激光雷达测量模式特征,考虑飞机姿态测量精度的影响,仿真分析了径向速度误差,以及多视线反演水平风场的反演精度,按照文中仿真系统的输入参数,不考虑雷达系统频率检测误差,风速测量误差小于0.3 m/s。该结果为机载多普勒激光雷达平台设计和测量模式的选择提供了参考。在此基础上,提出了一种基于地面散射信号测量的激光指向定标方法,并通过激光雷达实测数据进行验证,指向定标精度优于0.2°。     

通用RCS测量雷达有源定标装置的设计与实现

为解决外场雷达散射截面(RCS)测量雷达无源定标对场地和气象条件较为苛刻的要求,设计了内置的通用RCS测量雷达有源校准装置。该装置能通过自动化的状态控制和参数测量,输出定标数据,实现对RCS测量雷达的系统定标。测试结果表明该装置能够以较高的精度实现系统的自校准,有效地提高外场RCS测量雷达校准过程的环境适应性。     

基于3D打印技术的眼科OCT设备计量校准装置研制

为了评估眼科光学相干断层成像（OCT）设备的分辨率、视场角、图像匹配度、深度测量准确性等多个关键参数,确保设备输出量值的准确性与有效性,设计并研制了一种模拟真实人眼结构且参数可溯源的模拟眼,包含角膜和晶状体等人眼主要屈光结构。设计并依托3D打印技术加工了用于横向与轴向分辨率检测的三维分辨率板;设计加工了用于视场角检测的阶梯状同心圆环结构;同时设计加工了用于图像匹配度检测的交叉光纤组件和用于深度测量准确性参数检测的平行玻璃板组件,可适配于模拟眼眼底凹槽内。使用共焦拉曼显微镜对三维分辨率板尺寸溯源,横向和轴向最小可检测分辨率分别为9.7 μm和5.7 μm;使用尼康投影仪对同心圆环尺寸及光纤直径溯源,最大可检测视场角109.03°以及最小62.5 μm的图像匹配度检测;使用尼康高度计对平行玻璃板中心厚度溯源,其测量不确定度小于5 μm。经过对商用眼科OCT设备测试表明,结合微纳3D打印技术的计量校准用模拟眼具有精度高、集成度高、适用范围广、稳定性强等优点,适用于眼科OCT设备的计量校准。