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高功率激光辐照下光学天线的像质研究

红外与激光工程 2024年第8期53卷 78-88页

作者：李响吴东宇孙梓庭高亮安岩宋延嵩董科研长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心吉林长春130022 长春理工大学机电工程学院吉林长春130022

离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环... 详细信息

离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环境,完成了激光加载下的瞬态热分析以及静力学分析,并得到离轴两反光学天线激光加载时间对波前劣化的影响关系。使用齐次坐标变换的方法求解离轴主次镜的刚体位移,具体分析了各项刚体位移随加载时间的变化情况。通过Zernike多项式拟合的方法完成了镜面的波面拟合,将拟合结果导入ZEMAX中,最终得到了该光学天线在平均功率为1 000 W,重频为0.2 Hz,入光直径为30 mm的激光加载300 s下的波前均方差为0.064 6λ。为了进一步验证模型的准确性,使用较低功率(10 W)激光进行原理等效实验,结果表明光学天线在激光加载下实际波像差与模型仿真结果基本相符,偏差小于7.93%,该方法可以有效评价离轴两反天线在高功率激光加载下的像质劣化情况。

关键词：激光光学离轴两反光学天线瞬态热分析波像差高能激光系统激光热效应

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密集扫频干扰下调频连续波引信响应特性

兵工学报 2024年第7期45卷 2251-2259页

作者：周文郝新红杨瑾段乐帆北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

密集扫频干扰作为一种典型的压制式干扰方式,在实际战场使用中对调频连续波引信产生巨大威胁。针对调频连续波引信在密集扫频干扰下容易失效的问题,在分析调频连续波引信工作原理的基础上,推导密集扫频干扰下的调频连续波引信响应过程,... 详细信息

密集扫频干扰作为一种典型的压制式干扰方式,在实际战场使用中对调频连续波引信产生巨大威胁。针对调频连续波引信在密集扫频干扰下容易失效的问题,在分析调频连续波引信工作原理的基础上,推导密集扫频干扰下的调频连续波引信响应过程,进一步分析采用时域干扰样本归零抗干扰方法后的等效干扰效果,并进行相关的仿真分析及实验验证。仿真及实测实验结果表明:密集扫频干扰信号与引信信号越相似,在差频信号时域样本中的有效干扰比例就越大;进行时域干扰样本归零处理后,将产生对调频连续波引信真实目标信号的间歇采样转发干扰效果,距离维包络上将产生多个假目标,假目标的分布与归零处理后的等效占空比及干扰频率相关,导致调频连续波引信的炸点散布显著增大。

关键词：调频连续波引信密集扫频干扰归零处理间歇采样转发干扰响应特性

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快照式高光谱偏振变焦成像光学系统设计

光学学报 2024年

作者：史浩东范瑞晗王稼禹王祺江晟吴雨芳李英超付强长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室长春理工大学光电工程学院长春理工大学物理学院

针对传统快照式光谱偏振成像系统难以一体化集成高偏振成像分辨率与高光谱分辨率的问题，提出基于空间维编码的两档快速变焦快照式光谱偏振一体化成像方案。建立反远距型变焦物镜光焦度分配模型，设计出反远距系数为2.5的超长后截距变... 详细信息

针对传统快照式光谱偏振成像系统难以一体化集成高偏振成像分辨率与高光谱分辨率的问题，提出基于空间维编码的两档快速变焦快照式光谱偏振一体化成像方案。建立反远距型变焦物镜光焦度分配模型，设计出反远距系数为2.5的超长后截距变焦物镜，破解光路遮挡难题；提出编码、偏振与色散等器件多参量联合优化方法，提升系统光谱分辨率及像元匹配精度。设计出400nm-650nm波段36mm/109mm两档变焦高光谱偏振成像光学系统。设计结果表明，全焦段全视场全波段下调制传递函数(MTF)在奈奎斯特频率144lp/mm处均大于0.205，光谱分辨率优于1.06nm，空间分辨率0.192mrad/0.064mrad可调，满足成像要求。搭建原理验证系统，标定偏振度精度、光谱偏振成像分辨率和光谱重构精度，开展动态目标成像实验，实现单次曝光获取速度10m/s车辆的高光谱偏振图像，与传统强度图像相比，目标对比度提升50.36%以上，验证了所提方案的可行性。本研究为未来机载高光谱偏振成像系统的设计与应用提供了理论支撑。

关键词：成像系统快照式高光谱偏振变焦光学设计

基于功率谱熵的无线电引信目标与干扰信号分类方法

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北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 913-919页

作者：刘冰郝新红蔡鑫北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

无线电调频引信在战场环境容易受到干扰信号的干扰导致早炸,丧失打击能力。为提升无线电调频引信抗干扰能力,准确识别引信目标与干扰信号,提出一种基于功率谱熵特征的无线电调频引信目标与干扰信号分类识别方法。利用实测采集的无线电... 详细信息

无线电调频引信在战场环境容易受到干扰信号的干扰导致早炸,丧失打击能力。为提升无线电调频引信抗干扰能力,准确识别引信目标与干扰信号,提出一种基于功率谱熵特征的无线电调频引信目标与干扰信号分类识别方法。利用实测采集的无线电引信检波端输出信号,通过提取目标和干扰信号的功率谱指数熵和Renyi熵特征构成特征向量,作为K邻近(KNN)分类器的输入进行目标和干扰信号分类识别,并利用5-折交叉检验方法对其进行验证。结果表明:目标和干扰信号的功率指数熵和Renyi熵具有显著差异性,使用KNN分类器对其进行分类识别时,最高的识别准确率可达99.47%。

关键词：无线电调频引信抗干扰功率谱熵特征目标分类 KNN算法

基于显微机器视觉的大尺寸钢球直径精密分组方法

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：李彦清唐琪张悦徐畅修航长春理工大学重庆研究院长春理工大学机电工程学院

本文提出一种基于显微机器视觉的大尺寸轴承钢球直径相对测量与分组方法。通过微变形弹性机构完成钢球直径差到狭缝宽度变化值的转化，以同批次中待测钢球作为基准球，将后续钢球与基准球的狭缝宽度差值作为分组依据。CMOS相机与同轴显... 详细信息

本文提出一种基于显微机器视觉的大尺寸轴承钢球直径相对测量与分组方法。通过微变形弹性机构完成钢球直径差到狭缝宽度变化值的转化，以同批次中待测钢球作为基准球，将后续钢球与基准球的狭缝宽度差值作为分组依据。CMOS相机与同轴显微镜采集狭缝图像，对图像进行灰度化、混合双边滤波、阈值分割等预处理。通过改进Canny算子与Zernike矩亚像素算法提取图像精确定位边缘，利用Ransac法拟合边缘点，并提出“一点一线法”实现不同图像间的特征定位，在特征区域内完成狭缝宽度计算。利用不同材料搭建5组微变形弹性机构，根据重复性对比结果，选取加硬304弹性板对应机构搭建样机。试验表明，系统可实现对直径30mm～100mm内钢球测量与分组，检测精度可达到0.2μm，分组后同组钢球直径差≤0.4μm。

关键词：大尺寸轴承钢球显微机器视觉相对测量直径分组

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仿生鲨鱼皮表面的快速制备和减阻性能研究

表面技术 2024年

作者：徐成宇王永华焦远东于化东弯艳玲张倩长春理工大学重庆研究院长春理工大学机电工程学院跨尺度微纳制造教育部重点实验室

目的探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法，检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构水下的减阻性能，为构建仿生表面提供一种新的思路。方法采用激光与电火花线切割复合加工方法，分两步构建仿生盾鳞结构。第一步，将基... 详细信息

目的探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法，检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构水下的减阻性能，为构建仿生表面提供一种新的思路。方法采用激光与电火花线切割复合加工方法，分两步构建仿生盾鳞结构。第一步，将基体表面与线切割机床的钼丝成45°夹角接触，仿制盾鳞的轮廓绘制切割路径，每个盾鳞的间距设置为0.65 mm，高度为0.4 mm。第一次切割完成后，将工件旋转90°，继续按照相同的方式切割。至此仿生鲨鱼皮盾鳞一级结构制备完成。第二步，对一级盾鳞结构进行二次加工，使用纳秒激光打标机在一级结构的表面刻蚀微沟槽形貌，设置激光扫描路径间距为0.08 mm，激光功率设置为12 W，扫描速度为100 mm/s，激光加工完成后，仿生鲨鱼皮盾鳞阵列结构制备完成。减阻试验部分基于流动滑移理论，在COMSOL中对阵列的结构模拟计算，对比了光滑表面、一级盾鳞阵列结构表面与仿生盾鳞的二级阵列结构表面，分别观测其壁面切应力，表面粘性力以及速度流线。结果盾鳞的倾角13°，盾鳞表面沟槽间距0.17 mm，沟槽深度0.08 mm时的壁面切应力最小。一级盾鳞结构的表面与二级仿生盾鳞结构的表面在速度流线图中均显示一定的减阻性能，二者之间的差异在于后者的流线更加稳定。在减阻试验中，制备的试验件各项参数为盾鳞倾角16°，盾鳞沟槽间距0.17 mm，沟槽深度0.08 mm。减阻率可达35%左右。结论通过激光与线切割这种复合加工方法制备的仿生鲨鱼皮盾鳞阵列结构的表面具有优异的水下减阻性能。加工出合适的盾鳞的倾角、沟槽间距与合适的沟槽深度能够有效提高仿生表面的减阻性能。

关键词：仿生鲨鱼皮激光加工线切割铝合金数值模拟

基于合成虚拟阵列的脉冲多普勒引信高分辨DOA估计方法

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兵工学报 2024年第1期45卷 97-104页

作者：王新伟闫晓鹏郝新红陈齐乐黄鼎琨北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

为提高脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)引信的波达方向(Direction of Arrival,DOA)分辨率,利用引信的运动特性,将不同时刻下的回波数据进行组合,合成一个大孔径的虚拟阵列,达到扩展孔径的目的,并利用数字波束形成(Digital Beam Forming,D... 详细信息

为提高脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)引信的波达方向(Direction of Arrival,DOA)分辨率,利用引信的运动特性,将不同时刻下的回波数据进行组合,合成一个大孔径的虚拟阵列,达到扩展孔径的目的,并利用数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)实现对目标的高分辨角度估计。针对合成虚拟阵列非均匀性导致DBF计算复杂度高的问题,将合成虚拟阵列分解为固有子阵与运动子阵,分别进行DBF处理后并用两波束的乘积代替合成虚拟阵列的波束,在保证高角度分辨率的同时,降低对合成虚拟阵列直接进行DBF运算的复杂度。仿真与实验结果表明,在较少阵元的情况下该方法有效地提高了PD引信的DOA分辨率。

关键词：脉冲多普勒引信波达方向合成虚拟阵列阵列分解数字波束形成

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降质靶标检测算法

兵工学报 2024年第6期45卷 2065-2075页

作者：刘鹏熊泽宇景文博冯萱张俊豪刘桐伯吴雪妮夏璇万琳琳赵海丽长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130000 长春理工大学光电信息工程学院吉林长春130000

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷... 详细信息

装甲车辆动态性能考核中的立靶成像测试环节,靶标检测的准确性与武器装备鉴定及定型的精度息息相关。针对靶标图像对比度低、可辨识度低等降质问题,提出一种基于改进YOLOv5的降质靶标检测算法:使用多分支分组卷积结构配合深度、逐点卷积搭建主干特征提取网络,降低网络参数计算量,提高网络的检测速度;引入表征注意力机制,增强靶标的表征能力;在网络输出层,引入3分支空间特征融合,利用低层特征图的细粒度特征信息与高层特征图丰富的语义信息组合,保留降质靶标图像的细节、边缘语义信息;实验结果表明:在靶标数据集中,所提算法的检测精度mAP达到90.88%,检测速度达到52.74帧/s,能在降质环境下够高效、精准地完成动态性能考核中立靶成像测试环节中的靶标检测部分。

关键词：靶标降质图像目标检测特征融合注意力机制

基于误匹配剔除和地面约束的视觉SLAM算法

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中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 163-169,179页

作者：黄丹丹郝文豪杨阳长春理工大学电子信息工程学院长春130000

为了提高视觉同时定位与建图(SLAM)系统的鲁棒性和准确性,提出了一种基于误匹配剔除和地面约束的视觉SLAM算法。首先,在SLAM前端引入特征点对剔除机制,通过统计特征点对之间的距离以及分布特性对匹配质量进行分析,进而实现误匹配特征点... 详细信息

为了提高视觉同时定位与建图(SLAM)系统的鲁棒性和准确性,提出了一种基于误匹配剔除和地面约束的视觉SLAM算法。首先,在SLAM前端引入特征点对剔除机制,通过统计特征点对之间的距离以及分布特性对匹配质量进行分析,进而实现误匹配特征点的剔除;其次,利用RGBD相机提取地面向量,并将地面向量约束引入SLAM后端优化过程中,能够有效防止z轴过度优化以及抑制z轴漂移,提高位姿优化的准确性;最后,在公开数据集上进行实验和分析。实验结果表明,与ORB-SLAM2算法相比,使用误匹配剔除算法的绝对轨迹误差平均减少了17.62%,使用地面约束算法的绝对轨迹误差平均减少了39.20%,验证了所提算法具有更好的准确性和鲁棒性。

关键词：机器视觉同时定位与建图特征点剔除后端优化地面约束