1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 32181部队, 石家庄 050003
3 中国卫星海上测控部, 江苏 江阴 214400
为了更准确地反映湍流的实际特征，在光波的大气传输模拟中应采用修正大气折射率谱模型.本文针对该谱模型提出了一种高精度湍流相位屏生成方法.通过改变模型在低频区的采样设置，实现了基于修正大气谱的湍流相位屏高精度生成.通过与原始FFT法、次谐波法以及改进前的优化方法相比发现，本文提出的改进后的优化方法能将相位屏低频区域的最大相对误差从改进前的6.75%减小到1%，作为比较，原始FFT法在低频区的最大相对误差为22.99%，次谐波法为16.81%.利用该方法所生成的相位屏对高斯光束在湍流中的传输进行了模拟并对光束扩展和光束漂移等二阶统计特性进行了估计.结果表明，在弱扰动条件下，模拟结果和理论预测的结果是一致的；在强扰动条件下，随着距离的增加，模拟结果与理论结果偏差越来越大，其中光束扩展与理论预测的偏差最大可达6 cm，而光束漂移可达1 cm，这是由于理论模型无法预测漂移饱和现象而导致的.在与Von-Karman谱的模拟结果比较时发现，修正大气谱估计的光束扩展大于Von-Karman谱的估计且在光束漂移的预测中比Von-Karman谱更快的达到饱和，这正是修正大气谱高波数处存在"凸起"的结果.本文提出的方法生成的相位屏能够有效的表征实际大气的折射率扰动特性.
大气湍流 湍流相位屏 长期光束扩展 短期光束扩展 光束漂移 Atmospheric turbulence Turbulence phase screen Long-term beam spread Short-term beam spread Beam wander
1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国人民解放军63908部队,河北 石家庄 050003
当前微流控表面增强拉曼散射(SERS)检测领域常用的贵金属纳米颗粒溶胶单位体积内热点区域数量有限且热点区域范围较小, 而贵金属纳米三维阵列结构加工时间长, 成本高昂并存在“记忆效应”。本文提出了集成到微流道的复合Ag/SiO2正弦光栅SERS基底结构, 可以利用激光干涉光刻技术进行制备, 无需预制掩膜版, 可实现大面积、低成本SERS基底简易快速制备。利用严格耦合波分析方法(RCWA)建立了复合正弦光栅表面电场增强数学评估模型, 推导了表面等离子体共振(SPP)耦合吸收率数学模型, 分析了入射光、复合正弦光栅结构与外界环境介电常数的优化匹配关系, 得到了入射光785 nm条件下的最佳复合正弦光栅结构。通过制备加工并实验验证了复合正弦光栅的SERS性能, SERS增强因子(EF)能够达到104。
复合正弦光栅 微流控 RCWA RCWA composite sinusoidal grating SERS SERS microfluidics
1 中国人民解放军63908部队, 河北 石家庄 050000
2 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050000
3 中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471000
对比分析现有光束扫描系统的优劣, 提出采用二维振镜扫描系统作为多光谱集成靶标的光轴调向装置, 光轴调向装置的调向精度影响多光谱集成靶标的校准精度。通过对二维振镜扫描系统调向误差进行分析, 建立二维振镜扫描系统调向模型, 并进行了二维振镜扫描系统调向误差测量实验。结果表明: 二维振镜扫描系统的方位角误差和俯仰角误差小于8″, 调向角误差小于9″, 调向误差小于10″, 能够满足多光谱集成靶标光轴调向精度要求。
光轴调向 二维振镜扫描系统 误差分析 多光谱集成靶标 optical axis alignment 2D galvanometer scanning system error analysis multispectral integrated target
军械工程学院 军械技术研究所, 石家庄 050000
提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准, 通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单, 能够实时定量地检测光轴平行性误差, 有效地提升了检测精度, 实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。
脉冲激光测距机 靶标调向装置 光轴平行性 pulsed laser rangefinder target alignment device parallelism of optical axis CCD CCD
军械工程学院 军械技术研究所, 河北 石家庄 050003
由于被测对象相距较远, 高精度的公共测量基准难以建立, 因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题, 提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先, 阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后, 对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究, 重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后, 利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定, 为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。
大尺寸空间角 惯性测量 不确定度评定 蒙特卡洛 large-scale spatial angle inertial measurement uncertainty evaluation Monte Carlo 红外与激光工程
2016, 45(11): 1118004
军械工程学院 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
光纤陀螺法拉第磁光效应作为非互易性误差源,是影响光纤陀螺性能,尤其是影响光纤陀螺精度的主要原因之一。介绍了光纤陀螺的磁敏感机理,分析了光纤陀螺径向和轴向磁敏感性误差的主要来源。提出了通过在光纤陀螺原有光纤环上熔接反向扭转光纤的方法,引入比较高的圆双折射,对原有光纤环的非互易相位差进行补偿,达到抑制光纤陀螺磁敏感性误差的目的,探讨了该方法的可行性,并对补偿特征进行了仿真分析。
光纤光学 光纤陀螺 法拉第效应 光纤扭转 fiber optics fiber optic gyroscope Faraday effect optical fiber twist
军械工程学院 军械技术研究所, 河北 石家庄 050000
随着大型装备制造工业飞速发展, 其制造与装配等过程对大尺寸空间几何量的测量技术要求越来越高。为了分析大尺寸空间几何量测量中的空间角测量技术的发展, 在综述5种传统大尺寸空间角测量方法的基础上, 介绍了大尺寸空间角测量方面国内外相关研究的3种新的代表性成果。着重阐述了一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法, 该方法将光电自准直跟踪技术与惯性测量技术有机结合, 测量范围更大、便携性更强, 特别适合外场条件下大尺寸空间角的快速测量。测试结果表明, 目前其有效测量范围可达10 m, 测量精度为0.5°, 同时还针对系统测量范围与测量精度的进一步提高提出了改进方案。
角度测量 大尺寸 自准直 惯性基准 angle measurement large-scale autocollimation inertial reference
军械工程学院 军械技术研究所, 河北 石家庄 050000
为了降低光纤陀螺(FOG)的随机噪声以及消除异常采样信号的干扰, 提出一种鲁棒平滑滤波算法。利用权重函数为FOG每个采样数据迭代加权, 给异常值分配较低权重给高质量数据分配较高权重, 有效提高了平滑滤波的鲁棒性。采用广义交叉验证估计平滑参数再利用离散余弦变换计算原始FOG数据的平滑值, 提高了平滑滤波的运算速度。软件仿真和实际实验结果表明, 相比传统最小二乘平滑滤波算法, 所提算法能够有效抑制FOG随机噪声和异常采样信号的干扰, 并且对时变的FOG信号具有较好的跟踪能力。
光纤陀螺 鲁棒平滑滤波 离散余弦变换 迭代加权 fiber optic gyroscopes robust smoothing filter discrete cosine transform iteratively weighted 红外与激光工程
2016, 45(6): 0617005
军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
研究了与光纤线圈平面平行的径向磁场作用下光纤陀螺的磁敏感性，分析了径向磁敏感性的主要机理是光纤扭转。基于此提出了利用补偿光纤环来抑制陀螺的径向磁敏感性的方法，通过控制补偿光纤的扭转分布特性，产生一个可控的补偿相位来抵消原有光纤环的径向磁敏感性误差。建立了补偿相位、径向磁敏感度与光纤扭转分布特性关系的数学模型，并对该模型进行了数据模拟和实验验证。通过定义补偿效能评估了径向磁敏感性的抑制效果，实验结果可以看出，径向磁敏感性补偿效能达到了63.76%，综合磁敏感性补偿效能达到了42.83%，表明该方法可以在一定程度上可以抑制光纤陀螺的径向磁敏感性。
光纤光学 光纤陀螺 光纤扭转 径向磁敏感性 补偿效能
中国人民解放军军械工程学院 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
磁光法拉第效应是光纤陀螺中存在的非互易效应, 会在陀螺输出零位附加一个固定偏置, 从而影响光纤陀螺的精度。针对陀螺内部电路的辐射磁场为球面非均匀磁场的特点, 建立了球面非均匀磁场的光纤陀螺磁敏感误差模型。采用数值模拟的方法分析了球面非均匀磁场对光纤陀螺磁敏感性的影响并进行了实验验证。实验证明, 球面磁场源距离光纤环越近, 光纤陀螺磁敏感误差越大;球面磁场源位于光纤环中心轴附近时, 光纤陀螺磁敏感误差较小;球面磁场源在光纤环内部中心轴向移动时, 光纤陀螺磁敏感误差基本不变。
光纤光学 光纤陀螺 法拉第效应 球面磁场 磁敏感性 fiber optics fiber optic gyroscope Faraday effect spherical magnetic field magnetic sensitivity
