1 西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 中国原子能科学研究院，北京 102413
3 西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049
针对核工业辐照环境下铀等元素组分远程测量的需求，基于光纤式激光诱导击穿光谱系统，研究了铀矿石样品中铀元素谱线强度的影响因素及其定量测量方法。在实验中，采用光纤传输30 mJ脉冲激光并将其聚焦在铀矿石粉末压片上产生激光诱导等离子体，然后通过同轴光纤回传等离子体自发光。首先，研究了气氛环境对铀元素谱线的影响。结果显示：氦气气氛下铀质量分数为0.425%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比相比空气气氛下提高了1.37倍，同时，氦气气氛下铀质量分数为0.0726%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比达到了8.9。其次，根据谱线信噪比、信背比和净强度将系统的探测延时优化至1000 ns。最后，提出了一种基于内标法原理的多元线性定标方法，通过引入基质元素与铀的谱线比值进行回归，使得铀的检测限达到142 mg/kg，定量限达到426 mg/kg。与基于谱线峰值的单变量回归方法相比，所提多元线性定标方法将铀元素的定标决定系数R2从0.9711提升到0.9984，均方根误差从0.200%减小到0.0404 %。本文方法和研究结果可为铀元素含量的测量提供技术支撑。
光谱学 激光诱导击穿光谱 铀矿 元素检测 多元定标法
在复杂环境中执行任务已经成为旋翼无人机发展的必然趋势。为了让旋翼无人机在复杂环境中高效、安全地执行任务, 学者们对旋翼无人机的双目视觉避障技术展开了广泛的研究。为了解旋翼无人机的双目视觉自主避障技术的现状及发展趋势, 首先,介绍了双目视觉避障系统的构成, 分析各技术在双目视觉避障系统中的作用; 然后, 重点介绍双目视觉避障技术中常用的相机标定方法、立体匹配算法和避障算法, 总结了各自的优缺点, 并阐述最新发展; 最后, 对双目视觉避障技术的发展方向进行了展望。
旋翼无人机 相机标定方法 立体匹配算法 避障算法 综述 rotorcraft UAV camera calibration method stereo matching algorithm obstacle avoidance algorithm review
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽 合肥 230031先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
光谱型太阳辐射计可以直接测量得到太阳辐射变化, 反映各个波段对应的辐射度信息, 其直射通道全波段的仪器定标精度直接影响大气参数的反演精度。 常用的Langley拟合法在大气强吸收波段定标精度不高, 最终计算的可降水量、 强吸收波段透过率数据均存在一定的误差。 为了满足可见-近红外全波段太阳光谱的高精度测量需求, 提出一种非吸收波段的Langley定标法和基于理论计算强吸收波段大气层顶太阳辐照度相结合的混合定标法, 得到光谱辐射计全波段的定标值。 因为仪器响应函数是随波长缓慢变化的, 通过非吸收波段定标的仪器响应函数按波长线性插值得到强吸收波段下的仪器响应函数, 再结合大气层顶太阳辐照度和仪器定标值之间的关系得到强吸收波段下的仪器定标值。 通过对比Langley定标法、 改进Langley法以及混合定标法的仪器定标值变化曲线发现, 前两种方法在强吸收波段的定标值有明显的突变, 而混合定标法计算的强吸收波段仪器定标值变化更平缓, 符合仪器响应规律; 通过对比不同定标法测量的大气透过率与CART理论计算透过率的相对偏差, 发现混合定标法平均偏差减少了1.15%, 误差的减小主要归因于混合定标法提高了强吸收波段大气透过率的测量精度。 将改进Langley法和混合定标法计算得到的可降水量数据与国外同类型的POM辐射计测量得到的可降水量数据进行对比, 混合定标法计算得到的可降水量与POM辐射计的计算结果几乎一致, 相对误差在10%以下, 而相对于改进Langley定标法平均减少了40%; 对于测量的大气透过率, 与POM辐射计测量的透过率数据进行对比, 在940 nm水汽强吸收带处, 混合定标法测量的相对误差减小了25%。 因此混合定标法对于光谱型太阳辐射计直射通道全波段定标、 可降水量计算以及强吸收波段透过率计算有应用价值, 较好地改善了强吸收波段的定标精度。
光谱型太阳辐射计 定标方法 辐照度 吸收波段 Spectral solar radiometer Calibration method Langley Langley Irradiance Absorption band 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2536
传统的系统级标定方法是将温箱压缩机、转台电机等环境引起的随机噪声视为白噪声，而实际过程中输出信号具有非平稳和非线性特征。最小二乘拟合法是一种线性回归方法，利用该方法求解的误差系数成为制约光纤捷联惯导系统实现高精度的关键因素之一。针对上述问题，该文提出了一种基于希尔伯特-黄变换的捷联惯导系统级标定改进算法。通过希尔伯特-黄变换去除惯性仪表原始输出信号中的高频随机噪声，再利用系统级标定法计算惯性测量单元(IMU)误差参数。经多组试验证明，该方法能够有效提高IMU误差参数辨识的准确性，1 h的动态导航位置误差相对减少约10%。
光纤惯导 系统级标定 希尔伯特-黄变换 惯性测量单元 FOG SINS system-level calibration method Hilbert-Huang Transform (HHT) inertial measure unit (IMU)
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
基于分区线性法对圆形渐变滤光片型光谱辐射计开展辐射定标研究，以解决温度范围大、工作波段宽的测量目标对该类型光谱辐射计造成的非线性问题。所提光谱辐射计的主要技术原理是将待测目标的温度区间分为多个子区间，采集目标温度区间内多个不同温度黑体对应的测量光谱，并计算各个温度下的响应度函数。在进行红外光谱测量时，将目标光谱与区间内记录的不同温度点光谱进行比对，从而确定待测目标所属温度子区间的上下限。根据子区间计算的响应度函数，通过线性插值求得待测目标的响应度函数并进行辐射定标。基于该方法的实验结果表明，待测目标理论辐亮度与使用分区线性法进行辐射定标得到的辐亮度在波长范围内的平均偏差小于1%。通过定标结果反演测量黑体的等效温度，等效温度误差小于2%。
测量 红外光谱辐射计 圆形渐变滤光片 辐射定标 黑体 分区线性标定法 光学学报
2023, 43(23): 2312001
强激光与粒子束
2023, 35(6): 065002
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1062
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 先进固体激光工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 210094
提出了一种测量渐进多焦点镜片屈光度的方法，可用于精确测量大量程的单焦点镜片和渐进多焦点镜片的屈光度。基于泰伯干涉仪法研究镜片屈光度的测量原理，推导出最优屈光度测量公式，针对-8~8 D范围量程设计了泰伯干涉仪的主要参数，主要参数分别为光栅周期、光栅夹角、光栅间距。构建了移相式泰伯干涉仪测量系统，采用基于靶面坐标系和光栅坐标系的标定方法，并使用五步移相算法对莫尔条纹进行求解。对多种屈光度和渐进多焦点镜片进行多次实验测量，数据结果表明其测量误差优于0.1%。
测量 渐进多焦点镜片屈光度 最优测量公式 主要参数 标定方法 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1312001
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心，吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
针对目前大气透射仪校准领域无法溯源到世界气象组织对能见度定义的难题，以及如何实现满足国际民航组织(ICAO)观测要求的2700 K色温光谱模拟问题，本文提出了一种基于数字微镜的大气透射仪校准光源的光谱模拟方法。首先分析了光谱模拟单元的偏态性质，选用Bigaussian、Asym2Sig和ECS三种函数分别作为正偏态、正态以及负偏态分布光谱模拟单元的拟合函数；然后采用Gaussian函数以及Bigaussian、ECS、Asym2Sig三种函数组合进行光谱模拟对比实验，两者的光谱模拟误差分别为33.4%和25.2%，这表明三种函数组合代替Gaussian函数进行光谱模拟具有可行性；之后分析了影响光谱模拟误差的主要因素，提出了一种基于最大模拟误差的光谱修正方法，并在410～460 nm局部波段验证了光谱修正方法的正确性，最终实现了380～780 nm波段范围内2700 K色温光谱模拟误差为6.2%，较修正前整体光谱调制能力提高了4.06倍。
光谱学 大气透射仪 大气能见度 光谱模拟 黑体色温 校准方法 中国激光
2022, 49(11): 1111001
江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
腔增强吸收光谱技术具有实验装置相对简单、灵敏度高、环境适应性强等特点, 是高灵敏吸收光谱技术的重要分支之一, 在其应用过程中, 腔镜反射率是影响其测量准确性的重要因素。 利用2.0 μm可调谐二极管激光器作为光源搭建了一套腔增强吸收光谱测量系统, 使用两片反射率为99.9%的高反镜作为腔镜, 以CO2气体在5 001.49 cm-1处的吸收谱线作为研究目标, 对两种简单实用的腔镜反射率标定方法进行了对比研究。 第一种标定方法利用已知程长多通池作为参考池, 通过测量谐振腔和多通参考池的输出吸收信号, 比较二者的吸收率推导出腔增强系统中的有效吸收路径, 然后通过镜片反射率和有效吸收路径的关系对腔镜反射率进行标定; 第二种标定方法根据理想气体状态方程得到气体分子数密度, 并结合数据库中的谱线线强值, 实现了对腔镜反射率进行标定。 结果表明, 方法一中积分腔与参考池测得信号的积分吸收面积之比为10.5, 经过多次测量并计算得到积分腔的有效吸收路径与镜片的反射率分别为302.65 m和99.85%, 得到大气中CO2气体的浓度为0.037 3%, 与实际大气CO2的含量相符合, 验证了此方法的准确性; 该方法的优点是不受样品浓度影响, 但因引入新的参考池, 需要两池中气体的压强和温度都保持一致, 此方法适用于开放式的腔体结构。 方法二中测得大气中CO2分子位于5 001.49 cm-1处吸收光谱, 并结合大气中CO2气体的分子数密度N为9.099×1015 molecule·cm-3, Hitran数据库中该条谱线线强为3.902×10-22 cm·molecule-1, 计算得到镜片反射率约为99.84%; 此方法优点是结构相较前一种方法更简单, 但需要已知被测气体的分子数密度, 因此在配置气体的过程中浓度、压力的误差会影响腔镜反射率的标定。 由此可见两种镜片标定方法均可精确实现对腔镜反射率的标定, 根据两种方法的特点, 在实际应用中可选取相应适合的方法作为参考。
光谱学 腔增强吸收光谱 腔镜反射率 标定方法 Spectroscopy Cavity enhanced absorption spectroscopy Mirror reflectivity Calibration method 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2945
