1 中国科学技术大学光学与光学工程系，安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
4 上海卫星互联网研究院有限公司，上海 200120
5 上海市卫星互联网重点实验室，上海 200120
在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。
扩频通信 插值重采样 通信测距一体化 深空探测 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706010
安徽工业大学 电气与信息工程学院, 马鞍山 243000
为了提高柔性机器人抓握传感中掌心表面的重构精度，本文基于COMSOL仿真，在436 mm×436 mm×2 mm聚丙烯板上，采用7只经聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装的光纤光栅（FBG）柔性传感器，选取环形布设的方式，在板末端中心与两角分别受力的情况下，使用光纤光栅解调仪采集实验中的传感器数据，并通过三次样条插值法进行连续化。设定数个平面Y与拟合圆环相交，计算过点函数获得三维曲面点集，实现了空间曲面的拟合可视化显示。在曲面末端中心受力时，板末端位移最小相对误差为0.549%，最大相对误差为8.300%，最小绝对误差为0.051 cm，最大绝对误差为1.255 cm，板末端两角受力时，板面重构末端位移最小相对误差为2.546％，最大相对误差为14.289％，最小绝对误差为0.005 cm，最大绝对误差为0.729 cm。实验结果为柔性机器人掌心抓握传感提供了应用基础。
曲率插值 曲面拟合 FBG 环形布设 曲率标定 curvature interpolation surface fitting FBG ring arrangement curvature calibration
基于65 nm CMOS工艺设计了一种低功耗低成本十倍频电路。在1.2 V电源电压下, 电路功耗小于0.53 mW。提出了一种低复杂度的5段斜率-电阻相位插值方法, 通过对四路正交斜率信号进行电阻相位插值, 在8 MHz到24 MHz的输入频率范围内, 实现了可重构的十倍频电路。该电路结构简单, 仅包含正交方波信号发生器、斜坡信号发生器和提出的5段斜率-电阻相位插值器, 可用于低功耗、低成本的倍频场合, 且具有可接受的频率偏差。在输入频率为16 MHz, 输入功率为-2.0 dBm时, 电路输出功率为-12.9 dBm, 倍频效率为4.40%。
倍频器 斜率-电阻相位插值 低功耗 低复杂度 可重构 frequency multiplier slope-resistance phase interpolation low power low complexity reconfiguration
基于预放大器阵列, 设计了一种用于解决电压失调的平均电阻网络。分析了电阻网络边界效应产生的原因。采用冗余预放大器设计、环形平均网络设计, 并提出非等值终端电阻设计缓解边界效应。提出节点矩阵电流方程, 为平均电阻网络的设计提供优化方向。在采用节点矩阵电流方程改善边界效应后, 将该预放大器阵列用于12 bit的折叠插值ADC中, 在25 GSPS采样频率、1242 GHz的08 V正弦输入下, 得到ADC的ENOB为1032 bits, SFDR为743 dB。
折叠插值ADC 平均电阻网络 边界效应 非等值电阻 节点矩阵电流方程 folding-interpolation ADC average resistance network boundary effect unequal termination resistance node matrix current equation
Keystone变换(KT)是一种经典的雷达目标距离走动校正工具。针对现有实现方法计算复杂度高、抗噪效能不够理想的问题, 提出基于快速傅里叶变换(FFT)插值的KT实现方法, 先将慢时间回波转换至频域, 再通过频域补零、快速傅里叶逆变换(IFFT)、时域抽取等操作, 计算尺度化回波, 完成KT去耦合。仿真结果表明, 所提方法抗噪效能优于现有几种KT实现方法, 且计算复杂度明显更低。
Keystone变换 FFT插值 时间尺度 频域补零 Keystone Transform (KT) FFT interpolation time-scaling zero padding in frequency domain
1 中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621900
2 深圳市第二人民医院烧伤整形科，转化医学研究院，广东 深圳 518035
飞秒激光加工技术主要是利用激光焦点对材料进行微区去除，结合加工路径的精准规划和激光参数的精确调控，实现各种功能微结构的精密加工。然而，在实际加工过程中，材料表面并非都是理想平面，这引起激光焦点与材料表面的相对距离发生变化，导致材料表面接收的激光焦斑尺寸不一致，进而造成飞秒激光加工的微结构不均匀，最终不满足某些应用场景的实际需求。针对该问题，提出了基于分区域平面拟合和二维插值的两种校正方法，即在待加工区域内以少量采样点近似描述材料表面起伏形貌，并以此为依据校正加工路径的高度坐标，使飞秒激光加工过程中激光焦点和材料表面的相对距离控制在不影响加工效果的范围内。试验结果表明，这两种校正方法都能保证飞秒激光加工大面积微结构的均匀性和一致性，是解决非平整表面不易实现高品质微结构加工的有效方法。
飞秒激光 精密加工 非平整表面 分区拟合 二维插值 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714009
青岛科技大学自动化与电子工程学院，山东 青岛 266061
快速傅里叶变换是激光多普勒测速系统信号处理的一种常用方法，但在异步采样时存在频谱泄漏和栏栅效应，其处理精度偏低。为了提高检测精度，提出基于Nuttall窗函数和五项最大旁瓣衰减窗函数的混合卷积窗改进六谱线插值校正算法。混合卷积窗在保证良好的旁瓣特性的同时也能保证主瓣不过宽，改进六谱线插值可有效抑制栏栅效应在参数估计过程中的负面影响，提高分析精度。为了避免解高次方程，提出三次B样条插值来拟合插值系数，并推导出改进六谱线插值的频率校正公式。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台，利用仿真数据和实测信号验证了本文算法在低信噪比环境下有较好的频率和速度测量精度。
激光光学 快速傅里叶变换 激光多普勒测速 频谱泄漏 混合卷积窗 六谱线插值 三次B样条 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714008
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 西安理工大学陕西省智能协同网络军民共建重点实验室，陕西 西安 710000
提高星光大气折射模型精度对于改善天文导航系统的精确性具有重要意义。本文针对目前常用的美国标准大气（USSA）和COSPAR国际参考大气（CIRA）参考模式精度较低的问题，利用高分辨率的美国国家环境预报中心（NCEP）大气参数数据结合傅里叶插值算法建立了大气参数时空变化模型，根据不同高度、不同经纬度的大气折射率，计算了星光在大气中的传播路径，并建立了星光大气折射模型。与现有模型对比分析表明，本文建立的大气温度时空变化模型拟合实测数据时的相对误差小于2%，平均绝对误差小于3.5 K，大气密度拟合的相对误差小于4.39%，1月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为37.64%、9.79%和28.78%，7月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为27.95%、26.89%和39.10%，因此考虑了时空变化的星光大气折射模型理论精度更高。
大气与海洋光学 美国国家环境预报中心大气参数数据 傅里叶插值 时空变化折射模型 光学学报
2023, 43(18): 1801002
