朱泉锦 1,2,3,4马浩统 1,2,3,4陈炳旭 1,2,3邢英琪 1,2,3[ ... ]谭毅 1,2,3,4
1 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控，然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现，传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时，存在设计不精准、整形效果差等缺陷，为此，提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果，表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例，虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。
高斯光束整形 虚拟面迭代法 自由曲面 不重合度 辐照度均匀度 能量利用率 gaussian beam shaping virtual surface iteration method free-from surface misalignment irradiance uniformity energy efficiency 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230587
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 中科院南京耐尔思光电仪器有限公司，江苏 南京 211300
提出了一种可用于低空间频率干涉条纹的载频计算方法。该方法构建了载频干涉条纹的近似模型，实现了载频参数的线性迭代求解方法。仿真表明，该方法适用于多种情况，即使干涉图背景分布不均，也可准确计算载频，误差最大优于0.01λ，最小可达0.002λ，λ为632.8 nm。将所提方法求得的载频参数用于移相干涉中，相位均方根误差可达0.0002λ。实验中，所提方法与移相法相比，载频误差小于0.007λ，将求得的载频用于移相干涉时，相位无明显纹波。为低空间频率的干涉条纹提供了一种新的载频计算方法，可广泛用于干涉测量领域的各个方面。
测量 干涉测量 载频计算 相位提取 迭代法
1 首都师范大学 物理系，北京 100048
2 北京理工大学 光电学院，北京 100081
3 北京芯宸科技有限公司，北京 100029
4 北京航天计量测试技术研究所，北京 100076
伴随着6G 通信的发展，雷达遥感、检测成像等多个领域向太赫兹频段拓展，获取材料在该频段的介电常数显得愈发重要。本文基于NR 迭代法提取了太赫兹频率下样品的复介电常数，分析了迭代法的初值选取对提取结果的影响。在325~500 GHz 频段(Y 频段)搭建了一套由矢量网络分析仪(VNA)、扩频模块和四抛物面镜组成的8f 准光系统，实现散射参数S 2 1 的自由空间测量。由电磁波传输模型推导出复介电常数与S 2 1 之间的关系式， 利用迭代法提取出了特氟龙(Teflon)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)样品的复介电常数谱，与其他文献报道的结果一致，验证了系统和方法的有效性。
复介电常数 矢量网络分析仪 迭代法 太赫兹 自由空间法 complex permittivity Vector Network Analyzer iterative method terahertz free space method 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 759
1 中国科学技术大学 先进技术研究院, 安徽 合肥 230022
2 中国科学技术大学 工程科学学院, 安徽 合肥 230022
化学发光（chemiluminescence）与层析成像（CT）结合能够测量燃烧流场的三维信息。为了研究层析成像的重建效果, 实现了两种经典的迭代类算法: 代数迭代法（ART）和最大似然期望最大化法（MLEM）, 比较了两种算法在不同布置方式、不同流场以及不同噪声水平下的重建性能。仿真结果表明, 在投影数目较少的情况下, 非共面布置方式可以有效提升重建精度; 当投影数目达到9个时, ART算法和MLEM算法的均方根误差均小于2%, MLEM略优; 同时MLEM算法的抗噪声能力更强, 更适合在复杂环境下重建, 但ART算法的时间成本占优, 9个投影时ART算法比MLEM算法快约56.57%。实验结果表明, 两种算法均能得到良好的重建效果, MLEM算法的计算精度略高于ART算法。在待测流场划分的体素更多的情况下, MLEM耗费的时间成本约为ART算法的8.37倍。
光学测量 层析成像 代数迭代法 最大似然期望最大化法 燃烧诊断 optical measurement tomography algebraic reconstruction technique maximum likelihood expectation maximization combustion diagnosis
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 空军装备部驻长春地区军事代表室, 吉林 长春 130033
在大倾角航空相机对地面目标定位过程中，借助数字高程模型（DEM）可有效解决地球椭球模型定位存在的大地高误差影响。为获取地面坐标的准确信息特别是高程信息，首先，根据载机的位置姿态信息以及航空相机的框架角等信息利用齐次坐标变换求解出成像系统视轴在地理坐标系下的指向，再利用数字高程模型确定目标点的坐标。针对成像过程中目标点高程计算繁琐、容易不迭代等问题，提出了一种对目标高程值进行快速迭代的方法。通过对目标区域高程进行折半查找处理，计算该处视轴光线高程与地面高程差值。继续计算该高程差中值并继续迭代，直到小于一定阈值。最后使用蒙特卡洛分析法对整个成像过程存在的误差项进行分析。实验结果表明：采用快速迭代法进行计算，当收敛阈值为十分之一DEM网格精度时，迭代效率提升45.5%，收敛速度大大提高；且通过数字高程模型计算，在飞行高度为15409 m，相机框架角大于74°时，对于山地区域目标的圆概率误差小于200 m，可以满足实际工程需要。
航空相机 对地目标定位 数字高程模型 快速迭代法 误差分析 aerial camera ground target localization digital elevation model fast iteration method the error analysis
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心，长春 130012
由于红外热释电探测器在低温环境下易发生温度漂移，导致非分散红外（NDIR）二氧化碳（CO2）农业火灾检测仪受低温影响较大。针对上述问题，本文设计了一种应用于-40 ℃低温环境的探测器温度控制系统。给出了NDIR农业火灾检测仪的原理，探究了热释电探测器温度漂移现象，在此基础上，设计了以STM32F103为核心的温度控制系统。将温度控制系统集成于火灾检测仪中，在-40 ℃环境温度下，将探测器温度从20 ℃起始温度控温，稳定在21 ℃的响应时间为16 s，温度波动的1σ值为0.012 6 ℃，响应时间和稳定性均满足低温环境下的控温需求。在控温条件下，对传感器进行了标定，将气体标定实验得到的吸收通道与参考通道电压信号的一次谐波幅值比和标准气体浓度值进行指数拟合，拟合优度达到了99.852%。利用纯氮气（N2）样品，对检测仪进行了25 min的稳定性测试，测得的浓度波动范围为-28.128 76×10-6~27.240 5×10-6。引入Allan方差进行评估，当积分时间为0.25 s时，检测下限为1.213 01×10-6；当积分时间为114.75 s时，理论上系统的检测下限可达到4.822 5×10-7。实验结果表明，该温度控制系统可以保证火灾检测仪在低温环境下的正常工作。
火灾检测 气体吸收 温度控制 BUCK电路 牛顿迭代法 增量式PID Fire detection Gas absorption Temperature control Buck circuit Newton iteration method Incremental PID
1 中国电子科技集团公司 第54研究所，河北 石家庄 050081
2 空装北京军代局 驻石家庄地区军代室，河北 石家庄 050081
方位时差联合定位系统普遍应用在电子侦察领域，针对目标距离观测站较远时，地球球体模型会带来定位精度差的问题，提出了一种适用于地球椭球体模型的方位时差联合定位算法。该算法首先建立了双站方位时差联合定位数学模型，结合地球球体模型，解球面三角形，获得解析解；然后引入方位平面假设，将大地坐标系下的方位观测方程转换到地心直角坐标系下，结合地球椭球体方程和时差测量方程，从解析解出发，基于牛顿迭代法获得精确解，通过仿真验证算法性能。算法提出远距离方位时差联合定位的一种解决思路，为工程实现提供了技术参考。
地球模型 定位 方位 测向 到达时差 牛顿迭代法 earth model position finding azimuth direction finding time difference of arrival Newton iteration 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 864
1 武汉大学 a.电子信息学院, 湖北武汉 430072
2 b.深圳研究院, 广东深圳 518063
为了解决 WiFi外辐射源雷达现场应用中首先需要实时获取室内辐射源位置的问题, 通过详细分析室内环境中信号的反射方式和特性, 利用一次反射信号建立了 WiFi辐射源测量的到达时间差(TDOA)模型, 并分析推导出辐射源坐标求解方程。对于该非线性方程, 先利用 Taylor展开在初值处将其线性化, 然后利用高斯牛顿迭代法估计辐射源坐标, 且具有较快的收敛速度。仿真分析表明其所提算法可实现室内辐射源定位, 且因方程线性化带来的精确度损失可通过迭代得到快速补偿。
室内辐射源定位 多径利用 高斯牛顿迭代法 WiFi WiFi indoor emitter localization multipath exploitation Gauss-Newton iteration 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 672
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室，北京 100029
针对激光掩星探测对流层中上层到平流层下层高度范围内大气温度和压强的反演方法，进行了研究和仿真分析。选择对温度不敏感而对压强敏感的吸收线，利用吸收系数与吸收截面和压强的关系，通过迭代方式求解得到压强。选择弱吸收峰附近的吸收线，利用吸收系数与压强和温度的关系，根据反演得到的压强值通过迭代方式求解得到温度。为减小大气中其他气体吸收以及大气散射等消光因素对反演结果的影响，仿真过程采用差分波长的方法，在氧气A吸收带内，选取合适的吸收线，利用激光掩星差分透过率数据由Abel积分反变换反演得到各个激光轨迹切点高度处的差分吸收系数廓线，然后利用差分吸收系数反演各个切点高度处的压强和温度。仿真结果显示：压强反演误差主要受差分吸收系数反演误差的影响，随高度下降呈不断增大的趋势，最大误差约为6%；根据反演得到的压强值对温度进行反演，温度反演误差主要受压强和差分吸收系数反演误差的影响；两种影响部分抵消，最大温度反演误差在5 km高度附近约为1.5 K。建立误差模型进行分析，对反演误差中出现的一些变化趋势和影响因素进行解释。在去除差分吸收系数反演误差的条件下，对压强和温度进行1次循环求解，得到压强最大反演误差约为0.3%，温度最大反演误差约为1 K，将该条件下温度和压强的反演误差与有差分吸收系数反演误差时的反演误差进行对比，证实了减小差分吸收系数反演误差的重要性。
大气光学 温度和压强反演 差分吸收系数 迭代法 误差分析 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0301002
