舰船光电技术将为未来海战场提供强有力的技术支撑,已成为各国竞相研发的重点。简要回顾了光电子技术的发展,立足光电技术发展前沿,结合当前战略热点和未来海战场的特点,针对未来海战场的战术技术需求,提出了全光侦察监视、全光警戒探测、全光导航、全光信息处理、光子信息弹药、智能光电蒙皮、光电隐身、激光通信与量子通信、激光光子站、激光天气**等未来舰船光电技术及装备的重点发展方向。

将157 nm激光微加工制作的微光纤珐-珀腔贴于悬臂梁结构构成加速度传感器。通过设计特定的悬臂梁结构和FFT方法,该加速度传感器的分辨率约为1.13 mg/Hz1/2。通过采用MUSIC算法处理信号,信噪比可提高45 dB,系统分辨率约为3.56×10-2 μg/Hz1/2。该微光纤珐-珀传感器具有可批量制作、成本低、抗高温、量程灵活等优点,有望应用于石油勘探、地震测量等领域中。

港口门式起重机的光纤布喇格光栅负荷传感器将钢索张力转变为对测力传感器的正压力,测力元件采用等应变梁结构,使固定在上下表面的光栅同时受到拉力和压力,以两光栅反射波长位移量的叠加表示钢索受到的载荷。该装置提高了测量灵敏度和线性度,而且抵消了环境温度的干扰。标定数据表明,光纤光栅负荷传感器的误差只有0.7%,大大优于电应变片3%的精度指标要求。

光纤的模场分布是光纤最基本的特性,它包含了很多光纤的有关信息,单模光纤都工作在不可见的近红外波长范围内,且在可见光范围并非单模工作。提出了一种利用可见光测量近红外单模光纤模场直径的新方法,导出了一个考虑光纤材料色散的更精确地计算不同V值时模场直径的公式,设计了利用可见光直接拍摄模斑的系统,采用缠绕法提取基模,消除了高阶模对测量结果的影响,利用二元非线性曲面拟合,测得了光纤在近红外工作波长下的模场直径。由于无需红外光源、红外探测器以及精密的扫描装置,该方法具有成本低廉、测量速度快、调整容易等优点。

盲解卷积是在两个卷积因子未知的情况下,通过卷积结果来获知卷积因子的。不考虑噪声,针对高斯模糊图像,在初始估计点扩展函数之后,利用维纳滤波的方法进行频域迭代盲解卷积,达到图像恢复的目的。实验表明,恢复的图像纹理比较清晰,边缘有所改善,主观视觉效果显著。该算法提高了分辨率。

采用一种改进的分水岭变换算法研究导电液滴在微流控芯片表面介质上电润湿效应,获得了一个单像素宽度、连续的液滴边缘轮廓,得到了导电液滴在芯片表面的接触角随外加电势的变化规律,进而计算了导电液体的表面张力。相关结论为新型微流控光学变焦透镜阵列器件的设计和研制提供了依据。

分析了动平台下光电探测设备视轴稳定的基本原理,针对用于视轴稳定的伺服控制系统动态和稳态性能指标的高精度要求,设计了两种基于模糊控制的智能PID控制算法——FLC-PID复合控制算法和PID参数模糊自整定算法。分别从理论上分析了这两种智能算法的可行性及技术特点,阐述了其设计过程。仿真计算表明,这两种基于模糊控制的智能PID控制算法均能获得优于常规PID的控制效果;FLC-PID复合控制算法的调节时间小于0.05 s,无超调,PID参数模糊自整定算法调节时间小于0.1 s,超调量小于5%,显然前者的动态性能优于后者;后者对300 ms时突加的1 V扰动信号可完全抑制,有更强的鲁棒性。

提出了一种利用RBF神经网络来确定摄像机和投影器坐标映射关系的方法。首先在投影器坐标系中将数据分为若干个16×16的子区域,然后以(l,m,lm,l2,m2)为输入层的5个神经元(其中l、m为投影器像素坐标),以摄像机像素坐标i为输出层的神经元,建立RBF神经网络。利用RBF神经网络求解在投影器坐标系中摄像机像素坐标的分布模型,最后得到投影器像素点对应的摄像机像素坐标值。计算机模拟和实验结果表明,与已有的算法相比,该方法能更有效地提高反向条纹投影的求解精度。为反向条纹的求解提供了新方法。

传统视频跟踪系统的目标检测环节常采用手动指定或使用单处理器运算来确定跟踪目标,这种方法耗费人力且检测速度慢。针对此问题提出了一种改进的图像分割方法,该方法采用多处理器系统构架,并行处理分割区域,增加了检测目标的速度,并且在后续目标跟踪环节中,各处理器根据任务划分,协同处理跟踪任务。实验结果表明基于多处理器系统构架的视频跟踪系统能够实现快速自动检测与跟踪目标,系统加速比为2.066,处理器效率为51.65%。

主要研究了如何利用飞秒激光测量绝对长度。解析和数值计算结果显示当飞秒激光通过理想的法布里-珀罗干涉仪时,利用干涉仪透射最大值可以实现绝对标准长度的测量。据此提出了标准频率与绝对长度一一对应的标准。

海水中粒子对光的散射是水下图像模糊的主要原因。点扩展函数能够反映海水中光的空间扩散程度,使用点扩展函数,水下图像能被恢复或增强。提出了一种基于光子图海水点扩展函数的估计方法,该方法通过用光子图求解辐射传输方程,对光场内任意点的辐射强度进行估计。通过与蒙特卡洛仿真点扩展函数的方法相比较,结果表明两者具有较好的一致性。

从激光动力学的自洽理论出发,推导出适用于含有可饱和吸收体的激光系统动力学方程组,研究了激光振荡的稳定性与系统参数的依赖关系,包括激励强度参数、饱和系数和能级寿命,并讨论了满足激光振荡稳定性的条件下激光的弛豫振荡特性。结果表明,增大激励强度与饱和系数有利于系统形成稳定的振荡输出,而且当激励强度超过一定阈值时,激光会产生弛豫振荡行为。

高速摄影仪在航天试验靶场中主要用于火箭垂直起飞段的横向漂移测量,它采用近距离、短焦距物镜对火箭进行跟踪测量,任何微小的线量误差将带来较大的测量误差,以致严重影响火箭漂移量的处理精度。为此,建立了高速摄影仪摄影焦距的微量变化对箭体漂移量误差产生影响的数学模型,利用标称数据进行仿真分析,并给出焦距修正系数的计算方法。

光学微环谐振器自从1969年作为滤波器件被提出以后,就受到了很大的关注。光学微环谐振器,可以作为一种通用设备用于实现通信与信号处理中的所有一般功能,比如滤波、复用/解复用、调制、开关、延时、门电路、路由、传感和放大等。小尺寸的微环有优异的特性:宽带宽、高精细度。这些特性非常有利于非线性光学应用。高的精细度意味着环中高的储存能量,而且可以通过进一步减小模场面积再次提高,并且不牺牲带宽。因为利用平面工艺易于获得微环,所以其非常适合大规模集成。简单介绍了微腔的概念,具体介绍了微环谐振器,以及马里兰大学的一些主要工作,最后分析了这种技术的挑战和发展前景。

内流场和调制面积的准确测量是大功率调制气流声源实验研究中的关键问题,传统测量技术具有明显的局限性。采用光电检测方法以实现速度场和声源调制面积的非接触测量,通过粒子速度成像技术获取声源气路系统中的速度场,通过CCD系统实现对声源振动系统位移输出和调制面积变化的实时监控。实验结果与数值模型结果的比较验证了测试方法的可行性。速度场结果表明,典型工况下受限射流靠近内侧壁面,流动分离出现在外侧壁面附近,声源内部形成的剪切层位于主流与回流之间。音圈位移实测结果说明所选择的驱动参数可实现对喷口射流的满调制。

航天遥感仪器的光学装调需要使用大型精密调节架,其俯仰角调节机构使用步进电机驱动,且传动比为非线性,因此控制难点在于如何以步进电机开环方式来实现调节架俯仰角的精确运动。通过对现有调节架的俯仰角运动机构进行建模分析,得到其运动学模型为偏心曲柄滑块机构。根据运动学公式,分析了当前使用的控制方法精度不高的原因,并提出了新的控制方法。在此基础上,为了验证新方法下调节架俯仰角的运行结果,引进了全新的测量工具——激光跟踪仪。根据测量结果,绘制出俯仰角的目标值和误差曲线图,分析误差规律并修正。

通过对光电桅杆在复杂海洋工况下的水动力学分析,得到了光电桅杆的相关力学参数。在理论分析的基础上,通过对光电桅杆进行有限元模型的建立、材料定义、加载和求解,分析了光电桅杆在受到复杂水动力作用下的静态受力变形和动态固有频率和固有振型,为桅杆的最优化设计提供了设计依据。

机器视觉由于具有非接触、可视化好、自动化和智能性高等优点,在航空航天、**、工业现场等重要领域得到广泛的应用,其特征点的检测精度会大大影响视觉测量的精度。在研究视觉测量的光点中心提取技术的过程中,提出二维卷积光重心法,可有效地抑制光点边缘对光点中心位置的影响,大大地提高了光点中心的提取精度,既可以应用于发光特征点的提取,也可以应用于反光特征点的提取。利用该方法提取空间特征点进行三维重构的精度也比其他方法要高,能达到10-4左右,基本满足工程测量的要求。

通过分析光电观察系统的使用方法、工作过程以及对海上目标作用距离的影响因素,探讨了使用探测距离、识别距离和辨识距离等三项测量指标作为评价成像系统作用距离性能的合理性,研究了成像系统对海上目标作用距离测试方法和数据处理方法。

利用HFSS软件,对电磁波在左手材料中的后向波传输、平板成像特性和近零折射率媒质的定向辐射特性进行了全波仿真研究,分别验证了左手材料与近零折射率媒质的上述特性。利用Ansoft Designer软件,对去掉并联电感和去掉串联电容的、基于微带线的两种简化的左右手复合传输线构成的具有磁单负和电单负特性介质的电磁特性进行了仿真研究,验证了电磁波在匹配的MNG-ENG介质对结构的隧穿特性。

基于超材料的超级透镜能让携带物体高频信息的倏逝波分量参与成像,从而实现对小于半个工作波长的超精细结构的分辨。分析了几种典型的超透镜,如近场、远场和双曲超透镜的工作原理和研究进展,并对超透镜技术在实时生物成像、高密度光存贮、光刻等方面的应用前景进行了分析和总结。

对速率偏频激光陀螺导航系统在静基座条件下的初始对准方法进行了研究,提出了一种高精度静基座初始对准方案。该对准方法考虑并利用了速率偏频激光陀螺导航系统的结构特点,由加速度计的输出得到俯仰角和横滚角,基于四元数的理论思想得到航向角。根据实际情况仿真分析了几种主要的误差因素对对准精度的影响,并给出了相应的解决方法,仿真结果证实了该方法的可行性。