基于傅里叶变换光谱法原理,针对现有的傅里叶变换光谱仪结构,提出了一种基于干涉光谱法遥测氢的系统设计方案.采用石英碘钨灯作为光源,设计了一套完整的光学能量收集及干涉系统,满足了调校与测量的双重需求.利用LightTools对该系统进行了光学仿真,然后在MATLAB下对模拟接收器接收的光强度值进行了数据处理与分析.结果表明,采用该方案可以很好地对氢气进行远距离检测.最后,阐述了该系统对于其它推进剂检测的适用性.

利用同种激光晶体Nd∶YAG和同种倍频晶体LiB3O5(LBO)分别构成蓝光(473 nm)与绿光(532 nm)激光器并进行了噪声特性研究.分析了腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声的不同机理.实验发现:在输出功率为50 mW的情况下,腔内倍频准三能级激光系统的倍频光噪声为120%,比腔内倍频四能级激光器噪声大得多,后者在输出功率为60 mW的情况下,激光噪声在5%以下.针对准三能级倍频激光器的这种特点,采用耦合微分方程组模型进行了分析.结果指出,问题的根源在于准三能级激光系统中具有较大的再吸收损耗,如果能够适当控制该损耗,准三能级激光系统的倍频噪声问题便会得以改善.

对大口径高陡度离轴非球面的数控加工过程中遇到的矢高变化率太大、磨头去除特性改变等技术难题进行了深入细致的研究,并提出了相应的解决方法.首先,通过坐标变换降低高陡度离轴非球面的矢高变化率;然后,给出了磨头沿非球面的法线方向进行数控加工的具体实施方法;最后,对轮廓检验的结果进行修正,使之在法线方向投影,从而使数控加工能更加准确有效地控制面形误差收敛.给出了数控加工实例,精磨阶段达到面形精度PV:10.502 8 μm,RMS:0.829 3 μm.结果表明,提出的方法在工程中完全可行,并有较高的收敛效率.

采用自制的840/mm金膜自支撑透射光栅和美国IRD公司的AXUV100G光电二极管探测器,定量研究了光谱辐射标准和计量光束线在5～140 nm波段的高次谐波.研究了Al、Si3N4和Zr滤片在不同能量范围对高次谐波的抑制作用,给出了实验数据和曲线.实验结果显示:在5～15 nm波段,不用任何滤片高次谐波的信号强度＜7%;在5～34 nm波段,适当的选用Al、Si3N4和Zr滤片可有效地抑制高次谐波,将高次谐波占基波的积分信号强度比例控制在＜14%,经探测器的量子效率修正后高次谐波的百分比在6.5%以内.在经过MgF2窗滤波的115～140 nm波段,高次谐波的衍射峰几乎完全被抑制.这一研究为软X射线和极紫外的光谱计量、探测器定标和光学元件性能测试奠定了基础.

针对以往无畸变指纹采集仪多采用棱镜补偿方案,系统存在棱镜的固有像散,光学系统难以补偿这种像差获得较高成像质量这一问题,提出了一种采用柱面系统结合双远心物镜校正投影畸变的新方案.该方案利用双柱面系统,在棱镜没有压缩图像的方向上压缩图像;利用双远心光路,消除物面和像面存在倾斜时的梯形畸变.采用该方案进行的计算机建模,经过合理调整优化函数,平衡各种像差,获得了比棱镜补偿校正畸变方案更高的成像质量.指纹采集仪得到了指纹采集方(物方)大部分视场的传递函数值在特征频率5 lp/mm(对应像方40 lp/mm)时＞0.377, 在特征频率10 lp/mm(对应像方80 lp/mm)时＞0.139的结果,大部分视场传递函数提高到棱镜补偿方案的1.6倍,同时各视场成像质量都比较均衡.

理论分析和实验验证了通过对锥形光栅反射谱进行带宽解调来获得环境应力/应变的可行性,提出了对锥形光栅反射谱采用可调谐F-P腔进行带宽解调的方法,通过应力加载实验对该带宽解调方法进行了验证,并取得了较好的反射带宽解调和应力测量效果.实验证明,该测量系统实现了对温度变化不敏感的应力测量,同时具有较高的灵敏度,应力测量精度为0.060 N.在进一步进行锥形光栅中心反射波长解调的基础上,该方案可实现温度和应力的同时测量.

分析了光在多层不匹配折射率介质中的漫射方程,给出了精确的漫射方程解.用蒙特卡罗方法检验了稳态的漫射方程.通过与多层介质的空间分辨漫反射蒙特卡罗方法的比较,验证了方法的正确性.讨论了有限尺寸光源和折射率的变化对空间分辨漫反射的影响.实验结果表明,折射率的变化对漫射的影响会因折射率的不同而不同,折射率在1.35～1.45之间变化时,最大误差为7%.

基于插板法测液体表面张力系数的基本原理,介绍了一种利用半导体激光器及准直光学系统输出的矩形平行光束,结合线阵CCD传感器,实现液体表面张力系数快速测量的方法.通过测量激光束两边沿在液体表面的入射角来求得表面张力系数,解决了插板法测液体表面张力系数的液面上升高度和接触角检测难题,避免了人为因素的影响.推导了矩形激光束两边沿在液体弯月面的入射角与表面张力系数的关系,以及用CCD测量激光入射角的计算公式,并进行了参数设计和误差分析.结果表明:为了提高液体表面张力系数的测量精度,在满足测量条件下,应采用尽可能大的矩形激光束宽度、激光入射角和CCD相对距离.理论分析表明,当光束宽度的测量误差为5 μm时,水的表面张力系数测量精度为1%.若将光束宽度的测量误差减小到2 μm,则水的表面张力系数理论精度可达0.5%.实验结果证明了水的表面张力系数测量精度达到1%.

提出了空间遥感器温度场的描述方法,建立了某空间遥感器光学镜头的热光学分析模型,计算得到了该空间光学遥感器温度水平和温差要求的热控指标.在对遥感器在轨运行热载荷状态进行假定描述的基础上,用有限元方法进行了温度场及热弹性变形分析,得出假定温度载荷作用下光学遥感器各光学表面的变形量及刚体位移量.利用Zernike多项式进行波前差拟合,得到Zernike多项式系数,代入光学系统,利用CODEV光学计算软件计算热载荷作用下光学镜头的传递函数(MTF).通过迭代,得到光学系统满足传递函数指标＞0.4要求的各温度场临界值,完成了从光学指标到热控指标的转换,避免了热控设计的过设计或设计不足, 可以在设计方案阶段作为遥感器结构的热适应性设计的参考,同时为制定合理的热控设计指标提供数据依据.

报道了全固态连续波555nm黄-绿光激光器,黄-绿激光分别由Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体的946 nm和1342 nm谱线非线性和频产生,两条谱线各自晶体对应的能级跃迁分别为4F3/2-4I9/2和4F3/2-4I13/2.实验中采用复合折叠腔结构,利用LBOI类临界位相匹配进行腔内和频,当注入到Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体的泵浦功率分别为12W和8 W时,获得542 mW的TEM00连续波555 nm黄-绿激光输出,4 h功率稳定度优于±3.7%.实验结果表明,采用Nd∶YAG和Nd∶YVO4两种激光晶体进行腔内和频是获得黄-绿激光的高效方法,并可以应用到其它两种激光晶体进行腔内非线性和频,获得更多不同波长的激光输出.

GaAs (110)衬底上生长GaAs外延层时,不同生长条件下存在单层和双层两种生长模式,对应反射高能电子衍射(RHEED)强度振荡呈现出单双周期的变化.通过透射电子显微镜(TEM)、室温和低温光荧光谱(PL谱)对两种生长模式下的样品进行了测量.结果表明,量子阱样品在双层生长模式下光学性能较差,单层生长模式下光学性能比较好,但是量子阱界面会变得粗糙.利用这一特点,采用RHEED强度振荡技术,能够实现在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱.

为了解世界量子光学与量子信息的发展态势,认识中国在国际量子光学与量子信息领域中的地位,针对量子光学与量子信息领域的主要学科,按照美国光学学会(OSA)数据库量子光学与量子信息的13个分类,检索了SCI数据库1991年至2006年的数据.用文献计量学、科学计量学和情报分析方法研究国际量子光学与量子信息领域各学科的发展速度,比较各主要国家量子光学与量子信息论文的数量,从而使中国量子光学与量子信息领域的科学家有一个量的判断,多一些思维空间,多一种观察视角.结论认为,量子光学与量子信息是21世纪最具生命力的新兴学科之一,中国在理论和实验两方面都做出了一些重要的具有创新性的贡献,论文被引频次的世界贡献率呈增长态势.

研究了具有"双材料梁-微镜一体化"特征结构的光读出红外成像阵列器件的机械特性对其性能的影响.通过理论计算和ANSYS模拟,分析了器件的热-机械灵敏度,对器件的结构参数进行了优化,并得到其热-机械灵敏度为2.14×10-3 rad/K;从器件的频率和阻尼特性出发,研究了器件的机械特性对热振动噪声和机械稳定性能的影响.研究结果表明:绝热梁断裂所需冲击载荷为8 945 g;器件的工作气压确定在50～200 Pa时,其热机械噪声和外界机械振动引起的噪声对器件性能的影响可忽略.该器件基本满足红外成像阵列器件的高灵敏度、低噪声的要求.

压电陶瓷执行器的迟滞非线性不具有经典Preisach模型的次环一致特性,直接利用该模型对压电陶瓷执行器的迟滞特性建模会产生较大误差.为了提高压电陶瓷执行器的迟滞特性建模精度,在非线性Preisach模型的基础上推导得到适用于压电陶瓷迟滞特性的广义非线性Preisach模型,并给出简化分类计算公式.广义非线性Preisach模型将经典Preisach模型表示定理中的次环一致特性修改为次环等弦长特性,放宽了对描述对象的限制要求.实验数据表明,与经典Preisach模型相比,广义非线性Preisach模型预测位移的误差绝对值的最大值降低了0.22 μm,均方根误差降低了0.11 μm,能够更精确地描述压电陶瓷的迟滞特性.

提出了一种与传统桨距角递推算法不同的基于高速摄影和图像处理的桨距角测定方法.根据实验要求,开发了一个以微型旋翼飞行器的非对称变距装置为测试主体的实验平台,并设计了一套基于C8051F020的微型旋翼飞行器实验平台的控制系统.该控制系统以C8051F020单片机为微控制器,用微型位置传感器来检测螺旋桨主轴的相位信息,并利用C8051F020单片机内部的PCA捕捉功能采集位置传感器的输出信号,得到螺旋桨主轴的四个相位;利用单片机输出的PWM方波信号控制电机的转速,以达到对螺旋桨电机进行加速的目的;利用单片机内部产生的PCA捕捉中断来触发高速摄像机的拍摄,以实现飞机加速与拍摄的同步.该控制系统结构紧凑,系统可靠性高.最后通过该控制系统来控制微型飞行器仿真飞机前飞的状态,得到该状态下桨叶的变距曲线,证明所提出的桨距角测定方法和由此开发的实验平台在测量桨距角中是有效的,达到了预期目标.

提出了一种电子罗盘取代人工实现粗寻北的方法.根据电子罗盘原理,用DSP从电子罗盘串口实时采集系统与北方向的夹角值,并根据所得角度值驱动系统指向粗北方向,从而代替跟踪逆转点法实现陀螺仪粗寻北自动化.实验结果表明,电子罗盘粗寻北系统提高了机械陀螺仪的粗寻北速度,粗寻北时间由原来的10 min左右减少到1.5 min以内;粗寻北精度可以达到30′以内,满足了中天法精寻北要求.

基于原子力显微镜(AFM)和金刚石针尖建立了一套纳米压痕测量系统.通过向系统发送控制电压使金刚石针尖在完成加载和卸载全过程的同时进行实时的数据采集并直接绘出载荷-压深曲线.利用该系统,对单晶铝和单晶铜薄膜材料进行了单点压痕实验,用美国Hysitron公司的纳米原位测量仪(TriboIndenter)做了验证试验.实验结果表明,该系统适合测量较软材料的纳米硬度.分析了基体材料对薄膜硬度和弹性模量的影响,在薄膜厚度低于5～10倍压入深度时,基体对薄膜材料的力学性能影响很大;并根据获得的载荷-压深曲线分析得出由于尺度效应的影响,随着压痕深度的减小,薄膜的硬度值呈明显的上升趋势,弹性模量没有这个趋势.

对球面三自由度机器人力矩输入均衡性能进行了分析,给出了其机构设计.分析了球面三自由度机器人的输入力矩与输出力矩之间的关系,定义了力矩输入均衡性能评价指标和全域力矩输入均衡性能评价指标.在满足全域性能较好的情况下,应用空间模型技术选取了一组合理的机器人结构尺寸参数,同时考虑加工与装配工艺性,设计了一种球面三自由度机器人,该机器人可用作腰关节、腕关节和精密工作台等.

对探针的制作方法、关键工艺环节等进行了分析与研究,给出了基于UV-LIGA技术制备微型柔性镍接触探针的工艺过程,分析了制备的技术关键,试验优选了关键制备环节的工艺参数,在此基础上,制作出微型柔性镍接触探针.试验结果表明:采用工艺条件优选的UV-LIGA技术,如前烘60 ℃,120 min,90 ℃,120 min;较大曝光剂量;后烘65 ℃,10 min,95 ℃,45 min;匀胶后静置、随炉冷却和超声辅助显影等辅助措施,所制备出的柔性接触探针(主体总长4 mm,宽80 μm,高100 μm;弹簧处高宽比为5(100 μm:20 μm))尺寸精度高;三角锥状针尖曲率半径小于5 μm;缺陷少,形貌质量高.

为了使跟踪设备快速、准确地跟踪飞行目标并精确测量目标方位角,设计了一种测量跟踪系统,该系统根据跟踪设备发出的方位角偏差信号推动带有跟踪设备的伺服转台,驱动子系统采用H型双极模式PWM电路驱动伺服转台的直流电机以提高响应速度.使用测速机反馈速度信号以提高系统稳定性,使用高精度编码器输出目标方位角信号以提高测量精度.提出了系统动态传递函数,并对传递函数进行分析,给出了仿真动态曲线并计算动态参数.计算了电路的开关频率及延迟时间等关键参数.通过实验得到系统阶跃响应的位移曲线和速度曲线以及其他实验结果.实验结果显示,系统随动精度为0.1 (°)/s,最大跟踪速度为38.3 (°)/s,最大跟踪加速度为23.5 (°)/s2,满足了技术指标和设计要求.

提出了摆式陀螺寻北仪双次积分测量方法.在粗寻北阶段采用步进法,通过施加外作用消耗系统原有机械能的方式实现快速寻北.在精寻北阶段采用双次光电积分法,通过对陀螺摆动的一个半周期做积分测量后,利用双次光电积分的方式得到陀螺摆动的平衡位置,然后,通过计算来获得子午面与陀螺轴向之间的夹角.进行了一系列相关实验,结果表明:双次光电积分法有效地改善了JT15试验样机的寻北测量精度,使由于测量周期变化造成的寻北误差减小了10倍以上.本方案缩短了摆式陀螺寻北仪的寻北测量时间,提高了寻北测量精度,满足了工程实用的精度和快速性要求.

从理论上详细分析了经典相移算法对线性相移误差的敏感度,用频域和空域两种分析方法对定步长算法抑制线性相移误差的能力进行了分析.建立了含有线性相移误差复频域OCT空域分析法的仿真模型,并对测试样品进行了实验.实验结果表明,五帧相移算法对真实层析结构影响小,对镜像尾迹有完全的抑制作用,能够真正地实现100%的全量程的有效探测.

对磁动式测氧仪的测量池、光路和数据采集系统进行了研究.从气体磁性推导出了哑铃球在非均匀梯度磁场中受到的转动力矩公式,给出测量池系统的设计方案,采用镀银刻蚀方案实现哑铃球系统的转动阻尼,分析了非均匀梯度磁场系统的技术要求.介绍线阵CCD光点位置探测光路和CCD数据采集与处理电路系统.为满足仪器定标、温度补偿和校正的需要,设置了五个功能按键,列表说明其功能.给出了仪器的校正方案和检测数据.实验结果表明:仪器在不同的温度点测量精度均可达0.2%以上,仪器的温度补偿性能、精度和稳定性达到了设计要求.

提出了一种新的处理运动模糊图像的方法,以一维维纳滤波(1DWF)来快速恢复二维的模糊图像.给出了1DWF算法可行性的理论论证,并给出了1DWF算法及其它常用图像恢复算法的实验结果和对比评价.运算量分析表明:1DWF算法的运算量只有二维维纳滤波运算量的1/3;实验结果显示:在P4 3.0G主频的PC机上,1DWF算法可以使得512×512的8位灰度测试图像在36 ms内完成图像恢复.对图像恢复质量的评价结果显示:1DWF算法的图像恢复质量与原维纳滤波的恢复效果相同,验证了在单处理器上实时、高质恢复模糊图像的可行性.

提出了采用小波消噪和小波神经网络两个模型对光纤陀螺漂移误差进行辨识.应用小波分析方法消除高频噪声,改善信噪比,把消噪信号作为神经网络期望输出,然后采用带遗忘因子的递推最小二乘 (DRLS) 算法训练网络并调整权值.该算法不进行任何矩阵运算,在保持收敛速度快和精度高的前提下,极大地减少了计算量,提高了小波神经网络的实时性能,仿真结果表明辨识误差在1.5%以内.

提出了一种自适应权值滤波算法.该方法利用邻域差分法(ROAD)判定滤波中心点的有效性,若判定该点为噪声,则将邻域像素分别赋予不同权值对该点像素重构,邻域像素权重系数的分配随该点有效程度的增加而增大.一方面抑制了图像噪声,另一方面保留了图像细节.实验证明该方法在滤除椒盐噪声时,无论从视觉角度还是数据恢复角度都比常规滤波方法效果有明显改善.当图像中含有35%的椒盐噪声时,利用该方法恢复数据效果比传统中值滤波提高10 dB.

提出了使用Sobel算子或Laplace算子做卷积,对图像像素点进行绝对值相加的TennenGrad改进算法,以及Laplace改进算法,和几种已有评价函数进行分析比较.为了判断粗调评价函数的优劣,对评价函数的判断准则进行了逐一分析,并且将平滑性、高效率、强壮性作为最主要的衡量标准.在搭建的显微镜粗调实验系统中,对较为复杂的MEMS器件-微加速度计进行粗调成像.另外,对显微成像系统的调焦策略进行分析研究,提出并比较分析了3种调焦策略,其中n点灰度比较策略是较优的策略.实验处理结果表明,改进的TennenGrad算法具有最优的粗调特性,调焦范围较大,达到了210 μm;调焦分辨率高,达到7 μm,同时调焦图像显示出曲线变得更加平滑,曲线部极值点由5个减为0个.

以数据嵌入前后JPEG图像DCT系数统计分布的平均相对熵(ARE)作为信息隐藏的安全性度量,并以此作为优化指标,给出一种带调整的量化嵌入算法,通过模拟退火选择对统计分布破坏最小的调整变量.实验结果表明:对于五幅标准测试图像,本文算法较其他四种算法在容量上平均提高了1.86倍;而在平均相对熵指标上平均降低了38%.该算法不但具有较高的数据容量,并可有效地补偿数据嵌入导致的统计分布的变化,实现算法在统计意义上的安全性.

提出了一个基于心理距离的空间距离加权公式,并结合传统的距离方向滤波器(DDF),构造出相应新的基于空间距离加权的自适应距离方向滤波器.实验表明,新的距离方向滤波器在抑制脉冲噪声、保持色调、保护细节或边缘方面,胜过传统的DDF和其它几个典型的矢量滤波器,特别是在低污染率的情况下(小于10%),其归一化均方误差(NMSE)平均减少了1/3之多,而其归一化色彩误差(NCD)则减少到原来的50%以下.