刘祥 1,2王振亮 3姚鹏 1,2,*侯耀 1,2[ ... ]屈硕硕 1,2
作者单位
摘要
1 山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东 济南 250061
2 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东 济南 250061
3 中国重汽集团济南动力有限公司发动机制造公司,山东 济南 250220
采用线激光轮廓仪测量工件表面三维形貌时,轮廓仪与工件通常需要作相对直线运动,这对线性运动平台的精度有较高要求,且系统占用空间大,不易实现在位精密测量。针对上述问题,提出了一种线激光轮廓仪旋转扫描的测量方法。通过图像识别方法拟合线结构光的运动轨迹,进而计算轮廓仪和转台旋转中心的偏心误差,采用Matlab和Java编程软件对测量数据进行三维合成和极坐标化处理,并对转台的跳动和偏心及线激光轮廓仪的倾斜误差进行补偿。球径、特征宽度和平面高度差等的测量结果验证了所提方法的有效性,测量误差<3 μm,已接近仪器测量精度的极限值。在被测工件或运动机构体积和重量较大、相对运动精度不高的情况下,所提方法能实现三维形貌的在位精密测量。
测量 三维形貌 线结构光 旋转测量 图像识别 误差补偿 
中国激光
2022, 49(21): 2104004
吴世松 1,2张合勇 1王挺峰 1,2,*郭劲 1,2[ ... ]吕韬 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
以远程脉冲激光外差探测系统为模型,推导了系统的信号与噪声的表达式,给出了脉冲激光外差探测系统匹配滤波算法流程,对匹配滤波技术在中程导弹与国际空间站目标探测中的详细应用过程进行了仿真,分析了目标距离、散射截面面积、数字采样率对探测能力的影响。仿真结果表明:在100 MHz采样率的数字处理能力下,分别用蒙特卡罗法仿真了500次匹配滤波过程,对于散射截面面积为5 m 2、距离为100 km的中程导弹,回波信号载噪比为3.29 dB,匹配滤波后信号载噪比为25.13 dB,信号强度增强了152倍,距离精度为27 m,速度精度为0.17 m/s;对于散射截面面积为100 m 2、距离为500 km的国际空间站,回波信号载噪比为-6.12 dB,匹配滤波后信号载噪比为18.49 dB,信号强度增强了289倍,距离精度为117 m,速度精度为2.1 m/s。目标距离越小,散射截面面积越大,数字采样率越高,匹配滤波提取增强信号的能力越强。
遥感 脉冲激光 外差探测 匹配滤波 蒙特卡罗 载噪比 
光学学报
2018, 38(1): 0128003
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳 471003
传统激光相干探测系统中, 一般采用单频激光作为发射源, 实现目标测量或跟踪; 而在国外典型应用中, 采用锁模脉冲串与相干接收方式融合, 可实现目标距离-多普勒成像(简称R-D成像)。因此, 此文重点针对基于锁模CO2激光的R-D成像展开仿真分析。首先建立锁模脉冲串激光模型; 其次对频谱混叠进行展开, 并结合自旋运动中的目标模型开展回波信号的匹配滤波处理; 最后通过相应FFT和IFFT运算, 可获得目标的R-D图像, 并给出含有噪声情况下、自旋目标在不同转动角速度以及不同脉冲回波相叠加所获的成像质量改善的R-D图。经过相应仿真分析可知, 采用基于锁模脉冲串的成像方法, 可利用一个大脉冲获得一幅目标R-D图, 可作为弹道目标诱饵识别的“运动指纹”特征。
相干探测 锁模激光 R-D成像 运动指纹 coherent detection mode-locked laser R-D imaging motion fingerprint 
红外与激光工程
2018, 47(8): 0830004
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国石油天然气股份有限公司管道长春输油分公司, 吉林 长春 130000
通过理论分析激光语音检测系统, 提出一种引入参数估计误差的反正切解调补偿算法, 并建立了系统总谐波失真与关键参数及其误差的定量数学关系式。文中用总谐波失真(THD)和无杂散动态范围(SFDR)分别表征系统微振动信号解调效果和可以与大干扰信号(阻塞信号)相区别的最小信号值。实现了非接触、远距离、高灵敏度的微振动信号检测。通过实验和仿真均验证了反正切补偿算法的可行性。实验结果表明: 该系统可以检测音频范围内的微弱振动, 在现有光学硬件平台基础上, 利用文中提出的反正切补偿算法, 能在35 m范围内较好地还原语音信号。
反正切补偿算法 总谐波失真 无杂散动态范围 arctangent compensation algorithm THD SFDR 
红外与激光工程
2017, 46(9): 0906004
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
报道了一种在轨行星防御系统,该系统能加热威胁目标表面达到汽化点,从而产生推力使目标汽化消失或变轨移除。该系统命名为“行星攻击与探测定向能系统(DE-STAR)”,是一个通过太阳光伏电池供电的千瓦级激光相位锁定阵列,模块化设计可实现后续开发、风险低、技术共享等优点。该系统主要目的是利用聚焦定向能激光提高被照射物体表面温度至3000 K,直接汽化大部分物质材料,汽化过程中产生的反作用力将使小行星轨道发生变化,从而避免撞击地球的危险发生。该技术的前期成果可用于空间碎片清理。
激光器 小行星碰撞 定向能 激光相位阵列 行星防御 
激光与光电子学进展
2015, 52(6): 060007
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
激光相干探测由于其高灵敏及抗干扰特性,在现代精密检测中应用逐渐广泛。由于目标二维信息更能反映目标特性,利用PCI8522采集卡与振镜扫描控制信号进行模拟量触发源(ATR)触发同步,快速获取目标二维多普勒频谱。对室内裸露以及伪装网覆盖的旋转漫反射目标进行二维频谱提取,二维频谱图为31 pixel×31 pixel,目标存在区的频谱范围在3~7 MHz之间,通过二维频谱图能对典型目标轮廓进行识别。对图像恢复算法中引入的噪声进行分析,结果表明:其中目标覆盖区中轴线附近噪声概率较大,主要由200 kHz的频谱门宽引起;另一类噪声为背景无多普勒频移的5 MHz中心信号被频谱门宽限制所致,可作为目标轮廓衬底,无需抑制。该研究为激光相干探测在动目标伪装识别中的应用奠定基础。
测量 频谱识别 数据采集卡 频谱门 相干探测 
中国激光
2013, 40(12): 1208008
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出采用光子级别的弱本振光(LO)与弱回波信号进行相干混频。接收单元采用多像素光子计数器(MPPC),光子混频中心频率为1 MHz,本振光与回波光子光程差分别为30、45、60 m。实验分析表明,在距接收系统的任何位置,其数据的功率谱密度(PSD)中均含有大量噪声成分。为减弱噪声的影响,采用功率谱密度叠加方法从噪声中提取信号,并采用匹配滤波算法将信噪比进一步增强。对距接收系统45 m和60 m处的混频信号进行6次功率谱密度叠加后利用匹配滤波算法进行滤波,信噪比分别提升5.90倍和2.73倍,且初始信噪比越高,滤波后信噪比改善越明显。
探测器 全固态单频激光器 光子计数 相干探测 信噪比 
中国激光
2013, 40(6): 0608002
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为了得到周期激光拍频信号的频率,从理论上推导了光信号相邻光子到达时间间隔满足的概率密度函数(PDF),以数值计算为基础,对周期性激光拍频信号进行详细分析,得到了稳定光强信号和周期拍频信号光子到达时间间隔PDF曲线形状的差别,从该差别中能够获取信号的拍频频率。设计了验证实验光路系统,采用多像素光子计数器(MPPC)记录光子时间,对6、8、10、12 MHz拍频信号进行探测,证明了理论分析的正确性。在光子计数频率为拍频频率1/5的条件下,得到较好的实验结果,估计两光束混合效率为0.65。以暗计数噪声为限制条件,分析了该方法能够探测到的最小拍频频率为0.2333 MHz。
统计光学 光子到达时间间隔 拍频信号 概率密度函数 混合效率 暗计数 
光学学报
2012, 32(4): 0403001
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为研究激光经运动漫反射目标后光场统计的特性,结合多像素光子计数器(MPPC)的光子统计模型,并利用光子统计二阶矩和均值,得到描述光子数波动的Fano因子。然后对该因子进行曲线拟合,得到衡量赝热光场光子分布杂乱程度的热模数μ,同时可得衡量探测系统增益系数γ和串扰概率ε的组合参数B。实验结果表明,漫反射目标旋转驱动电压从20 mV逐渐变化到1280 mV,回波光子热模数μ从289增加到1229,且随着电压增大,热模数增长速率逐渐减缓。由于探测器增益γ在实验过程中保持恒定,B参数的变化直接反映探测器像素之间串扰概率的变化,结果表明漫反射目标转速增加,MPPC串扰概率ε减小,通过Fano因子的曲线拟合只给出串扰概率的定性描述,得不到增益系数的相关信息。只有对光子统计三阶矩进行分析,才能获得探测器增益及串扰概率的定量描述。
探测器 多像素光子计数器 赝热光 Fano因子 增益系数 串扰概率 
中国激光
2011, 38(10): 1008010
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为使发射光束以会聚形式传播,进行了室外450 m和300 m激光聚焦实验。将扩束准直后的光束通过伽利略望远系统,采用精密位移台调整负透镜与正透镜间距,实现不同距离的光斑聚焦。然后用功率计测量450 m焦点处的功率均值为47.67 mW,标准偏差0.67 mW。并利用光束质量分析仪测量聚焦光斑的能量分布。进而采用Matlab中EDGE函数以及Sobel算子进行边界提取,同时进行中值滤波和53H法滤波,最后得到在给定边界提取阈值下的光斑直径为5.56 mm,标准偏差为0.24 mm;光斑中心漂移0.56 mm,占光斑直径10.43%。实验测量聚焦光斑能量损失严重,初步分析为3个因素:受限孔径衍射、激光传输衰减、像差引起光斑弥散。其中衍射和像差引起的衰减占主导,如果进行系统优化设计,可使这两项影响降至最小,通过初步实验研究,为后期进行系统设计提供数据参考。
图像处理 远场会聚 Sobel算子 53H滤波 质心抖动 
中国激光
2011, 38(3): 0302005

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