1 北方工业大学信息学院，北京 100144
2 中国石油管道局工程有限公司国际事业部，河北 廊坊 065000
3 中国石油管道局工程有限公司亚太分公司，河北 廊坊 065000
对光纤振动信号的有效识别是保证油气管道光纤预警系统运行的重要基础。针对传统光纤振动信号检测中单一分类方法的不足，提出一种基于AdaBoost集成学习的光纤振动信号识别分类算法。首先通过分析研究5类光纤振动信号的特征，选取样本熵、能量分布以及频带宽度作为三维特征向量，并将其分别送入决策树、支持向量机（SVM）以及以决策树作为基分类器的AdaBoost分类算法进行训练识别；其次通过交叉验证的方式对得到的模型进行参数优化和模型评价；最后对得到的模型进行对比测试实验。实验结果表明：以决策树作为基分类器的AdaBoost集成学习算法可以对不同振动类型进行有效识别，在光纤预警中对不同来源振动信号的识别具有一定意义。
傅里叶光学与信号处理 光纤 AdaBoost集成学习 光纤振动信号 特征提取与识别 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1307004
1 北方工业大学信息学院，北京 100144
2 中国石油管道局工程有限公司国际事业部，河北 廊坊 065000
3 中国石油管道局工程有限公司亚太分公司，河北 廊坊 065000
分布式光纤传感技术已被广泛应用于管道运输的安全监测中，对不同光纤振动信号的特征进行准确提取和分类识别是近年来的研究热点。针对传统时频分析方法研究光纤振动信号时需要人工设定基函数以及无法消除高频噪声干扰的缺陷，采用具有自适应特性的局部均值分解（LMD）方法对信号进行处理，并提出了一种基于LMD的特征提取与识别方法。首先，对原始信号进行LMD，得到若干个乘积函数分量；然后，通过自相关原理重构信号，并提取重构信号的样本熵特征和能量特征；最后，将上述特征进行融合并送入支持向量机进行训练识别。实验结果表明，该方法能有效识别不同振动类型，且识别准确率较高。
光纤光学 光纤振动信号 局部均值分解 样本熵 光纤预警 特征提取与识别 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0706004
Lemeng Leng 1,2,3,4†Zhaobang Zeng 1,2,3,4†Guihan Wu 1,2,3,4Zhongzhi Lin 1,2,3,4[ ... ]Wei Jiang 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing 210093, China
3 Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Nanjing University, Nanjing 210093, China
4 National Laboratory of Solid-State Microstructures, Nanjing 210093, China
Phase calibration for optical phased arrays (OPAs) is a key process to compensate for the phase deviation and retrieve the initial working state. Conventional calibration approaches based on iterative optimization algorithms are tedious and time-consuming. The essential difficulty of such a problem is to inversely solve for the phase error distribution among OPA elements from the far-field pattern of an OPA. Deep-learning-based technology might offer an alternative approach without explicitly knowing the inverse solution. However, we find that the phase ambiguities, including conjugate ambiguity and periodic ambiguity, severely deter the accuracy and efficacy of deep-learning-based calibration. Device-physics-based analysis reveals the causes of the phase ambiguities, which can be resolved by creating a tailored artificial neural network with phase-masked far-field patterns in a conjugate pair and constructing a periodic continuity-preserving loss function. Through the ambiguity-resolved neural network, we can extract phase error distribution in an OPA and calibrate the device in a rapid, noniterative manner from the measured far-field patterns. The proposed approach is experimentally verified. Pure main-beam profiles with sidelobe suppression ratios are observed. This approach can help overcome a crucial bottleneck for the further advance of OPAs in a variety of applications such as lidar.
Photonics Research
2022, 10(2): 02000347
中国洛阳电子装备试验中心光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003
激光定向干扰是对抗红外成像导引头的最有效方式，因此开展对红外成像 导引头的激光定向干扰研究具有重大意义。影响中波激光定向干扰效能的因素有很多，其中激光 到靶功率密度是影响定向干扰效能的重要因素。从大气传输对中波激光的衰减、导引头光学 系统对中波激光的光学增益、干扰激光光斑随干扰距离的变化等因素出发，研究了中波激光 的大气传输透过率与大气能见度及传输距离的关系，分析了大气湍流强度对激光传输总发散角 的影响。得到了3.8 μm激光对红外成像导引头的定向干扰模型，绘出了激光到靶功率密度、大 气能见度、大气湍流强度以及干扰距离之间的关系曲线，并通过外场实测对该模型进行了验证。结果表明，误 差在一个数量级之内，主要来自于远场激光光斑和传输路径上大气透过率的计算误差。该研究 对于激光定向干扰装备的论证和研制具有一定的参考价值。
中波激光 定向干扰 红外成像导引头 大气能见度 湍流强度 mid-infrared laser directional jamming infrared imaging seeker atmospheric visibility turbulence intensity
光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳 471003
从激光敌我识别原理和询问信号编码模式分析出发,研究了重频激光对PPM编码调制的激光敌我识别系统的干扰机理,得出了在一定重复频率激光干扰环境下激光敌我识别概率的数学表达式。针对干扰激光重频、询问信号编码、应答设备波门等参数对激光敌我识别概率的影响进行了仿真计算和分析,得出了不同参数设置对激光敌我识别概率的影响。仿真结果表明,对于同一种激光询问信号,正确识别概率随着干扰激光重频的升高而明显降低,可以通过缩短应答设备的波门宽度、降低询问信号基频或提高询问信号中有效脉位的占空比等方法,改变激光询问信号的参数,以降低其受非询问激光信号的干扰程度,从而提高激光敌我识别系统的抗重频激光干扰能力,对提高激光敌我识别系统的抗激光干扰能力具有一定的参考价值。
激光敌我识别 识别概率 仿真 激光干扰 脉冲位置调制 laser IFF identify probability simulation laser jamming pulse position modulation
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
提出了全光纤结构的光纤环被动锁相相干合成方案，在自制的光纤放大器基础上，实现了四路光纤激光的全光纤被动锁相相干合成。对合成的开环闭环功率、光谱、远场光斑图样、系统锁相带宽等特性进行了研究。系统开环时，输出功率在71~271 mW之间起伏，系统闭环后，输出功率稳定在412 mW左右，较开环平均功率提高了2.1倍，说明该方案能够实现有效的相位锁定。系统锁相带宽大于50 kHz，具有较好的稳定锁相能力。通过提高各路光纤放大器的功率和采用承受功率更高的合束器，有望获得更高功率的相干合成输出。
光纤光学 光纤激光 相干合成 全光纤 被动锁相 中国激光
2014, 41(10): 1005001
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
2 中国人民解放军 63880部队, 河南 洛阳 471003
提出了基于全光纤光反馈环形腔结构的多路光纤激光相干合成方案，实现了多路激光的被动相干合成。全光纤结构避免了传统孔径拼接输出结构的旁斑能量耗散问题，保证了合成光束的光束质量。开展了实验研究，实现了4路光纤激光的相干锁相输出，获得时域、空域特性均十分稳定的合成光束，合成效率为96.1%，取得较好的合成效果。
光纤激光 相干合成 被动锁相 光反馈环形腔 全光纤结构 fiber laser coherent beam combination passive phase locking optical feed-back ring cavity all-fiber configuration 强激光与粒子束
2014, 26(1): 011002
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
2 中国人民解放军63891部队, 河南 洛阳 471003
提出了基于功率合束器的多路光纤激光自组织被动相干合成结构, 研究了多模状态下泵浦功率、合成路数对激光合成效率和光束质量的影响, 并对2, 3, 4路激光合成进行了实验研究, 合成效率大于90%。实验结果表明：激光中心主瓣所占能量比随着泵浦功率的增加而增大, 随激光合成路数增多而增大; 在相同的输出功率下, 单路激光的主瓣所占能量比比合成激光主瓣所占能量比要高; 降低输出光栅反射率, 激光输出能量增强, 但合成效率有所降低; 增加功率和增加路数可以增加中心亮斑的能量比, 但增加幅度变低。
光纤激光 自组织 被动相干合成 光束质量 全光纤结构 fiber laser self-organization passive coherent beam combination beam quality all-fiber configuration
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
2 63880部队, 河南 洛阳 471003
基于声光调Q技术的纳秒脉冲光纤激光超连续谱光源系统为全光纤结构，使用普通的传能光纤作为超连续谱的产生介质，通过改变泵浦功率和调制频率，可获得不同的超连续谱输出。实验结果表明：泵浦功率越大，调制频率越低，传能光纤越长，光谱展宽越宽。当传能光纤为200 m、调制频率为1 kHz、占空比为1.0%、泵浦功率为4.68 W时，获得谱线宽度超过700 nm的超连续谱输出。该系统可作为超连续谱光源的一种参考方案。
脉冲光纤激光器 声光调制 超连续谱 占空比 pulse fiber laser acousto-optical modulation supercontinuum duty ratio
1 The State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871, China
2 Information and Communications College, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
Frontiers of Optoelectronics
2012, 5(1): 63
