1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林长春30033
2 中国科学院大学， 北京100049
分析了旋转双棱镜系统存在的误差源，根据误差源，采用光线矢量传播方法建立了光束指向模型，基于光束指向模型求旋转双棱镜系统出射光束指向偏差对系统误差的偏导数；在指向区域中，根据各个误差的测量精度分析误差对指向精度的影响。仿真计算结果表明，理论指向偏差最大值为0.362 0°，理论指向偏差均方根为0.047 0°；桌面实验结果表明，在99.54%的指向区域中，实验偏差最大值为0.356 3°，实验偏差均方根为0.023 3°，均小于仿真计算值。这一结果表明，本文对旋转双棱镜系统的误差分析较为准确，对旋转双棱镜平台的设计和补偿修正具有一定的参考价值。
激光通信 旋转双棱镜 指向模型 误差分析 laser communication Risley prism pointing model error analysis
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对旋转双棱镜系统解算困难、误差源众多和指向精度较低的问题，提出了一种补偿旋转双棱镜指向系统转角的修正方法，采用求偏导和建立全微分方程的方法建立光束指向误差与棱镜转角误差关系，解算出补偿角。经实验验证：在99.57%的指向区域中，指向偏差最大值由1.8742°降低为1.4753°，均方根由0.1401°降低为0.0893°，补偿棱镜转角修正方法可有效提高指向精度。
激光通信 旋转双棱镜 指向模型 偏差修正 系统误差 laser communication rotating biprism pointing model deviation correction system error
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088
2 孔径阵列与空间应用安徽省重点实验室，安徽 合肥 230088
3 中国人民解放军93209部队
为了实现全天时、高分辨率三维成像探测，文中提出了一种工作波长为1064 nm的光子计数激光雷达系统。其中，光学系统采用全光纤结构，增强了系统稳定性。雷达通过整机扫描方式对远距离目标进行成像探测，扩大扫描视场，水平方向达到360°，俯仰方向达到±30°，同时避免了由摆镜扫描引起的几何畸变；结合亚像素扫描方法，提高空间分辨率。最后通过自适应噪声阈值的多距离重建算法实现了目标的三维重建。实验结果表明，此系统在白天成功实现了3.1 km以外目标的三维重建，重建图像目标特征清晰，距离精度为0.11 m，空间分辨率为0.11 m，超过光学系统衍射极限。
激光雷达 光子计数 三维成像 全光纤 高分辨率 Lidar photon-counting 3D imaging all-fiber high-resolution 红外与激光工程
2021, 50(7): 20210162
红外与激光工程
2020, 49(3): 0305007
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电探测技术研究部, 吉林 长春 130039
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于模场匹配原理,分析了倾斜像差对耦合效率的影响,并在理论分析的基础上,对激光章动跟踪方法进行了仿真分析,研究了章动算法参数对算法动态性能的影响。利用快速反射镜和PIN(Positive-Intrinsic-Negative)光电二极管对仿真分析结果进行实验验证。结果表明,章动半径与收敛速度成反比,同时半径增大会引起稳态振荡幅度增大,而采样点数的增多会导致算法收敛速度下降。此外,所提算法对一定范围内的动态扰动有明显的抑制作用。
光通信 自由空间光通信 单模光纤耦合 激光章动 能量反馈 快速反射镜
东北农业大学资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
地物高光谱技术已被用于土壤有机质（SOM)等理化参数速测, 但由于含水量、 粗糙度等因素的影响, 基于遥感影像的SOM空间反演精度较低。 为此引入时相信息, 将时像信息与光谱信息结合对研究区SOM进行预测, 使预测模型精度显著提高。 以黑龙江典型黑土区（北安市南部、 海伦市中部、 绥化市东部、 绥棱县西南部、 望奎县中部)为例, 获取多期MODIS影像, 利用MODIS数据高时间分辨率的优势, 研究含水量对土壤反射光谱曲线的影响; 基于SOM与含水量对反射率的综合作用分析, 建立SOM遥感预测模型。 结果表明: (1)利用单期影像建立的SOM光谱预测模型, 未加入含水量变化对土壤反射光谱曲线的影响信息, 基于年积日（DOY)117, 119, 130, 140, 143单期影像建立的SOM预测模型, RMSE分别为0591, 0522, 0545和0553, R2分别为0505, 0614, 0562, 0568和0645, 模型精度及稳定性较低; (2)利用年积日119和143多时相影像建立的SOM预测模型, 考虑了含水量与SOM的综合作用, RMSE为0442, R2为0723, 模型精度、 稳定性得到显著提高。 研究成果对于区域土壤肥力评价、 土壤碳库储量估测、 精准农业发展有重要意义。
光谱指数 土壤有机质 含水量 时相信息 Spectral index Soil organic matter Moisture Temporal information MODIS MODIS
1 东北农业大学资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
2 Center for Spatial Technologies and Remote Sensing (CSTARS), Department of Land,Air, and Water Resources, University of California, Davis, USA
在精准农业领域, 田块尺度土壤理化性质、 作物长势、 产量等存在极显著的空间异质性。 高光谱遥感侧重于光谱维度信息的提取, 未充分利用空间与时相信息, 限制了植被长势、 生物量与产量的监测精度。 传统格网采样与地统计空间插值方法, 耗时费力、 成本高, 难以推广; 而遥感技术可以获取农作物生理参数的时空异质性信息, 可以用于田块尺度的精准管理分区(SSMZ)。 以田块尺度棉花地为研究对象, 获取时间序列航空高光谱遥感影像, 分析不同长势棉花的反射光谱特征, 构建光谱指数, 综合光谱、 时相、 空间维度信息, 利用面向对象方法进行精准管理分区, 建立产量遥感预测模型。 结果表明: 综合多维信息的面向对象分割方法优于基于象元的方法, 可以部分消除遥感与产量数据噪声, 提高棉花估产精度; 不同植被指数与棉花产量的相关系数排序为一阶微分、 NDVI、 OSAVI、 二阶微分; 对于同一尺度、 单一时相, 一阶微分产量预测模型精度较高, 多时相多光谱植被指数也可以得到较高精度; 对于同一输入量、 不同尺度, 较少SSMZ个数的棉花产量预测模型精度更高、 稳定性更好, 这是由于影像与产量数据的空间定位存在一定的误差造成。 研究成果将丰富作物长势、 估产方法, 提高遥感监测精度, 加速无人机遥感在相关领域的应用。
光谱指数 精准管理分区 高光谱遥感 时间序列 产量 Spectral index Site specific management zone Hyperspectral remote sensing Time series Yield 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2585
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
为评估分集收发技术在近海面激光通信系统应用中对大气湍流扰动的抑制作用，设计了基于对多路1 550 nm激光光斑同步采集的验证实验方案。采用由时统终端触发的FPGA+多核DSP架构的实时图像处理系统实现目标中心位置的提取与目标灰度和的统计，进而得到激光从发射端至接收端的到达角起伏方差和闪烁指数。分别比较了等功率条件下单路发射和双路发射间、双孔径接收与等效单孔径接收间的到达角起伏方差和闪烁指数，同时比较了不同跨距下双孔径接收的效果。实验表明，在发射功率相同的情况下，与单路发射相比，双路发射能够有效地抑制因大气湍流扰动产生的到达角起伏和光强闪烁；在接收面积相同情况下，双孔径接收较单孔径接收所产生的到达角起伏与光强闪烁更弱，且在一定范围内，双孔径间的跨距存在最优值。
激光通信 大气湍流 分集技术 到达角起伏方差 闪烁指数 laser communication atmospheric turbulence diversity technology angle of arrival fluctuation variance scintillation index 红外与激光工程
2016, 45(3): 0322001
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
利用Zygo 干涉仪对斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制特性进行了测量。建立了斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制数学模型，研究了斜入射角度对相位调制特性的影响，搭建了基于Zygo干涉仪的测量系统，对不同入射角度下的相位调制特性进行了测量。测量结果表明：不同入射角度下相位调制量近似线性递增，入射角度越大，相位调制量递增的斜率越小；相同灰度值下，随着入射角度的增加，相位调制量逐渐减小；入射角度小于5°时相位调制曲线几乎重合，相同灰度值下相位调制量最大相位差为0.032λ。
光学设备 液晶空间光调制器 纯相位调制 斜入射 相位调制特性
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
针对定量评估大气湍流对近海激光通信影响的问题，提出了基于对850 nm 和1550 nm 波段激光光斑同步采集的大气折射率结构常数测量方案。采用现场可编程门阵列(FPGA)+多核数字信号处理器(DSP)架构的实时图像处理系统实现目标中心位置的提取与目标灰度和的统计，进而得到激光自发射端至接收端的到达角起伏方差和闪烁指数。将两个不同波段的同步采集结果分别代入已有的大气折射率结构常数计算模型中，比较同一模型不同波段所得结果的相似性，并对相应模型中的参数进行修正，使同一时刻及环境的两种波段条件下，经修正模型计算得到的大气折射率结构常数相对稳定可靠。实验结果表明，采用改进模型对大气折射率结构常数进行计算，所得结果相似度不低于80%，可作为定量评估大气湍流对近海激光通信影响的重要参数。
大气光学 大气湍流 激光通信 折射率结构常数 到达角起伏方差 闪烁指数
