以高技术战争应用为背景,论述未来军用激光雷达发展的主要趋势:不断探索新的雷达体制,包括激光相控阵雷达、目标成像识别激光雷达、动目标指示激光雷达、激光合成孔径雷达和非扫描激光成像雷达等;远程应用仍将是激光雷达研究工作的追求目标;向多传感器集成和多功能一体化发展;二极管泵浦的固体激光器及其泵浦的光参量振荡器将成为激光雷达的主流辐射源.

综述了激光雷达大气风场测量的方法,提出了采用直接探测测量三维风场分布的F-P干涉仪方法,简述了测量原理,分析了系统的性能和测量误差,比较了基于分子散射和气溶胶散射的系统测量精度,给出了基于瑞利散射的激光雷达系统方案.

脉冲半导体激光测距机具有结构简单、体积小、质量轻等特点,在中、近程测距方面有明显优势.目前其作用距离可达1 km,精度可达几厘米.脉冲半导体激光测距技术的研究始于20世纪60年代,80年代中期陆续解决了其中的关键技术问题,研制出各种不同用途的样机,90年代中期技术日臻完善,新产品不断出现.预计近期将是其应用产品大发展的阶段,应用领域非常广泛.文中介绍了国内外研制及应用情况,并列举了几项典型应用.

在脉冲激光测距时间间隔测量系统中,传统的数字时钟计数法受限于计数时钟的频率,测量精度不高.由于模拟插入法具有测量范围大、线性好、测量精度高的优点,广泛应用于脉冲激光测距时间间隔测量系统中.介绍了模拟插入法时间间隔测量的原理,设计了其测量系统及相应的测试电路.利用该系统进行了实验研究,达到了100 ps的时间间隔测量精度,对应于1.5 cm的测距精度.最后,进行了测量误差分析.

利用半导体发光器件作为目标模拟光源,通过接收系统或装备发射的激光获取仿真测试的脉冲同步信号,以此信号启动模拟目标回波脉冲的延时过程,延时结束向被测系统或装备回送一至三个强度适当的模拟回波(光)脉冲,通过检验被测系统响应,可判断测距性能是否符合技术指标.这项技术将激光能量检测、脉冲同步信号的提取和目标回波信号的仿真回送集于一体,实现了脉冲激光测距系统或装备的光接口无损室内(在线)仿真检测.

CO2激光相干成像系统具有分辨率高、抗干扰能力强、能三维成像等特点,但其所成图像易受到散斑噪声的污染造成分辨率下降,因此研究适用于此成像系统图像散斑噪声抑制的算法具有重要的实用价值.文中对常用的噪声抑制算法:中值滤波、同态均值滤波和Lee滤波进行了介绍,并将其应用于CO2脉冲激光相干成像系统图像的散斑噪声抑制处理,比较了三种算法的处理结果.结果表明,采用小窗口、不迭代Lee滤波进行处理时,既明显抑制了散斑噪声,又有效保持了图像的边缘信息,所以用它进行激光成像系统图像散斑噪声抑制处理是合适的.

选用氟化钙为窗口材料,通过实验验证了高温和应力作用下的窗口对光束质量的影响.选取一种高能激光光束质量的评价方法,对窗口效应引起的光束质量退化在实验中得到了验证.通过处理光束在远场的光斑半径,得出由于窗口的影响,光斑半径变大且增长速率较快的结论,从而证实窗口热效应对光束质量有较大影响.

用矩阵光学理论计算了由主振荡器和功率放大器组成的种子注入光腔.主振荡器光腔是由曲率半径R1= -250 mm,R2 = 5 000 mm,相距L= 2 375 mm的球面镜组成的正支非稳腔;功率非稳腔是由曲率半径R\-3 = 400 mm,R4 = 5 600 mm,相距 S = 3 000 mm的球面镜构成的负支非稳腔.理论计算表明,该种子注入光腔可输出光束发散角约几十微弧的激光,可满足铜蒸气激光器主振荡器功率放大器(MOPA)的技术要求.

通过理论分析、实验和数值计算研究了激光二极管点火的热作用机理,分析了点火的临界值及影响因素.一般情况下,含能材料的激光二极管点火机理主要表现为热作用;激光功率密度是影响点火的重要因素.

以2 W连续红外(980 nm)半导体激光器(InGaAs)和120 mW连续红外(980 nm,带制冷器与尾纤)半导体激光器(InGaAsP)为例,测量激光器输出光束的波长随工作电流变化的规律.实验结果表明:工作电流增加,光束波长向长波红移,斜率分别近似为0.374 nm/100 mA、0.220 nm/10 mA;工作电流大时的红移现象比电流小时明显.

在有云层背景的红外序列图像中,检测和跟踪微弱小目标一直是研究的重点.介绍了一种简单可行的在云层背景下检测小目标的方案.算法中,首先进行背景抑制以获得更高的信噪比,接着是用门限分割以得到二值图像,最后依照目标在时间和空间运动的连续性,用一种管线法进行目标识别.实验结果表明算法十分有效.

研究海空复杂背景下红外图像小目标检测问题,针对海空背景下远距离小目标总是出现在水天线附近的特点,通过小波多尺度分析边缘检测算法检测水天线,确定出目标潜在区域,再进行精细目标搜索,从而提出了一种由粗到精的小目标检测算法.实验结果表明,对一般噪声条件下得到的红外目标图像,该方法能准确地检测、定位小目标,单帧检测准确率达96%以上并具有单帧检测率高、实现速度快的特点.

提出了隔帧差分向量无穷范数检测运动目标的数学模型,建立了能够充分发挥该模型能力的并行处理结构体系.由于算法以隔帧差分为基础,所以处理系统不仅能够探测到帧间位移不小于1个像元的点目标,而且可以探测到帧间位移小于1个像元而多帧累积位移大于1个像元的运动点目标,使算法探测与识别目标的能力大大提高.实验结果表明了算法的有效性.

Radon变换在数学理论上有重要价值,并可用于图像直线特征的提取,但是在检测线段时,Radon变换无法提供线段的端点以及长度信息,低信噪比时检测难度加大.探讨了Radon变换在低信噪比图像特征检测的适用性,分析了Radon变换的优势与不足,并从信息融合的角度出发,提出了Radon变换补充的应用策略,对低信噪比的机场跑道图像进行了验证,显示出较好的检测效果.

在对遥感图像进行地貌分析或匹配时,图像的灰度校正是必不可少的环节,其结果直接影响后续处理.提出基于线性点运算的直方图相关的灰度校正算法,首先将待校正图与预期结果图进行直方图灰度级的一致化,求解斜率系数,然后通过直方图相关方法解出平移量,最后利用线性点运算完成图像的灰度校正.结果表明,算法对由光照条件引起的灰度变化的校正具有较高的稳健性.

图像融合可以对同一景物不同频谱或其他不同物理效应产生的图像进行处理,改善图像质量.把微光图像作为重要的夜视图像具有对比度小、视觉效果模糊的特点.在双谱图像融合理论的基础上,针对光阴极的光谱响应曲线特点,运用瞬态激光助视的方法,获得了景物在近红外波段的图像.因为近红外激光助视图像与微光图像响应的光谱波段不同,所以两类图像有各自的信息特征.将两种图像用基于小波变换的对比度调制的算法进行融合处理,得到了效果较好的融合图像.该技术对提高微光电视系统的视距与目标识别能力具有重要意义.

图像融合是一种重要的增强图像信息的方法.提出了一种基于多尺度分解的像素图像融合方法.利用小波变换按照不同融合规则及融合算子构造融合图像对应的小波系数.通过对可见光图像与红外图像进行融合的实验比较表明,以像素的局部能量为准则的融合效果更好,既可避免传统融合规则的信息损失,又提高了融合图像的空间分辨率和清晰度,融合图像更符合人的视觉特性,也有利于机器视觉.

图像融合是将同一场景的多幅图像的互补信息合并成一幅新图像,以便更好地对场景进行监视和侦察.小波分析具有多分辨等特点,可以有效地将特征明显、分辨率高的图像融合在一起,得到比任何一幅源图像效果都好的图像.阐述了基于小波分析的图像融合的基本原理、方法及优点.比较了各种图像融合规则和融合算子的特点.介绍了基于小波包图像融合、小波框架图像融合和多小波图像融合方法.

在景象匹配定位系统中,采用下视的方式获得地面图像.由于受飞行载体空间的限制,有时需要采取航向随动、滚动俯仰捷联方案.这样获取的地面图像只是纵轴与地理坐标保持一致,存在着飞行载体的俯仰、滚动等姿态导致的畸变,需对图像进行姿态畸变校正.这里给出航向随动控制调整角α与姿态角(φ,θ,γ)的数学关系以及姿态畸变校正的基本公式.

飞行器实测图像几何校正要求计算时间短且所用程序内存小.论述了采用增量递推的算法优化图像几何校正算法;同时结合TMS320C6201 DSP编译器特点,采用泰勒级数展开收敛函数满足了误差要求;根据正交矩阵特点简化参数求解,使运算满足了实时系统的要求.

对运动方程法求解像管中的电子轨迹进行了研究,先利用64点拉格朗日插值公式和球面阴极外插求出空间任一点的电位,然后用变步长龙格-库塔法求出电子运动的轨迹.通过计算同心球系统的典型轨迹,与理论值比较,其精度达到10^-3.

全光波长转换技术(AOWC)对WDM光网络的发展有着重要的意义,在简单回顾传统AOWC的基础上,介绍了三种较新的波长转换技术,阐述了其工作原理,简要说明了其实验进展及优缺点;最后讨论了全光波长转换器的发展方向.

通过建立双目测量的数学模型,由标志点在双摄像机成像平面上的坐标求得运动物体的运动参数.在不考虑摄像机内外参数标定误差的情况下,研究了标志点像元的测量精度对运动参数测量的影响.通过分析图像分割求取标志点形心引起的误差,利用窗口中心迭代算法提高标志点形心测量的精度,从而提高了运动参数的测量精度.由空间飞行器自动交会的仿真试验验证了算法的有效性.

针对干涉仪的特点及图像采集卡的硬件性能,开发了基于Windows环境下的干涉图像微机采集处理系统与干涉仪集成电器控制系统.系统的设计融合了当今先进的图像采集和处理、数据库管理等技术,具有结构紧凑、功能强等特点.介绍了该采集和处理系统各模块的功能.

串行通信是数据采集系统中最常用的通信手段之一.设计并研制了基于VB的LED大屏幕显示串行数据通信系统,具有编程灵活、控制通信对象容易的优点.通过8250的奇偶校验位与单片机的SM\-2位的配合,实现了PC机与多个单片机的串行数据通信.介绍了基于VB6.0进行串行通信的流程和编程,较好地解决了同时使用通信方式0与方式1时引起的RXD端口的冲突问题.实验证明,该设计简单、实用,提高了系统设计的效率.

提出了一种基于宏块类型信息的快速视频分段算法:对MPEG视频流进行两次分析,第一次(粗略分析)只分析P-帧中宏块统计信息,检测出可能存在的镜头边界,第二次(精确分析)再对粗略分析找出的边界邻近的B-帧和P-帧的宏块类型进行分析,从而对场景变换进行精确分析和定位.实验结果表明,粗略分析可以满足实时检测的速度要求,帧定位误差控制在10帧之内,精确分析可以进一步把帧定位误差控制在2帧之内.

随着数字电视的不断发展,接收机对服务信息的支持显得越来越重要.首先分析了MPEG-2的PSI与数字视频广播的服务信息,提出了一种服务信息的存储方案.该方案可以实现在实时多任务环境下对大量数据的及时存储、查找、提取与更新.此外,由于实现了PSI与服务信息之间的数据共享与混合存储,减小了对硬件资源的要求.