根据国外新一代防空导弹的发展趋势,进行了高速导弹末制导系统气动热、气动热辐射和高速流场对目标传输效应等工作环境的初步计算,为高速导弹应用红外末制导系统提供了设计依据.结合高速导弹末制导系统要求和所处的工作环境,分析了红外成像末制导在高速导弹上应用的系统技术问题.最后,提出了应用数学仿真、半实物仿真和外场试验等进行红外成像末制导系统性能评估的方法.

红外焦平面探测器的响应非均匀性将产生空域噪声,影响系统的灵敏度,在一般的红外系统灵敏度噪声等效照度(NEFD)和噪声等效温差(NETD)计算公式中,却不包含非均匀性的影响.通过非均匀性空域噪声的定义和焦平面探测器的空域噪声与时域噪声不相关的基本假设,在给出图像总噪声与探测器空域噪声和时域噪声关系的基础上,推导出了响应非均匀性与系统灵敏度NEFD和NETD的关系式,为红外系统的设计特别是非均匀性校正提供了依据.

利用红外热成像技术、计算机图像信号处理技术和电子技术,研制了TIP-Ⅰ电路故障检测仪,可对电路故障进行非接触式检测,检测效率高,使用简便,弥补了传统检测方法的不足.介绍了检测仪的工作原理、系统组成及基本工作过程,解决了确定热像头视场尺寸问题,并利用"渐入渐出"的方法实现热图像的拼接,从而兼顾了热像头的空间分辨率和视场尺寸,得到令人满意的电路热图像,便于故障诊断.经鉴定测试和实际使用,对电路故障的诊断率很高,为该检测仪的小型化、实用化奠定了基础.

采用无损检测技术对碳纤维增强复合材料进行检测是保证其构件质量的必要手段.介绍了利用红外热波无损检测技术对碳纤维增强多层复合材料板冲击损伤试件检测的结果,并将热波检测结果与超声C扫描检测结果进行比较,结果表明两种检测方法各具优势.热波检测技术与超声检测技术结合起来对碳纤维增强多层复合材料板冲击损伤无损检测效果更佳.

基于脉宽调制(PWM)技术的控制系统广泛应用于工业和日常生活中,随机脉宽调制(RP-WM)技术也已提出.利用耦合到系统的环境噪声和系统本身的噪声经加工处理后调制控制信号,由噪声信号的自相关函数和功率谱密度函数给出噪声调制脉冲的平均开关频率和平均加热功率的计算方法.利用模拟器件设计了一个简单的基于噪声调制的薄膜电阻加热温度控制系统.实验表明:控制系统能够稳定地运行,在一定范围内能抑制噪声,实现了高精度温度控制.

宽禁带半导体材料的研究和突破,带动了各种器件的发展和应用.GaN基紫外探测器具有通过调整材料的配比可以调节器件响应的截止波长的优点,可以制备日盲型紫外探测器.对GaN基宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾,重点介绍了p型材料的制备、金属半导体接触、材料的蚀刻等.最后,对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展及初步获得的32×32紫外焦平面探测器进行了简单介绍.

为使红外探测器在振动干扰的环境下仍具有足够高的探测率,必须降低其因振动而产生的噪声幅度.控制探测器振动噪声的主要手段之一是控制其机械振动幅度,尤其是共振振幅.采用锤击法,利用冲击激励的宽频特性,研究了金属结构红外探测器的共振特性及影响振动噪声的力学因素.通过改变探测器结构的动力学特性,探寻了减振降噪的几种途径.实验结果表明,探测器悬臂冷指的结构参数对探测器的振动特性起主要作用.在冷指自由端与壳体间填胶做支撑、或冷指固定端与壳体间用胶粘隔振的减振降噪效果最好,可使振动噪声降至原值的1/20.

对高精度光纤陀螺(零漂＞0.01(°)/h)中的核心光学器件--铌酸锂集成光学调制器在光纤陀螺中的调制特性及系统测试方法进行了探讨,对其应用及与光路其他各部分配合的技术进行了理论分析和实验研究.与此同时,对该器件在光纤陀螺系统中的特性研究建立了通用的测试系统.文中提出了集成光学调制器与系统匹配的问题.研究结果表明:铌酸锂集成光学调制器的光、电特性以及其电特性与系统的匹配对陀螺的性能发挥着至关重要的作用.

从真空热浸和电流冲击两个方面对碲镉汞红外探测器进行了研究.真空热浸在星载红外探测器中是十分重要的一项试验,通过研究得到大面积甚长波探测器芯片的耐真空热浸温度为85℃、95℃下39 h的热浸会降低探测器的性能;在电流冲击的实验中,得出低温下探测器芯片耐冲击能力低于室温下的探测器芯片,低温下40 mA的脉冲电流会降低其性能,而室温下相应的脉冲电流为70mA.粘接胶的热导率和厚度是影响耐冲击能力的主要因素.

液相外延是制备HgCdTe薄膜材料的一项成熟技术,大尺寸的外延薄膜是研制HgCdTe红外焦平面列阵的基础.探讨了尺寸为30 mm×40 mm的HgCdTe液相外延薄膜生长技术,用红外透射光谱和X光貌相技术对材料进行了评价.并对HgCdTe薄膜表面的黑点缺陷、波纹起伏等特征形貌进行了讨论,指出黑点缺陷是杂质粒子在薄膜表面形成的包裹体,而表面波纹是由生长母液中的对流引起的.

介绍了免调试固体激光器的概念、几种主要结构形式和基本特性,总结了国内外的研究动向,介绍了几种实用固体激光器及其应用,最后预测了其发展趋势.

在量子阱半导体激光器中,量子尺寸引起的衍射效应使半导体激光器的光束质量很差.分别限制结构的垂直结平面发散角在40°左右,使得光束整形系统比较复杂,限制了半导体激光器的直接应用.为解决这一问题,提出了降低垂直结平面发散角的要求.回顾了小发散角半导体激光器的技术发展及应用,对具有小发散角的模式扩展波导结构进行了理论模拟和实验验证,获得了优化的结构.采用MOCVD外延技术生长了外延片,制作了高峰值功率脉冲激光器,获得了快轴发散角小于25°,峰值功率大于80 W的半导体激光器,在激光引信应用中获得良好效果.

小波去噪是信号去噪的主要方法之一,目前的研究主要集中于如何选取阈值使去噪达到较好的效果,其中Donoho的阈值方法应用广泛.与传统双通道小波变换相比,三通道小波变换具有很多优势.基于这一理论,结合非参数自适应估计,推导出了一种适用于三通道小波域的自适应的信号去噪方法.实验证明,与三通道小波域中基于Donoho方法的去噪相比,该方法可以更好地保护细节以及提高重建信号的信噪比,在激光超声信号处理中也表现出良好的性能.

研究了在声光调Q二极管泵浦固体激光器(DPL)中,光斑不同部位的脉冲宽度的空间分布.由多模振荡引起脉冲宽度在空间分布的不均匀,导致脉冲宽度的展宽.以声光调Q DPL为例进行分析,通过数值计算,得出了在一定的泵浦速率和重复率下,TEM00模与TEM01模两种模式的脉冲建立时间及脉冲宽度的空间分布与上能级反转粒子数的关系.由计算结果得出:若调节二极管泵浦固体激光器中抽运光的空间分布能够使TEM00模和TEM01模在脉宽接近时同时起振,对低阶模和高阶模进行模式合成,从而减小由于多模振荡引起的脉冲宽度的展宽.该结果有助于调Q DPL的脉宽压缩和模式合成.

钕玻璃激光器采用双灯对称紧耦合非聚焦泵浦腔,先后以热容及常规水冷方式运行10 s(重复频率10 Hz),分别记录100个光脉冲的脉冲能量.通过对比实验分析脉冲能量变化趋势,热容方式运行的钕玻璃激光器的平均输出功率及单脉冲能量均高于常规运行方式,约为1.4倍.结合理论计算,验证了热容激光器在抽运阶段输出的全部脉冲串能量的理论值.该结果对进一步了解钕玻璃激光器热容运行方式的输出特性具有一定的参考价值.

给出了激光测高仪接收信号模型的建立过程,并模拟了斜坡地形下接收信号的波形图.为了判定是否可以将接收信号简化为高斯信号处理,提出了以高斯拟合误差对测距精度的影响作为判定依据.以MOLA系统为例,采用LM非线性拟合算法,得到了不同目标倾斜角及阈值情况下,最优化高斯拟合波形与实际接收信号波形的误差.详细分析了MOLA系统中拟合误差对系统测距精度的影响.结果表明,这个影响相对于系统测距误差而言,可以忽略不计.因此,将MOLA系统的接收信号简化成高斯信号处理是完全可行的.

在简要介绍典型自由空间激光通信系统组成的基础上,重点分析APT粗跟踪链路的特性,并从功率的角度分别对链路发射、传输、接收单元定量描述,对光斑探测CCD相机单元的噪声源种类、特性以及有效抑制的措施进行研究,对不同环境的背景光特性和抑制措施进行分析,得到光斑探测信噪比.在理论分析的基础上对部分关键器件进行选取和系统优化设计,使粗跟踪链路满足任务要求.

在光电对抗中,高速、可靠地获取敌方来袭激光的参数是实施有效对抗的关键.提出了基于正弦振幅透射光栅衍射原理的窄脉冲激光波长和入射方向的测试方法,并设计了激光告警接收机原理样机,该样机由光栅、平凸柱面镜、ATMEL公司的驱动频率为50 MHz的线阵CCD探测器、高速数字信号处理器TMS320VC5509和液晶显示电路构成.结果表明,该样机可达到如下技术指标:波长范围为500～1 100 nm、波长分辨率≤10 nm、视场范围为22.5°、角度分辨率≤1°、反应时间＜0.1 s、灵敏度＜10 mW/cm2.

提出一种无需转动镜头,一次性瞬时完成周围360°目标成像的全景光学环带凝视成像技术.该技术采用平面圆柱投影方法,可实现超半球成像.分析了全景环形透镜PAL的成像特性,给出全景光学设计实例,利用所完成的原理样机实现了动态全景数字图像处理.成像结果表明该技术在管道测量、医用内窥检查、全景监控、周视监测等领域具有广阔的应用前景.

针对Nd:YAG激光谐振腔对输出耦合镜的设计要求,研究了梯度反射率镜的设计方法,提出了三种不同的膜系结构,这三种膜系的反射率分布均可满足单横模Nd:YAG激光谐振腔的设计要求.分析计算了设计膜系中变膜厚层沿径向的层厚允差,综合比较了这三种膜系的鲁棒性及镀制工艺的特殊性,确定了可最终付诸实施的梯度反射率镜的膜系结构,即所有膜层改变膜厚的膜系设计.

将传统的朗契检验原理、数字微镜器件和同位相探测方法结合起来,快速、较高精度地检测球面非球面透镜或大量值波像差.用数字微镜器件作为记录介质,代替普通的照相胶片,实时记录计算全息图.实验时先通过编制的程序,在计算机的控制下,在小数字微镜器件上显示一个光栅图像.然后将此小数字微镜器件放入朗契检验装置中.通过程序让光栅像移动与转动,并相应拍摄一系列朗契图像.最后进行分析计算.它的优点是代替普通的光学光栅和步进电机,并在测试中不要实际地移动与转动光栅.这样去除了因电机移动和光栅转动引起的测量误差,节省了时间.分析了数字微镜器件在光电测试中的应用特性.用同位相探测方法对球面进行了测量与计算,并进行了此球面的波面复原,给出了波像差的二维、三维图.

首次研究了应用空心角锥棱镜的折叠腔免调试He-Ne激光器系统.根据矩阵光学理论分析了角锥棱镜的直角误差对其光路反射特性的影响,并应用于折叠腔免调试He-Ne激光器系统,定量给出了返回光线偏角误差与棱镜直角误差的线性关系,计算了免调试激光器系统中角锥棱镜直角误差的临界值.这一结果对控制折叠腔免调试激光器中的角锥棱镜加工误差具有指导意义.

以工作于CO2激光主波长的传统两片球面透镜型f-θ镜为基础,引入衍射面实现消色差,设计了工作于可调谐CO2激光的波段范围9.0～11.0 μm的f-θ镜.结果表明,所设计的折/衍混杂f-θ镜不仅很好地工作在所要求的波段范围内,而且单色像差比原单波长f-θ镜有所提高,像面上的光斑在各个波长和视场上大小均匀.系统像差在各个波长上都接近或达到衍射极限,具有精确的光学扫描特性.

采用激光闪烁仪和超声风速计对沿海某地冬、夏季的大气光学湍流和风速进行了较长时期的测量,得到了其平均的统计特征.并据此分析了大气折射率结构常数的累积出现概率为50%和90%时大气湍流对光电探测器性能的影响.结果表明:(1)对于水平传输,大气湍流对短波和中波红外成像系统的影响随着传输距离或湍流强度的增加而超过系统的衍射受限占主要地位,对长波红外告警系统的影响可以忽略.(2)对于斜程传输,大气湍流的影响随天顶角的增加而增加,在天顶角小于60°的情况下,大气湍流对系统性能影响的变化不超过45%;而在天顶角超过60°之后,大气湍流的影响迅速增加,其影响最大可以超过3倍.

随着红外空空导弹的发展,红外光学材料单晶硅得到了广泛的应用.介绍了单晶硅材料加工透镜的工艺过程,着重研究了硅透镜的抛光技术,通过使用不同的抛光粉及抛光模层材料,找到了加工硅透镜的最佳工艺匹配条件.实验结果表明:使用SiO2胶体配制的抛光液(PH10～11)及用抛光布制成的抛光模,采用机械-化学方法抛光出的零件表面疵病达到Ⅲ级(GB 1185-74),并能够通过修改抛光模控制光圈及光圈误差,加工出的硅透镜满足导弹光学系统的要求.

针对精确制导系统中目标尺度的不确定性带来的检测问题,在分析原始多级滤波器结构与传递函数频率特性的基础上,适当改进了多级滤波的结构,导出多个滤波结果,并提出了基于融合多级输出滤波结果的多尺度小目标检测算法.实验结果表明,该算法可以在没有目标尺度先验信息的情况下自适应地检测出多个小目标.

提出了一种在较简单图像中提取多个完整图形闭合外边界的方法.利用方向边缘检测、方向数学形态学方法和拟态流水侵蚀法得到了较好的完整图形闭合外边界.通过实验验证了该方法不仅适用于简单图像,而且适用于较复杂的图像.在一定程度上具有去除非闭合曲线段及噪声的能力.同时,通过使用拟态流水侵蚀法使处理速度和效果明显优于常用的处理方法.实验结果证明了所提供的算法在图像闭合区域边界提取方面是有效的.

为了研究并掌握场景中目标的红外图像变化规律,提高自动目标识别系统的可靠性和稳定性,对实际采集得到的地面场景典型气象条件下一天24 h的长波红外图像进行分析,研究了不同地物类型对应的红外图像典型统计特征随时间和气象条件变化的规律.研究结果表明,图像各区域亮度的日时变化表现为近似余弦的变化规律,标准差和熵特征表现为单峰的变化规律,并且,各区域由于亮度变化不一致而存在对比度反转的现象.