1 武汉纺织大学 电子与电气工程学院, 武汉430200
2 武汉六博光电技术有限责任公司, 武汉 430072
为了有效解决水下激光通信系统的激光光斑检测困难的问题, 针对水质衰减系数约为5.5 dB/m、发射源与采集端相距5~10 m的低可视度复杂的水下环境, 提出了一种简单实用的水下激光光斑检测算法。首先, 通过图像去雾操作, 增强图像中的目标光斑与背景的对比度; 其次, 经过高斯滤波, 消除图像噪点; 然后, 选取合适阈值进行二值化,提取目标激光光斑; 最后, 通过改进的灰度重心算法计算光斑中心。实验结果表明: 该算法不仅计算简单, 且在低可视度高衰减的水质情况下能较准确地识别出目标激光光斑, 并获取其中心坐标, 使得水下激光通信系统能够根据光斑位置进行调整, 实现正常通信。
低可视度 图像增强 光斑识别 光斑中心 图像处理 low visibility, image enhancement, spot recognitio
针对污染气体监测系统中机动车尾气排量计算问题, 提出了基于光流法的气体排量计算模型。该方法先通过红外相机获取多帧气体图像序列, 再经过光流法处理得到气体羽流一段时间之内的光流速度场矩阵, 最后与二维气体浓度图相结合处理得到气体瞬时排量。经过使用不同的光流法进行实验对比可知Farneback光流法在该模型中的适应性更好, 能够得到更好的处理效果, 该光流法计算得到的气体排量拟合度最大达到了93%, 并且在保证处理精度的同时运算速度也优于Lucas-Kanade光流法和Horn-Schunck光流法, 在低排放速度和高排放速度的气体排量计算中也有更好的稳定性。该方法为非接触式气体监测提供了新的思路。
光流法 Farneback光流法 尾气监测 气体排量 非接触 optical flow method Farneback optical flow method gas monitoring gas emissions non-contact
1 武汉纺织大学 电子与电气工程学院, 武汉 430200
2 武汉六博光电技术有限责任公司, 武汉 430072
3 湖北师范大学 物理与电子科学学院, 武汉 435000
针对光电探测器检测微弱光信号时输出信号幅度小且易失真的问题, 设计了可见光波段的大面积雪崩光电二极管(APD)接收电路。该电路包括大面积的APD探测器、跨阻放大器(TIA)和后续微弱信号处理电路。实验结果表明: 设计的大面积APD接收电路可以实现60 Mb/s的可见光信息采集, 灵敏度低至-35 dBm；微弱信号处理电路具有较好的跟随和整形恢复能力。
光通信 雪崩光电二极管 跨阻放大 限幅放大器 光功率 optical communication avalanche photo diode trans-impedance amplifier limiting amplifier optical power
1 武汉大学 激光通信实验室, 武汉 430072
2 武汉六博光电技术有限责任公司，武汉 430000
针对远距离的激光接收对准问题，文章提出利用大面积雪崩光电二极管的激光网桥系统，用作广域网的延长以及局域网之间的连接。激光网桥系统的软件需要一台计算机作为服务器进行信息处理，硬件连接是经过交换机及电光转换，通过放置在两幢楼的两台双向激光镜头进行发射接收。这个系统采用1 550 nm的近红外光，两幢大楼之间的距离约为1 km，而激光在这个条件下的几何损耗约为26 dB/km，调节两台激光器的相对位置直到两幢大楼接收的光功率在-30 dBm以内时，成功达到了两端视频通信所需的阈值光功率，因而可以进行双向视频通信。
激光 网桥 广域网延长 大面积雪崩光电二极管 laser bridge WAN large area avalanche photon diode
1 湖北师范大学，湖北 黄石 435002
2 武汉纺织大学 电子与电气工程学院，湖北 武汉 430200
3 武汉船舶通信研究所，湖北 武汉 430205
4 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072
5 武汉六博光电技术有限责任公司, 湖北 武汉 430000
随着海洋探测研究的不断深入，水下无线通信技术已成为制约其发展的关键。针对水下高速、远距离无线通信的需求，设计了一种面向海洋商用的水下双向链路通信系统。系统在发射端采用激光LD及LED双发射源，提出了双发射光源的系统设计方案，并通过设计相应的驱动电路验证了方案的可行性；在接收端利用5 mm大面积APD及高灵敏度PMT双接收探测器接收光信号，适用于远距离、高速通信；系统的信息处理部分由FPGA完成，通过网络通讯方式与PC端进行信息交互；最后完成整个系统设计并进行了商用工程化。开展的水下模拟实验表明，系统在通信距离5 m、误码率10−7时，通信速率可达60 Mbps；在远距离通信60 m、误码率10−7时，通信速率达10 Mbps。
水下光通信 激光LD LED 双向链路通信 underwater optical communication LD LED bidirectional link communication 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200445
对光束高精度、稳定地跟踪是自由空间激光通信链路建立的前提。引入一种改进的萤火虫算法，对比例-积分-微分(PID)控制器的参数进行优化整定，同时建立了直流力矩电机系统模型，将优化参数后的PID控制器应用到此系统中，在六维仿真台上进行了实验，结果表明：对于同一个系统，与采用齐格勒和尼克尔斯(Z-N)法相比，改进的萤火虫算法对参数整定后的PID控制器的响应速度提高了40%，带宽提高了33.3%，跟踪精度提高了25%。
光电伺服系统 萤火虫算法 比例-积分-微分控制器 粗跟踪 惯性权重因子 photoelectric servo system firefly algorithm proportional-integral-derivative controller coarse tracking inertia weight facto
1 湖北师范大学, 湖北 黄石 435002
2 武汉大学电子信息学院, 武汉 430072
在移动空间光通信中, 激光光斑中心的快速捕获至关重要, 传统灰度重心算法很难满足高速移动空间光通信的捕获要求。针对传统灰度重心算法提出了一种优化方案, 在计算光斑中心前加入了滤波去噪、自适应二值化阈值处理, 可有效提高系统抗干扰特性; 经过粗识别光斑中心位置, 选框重心计算, 提高了检测光斑中心的速度和精确度。实验证明: 所提改进算法与传统灰度重心算法在测量精度和运算速度上进行对比, 改进算法的运算速度比传统灰度重心算法提高了一个数量级, 同时抗干扰能力更强。
光通信 激光光斑中心 灰度重心算法 粗识别算法 选框计算 optical communication laser spot center grayscale gravity center algorithm rough identification algorithm box computing
为了解决机动车尾气监测系统中所监测尾气红外图像的配准问题,提出了基于双重尺度搜索遗传算法的图像配准方法。该方法以互信息为相似性度量,对传统遗传算法的交叉变异概率公式进行调整,利用所提出的双重尺度搜索遗传算法作为优化算法,实现了机动车尾气红外图像的高精度配准。采用该方法进行配准实验得到的横向平移量、纵向平移量和旋转角的均方根误差分别为0.0949、0.0447和0.0000,优于其他方法。相对于基于自适应遗传算法和蚁群算法的图像配准方法,该方法精度更高,稳定性更好;相对于Powell算法,该方法抗噪声能力更强,更适合尾气图像配准,为后续污染气体浓度反演与计算打下了良好的基础。
成像系统 红外图像配准 互信息 双重尺度搜索 遗传算法 尾气监测 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 121101
为了解决无人机工作时间短、续航能力差的问题, 采用激光无线供能的方式给无人机进行续航, 提出并设计了一套基于跟踪、捕获、瞄准的激光无线能量供给系统, 并进行了理论分析, 同时在外场200m范围内进行了无人机激光无线供能实验。结果表明, 该系统整体光电转换效率约为12%, 跟踪精度优于500μrad。该研究为激光跟踪与无线供能技术用于小型航天飞行器提供了参考。
激光技术 激光供能 无人机无线续航 激光跟踪 光电效率 laser technique laser energy supply wireless energy transmission for UAV laser tracking system photoelectric efficiency
