背景散射对LRCS测量精度的影响分析

针对激光雷达散射截面的测量精度,指出测量中存在的背景散射问题。给出了激光雷达散射截面的测量方程,分析了地面、支撑架等背景散射对激光雷达散射截面测量精度影响的机理。根据测量方程和影响机理提出了敷设消光材料、多次比对测量、尺寸匹配等方法,并对敷设消光材料法进行了实验验证。实验表明：所用方法能够有效地减小背景散射,提高激光雷达散射截面的测量精度。     

全光纤M-Z干涉仪的高灵敏度与大动态范围多普勒激光雷达风场探测技术

多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一。通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测。由于受鉴频器本身特性的影响,高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点。提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件,设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频。采用小光程差(13.7 cm)、大动态范围(±100 m·s-1)鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位,大光程差(74.8 cm)、高探测灵敏度(2.62%/(m·s-1))的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测,从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测。利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析。结果表明,该系统可以实现±100 m·s-1大动态范围内风速误差小于1 m·s-1的大气风场探测,为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索。     

双波长偏振测量激光雷达接收光路的设计

双波长偏振测量激光雷达在环境遥感、植被遥感、测绘以及军事侦察等方面具有重要的应用价值。双波长接收透射光路的设计对于提高激光雷达的应用效率、减小系统体积、降低系统的重量和成本有着重要的意义。应用ZE-MAX光学设计软件,设计了1064nm和532nm的双波长的激光雷达偏差测量接收光路,给出了该系统的最佳设计参数,对所设计光路的点扩散函数分析结果表明,该光路可以很好地获得双波长最佳成像探测质量,为实际工程应用具有良好的借鉴作用。     

天然气水合物相变测试用光纤传感器

介绍了一种用于海洋天然气水合物状态变化模拟实验中天然气水合物相变测试的光透射比光纤传感器.利用该传感器探测水合物状态变化过程中光透射比的变化，来测定水合物的相态变化.为了提高光纤传感器的测量准确度减小测量误差，在所研制的光纤传感器中采用了双光路结构，在测量透射光强的同时，测量参考光强以补偿光源光强的波动.另外，在光电转换电路中采用双探测器结构来消除光电探测器暗电流的影响.     

飞机激光雷达散射截面测量与分析

飞机激光雷达散射截面的测量,对于研究飞机激光散射特性以及评估探测系统至关重要.本文介绍了飞机激光雷达散射截面测量理论,设计了飞机激光雷达散射截面测量装置和测量方法,并通过实验验证了该装置与测量方法.在全尺寸真实飞机试验与测量过程中,通过对原始数据高斯补偿与背景修正,获得了误差小于7%的飞机激光雷达散射截面数据.实验结果表明,本文提出的飞机激光雷达散射截面测量与分析方法是正确的和有效的.     

激光后向散射式大气能见度测量仪样机的研制

大气能见度的高精度、实时性探测对军事装备及军事活动起着重要作用.针对军事装备对能见度测量的实时、精确、仪器便携、功耗低、无合作目标的特殊要求,根据激光后向散射理论,研究了舰用探测大气能见度激光雷达样机的原理、系统组成及其软件实现,并进行了外场试验,试验结果表明样机误差在±20%以内.     

激光雷达探测污染气体最小浓度的估算方法

探测大气中污染气体的浓度是激光雷达的一个重要应用方面,最小可探测浓度是衡量一个雷达系统的重要指标。从测量的误差理论出发、分析得出了一般情况下．被测量最小值的估算方法：当被测量的相对误差为100％时,此时的被测量的大小就是可探测量的最小值。把此方法应用到激光雷达中来．得出了差分吸收激光雷达和拉曼雷达探测污染气体最小浓度估算公式．并把它们与已有的估算公式进行了比较,指出了原有估算公式的不足。     

高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.     

米散射激光雷达测量大气水平能见度

激光雷达作为一种新型的大气观测工具，可以通过直接探测激光与大气相互作用的光辐射信号来定量地反演大气水平能见度，从而成为测量大气水平能见度的主要手段．正在研制的一台基于532nm波长的车载式米散射激光雷达，用于大气能见度的测量；简单介绍了正在研制的激光雷达的技术参数，给出了测量数据的处理方法；利用雷达的技术参数进行了模拟计算，显示了该激光雷达探测大气水平能见度的可靠性，计算误差显示在大气能见度为10km时该激光雷达的测量误差小于16％．     

温度压强对CO_2吸收光谱的影响

为了提高差分吸收CO2探测激光雷达的反演精度,本文采用可调谐半导体激光吸收光谱技术,利用双光路差分实验系统,在不同温度和压强下精确探测了CO2吸收谱线(1.572μm附近)的精细结构,分析了吸收光谱谱型的变化差异,获得了5个温度(287K,297K,311K,315K,324K)的压力增宽系数和吸收截面,推算出了CO2的温度相关指数.这些参数是对现有数据库的补充和完善,确保差分吸收CO2探测激光雷达的精确反演,从而提高其探测能力.     

基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法

亚像素软件处理技术可以在一定程度上补偿图像测量系统由硬件限制引起的边缘定位精度,提出了一种基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法。该算法利用Zernike多项式的正交性与完备性以及复数矩幅度的旋转不变性计算出边缘的亚像素位置。计算出了像素为正方形与矩形(长宽比为4∶3)时的矩模板,使其应用范围进一步扩大。分析了由于矩模板产生的原理偏差,并提出了修正公式,使定位精度得到提高。进一步推导出了实际边缘模型的定位公式,导出了其存在的偏差,并进行了补偿。最终的实验结果表明,补偿后的算法对直线的定位精度达0.05像素,对曲线的定位精度可达0.07像素。     

Effect of metal oxide and oxygen on the growth of single-walled carbon nanotubes by electric arc discharge

The effect of oxygen on the growth of single-walled carbon nanotubes was studied with Ni–Co alloy powder as catalyst under helium atmosphere of 500 Torr by electric arc discharge. The oxygen included in nickel or (and) cobalt oxides was added in catalyst. The content of oxygen in atmosphere was controlled by changing vacuum degree inside furnace before inputting buffer gas. The examinations of TEM and Raman scattering showed that oxygen in metal oxide as catalyst promotes the nucleation of SWCNT by taking effect on the metal catalyst particles. However, O₂ in atmosphere has the role of oxidizing amorphous particles along with nanotubes. When its molar proportion is higher than 0.22 ppm (Parts per million), the carbon nanotubes produced are oxidized and their purity decreases. The diameter of single-walled carbon nanotube obtained under different condition has a narrow distribution around 1.28 nm.     

傅里叶望远镜部分周期信号解调及对成像的影响

为了解决傅里叶望远镜高功率短脉宽激光只能包含部分周期信号的难题,本文提出多脉冲拼接技术并对其基本原理和应用范围进行深入研究.首先介绍高功率短脉宽激光与声光移频器移频带宽之间的矛盾,进而引出利用傅里叶望远镜传统时间解调公式进行部分周期信号解调存在的困难.然后给出多脉冲拼接技术的基本理论,推导出理想情况下移频频率、脉冲重复率和脉宽满足的拼接条件.进而详细分析移频频率稳定性和脉冲重复率稳定性对多脉冲拼接成像结果的影响,并通过计算机仿真研究一般情况下脉宽变化对多脉冲拼接成像结果的影响.最后得出移频频率和脉冲重复率对成像无影响,激光脉宽变化小于25%仍可识别目标轮廓的结论.     

一种利用电光效应测量微小转角的新方法

利用线性电光效应发展出一种新的、高准确度的微小转角测量法.根据W.L. She等人提出的线性电光效应耦合波理论，求得出射光强与入射光强比值（即出射率）对入射光方向的依赖曲线，利用该曲线，通过测量出射率可以确定入射光的方向.并根据此原理，设计了一套简单的装置，该装置可以测量出物体微小转角的变化量，同时测量范围及准确度都可通过外加电场和入射光波长加以调节.对此微小转角测量法作了理论分析，在LiNbO3器件上，得到测量范围大于3′，准确度为3.5″的设计结果.     

标准状态下氮气在0.145～2.058μm的色散特性

为了研究氮气在宽光谱范围内的色散特性,基于气体色散理论,在标准条件下(温度为293.15K,气压为101325Pa),利用二阶Sellmeier公式和最小二乘法拟合得到氮气在0.145～2.058μm波长范围内的色散公式。该公式在全波段范围内的不确定度约为2.1×10-7,与原始测量数据的准确度一致。与现有色散公式相比,该公式的适用波长范围更宽,可提供氮气在0.27～0.47μm波段更多的折射率信息,具有较广泛的适用性。通过实验测量氮气在633nm处的折射率验证了该公式的有效性。     

A Simple Closed-form Formula for Backward-Wave Start-Oscillation Condition for Millimeter-Wave Helix TWTs

An accurate and simple closed-form formula, for backward-wave start-oscillation condition for a millimeter-wave helix traveling-wave tube amplifier was developed, using an artificial neural network (ANN) algorithm. The analysis considers the effects of circuit loss and also the variation of electron beam diameter corresponding to beam filling. The formula is simple and amenable to easy computation, even using a scientific calculator, and without resorting to exhaustive numerical iterative search followed in conventional analyses and, at the same time, without sacrificing the accuracy in results. The formula was validated against published results, and excellent accuracy was observed. The analysis has been further used for inferring some physical interpretations on the effects of beam-filling factor and circuit loss on the start-oscillation condition of a typical millimeter-wave helix traveling-wave tube.     

折射法检测透明液体浓度的研究

本文介绍一种测量透明液体浓度的方法，其基本原理是依据最小偏向角法，将溶液盛入空心三棱镜，测量光束沿最小偏向角的变化，拟合出液体浓度与角度变化的函数，实现浓度的测定。在该系统中，采用ＣＣＤ为接收器件，在很大范围内保证了不大于３％的测量精度。     

基于动态光谱的脉搏血氧测量精度分析

脉搏血氧仪具有连续、无创、快速、准确监测人体动脉血氧饱和度和心率的功能,现已在临床上发挥重要作用.脉搏血氧饱和度检测法结合分光光度测定法和容积描记法2个基本方法,用红光和红外光同时对手指及耳垂等组织照射和检测.红外光和红光的容积描记图的波幅比值,随动脉血氧饱和程度而变化.目前使用的脉搏血氧仪基本上采用的是传统的脉搏血氧饱和度检测方法,由于其结果受到测量原理,测量条件及个体差异等多方面因素影响,精度不能令人满意.文章从动态光谱的观点出发,通过分析传统脉搏血氧测量原理中产生误差的原因,从理论上推导出实现高精度脉搏血氧测量的方法.动态光谱方法在原理上具有抑制或克服个体差异和测量条件对检测光谱影响的优点.采用该方法可以消除脉搏血氧饱和度测量的理论上的绝大部分误差.     

Electromagnetic wave scattering by a small impedance particle: Theory and modeling

Electromagnetic (EM) waves, scattered by a small impedance particle of arbitrary shape, embedded in a homogeneous medium, are calculated by a new analytic formula. The range of applicability and the accuracy of this formula are illustrated by numerical results. The formula was derived in (*) A.G.Ramm, Optics Communications, 284,(2011), 3872–3877. The accuracy of the new formula is estimated by a comparison with the Mie-type solution for an impedance sphere.The novelty of our paper is in the demonstration of the range of applicability of the new formula and its practical value, by the numerical results and their comparison with the exact solution for EM wave scattering by impedance spheres. The exact solution is obtained in the form of Mie-type series, and is new. Estimate of the error of this series, in which five terms are kept, shows that the relative error of this solution is less than 10^? 3 for the parameters' range considered. The numerical results obtained are of interest to a wide audience, and the novelty of the formula from (*) is in its applicability to wave scattering by small particles of arbitrary shapes, when Mie-type solution is not applicable.     

Local nonreflecting boundary condition for time-dependent multiple scattering

Starting from a high-order local nonreflecting boundary condition (NBC) for single scattering [25], we derive a local NBC for time-dependent multiple scattering problems in three space dimensions, which is completely local both in space and time. To do so, we first develop an exterior evaluation formula for a purely outgoing wave field, given its values and those of certain auxiliary functions needed for the local NBC at the artificial boundary. By combining that evaluation formula with the decomposition of the total scattered field into purely outgoing contributions, we obtain a completely local NBC for time-dependent multiple scattering problems. The accuracy and stability of this new local NBC are evaluated by coupling it to a standard finite difference method.