空间探测相机的能量计算

建立了空间可见光相机对空探测的物理模型.利用辐射传输的基本原理,分析了面源目标亮度和背景辐射亮度与探测相角、背景光入射角和相机数值孔径之间的关系.给出点目标探测时主要噪音源的计算方法,从而推导出可见光相机接收到的以电子数为基本单位的信噪比表达式.通过数值模拟给出各种因素对信噪比的影响,得到了较高信噪比的可行方法.     

光电系统对空间目标探测能力综合评估方法

对空间目标实际探测过程中,光电系统的探测能力不仅与其可探测信噪比有关,还与其所成图像的质量有关,即空间分辨能力有关。针对现有光电系统探测能力分析不足,提出了一种基于调制传递函数下的信噪比探测模型(MSNR),给出了基于MSNR下的系统极限探测能力综合评估方法,实现可定量分析大气、像差、目标运动等对系统探测能力的影响;利用实测数据完成对MSNR模型的完善,对不同条件下光电系统的极限探测能力进行了仿真,仿真结果表明:大气条件、系统像差、目标运动等条件对系统的探测能力影响明显,目标运动导致探测能力降低近1.0等星;该方法实现定量对光电系统的探测能力进行综合评估,可为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据。     

地基光电望远镜对空间碎片探测能力的评估模型

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率,建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响,获得碎片信号的探测信噪比,并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明:仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致;由于碎片形状等光学特性不同,碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍,误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效,可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.     

姿态变化对星载光电成像系统探测能力的影响

为研究卫星目标姿态变化对星载光电成像系统探测能力的影响,对0.38~0.78μm谱段内的可见光辐射目标进行了数值模拟研究。以基本辐射理论为基础,建立了卫星目标光学观测的可见光反射特性模型。根据目标的几何结构和材料特性,分析了姿态变化与目标有效入射截面积的关系,推导了探测能力与信噪比(SNR)的计算公式,数值模拟研究了姿态变化对探测能力的影响。研究结果表明,信噪比与探测距离均表现出很强的方向性,呈周期性变化,2.2m×2.7m的太阳帆板的信噪比与探测距离最大差值达到101及105 km量级,高12m、直径4m的卫星本体的最大差值达到102及106 km量级,目标姿态变化对探测能力具有显著影响。     

高分辨率可见光相机作用距离的估算

根据光电系统点目标探测概率、虚警概率公式,从信号和噪声的统计特性出发,推导了可见光相机对点源目标的作用距离公式.并综合考虑人眼的目标发现能力、目标的亮度对比度、观察等级和探测概率的要求,计算出面源目标的作用距离.为了便于计算,编制了相应的软件,并以高分辨率可见光相机为例,通过计算实现了对高分辨率可见光相机点源、面源目标的作用距离的估算.     

用于探测飞行目标的光电成像系统信噪比分析

在地基上用可见光CCD成像仪观测夜间天空被太阳光照明的飞行目标,目的是研究目标在飞行过程中的辐射特性(辐强度和辐亮度),并配合经纬仪确定方位和轨迹。CCD成像仪的信噪比是限制对目标探测的一个重要因素,也是衡量相机成像性能的重要指标。分析了典型太阳照明条件下设定参量CCD成像仪的信噪比,并得出典型信噪比与探测距离、光学系统有效入瞳直径的关系,为实用系统的设计提供了依据。     

复杂环境下机载光电系统探测概率包线研究

针对机载光电系统理论与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题,分析得到了目标反射背景辐射的空间分布函数,并给出了具体量化方法,进而研究了目标本征辐射特性,建立了水平和俯仰面内的辐射强度包线模型;之后考虑各种作战因素,给出了机载光电系统角水平和角俯仰探测能力包线计算方程式;最后提出探测概率包线概念,得到了机载光电系统作用距离与探测概率关系,并定量分析了机载光电系统探测包线的概率特性。仿真结果表明,探测包线随目标速度、方位、俯仰的变化而实时变化;当满足一定的虚警概率和信噪比要求时,探测概率包线具有最佳探测点,这为充分发挥机载光电系统探测性能提供了理论参考。     

大气背景下盖革模式APD激光雷达探测性能计算

盖革模式工作的雪崩光电二极管,以其灵敏度高著称,广泛应用于天文观测、粒子物理学、激光雷达以及通信领域.但是由于雪崩光电二极管易受到噪音的影响,特别是在背景光较亮的白天,背景噪音对探测有很大影响.本文针对白天大气背景噪音的情况,建立了盖革模式雪崩光电二极管的探测统计模型,通过设定不同探测器阈值和噪音值进行仿真计算,分析了探测阈值与噪音对虚警率的影响,给出了提高最远探测距离的途经与方法.通过限制滤光片带宽、减小探测器开启时间等方法可以将背景噪音光子数减小到2,在900km处的探测成功率为96.6%.对雷达散射截面为1m2的非合作目标,探测成功率为70%.     

像增强器的光生背景噪声对微光目标质心探测精度的影响及其抑制方法

 像增强器作为微光探测器件，在天文目标观测、空间目标捕获、跟踪和瞄准以及生物荧光光谱探测等方面发挥越来越大的作用。重点讨论了在微弱亮度的空间点目标探测应用中，像增强器的光生背景噪声对目标质心探测的影响。实验和分析表明，像增强器的光生背景噪声是由目标信号寄生而来的，并且呈现散粒噪声特性，无法采取屏蔽环境背景杂光、阈值去背景等方法来消除光生背景噪声，对目标信号质心探测的影响很大。提出一种减小这种影响的质心计算方法，实验证明是有效的。     

星载光电成像系统探测能力分析与研究

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别,而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础,建立了系统极限探测距离的数学物理模型,分析了影响探测距离的因素,对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明:增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升;当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时,降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力,并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。     

Direct time-response measurement of high-speed optical modulators based on stretched-pulse interferometry

A simple technique for the direct measurement of the complex temporal response of a high-speed electro-optic (EO) modulator is proposed. This technique recovers the amplitude and phase temporal profiles of an instantaneous modulation over the duration of a chirped pulse (obtained by linear dispersion) using Fourier-transform interferometry, and it exploits the time-to-frequency mapping induced by the pulse dispersion process. The method can be implemented by using either time- or frequency-domain interferometric detection, allowing the characterization of modulation bandwidths in the tens-of-gigahertz range. The concept is demonstrated by accurately measuring the complex temporal response of a 2.5 Gbps intensity EO modulator.     

天空背景辐射亮度测量与研究

天空背景辐射亮度在空间目标探测与识别中有着重要作用,为了对其进行研究,介绍了天空背景辐射参数测量系统,与法国CIMEL公司研制的CE318太阳辐射计进行对比实验,取得了较好的一致性。利用天空背景辐射参数测量系统,在空间某目标过境时段,对其运行轨道上的天空背景辐射亮度参数进行了测量,通过对数据分析与研究,初步得出了该空间目标过境时段轨道上的天空背景辐射亮度参数变化特征,为应用研究提供了重要信息。     

晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型

 利用大气光学质量和大气气溶胶光学厚度的经验公式，由HITRAN数据库获得大气分子谱线参数，基于辐射传输方程，给出了晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型。根据该近似计算模型对晴朗无云天空光谱辐射亮度进行的计算结果表明：天空光谱辐射亮度曲线上存在明显的O₂和H₂O吸收线；晴朗无云天空辐射的光谱分布偏蓝，天空亮度主要集中在短波段部分；太阳角小的天空光谱亮度出现“红移”现象；由于大气厚度变大，近地平的天空辐射亮度较大。     

电光调制在被动综合孔径成像探测中的应用

介绍了一种新型被动综合孔径成像探测方法:视场辐射信号被接收和放大后,通过电光幅度调制将其幅度和相位信息加载到光波上,经光纤传输在末端形成阵列,通过光学系统直接成像,将视场实时恢复出来.该方法可实现工作在微波、毫米波和太赫兹波段的高分辨力实时成像探测的目的.深入分析了电光调制器在综合孔径成像探测中的应用,建立电光调制模型,讨论了在小信号调制下的电光幅度调制近似理论.通过数值计算与仿真分析,得到综合孔径成像探测中电光调制器的调制信号强度限制的有关结论.结果表明,利用上变频电光调制技术和光信息处理,所得到的成像仿真图的半峰全宽和信噪比性能都优于传统的基于下变频技术的成像仿真结果.     

A Theoretical and Experimental Research on Terahertz Electro-Optic Sampling at Near-Zero Optical Transmission Point

We report an improved theoretical model to characterize terahertz electro-optic （F,O） sampling detection operating at near crossed-polarizer design by considering the nonzero minimal transmission of polarizers and the polarization purity of laser beam. The proof-of-concept experiments show that the model can give quiet reasonable explanations on many experimental phenomena in THz EO detection, e.g. the modulation depth vs the different optical biases, the noise level from the balance detector vs the input probe beam power, the main origin of the background light and the incomplete cancellation of noise from the laser intensity fluctuation in balanced detection. The terahertz signals and the noises are also measured based on two different EO sampling schemes for comparison. The measured results support our model very well.     

电光聚合物在全光技术实现THz波产生与检测中的研究进展

研究和开发基于超短波和低能量激光系统的高振幅、宽频带的太赫兹系统一直是太赫兹应用领域的一个热点。与传统电光晶体材料相比,以电光聚合物薄膜作为太赫兹波产生和检测的最大的优势在于： 一方面电光聚合物不具有晶格结构相应的不存在声子的吸收和太赫兹折射率的散射问题,避免光谱间隙的产生;另一方面电光聚合物薄膜与已用于宽频太赫兹系统中的超薄电光晶体材料相比,更易于加工和处理。另外,可以自行设计得到低相位失配和高电光系数的电光聚合物材料,得到高效率和宽频带的太赫兹辐射源。可以预见,电光聚合物在这一领域的应用必将有宽阔的发展空间和学术研究意义。介绍电光聚合物的电光效应及二阶非线性生色团合成等相关理论问题基础上,综述了近二十多年来,电光聚合物在基于全光技术实现太赫兹波产生与检测系统中的研究进展,主要包括: 掺钛蓝宝石飞秒激光激发下,共聚型和主客体型电光聚合物实现太赫兹波产生与检测;光纤飞秒激光激发下,主客体型电光聚合物实现太赫兹波的产生与检测。     

基于CDP的宽波段光谱成像仪研究

为满足动态目标实时光谱成像的应用需求,设计了一种基于CDP(crossed dispersion prism)的静态、快照式的光谱成像仪。对其光谱成像原理进行了理论研究,并根据理论研究结果对宽波段CDP光谱成像仪光学系统进行设计。该光谱成像仪由CDP分光系统、成像光学系统和面阵探测器组成,视场角为4°,焦距为110 mm,工作波段为0.6~5.0 μm。设计结果表明,该仪器在0.6~5.0 μm的波段范围内具有较好的光谱成像能力,平均光谱分辨率为20 nm。该技术为实时获取动态目标光谱信息及位置信息提供了一种新方法,同时该技术在对未知高能目标探测、定位以及识别方面具有很大的潜力。     

Noise analysis of an electro-optic sensor system

Optical Review - This paper describes the noise analysis of an electro-optic (EO) sensor system based on experimental and simulation results. We developed a polarization simulator of the EO sensor...     

Benchmarking of electro-optic monitors for femtosecond electron bunches

The longitudinal profiles of ultrashort relativistic electron bunches at the soft x-ray free-electron laser FLASH have been investigated using two single-shot detection schemes: an electro-optic (EO) detector measuring the Coulomb field of the bunch and a radio-frequency structure transforming the charge distribution into a transverse streak. A comparison permits an absolute calibration of the EO technique. EO signals as short as 60 fs (rms) have been observed, which is a new record in the EO detection of single electron bunches and close to the limit given by the EO material properties.     

Small object detection in forward-looking infrared images with sea clutter using context-driven Bayesian saliency model

There are two common challenges for small object detection in forward-looking infrared (FLIR) images with sea clutter, namely, detection ambiguity and scale variance. This paper presents a context-driven Bayesian saliency model to deal with these two issues. By inspecting the camera geometry of the FLIR imaging under the background of sea and sky, we observed that there exists dependency relationship between the locations and scales at which objects may occur, and the context which is defined to be the location of horizon line. Based on this observation, we propose to incorporate contextual information into the basic bottom-up saliency computation, and a unified Bayesian model is developed to achieve this goal. The proposed model is generic and can be potentially applied to other circumstances where context is available for facilitating object detection. Experimental results have demonstrated the effectiveness of our method.