一种时间相关吸收光谱技术分析新方法

时间相关吸收光谱技术，如腔衰荡光谱技术(CRDS)和腔衰减相移光谱技术(CAPS)，是近三十几年发展起来的一类新型吸收光谱检测技术，它具有探测灵敏度高、响应速度快、不受光源强度起伏变化影响等优点。传统的吸收光谱技术都是基于Lambert-Beer定律，如直接吸收光谱技术(DAS)、波长调制光谱技术(WMS)和腔增强吸收光谱技术(CEAS)等，这类光谱技术在探测物质微弱吸收的时候一旦遇到较强的背景光信号就变得难以测量，而且光源的不稳定性也会对检测带来一定的限制。时间相关吸收光谱技术由于其不受光源强度起伏变化的特点，在很大程度上能够弥补传统吸收光谱技术所存在的缺陷，但其也有自身的局限性。首先在理论上，CRDS和CAPS这两种时间相关吸收光谱技术并不统一，而且在现有光谱理论下，Pulse-CRDS在应用时使用的脉冲光源的脉宽必须远小于谐振腔本身的时间常数，对于长脉宽的脉冲光或者反射率低(小于99.9%)的腔体，现有理论将不再适用；CAPS在应用时光源调制信号必须是周期性的正弦信号或者方波信号，对于其他类型的周期调制信号或者非周期性信号，现有理论并没有涉及。针对上述提到的时间相关吸收光谱技术的局限性，提出了一种新的分析时间相关吸收光谱技术的方法，即利用一阶传递函数，将谐振腔视为一阶传感系统，对时间相关吸收光谱技术理论进行统一解释，在公式推导上证明新方法下的推导结果和现有理论结果的一致性。针对Pulse-CRDS，以高斯脉冲光为例，给出一阶传感理论下的透射光强表达式，并对一系列不同的脉冲宽度γ、谐振腔时间常数τ_real以及从输出信号中拟合而得的时间常数τ_anal进行了模拟仿真。经过分析比较后发现，当γ<0.3τ_real时，τ_anal和τ_real的偏差小于1%；当γ>0.3τ_real时，τ_anal和τ_real的偏差渐渐变大，将不再满足实验条件。为了使Pulse-CRDS在长脉宽脉冲光下也能应用，本文给出了修正函数，使得在脉宽大于腔衰荡时间0.3倍的情况下，经过修正补偿后，衰荡时间的误差小于1%。对于CAPS系统，搭建相应实验平台，LED中心波长选用405 nm，使用方波调制信号，测量不同频率下的入射参考信号与探测信号的相位差和探测信号峰-峰值，通过由一阶传递函数推导而得的相频特性和幅频特性，拟合得到时间常数τ，结果分别为7.24和7.25 μs，残差范围分别为[-0.01, 0.02]和[-0.02, 0.025]，两者结果基本一致。实验结果验证了一阶传感系统理论完全适用于时间相关光谱的信号分析，并且一阶传感系统理论还使得时间相关光谱技术的理论得到了统一。     

条带式太阳帆的结构动力学分析

依靠光压推进,太阳帆被认为是最可行的星际探测航天器,太阳帆结构总体方案主要有两类:桅杆式和旋转式,其中,帆膜被分割成窄条的条带式太阳帆在桅杆式太阳帆中具有较为理想的结构效率,如何准确计算条带式太阳帆的结构动力学特性值得研究.本文对条带式太阳帆结构的振动特性和结构稳定性进行研究,将太阳帆看作是由若干个桅杆-膜带组件依次连接而成的整体结构,桅杆-膜带组件由4根桅杆段和4条薄膜条带组成,分段轴压作用下的桅杆与薄膜条带耦合振动.考虑帆面薄膜条带与支撑桅杆之间的耦合振动,采用分布传递函数法建立了的条带式太阳帆的结构动力学模型,推导了条带式太阳帆结构自由振动和失稳载荷的求解方法.研究表明:条带式太阳帆构型有利于提高太阳帆结构的整体刚度和结构稳定性,随着帆面薄膜条带数目的增加,太阳帆结构的振动频率和失稳载荷增大;随着帆面薄膜预应力的增大,太阳帆结构振动的基频减小,稳定性变差;随着支撑桅杆刚度的提高,太阳帆结构整体的振动频率和失稳载荷增大.本文建立的解析求解方法具有求解效率快和精度高的特点,为条带式太阳帆的结构设计和姿态控制提供了有力的分析工具.      

等截面梁有限变形的传递函数增量算法

本文介绍了一种计算等截面梁有限变形的新方法－传递函数增量算法，它是一种半解析数值计算方法。此算法充分利用增量失空法Ｇａｕｓｓ求积公式计算非线性有限变形的特点，并将这些特点与传递函数方法，有效地结合起来，既避免了数值方法计算量大的困难，又使得求解高阶非线性微分方程的解析解成为可能，算例分析表明，这是一种易编程，计算量小，收敛快，求解精度高的行之有效的计算方法。     

红外成像系统NETD参数测试算法及应用研究

噪声等效温差(NETD)是表征红外成像系统灵敏度的关键参数,也是评估红外成像系统性能的重要参数之一,应用广泛。通过对红外成像系统3D噪声、信号传递函数(SiTF)、NETD等参数测试方法、算法和流程研究,给出一种基于视频文件的3D噪声离线对比测试方法和一种SiTF线性区自动判断计算斜率算法,在此基础上针对某型技术保障装备国产化光电检测平台开发了配套应用软件功能模块。实现了通过计算单位均方根噪声所对应的SiTF斜率值,分析得出系统NETD参数值的功能。以某型热像仪为被测对象,开展了测试结果重复性和一致性试验,并与美国Optikos公司I-SITE红外整机测试系统进行了对比测试。实验结果表明开发的NETD参数测试功能模块测试精度和重复性满足设计要求,具有较高实用价值,已进行了工程应用。     

同轴法射线相衬成像的数值模拟计算与分析

对同轴法射线相衬成像进行数值模拟计算,可用于特定对象检测方法的可行性分析或检测参数优化。为此,分析了同轴法射线相衬成像系统数值模拟计算的原理及其实现方法,并针对圆形物体、长条形物体进行了相衬成像实验的数值模拟计算。对照计算结果进行分析可知:对物体平面进行离散化的尺寸很大程度上影响到数值模拟计算结果的准确程度,究其原因在于对物体平面进行离散化时决定了成像系统光学传递函数离散化的准确程度;为保证数值模拟结果的准确性,应使数值计算中光学传递函数取值点连续、不存在明显的失真;保证数值模拟结果准确所需的光学传递函数的离散化尺寸不是固定的,而是应与检测对象的大小相匹配。     

空间遥感测绘光学系统研究综述

将遥感技术应用到测绘当中是现代地质测绘技术的发展趋势,随着光学载荷分辨率的不断提高,遥感测绘已经成为社会发展和国民经济发展的重要保障。光学载荷决定了测绘空间遥感器的分辨率、测绘精度、卫星平台体积与重量,是遥感器的核心部分。本文对高成像质量透射光学系统、同轴三反光学系统、离轴三反系统等常用的空间遥感测绘光学系统的结构形式和光学性能分别进行了介绍,并对处于研发阶段的新型空间反射光学系统的结构形式和光学性能进行了展望。分析认为,根据不同的应用环境和技术指标,合理选用不同种类的遥感测绘光学系统,可以最大程度利用平台资源,满足遥感测绘需求。     

应用结构传递函数计算高阶剩余模态

本文分析了高阶剩余模态的组成形式,提出了一种利用结构传递函数求解高阶剩余模态的方法.由于文中通过传递函数得到结构高阶剩余模态,因此实验模态技术能方便地引入模态综合之中,为模态综合技术更广泛地应用提供了方便.     

离焦对散斑测量灵敏度的影响

本文分析了象差函数对光学传递函数的性态影响,指出在用白光主观散斑法测量曲面变形时,由于成象系统不能对曲面上各点同时对焦,各物点有不同程度的离焦,而造成光学传递函数对频率响应的下降,有效截止频率的降低,从而影响其测量灵敏度的提高。     

土-结构相互作用体系合成模态阻尼比的振动台模型试验研究

本文籍振动台模型试验。研究了SSI体系的合成模态阻尼比问题。文中首先阐明了在SSI体系直接动力分析中应采用合成模态阻尼比的观点。研究了合成模态阻尼纟的实测确定方法。并在不同工况下，通过对模型不同部位测点的传递函数，基本频率，基本合成模态阻尼比等实测数据考虑，验证了SSI体系合成模态的存在性，合成模态阻尼比与相同应变下不考虑相互作用的单纯地基土体或刚性地基结构阻尼比的差异性及其在递增动力作用下的变化规律。     

正弦振动对航空相机成像影响的分析与验证

航空相机拍照时,由于受到振动影响成像分辨率会降低。采用动态调制传递函数研究正弦振动对成像的影响,通过基于空间域的计算方法对高频和低频振动的调制传递函数(MTF)进行了分析,指出了曝光时间不等于振动周期整数倍的一般情况时,高频振动对成像质量的影响也具有随机性,但没有低频振动的随机性明显。采用快速反射镜作为振动源进行成像实验,对获得的振动图像使用小波变换提取图像的高频信息。实验中将曝光时间设定为20ms,振动频率为50Hz时,高频信息波动范围仅为0.0582×104,可以认为基本没有波动。当振动频率为15Hz时,波动范围为0.6233×104,随机性很明显,而振动频率为65Hz时,波动范围为0.1245×104,随机性不明显。通过高频信息与MTF的对应关系,实验证明了理论分析的正确性。在理论分析和实验的基础上,总结了正弦振动对成像影响的普遍性结论。该结论可用于分析成像系统光机结构设计,也可应用于图像去模糊,具有一定的意义。