激光天线设计与光斑保持的角量法原理

为了满足船舶激光多环检测和自动跟踪目标多环补偿技术匹配天线的需要,用简便的角量法设计了激光天线.通过三次代数方程进行天线主镜和副镜的设计,并通过检测误差信号对角量的控制来调节主、副镜的双镜距以达到激光传播过程中光斑保持稳定不变.设计原理与实验数据符合,适用于工程应用.     

基于稀疏表示的激光光斑复原方法

使用探测器阵列对远场激光光斑分布进行测量,是目前评价激光大气传输特性以及激光发射系统性能的重要方法。利用阵列探测器对高能激光系统性能进行评估,需要准确复原探测器测量所得的激光远场光斑。介绍了一种基于字典学习的阵列探测器激光光斑复原方法。首先利用改进后的线性插值算法对原始低采样光斑进行插值,其次介绍了K-SVD(K-singular value decomposition)字典学习算法,将所提方法运用到插值后的图像复原中。此外,用峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio, PSNR)和光斑质心偏移量对复原图像进行量化对比。该算法复原的图像PSNR比传统算法高出4 dB～5 dB,光斑质心偏差量在x轴和y轴方向与传统算法相比分别降低了14.7%和12.2%。实验结果表明,所提方法在视觉和量化指标上都取得了良好的光斑图像复原效果。     

大气环境下激光光斑瞄准偏差的补偿方法研究

针对大气环境下激光光斑瞄准偏差的问题,设计了激光光轴偏差测试系统,讨论了大气环境中由于诸多因素的影响而导致激光光斑几何中心与目标中心发生偏移而不能对准的现象。提出了数字图像处理技术与重心法相结合的一套新的偏差补偿算法。充分利用激光光斑全场数据,从理论和实验上对大气环境下的激光光斑瞄准偏差进行了分析和研究。外场实验结果表明,该方法可以对瞄准偏差进行有效补偿,具有较高的工程应用价值。     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明:光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明：光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

一种激光光斑衍射环的检测方法

提出一种对激光光斑的衍射环进行检测的方法,该方法将衍射环的检测转换到梯度空间进行.该方法首先应用衍射环梯度方向信息定位可能是衍射环的区域,然后应用衍射环梯度模值信息进行校验,找出真的衍射环,并对真衍射环进行精确定位,从而达到对光学元件进行间接损伤检测的目的.模拟激光光斑图像的衍射环检测实验表明,该方法误报率低,定位准确.     

改进的盲解卷积技术在远距离激光光斑图像复原中的应用

为了提高外场实验中远距离测量激光光斑位置的精度,提出利用盲解卷积技术对光斑图像进行事后复原来削弱大气湍流对光斑成像的影响。首先,介绍了经典盲解卷积算法,分析了其不足之处,并提出了一种改进的盲解卷积算法。为了提高目标函数的收敛性和收敛速度,在TV(Total Variation)目标函数加入惩罚项,并对交替迭代法进行改进。然后,用数学方法证明了改进的盲解卷积算法的收敛性。最后,进行了仿真实验。与传统算法相比,用改进算法恢复的图像信噪比至少提升了15%。文中给出了外场试验图像的实际复原效果。     

基于WIN API和OpenGL的激光光斑三维可视化及参数分析

研究了应用于激光参数分析中的两种三维可视化数据场算法,通过比较确定了一种适合于本应用的算法,即采用OpenGL中的图元三角形面片带,在WIN API下实现了激光光斑光强场的三维可视化和激光参数的计算显示,以及点剖切轮廓显示.设计了将这些功能集成的分析程序,其运行结果可靠,绘图速度快,计算准确.     

角量控制的激光天线设计

在多环检测系统理论的基础[4,5]上,通过对激光天线单镜和双反射镜的高斯光束的传播规律和双镜距控制光斑稳定不变的实验数据[1,2],来进行激光天线的设计。设计采用了高斯光束控制入射光束的光腰位置,对天线副镜和主镜的入射角、反射角和天线发散角的控制方法,设计了天线的副镜和主镜的曲率半径、焦距和直径,达到了光斑保持的目的。计算公式简单,使用方便,计算公式和实验测定的数据误差在工程设计要求的范围以内,适合工程设计的需要。     

基于MSP430F149的激光光斑自动测量实验设计与实现

设计了刀口法激光光斑自动测量系统,采用MSP430F149单片机控制步进电机带动刀口自动扫描,同步采集光电探测器信号并传入控制计算机,利用LabVIEW语言开发"人机交互界面",借助Matlab Script节点对数据进行分析得到光斑尺寸参量,实现了激光光斑尺寸的实时测量显示和程序化处理.     

Roll angle measurement based on common path compensation principle

We propose a novel and compact roll angle displacement measurement method based on collimated laser position measurement and the common path compensation principle. The principles of the roll angle displacement measurement and the common path compensation are analyzed. The feasibility of the measurement method is verified, and the experimental results revealed a linear correlation coefficient of 0.99995 between the relative displacement of the measuring beam spot and the angular displacement. Furthermore, the theoretical measurement resolution is 0.013  arcsec. To test the performance of the compensation, a series of experiments, including one system stability experiment and two different environmental interference experiments, were performed. The experimental results indicated that the standard deviations of the measuring beam spot’s angular drift were improved by 82.6–87.2%. Thus, the stability of the system and the measurement resolution were improved.     

基于角度约束的目标位姿测量二义性剔除方法

为了有效解决单圆特征目标位姿解存在二义性的问题,提出了基于角度约束的目标位姿虚假解的消除方法。在相机标定好的前提下,在水平面上平移相机系统获得两幅或两幅以上具有圆特征的目标物图像,以圆形特征目标物的真实姿态角在相机坐标系下保持不变作为约束,可以有效剔除虚假解。可将该方法应用于末端安装摄像机的工业机器人,操控机器人做已知的平移运动从而有效剔除圆特征目标位姿的虚假解。通过实验验证,圆特征目标姿态角的绝对误差小于0.5°,然后可通过真实姿态选出对应目标的真实位置。该方法简单易行,不需要额外的高昂设备就能精确地定位出物体的真实位姿,成功率可达100%。     

正交光楔激光远场焦斑测量方法

为验证正交光楔激光远场焦斑测量方法在提取光斑高频组分、扩展CCD测量动态范围和减小光束质量测量误差等诸方面的有效性,以常用的光束质量因子作为衡量新方法有效性的指标,建立离焦光斑强度分布理论模型并搭建相应的实验平台进行实验验证。验证结果表明:新方法与传统远场测量方案相比,使实验所用CCD的测量动态范围拓展了约9倍,实际光斑远离中心主核区域的大量高频旁瓣分布特征从CCD背景噪声起伏中凸显出来,光束质量因子的测量平均相对误差也有约16%的精度改善。     

Non-contact angle measurement based on parallel multiplex laser feedback interferometry

We present a novel precise angle measurement scheme based on parallel multiplex laser feedback interferometry （PLFI）, which outputs two parallel laser beams and thus their displacement difference reflects the angle variation of the target. Due to its ultrahigh sensitivity to the feedback light, PLFI realizes the direct non-contact measurement of non- cooperative targets. Experimental results show that PLFI has an accuracy of 8＂ within a range of 1400＂. The yaw of a guide is also measured and the experimental results agree with those of the dual-frequency laser interferometer Agilent 5529A.     

激光干涉数字化角度计量系统分析

通过对数字干涉测角系统的组成、原理、误差、精度等方面的阐述与分析介绍了一种新型的精密角度测量系统。该系统是基于激光干涉技术的一种角度测量系统 ,系统以激光作为干涉光源 ,迈克耳逊干涉仪作为角度量测量的核心装置 ,通过机械装置将角度 (角位移 )量转换为迈克耳逊干涉仪干涉光路中可反映光程差变化的线位移量 ,进而反映为干涉条纹的变化 ,最后通过有关电路对干涉条纹进行的一系列处理 ,实现了对大转角的精密测量。还就上述有关问题用计算机模拟的方法作了定量分析     

基于双CCD的滚转角测量方法研究

提出了一种基于双CCD的滚转角测量方法。测量系统包括两部分:移动部分由通过连接杆连接的两个CCD组成,连接杆固接在被测物上;固定部分包括光源、光开关和两个光学准直器,可以得到两路分别以一定角度相交入射到两个CCD上的准直光束。被测物发生滚转变化时,两CCD也同步变化,通过投射在其上的两个光斑位置变化,可求解出滚转角变化。MATLAB仿真证明被测物的各平动变化对滚转角测量无影响,在200″范围内的俯仰和偏摆变化,引起的滚转角测量误差不超过1″。搭建了滚转角测量实验系统,并与HP5529A双频激光干涉仪测量结果进行比对。测量结果表明,在1000″的测量范围内,系统滚转角测量偏差最大不超过1.5″。     

Brewster’s angle method for absorption coefficient measurement of high-resistivity silicon based on CW THz laser

A simple method for measuring the absorption coefficient of low absorbing materials using CW THz laser was put forward. The method was based on transmittance measurements at the Brewster’s angle for p-polarized light, where the reflectance would be minimal, so interference caused by multiple reflections in the sample would be eliminated. Numerical simulations were carried out to evaluate errors in the proposed method. An experiment was also made to measure the absorption coefficient of high-resistivity Czochralski silicon at 118.83 μm by the method. Based on CW THz laser, the method offers a convenient way to measure the material absorption coefficient and has a low cost, so it shows promising application prospects.     

一种基于激光调制的高精度位移测量方法

激光准直技术在位移测量及相关应用中具有重要作用,其核心器件是位置敏感探测器,环境杂散光、电源波动、光电信号处理电路噪声等是影响测量精度的主要因素。针对以上问题,提出一种基于激光调制的高精度位移测量方法。将激光器由直流驱动的连续输出模式改为交流驱动的调制模式输出,优化设计光电探测器微弱光电信号的调理与采集系统,通过编写Labview软件对信号进行频谱分析、带通滤波、均值处理等,对激光连续输出和激光调制输出2种情况分别进行了实验测试与分析,并对比了位移测量的稳定性。实验结果表明:其测量值波动范围从7 μm减少到了2.6 μm,验证了基于激光调制方法的有效性,可以通过滤波更加有效地消除噪声,测量精度提高至3 μm以内。     

基于灰度图差分梯度的雾化角测量方法北大核心CSCD

雾场边界及雾化角作为雾场的重要特性参数,主要通过图像法进行测量。在图像处理过程中,一般是将灰度图转化为二值化图像,然后依次针对二值化图像进行处理和计算。由于雾场的多相流特性,得到的二值化阈值和图像与实际雾场是否一致缺少评判依据。提出根据喷雾的灰度图像直接处理,得到掩模板并作用于灰度图像,采用图像形态学和迭代方法,计算灰度图像的梯度值。通过得到梯度值最大时的灰度图像,计算雾场边界和雾化角。实验表明,该方法提供了一种雾场边界的数值判断依据,通过梯度最大值判断并提取雾场边界,从而通过程序自动实现雾场边界提取与雾化角拟合测量。     

Small angle measurement method based on the total internal multi-reflection

A small angle measurement method based on total internal multi-reflection (TIMR) effect has been presented. In the proposed configuration, the semiconductor laser with single-mode fiber affords the stable illumination beam, and the beam expander induces a gain factor enlarging the small angular displacement, thus improving the angle measurement sensitivity and stability simultaneously. The experimental results show that our method has better sensitivity and higher stability than the conventional method. These results in association with the theoretical analysis, demonstrates the potential applicability of the presented method in high precision on-line measurement of small angle.