基于加权最小二乘法的干涉图校准方法

针对现有干涉图校准方法的不足，提出了一种基于加权最小二乘法的干涉图校准方法。根据干涉图中标准件边缘与干涉条纹边缘之间的差异，用合适大小的掩模对标准件的边缘进行初步判定和提取，再利用加权最小二乘法对提取出的边缘进行精确定位。通过计算标准件中已知尺寸部分在干涉图中所占据的像素数目，求出每个像素代表的实际距离，完成校准。实验表明，该方法的计算耗时较霍夫变换法减少一半，定位精度小于1个像素，且适用于不同对比度的干涉图，具有很强的实用性。     

二维剪切干涉波前的最小二乘法重建

提出了一种可以快捷地重建原始的二维波前的新算法。对于分别在相互垂直方向上横向切干涉获得的两个差分波前,用快速傅里叶变换首先计算出待测原始波前存x和y方向的估计分布,然后利用误差计算的最小二乘法进行二维拟合,可以恢复出待测波前的二维分布。提出的理论可以应用于剪切量大于1个采样间隔的二维波前重建问题,解决了已有的二维剪切干涉波前重建技术中要求剪切量等于采样间隔的限制。研究了剪切量和噪声对重建精度的影响．和其它算法进行了比较．给出了数值实验结果和分析讨沦。结果表明该算法速度快,对噪声有较强的抵抗力．有望在实际的剪切干涉测量中获得应用。     

基于最小二乘迭代的多光束相移算法

高阶谐波和随机相移误差是影响干涉测量精度的主要因素.为了同时解决这两问题,提出了基于最小二乘迭代的多光束干涉条纹分析方法.该方法利用傅里叶级数将多光束干涉条纹展开为基波和各阶谐波之和.它只需要5帧随机相移的多光束干涉条纹,即可通过最小二乘迭代准确地求得相移值和相位分布.模拟计算结果表明,当测试面反射系数小于0.6、随机相移误差的均方根小于1时,只需10次迭代运算即可将误差控制在0.005 (PV)和0.003(RMS)rad之下,精度比传统的五步算法精度高.实验结果进一步验证了该算法的有效性,并表明该算法比双光束相移算法优越.     

基于最小二乘迭代的多表面干涉条纹分析

为了准确地测量透射平行平板,提出了基于最小二乘迭代的多表面干涉条纹分析方法.依据波长调谐相移的原理,通过最小二乘迭代准确地求得每组双表面干涉条纹的实际相移值.从而准确地提取平板前后表面面形及厚度变化等信息.模拟计算结果表明.当相移值有微小偏差(小于0.2 rad)时,通过10次迭代后求得相位的峰值(PV)误差为0.005 rad,均方根(RMS)误差为0.002 rad,而相应Okada算法的PV误差为0.512 tad.RMS误差为0.103 rad.实验结果验证了该箅法的有效性.     

基于非线性最小二乘法的条纹相机标定数据处理方法

 使用基于非线性最小二乘法的方法处理扫速标定数据,获得了条纹相机的全屏扫速数据,消除了扫速非线性和空间畸变对测量结果的影响。该方法的不确定度约为0.04%,远小于条纹相机的系统误差。利用该方法得到了各个像素对应的扫速,其不确定度约为1.5%,显著减小了条纹相机测量结果的误差。     

基于非线性最小二乘法的条纹相机标定数据处理方法

使用基于非线性最小二乘法的方法处理扫速标定数据,获得了条纹相机的全屏扫速数据,消除了扫速非线性和空间畸变对测量结果的影响。该方法的不确定度约为0.04%,远小于条纹相机的系统误差。利用该方法得到了各个像素对应的扫速,其不确定度约为1.5%,显著减小了条纹相机测量结果的误差。     

干涉仪移相器相位移π/2标定方法的研究

干涉仪移相器的相位标定在很大程度上决定了移相干涉仪的测量精度。本文是用傅里叶变换的原理,测量出推动移相器移动的压电陶瓷堆(PZT)的微位移量,并在此基础上提出了一种用空域滤波法得到干涉因光强分布,并判断其移相误差从而校正移相器步进π/2的方法。本文组建了一套数字平面干涉仪,对干涉仪移相器进行实验,在5步法情况下其移相误差在0.5%以下。     

相对误差最小二乘法的TDLAS气体浓度标定曲线拟合

可调谐半导体激光光谱技术（TDLAS）是光谱检测技术的一个分支,具有高灵敏度、高分辨率、实时监测、便携性好、小型化等优点,在工业环保、医疗检测、气象监测等领域得到了广泛应用。TDLAS气体传感器的测量精度与标定曲线密切相关,标定时,常用最小二乘法对标定曲线进行多项式拟合,但最小二乘法是以绝对误差的最小平方和作为评价标准,无法对相对误差进行约束,在低浓度量程下TDLAS气体传感器的标定曲线相对误差偏大,限制了标定量程。推导了光强透射率对数与气体浓度关系式作为目标函数,提出了基于相对误差意义下的最小二乘法,迭代方法采用高斯-牛顿迭代法（Gauss-Newton iteration method）,实验以雅士林DHS-100恒温恒湿箱来产生大量程范围的水汽标定浓度,Vaisala HMT337在线湿度检测仪的测量值作为标定浓度,自主研发的TDLAS湿度传感器选择波数为7 306.752 1 cm-1的水汽吸收峰,气室的光路长为50 mm,对1%~50%VOL的水汽浓度进行了拟合标定,对比了最小二乘法与相对误差最小二乘法的标定拟合结果。实验结果表明：采用最小二乘法拟合时,在低浓度量程下会出现较大的相对误差,高浓度量程下相对误差逐渐减小,无法保证整个大量程下测量精度要求;采用相对误差最小二乘法拟合时,在整个大量程范围下的相对误差波动比较小,相对误差分布曲线比较平稳,最大相对误差和相对误差标准差都远小于最小二乘法的拟合结果;以Ratio-C关系式作为目标函数,采用相对误差最小二乘法进行拟合标定时,最大相对误差为0.049 4,相对误差标准差为0.023 7,远优于最小二乘法的拟合结果,符合TDLAS传感器测量精度要求,验证了相对误差最小二乘法的标定算法可靠性,提高了TDLAS气体传感器的测量精度。     

由三个压电陶瓷堆组成的干涉仪移相器的校正与标定

根据傅里叶变换原理 ,提出了一种对由三个压电陶瓷堆 (PZT)组成的干涉仪移相器进行非线性及平行性校正与标定的方法。在对各个压电陶瓷堆进行非线性校正的基础上 ,利用干涉图像自动分析系统 ,综合分析各个压电陶瓷堆之间的牵制作用 ,从而得到对整体干涉仪移相器平行性校正的补偿依据。组建了一套卧式数字平面干涉仪 ,在干涉仪移相器承重 6kg的情况下进行实验 ,非线性误差由 12 %校正至 0 3 %。由于干涉仪相移器承重而引起的移相过程中的条纹旋转降至 2° ,条纹间距变化小于 2 %。     

基于非线性参数估计的永磁移相器安装校正

介绍了永磁移相器的控制精度对X射线自由电子激光(FEL) 的影响, 分析其误差来源。针对传统运动控制系统检测过程复杂、手动操作精度低等缺点, 提出了基于改进高斯牛顿非线性参数估计法的自动校正系统, 阐述了校正理论与过程。利用该方法对欧洲X射线自由电子激光装置中的移相器做安装校正应用, 使得每台移相器在高磁场应力的环境下间隙位移达到μm级控制精度, 满足工程设计要求。     

Enhanced phase sensitivity with a nonconventional interferometer and nonlinear phase shifter

We propose a theoretical scheme of an enhanced phase sensitivity by introducing a nonlinear phase shifter to the nonconventional interferometer consisting of a balanced beam splitter (BBS) and an optical parameter amplifier (OPA), a modified nonlinear interferometer (MNI). Then we use coherent state and even coherent state as inputs and homodyne detection at one output port of the MNI for phase sensitivity, both without and with photon losses. We find that the nonlinear phase shifter can not only improve phase sensitivity, but also significantly resist the decoherence from photon losses. In comparison to both the BBS+OPA scheme with linear phase shifter and the traditional Mach–Zehnder interferometer with nonlinear one, the phase sensitivity of the MNI scheme shows the best performance. It is interesting that the nonlinear phase shifter can stimulate potential of the OPA, although there is no improvement in signal-to-noise ratio beyond standard quantum limit for the BBS+OPA scheme with a linear phase shifter.     

基于光纤的新型矢量和微波光子移相器

针对相控阵天线中基于光纤的微波光子移相器原理进行研究,并在此基础上设计了新型方案,通过引入可调分光器和保偏光纤来精确控制相移,降低了移相器的复杂性和相干干涉损耗,增强了移相器的可控性。研究了分光系数和频率对信号相位和幅度的影响,实现了超过140的移相,并可通过功率放大器来补偿信号幅度损失     

A monolithic distributed phase shifter based on right-handed nonlinear transmission lines at 30 GHz

The epitaxial material, device structure, and corresponding equivalent large signal circuit model of GaAs planar Schottky varactor diode are successfully developed to design and fabricate a monolithic phase shifter, which is based on right-handed nonlinear transmission lines and consists of a coplanar waveguide transmission line and periodically distributed GaAs planar Schottky varactor diode. The distributed-Schottky transmission-line-type phase shifter at a bias voltage greater than 1.5 V presents a continuous 0°–360° differential phase shift over a frequency range from 0 to 33 GHz. It is demonstrated that the minimum insertion loss is about 0.5 dB and that the return loss is less than-10 dB over the frequency band of 0–33 GHz at a reverse bias voltage less than 4.5 V. These excellent characteristics, such as broad differential phase shift, low insertion loss, and return loss, indicate that the proposed phase shifter can entirely be integrated into a phased array radar circuit.     

铁电体移相器高功率微波应用研究

为拓展高功率微波阵列天线的波束扫描范围, 将铁电体移相器引入到高功率微波领域。分析铁电体移相器的工作原理, 并研究其应用于高功率微波领域可能遇到的问题, 利用时域有限差分法对高功率微波在铁电体材料中传播的简单模型进行分析, 研究了微波功率及偏置电场对输出波形的影响, 并进一步分析铁电体移相器应用于高功率微波领域的可行性。结果表明：在不考虑介质损耗的情形下, 选择适当的铁电体材料可以在10 cm内实现L波段180相移, 同时传输效率达到90%以上。     

同轴插板式相移器数值模拟与实验研究

根据同轴插板式相移器的基本工作原理,对该相移器进行了数值模拟与优化设计,并重点研究了其结构工艺和相移控制方式。在此基础上研制了一个中心频率为4.1 GHz的相移器模型,并通过矢量网络分析仪进行了实验测量。测量结果表明：在4.0～4.2 GHz的频带范围内,该相移器可实现90°的相移量,相移量化精度为1°,相移精度为±１０°,相移器插损1.5 dB。     

Theory study on a photonic-assisted radio frequency phase shifter with direct current voltage control

A photonic-assisted radio frequency phase shifter with direct current voltage control is proposed using a polymer- based integrated Mach-Zehnder modulator. A closed-form expression of radio frequency （RF） signal power and phase is given. Theoretical calculation reveals that by carefully setting the bias voltages, RF signal power variation lower than 1-dB and phase accuracy less than 3° can be achieved and are not degraded by perturbation of modulation index once the bias voltage drift is kept within -3% -- 3%.     

一种新型高功率微波相移器

研究了一种新型高功率微波相移器同轴插板式相移器,其设计思想为：在同轴波导内插入金属导体板,将同轴波导分为几个扇形截面波导,由于扇形截面波导中传输的TE11模相速度与同轴TEM模的相速度不同,通过改变插入金属板的长度就可以实现相移的调节。设计了中心频率为4 GHz的同轴插板式相移器,并进行了数值模拟验证。结果表明：当相移器同轴波导内半径为2.0 cm,外半径为4.5 cm,相移器总长度为50 cm时,可实现的最大相移量为360°,在3.9~4.1 GHz频率范围内相移器的插入损耗低于0.1 dB。     

一种新型高功率微波相移器

 研究了一种新型高功率微波相移器同轴插板式相移器,其设计思想为：在同轴波导内插入金属导体板,将同轴波导分为几个扇形截面波导,由于扇形截面波导中传输的TE₁₁模相速度与同轴TEM模的相速度不同,通过改变插入金属板的长度就可以实现相移的调节。设计了中心频率为4 GHz的同轴插板式相移器,并进行了数值模拟验证。结果表明：当相移器同轴波导内半径为2.0 cm,外半径为4.5 cm,相移器总长度为50 cm时,可实现的最大相移量为360°,在3.9~4.1 GHz频率范围内相移器的插入损耗低于0.1 dB。     

高功率无移相器自旋转波束扫描天线设计

设计了一种无移相器结构的平板高功率天线,通过辐射层自旋转方式改变口径场相位分布,从而实现空间波束扫描,满足轻质、低剖面集成要求,辐射增益36 dB,波束扫描范围-30°至+30°,GW级功率容量,满足Ku波段工作的系统指标与能力要求。对天线进行了实物加工与测试,测试结果说明该天线具有良好的波束扫描特性和较高的口径辐射效率。无需加载移相馈电网络便可改变波束指向,具有伺服简单,结构紧凑,平面化、低剖面、轻质等优点,可广泛应用于机载、车载、舰载等高功率微波系统的表面共形发射。