光学实验计算机仿真平台的构建

运用MAILAB构建了-个光学实验仿真平台,实现了包括基础光学中干涉和衍射、信息光学中的光学图像处理以及激光实验的仿真.并利用GUI设计了人机友好的图形用户界面,最后通过mcc编译生成可脱离MATLAB环境运行的可执行文件.该平台可移植性、可扩展性强,用户可直接进行实验项目的选取,实验参数的灵活设置以及实验结果的对比分...     

复杂目标光学散射截面数值仿真方法

研究复杂目标的几何建模、光学面元消隐和目标表面的光学散射特性.针对任意构型的目标,提出采用均匀光照明仿真图像进行光学散射截面（OCS）数值计算方法.通过自适应Z缓存方法,实现目标光学消隐面的计算,将这部分消隐面面积从目标OCS的数值积分中去除.研究近似镜面材料的空间模板褶皱表面的光学散射数值模拟方法,以及基于激光主动探测系统实验测量数据的目标OCS实验分析方法.根据某缩比例空间目标相对探测系统不同方位、俯仰角情况的OCS实验结果,校正OCS数值仿真参数.仿真结果与实验结果的图像比较和OCS曲线趋势大略一致,考虑到表面褶皱的随机性、姿态的测量误差和仿真模型有限的校准能力等因素,本文提出的数值仿真方法能够在一定程度上描述目标的OCS值.     

复杂目标光学散射截面数值仿真方法（英文）

研究复杂目标的几何建模、光学面元消隐和目标表面的光学散射特性.针对任意构型的目标,提出采用均匀光照明仿真图像进行光学散射截面(OCS)数值计算方法.通过自适应Z缓存方法,实现目标光学消隐面的计算,将这部分消隐面面积从目标OCS的数值积分中去除.研究近似镜面材料的空间模板褶皱表面的光学散射数值模拟方法,以及基于激光主动探测系统实验测量数据的目标OCS实验分析方法.根据某缩比例空间目标相对探测系统不同方位、俯仰角情况的OCS实验结果,校正OCS数值仿真参数.仿真结果与实验结果的图像比较和OCS曲线趋势大略一致,考虑到表面褶皱的随机性、姿态的测量误差和仿真模型有限的校准能力等因素,本文提出的数值仿真方法能够在一定程度上描述目标的OCS值.     

光学传递函数测定计算机仿真实验系统

在５８６微机上的Ｗｉｎ ９５／ＮＴ操作系统环境下实现了光学系统传递函数测定的仿真实验,克服了因缺少光学传递函数测定仪而无法开设实验的困难。本文阐述了光学传递函数测定实验计算机仿真系统的实验原理与步骤,以及软件结构与特点。     

基于实验测量与OCS仿真计算的卫星光学散射特性对比验证

卫星的光度数据与卫星的姿态、材质、观测角度等多种因素有关,仿真计算往往无法获取这些因素,导致仿真计算结果无法与实测进行对比.针对仿真结果无法通过实测进行验证的问题,结合卫星工具箱中卫星运动场景,分别通过实验测量与仿真计算获取卫星光学散射特性的时序数据.实验测量中,在实验室内模拟太空光学环境,实现实验过程中卫星模型姿态与卫星工具箱中卫星姿态的并行分析,保证了测量的准确性.仿真计算中,采用基于前期空间目标常用材质双向反射分布函数实测数据拟合出的双向反射分布函数模型,且考虑卫星表面材料褶皱对空间目标光学散射特性的影响,提高仿真精度.此外,设计了一个轨道参数为:半长轴a=7 716.14km,偏心率e=0.001,轨道倾角i=58°,近日点幅角ω=36°,升交点赤经Ω=345°,平近点角M=231.1°,相位角变化范围为38°~98°的三轴稳定卫星运动场景,通过实验测量与仿真计算获取该场景下卫星的光度数据,发现二者趋势相同,幅值相近,相关系数为0.69.     

圆孔圆环夫琅禾费衍射实验的Matlab仿真设计

本文基于标量衍射理论,利用Matlab软件编程实现了对圆孔和圆环的夫琅禾费衍射的计算机仿真.这为数字化仿真现代光学实验和教学提供了一种极好的手段.     

基于STEM的水质光学综合测量虚拟仿真实验

基于STEM理念,根据光学方法对水质折射率、浊度、表面张力、含氧量的物理测量原理,研发了水质光学综合测量虚拟仿真实验软件,运用Unity编程创立虚拟仿真场景,C#语言模拟实验操作与数据分析,LabVIEW展示实验采集.该软件可以自主选择光学元件搭建实验装置,动态展示实验现象,并快速采集、拟合、分析实验数据,最终完成对水...     

高质量光学涡旋阵列的实验研究

将光学涡旋与计算全息技术相结合,提出一种高质量光学涡旋阵列的产生方法.从理论上研究了光学涡旋阵列的形成和分布特征,并模拟仿真产生涡旋光束阵列.基于面向目标的共轭对称延拓傅里叶计算全息方法编码生成光学涡旋阵列的全息图,利用单个反射式空间光调制器光电再现了与理论一致的光学涡旋阵列,并通过马赫-增德尔干涉法对生成的光学涡旋阵列进行验证.产生的高质量光学涡旋阵列提供了更复杂的结构分布和更多的可控参量,且实验光路易实现.研究结果在光学微操控、光通信等领域具有潜在应用价值.     

Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用

提出了一种利用计算机并通过Matlab软件仿真光学信息处理实验的方法 ,其特点是可以随意改变物理参量 ,克服了光学实验上难以实现的操作 .文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果 .     

光学稀疏孔径系统的成像及其评价方法

对典型阵列结构的光学稀疏孔径系统成像特性进行了数值仿真分析,并采用基于光学实验测量的调制传递函数（MTF）完成了光学稀疏孔径系统成像实验的图像复原处理.针对复杂目标成像,为了评价光学稀疏孔径系统最终成像的整体质量,不仅考虑系统的调制传递函数指标,还提出了一种基于相关系数的成像质量客观评价方法.数值仿真结果和光学实验结果均表明,基于相关系数的成像质量客观评价方法是可行的,实验说明光学稀疏孔径系统成像质量可以达到其等效单个大孔径成像系统的成像效果.     

光学虚拟实验系统研究

采用MATLAB技术,结合光学实验教学内容的特点,利用面向对象的方法开发构建了光学虚拟实验系统。该系统具有操作简单、界面直观、实验快速实施等特点。以空间滤波实验和偏振光实验为例,给出了设计思想和相应的仿真实现结果。学生通过对实验系统的操作,可以很快地掌握实验原理、内容和实验特点。该系统作为传统光学实验教学的补充,能够完成一般光学实验中难以实现的实验操作,使复杂的实验操作变得直观生动,提高了光学实验教学的效果,同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计（英文）

为了实现校准能见度仪中标准散射体的快速准确定标,建立了用于校准能见度仪的标准散射体的定标系统.研究了定标系统中全景成像折反光学系统的设计方法.根据抛物面反射镜的光学特性推导出抛物面面型的计算方法.根据定标系统对光学系统的要求,完成全景成像色度计光学系统的设计.对全景成像折反光学系统进行建模仿真并设计实验验证光学系统的设计与仿真结果的正确性.实验结果表明:全景成像折反光学系统的空间检测俯仰角范围为0°~90°,方位角范围为0°~360°,且最小角分辨率为1°,与仿真结果基本一致,满足用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计要求.     

基于液晶光学相控阵的非机械式光束扫描技术研究

基于衍射光栅原理,以反射式液晶光学相控阵为研究对象,针对波长1 550nm波段进行光束扫描角度计算.并对周期性和非周期性的扫描模式进行了仿真分析.编制了周期性和非周期性扫描模式的相位图程序及实验软件.实现了对光波的光学相位进行实时可编程控制.通过光束偏转实验,验证了最大偏转角度2.4.时,最大探测距离约为1.3 km....     

空间光学成像系统波像差的位相差异估计方法

针对传统光学设计和校正手段无法有效消除空间光学成像系统在轨工作时受各种因素影响使像质变差的问题,提出把均匀设计的思想引入位相差异波前传感技术,对系统在轨工作时的波前畸变进行估计.从而实现了对系统波像差的全局优化估计,放宽了波像差的估计范围,易于实现并行化.通过仿真实验发现,该方法正确估计率高,抗噪声能力强,是进行空间光学成像系统波像差估计的有效方法.     

空间光学成像系统波像差的位相差异估计方法

针对传统光学设计和校正手段无法有效消除空间光学成像系统在轨工作时受各种因素影响使像质变差的问题,提出把均匀设计的思想引入位相差异波前传感技术,对系统在轨工作时的波前畸变进行估计.从而实现了对系统波像差的全局优化估计,放宽了波像差的估计范围,易于实现并行化.通过仿真实验发现,该方法正确估计率高,抗噪声能力强,是进行空间光学成像系统波像差估计的有效方法.     

基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究

对舰船尾流激光散射机理及探测过程的数值模拟是研究舰船尾流激光探测与制导的重要基础.首先分析了Monte Carlo方法引入到尾流激光雷达数值模拟领域研究的可行性.结合自行研制的尾流激光雷达实际参数,建立了尾流激光探测的Monte Carlo数值仿真模型.通过对仿真结果进行统计,深入剖析了仿真结果方差大及光子利用率低等问题的成因.为解决该问题,基于有偏采样理论和分裂-轮盘赌基本原理提出了接收光学视场内光子强行碰撞方法和以光子自由程总长度为准则的光子分裂方法,并进行了两方法的融合.仿真与实验结果的对比分析表明,提出的模型仿真结果与实验数据符合较好,验证了模型的正确性;提出的接收光学视场内光子强行碰撞方法和光子分裂方法能有效减小方差并提高光子利用率;解决了Monte Carlo方法引入到尾流激光雷达模拟过程中的适用性问题.     

利用简单透镜组实现近轴光学隐身

利用简单透镜组实现近轴光学隐身的原理和方法,以4枚凸透镜完成了近轴光学隐身实验,并用计算机模拟了实验的光路图.讨论了选择不同焦距透镜组的优劣及透镜口径对实验的影响.该实验装置简单,可与透镜几何参量的测量实验相结合作为基础物理实验开设为面上教学实验.     

光学虚拟仿真实验及动态交互功能的研究与开发——以单缝衍射实验为例

本文以单缝衍射实验为例,结合VB.net、Flash及Matlab三大软件研究开发了光学虚拟仿真实验平台,并实现了动态交互功能。不仅可以演示实验过程,同时可以得到量化的实验结果。激发了学生的兴趣,增强了课堂教学效果。     

基于MATLAB GUI的波动光学仿真平台

利用MATLAB GUI构建了一个波动光学仿真平台,实现了不同条件下波动光学实验的仿真,并设计了人机友好的图形用户界面,最后由mcc编译生成可脱离MATLAB环境运行的可执行文件。该平台具有可移植性、可拓展性强、且具有交互性的优点,能实现传真基本波动光学实验现象的条纹及光强分布等功能,并且能灵活设置实验参数以及实验结果的对比分析。     

Matlab在几何光学仿真实验中的应用

在工程光学教学中,为了使学生更好地理解球面光学成像系统与理想光学成像系统的区别,提出了用Matlab程序模拟球面光学系统成像过程的仿真实验,并编制了模拟程序.把系统结构参量r,d,n和物距L等代入到模拟程序中,就可以仿真成像系统的成像过程.仿真实验结果显示:理想光学成像系统的成像性质在球面光学成像系统中不存在,但可以通过设计优化使球面系统近似达到或者无限接近理想成像系统,理想成像系统的意义在于它的标准性.