圆环孔径衍射高斯光束远场发散角研究

基于夫琅禾费衍射理论,通过对衍射积分的核函数进行近似,推导并得出了简洁的经圆环形孔径衍射的高斯光束远场发散角的近似解析式。在不同衍射孔径外径和不同遮拦比的条件下,将该解析式与严格的夫琅禾费衍射积分进行比较,发现二者求出的远场发散角接近一致,最大误差不超过2.7%。与传统数值积分求取光束发散角相比,该近似解析式在避免繁琐的积分运算同时保持了较高的精度。该解析式成立条件为高斯光束的束腰直径大于等于3.5倍中心遮拦直径,且小于等于孔径直径;在实际工程应用中,特别是具有大口径、小遮拦比特点的空间激光通信光学天线这一应用场景,该条件一般能够被满足。     

离焦对激光通信接收视场的影响分析

为了降低自由空间激光通信中对准难度,本文提出了采用离焦的方法以增大接收视场角。以满足通信所需最低能量(-35 d Bm)为基准,理论推导了探测器接收能量、接收视场角(FOV)、离焦接收能量及离焦量之间的相互关系,并通过Matlab仿真,分析对比了离焦接收能量和离焦量对接收视场角的影响。结果显示,当离焦量为0.5 mm时,离焦接收能量从-20.9 d Bm提高到-4.1 d Bm,接收视场角能增大0.27 mrad;当离焦接收能量为-4.1 d Bm时,离焦量从0.2 mm扩大到1.0 mm,视场角能增大1.75 mrad。通过对比表明,提高离焦接收能量以及扩大离焦量都可以增加接收视场角,且扩大离焦量的效果相对比较明显,这对后续离焦系统的设计提供了理论指导依据。     

空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜

针对空间碎片探测与测距复合系统地面验证演示实验中,工作环境10~30 ℃、光学基台的尺寸限制（不超过450 mm×400 mm）以及光学望远镜尾部安装导致重心远离安装面的问题,提出了空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜的设计。使用ANSYS有限元分析软件对光学望远镜建立了有限元模型,针对环境温度10~30 ℃、尾部安装状态下、光轴方向和垂直光轴方向1 g （g=9.8 m/s2）重力加速度工况下进行了分析。分析结果表明:光学望远镜整机一阶模态为133 Hz动态刚度较好,重力为光轴方向时主次镜间距最大变化量0.01 mm,重力为垂直光轴方向时主次镜间距最大为0.007 mm,光学望远镜系统波像差RMS值为λ/15,次镜最大倾角1.93″,具有较好的力、热稳定性,可以满足光学天线装校、检测以及外场实验验证过程中的指标要求。在光学望远镜装校完成后,使用ZYGO干涉仪对其像质进行检测,在重力垂直于光轴方向、环境温度10、20、30 ℃条件下进行检测,结果显示:系统波像差RMS值分别为0.097λ、0.075λ及0.1λ,整机光学望远镜系统波像差RMS值在最低温与最高温度时均优于λ/10均满足系统使用要求。     

基于二维MEMS器件的微型投影技术

利用微机电器件的二维偏转特性,以激光二极管为光源,通过二者结合来实现激光扫描微机电器件的投影系统。和传统微型投影技术相比,基于微机电器件的微型投影显示系统具有尺寸小、能耗低、图像对比度高等优点。根据元器件特性,对激光光束进行准直、汇聚、匀化处理,并借助二维微机电器件的反射偏转特性设计了物镜后扫描系统,再对扫描方法、像素排列等进行优化分析。设计结果显示:系统像面尺寸为104 mm×59 mm,包含80%能量时单像素点几何半径在186 μm以内,系统分辨率可以达到558×314 pixel,刷新率为30 Hz。设计的投影系统可用在车载平视显示系统等小型投影系统中,也可为类似设计提供参考。     

基于双尺度相关运算的拉曼谱峰识别方法

拉曼谱峰识别是拉曼定性分析中的关键技术之一, 针对现有拉曼谱峰识别方法中存在的缺陷和不足提出了一种双尺度相关拉曼光谱谱峰识别方法,即采用两个尺度下的相关系数与局部信噪比相结合来实现拉曼谱峰识别。利用MATLAB对所提算法与传统的连续小波变换法进行了对比分析,并通过实测拉曼光谱进行验证。分析结果：双尺度相关法识别一幅拉曼谱的平均时间为0.51 s,连续小波变换法为0.71 s;当谱峰信噪比≥6时(现代拉曼光谱仪器均可达到较高的信噪比),双尺度相关法的谱峰识别准确率高于99%,连续小波变换法的谱峰识别准确率小于84%,且双尺度相关法谱峰位置识别误差的均值与标准差均要小于连续小波变换法。通过仿真对比分析和实验验证表明：双尺度相关法具有无需人工干预,无需做去噪及去背景等预处理操作,识别速度快,识别准确率高等特点,是一种切实可行的拉曼谱峰识别方法。     

基于残差修正的GM(1,1)模型在水质预测中的应用研究

将基于残差修正的GM(1,1)模型应用到永定河流域官厅水库出口断面的水质预测中,对常规污染物COD,DO,NH_3-N的浓度值进行趋势预测并对预测结果进行后验差检验.结果表明,与传统的GM(1,1)模型相比,残差修正的GM(1,1)模型能够有效提高预测精度.     

近距离激光通信链路能量分析与试验

针对收发口径固有位置偏差对城市近距离激光通信系统的影响进行了分析,建立了链路能量与固有位置误差模型,计算了不同误差下的链路能量情况,并分析了二者关系。以固有位置误差15 mm为例,计算了不同距离下的链路能量,在基础上,进行了实际的通信验证试验,给出具体试验操作流程,并得到了距离10~40 m的实测数据。实验数据表明,与理论偏差不超过0.52 dB,验证了理论能量模型的正确性。该能量模型可用于指导近距离通信端机的设计和链路搭建,同时,小型化光端机的成功研制及通信试验可有效加速城市间近距离下的民用通信领域应用。     

水下隐身动目标激光与偏振红外探测技术研究

为解决水下隐身动目标声探测与识别难度大的问题,根据水下动目标运动形成的尾流、尾迹、引起的海面温度变化特征,提出了以低轨卫星为平台,运用红外偏振尾流探测水下目标尾流的方法,结合激光动态深度测量技术和偏振激光探测技术,实现对水下隐身动目标探测与识别。     

基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量仪设计

对基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量系统进行了研究,系统利用脉冲激光在测量区域大气层内不同高度形成信标星,以此测量地面至信标星之间的大气湍流信息。本文在分析瑞利激光导星湍流廓线测试的原理和系统组成基础上,对系统关键参数进行了优化选取,并设计了激光发射系统和差分像移接收系统,最后对系统性能进行评估。结果表明:系统可对地面高度0.2~10 km范围内的大气进行湍流廓线测量,该技术在地基天文观测、星地激光通信、地基激光武器领域具有重要的应用价值。     

星载激光目标指示器光学系统研究

介绍了星载激光目标指示器的总体方案,利用遥感成像分系统与伺服分系统对目标进行图像跟踪,由激光发射系统对目标实施激光指示。对遥感成像分系统的工作波段、系统焦距、口径、积分时间和视场等关键参数进行了优化选取,对激光发射系统的工作波长、脉冲宽度、峰值功率、束散角和指示精度等进行了分析。并开展了遥感成像分系统与激光发射分系统的光学系统设计,设计结果表明,分系统设计能够满足指标分配要求,具备实现的可能,总体设计能够满足星载激光目标指示器在500 km轨道高度,对中等大小舰船进行激光指示的功能需要。