空间型Raman脉冲冷原子陀螺仪的绝对角速度测量

介绍了图解法分析冷原子干涉仪的基本原理,建立了空间型Raman脉冲冷原子陀螺仪的理论模型。通过对冷原子干涉仪近似数学模型的变换,研究了原子初速度与跃迁概率之间的关系,阐述了基于辅助角速度测量的原子速度扫描法测量原理。在原子干涉仪精确模型的基础上,利用Raman激光频率调制对多普勒效应进行补偿,并利用相位调制进行修正以满足原子速度扫描法中的相位关系。数值仿真计算结果表明,在辅助角速度测量量程内,经过补偿修正后的原子速度扫描法能实现对绝对角速度的高精度测量。     

一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距新方法的理论分析

本文提出了一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距的新方法, 结合基于双光梳互相关的多外差距离测量和基于重复频率的梳间拍频距离测量, 在不需要依靠脉冲飞行时间先验判断以及扫描重复频率或扫描参考光路的前提下实现km量程高精度绝对测距. 文章在光梳基本原理和测距方案的基础上, 建立了基于双光梳的大尺寸距离测量链理论模型, 讨论了多外差最低谱线和光梳重复频率稳定度对测量结果的影响, 并进行了大量仿真计算; 仿真结果表明, 在理想相位解调精度的前提下, 该方法的测距误差优于± 50 pm, 且多外差最低谱线的频率偏差对测距造成的影响远低于多外差测量的测距分辨力, 验证了该方法能够用于开展大尺寸高精度绝对测距研究. 关键词： 激光测距 飞秒光梳 重复频率 多外差干涉     

Baseline drift effect on the performance of neutron and γ ray discrimination using frequency gradient analysis

Frequency gradient analysis (FGA) effectively discriminates neutrons and γ rays by examining the frequency-domain features of the photomultiplier tube anode signal. This approach is insensitive to noise but is inevitably affected by the baseline drift similar to other pulse shape discrimination methods. The baseline drift effect is attributed to factors such as power line fluctuation, dark current, noise disturbances, hum, and pulse tail in front-end electronics. This effect needs to be elucidated and quantified before the baseline shift can be estimated and removed from the captured signal. Therefore, the effect of baseline shift on the discrimination performance of neutrons and γ rays with organic scintillation detectors using FGA is investigated in this paper. The relationship between the baseline shift and discrimination parameters of FGA is derived and verified by an experimental system consisting of an americium-beryllium source, a BC501A liquid scintillator detector, and a 5 GSample/s 8-bit oscilloscope. The theoretical and experimental results both show that the estimation of the baseline shift is necessary, and the removal of baseline drift from the pulse shapes can improve the discrimination performance of FGA.     

二维光栅制作与装配误差综合建模与实验研究

针对二维位移测量系统中光栅制作与装配非理想所引起的几何误差,基于多普勒频移理论和坐标变换方法,建立了同时包含光栅非正交角与装配角在内的通用几何误差模型,定量研究了各误差角对系统性能的影响程度,仿真分析了X与Y方向余弦误差和耦合误差随误差参数的变化规律。结果表明,光栅制作和装配误差与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关,只与各误差角和被测位移有关。与此同时,四个误差角都会导致余弦误差的产生,而耦合误差则主要受光栅非正交角和偏航角的影响。此外,相同误差角所引起的耦合误差要明显严重于余弦误差,是系统几何误差的主要构成成分。通过搭建基于二维交叉光栅的平面位移测量系统,利用10 mm方形运动轨迹实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。     

冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域的研究现状及展望

随着激光冷却等原子光学技术的进步,利用冷原子作为波源的冷原子干涉陀螺仪正在快速发展,有望成为惯性导航领域颇具发展潜力的新型陀螺技术。介绍了国内外冷原子干涉陀螺仪的研究现状和原子干涉仪惯性测量的基本原理,并对斯坦福大学、巴黎天文台和汉诺威大学的三种不同类型冷原子干涉陀螺仪的性能特点进行了对比分析。针对当前冷原子干涉技术的局限性,展望了未来冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域推广应用的改进方案及发展前景。     

基于3×3耦合器的纳米级位移测量方法研究

提出了一种基于3×3耦合器的小型化单光栅纳米位移测量方法。基于激光多普勒效应与光纤耦合器散射矩阵理论,首次将3×3耦合器与计量光栅相结合,设计了一种对称式光路结构,利用所提出的新型相位解调算法实现纳米级精度的位移测量。方法具有结构简单、调节方便、对波长变化不敏感和能有效抑制空气扰动等特点,从而使得系统具有良好的稳定性。实验结果显示,3×3耦合器三路输出信号两-两产生的李萨育图形平滑清晰,相位差保持在120°左右,说明本方法具有较好的测量稳定性。数值仿真与理论分析具有较好的一致性,在同时存在相位和幅值误差的情况下可以实现8nm的测量精度。     

一种小型化纳米级单光栅位移测量系统的研制

随着纳米技术的广泛应用以及人们对纳米位移测量认识的不断深化,光栅位移测量技术正在受到广泛的关注。在研究反射式光栅位移测量原理的基础上,设计并实现了一种小型化纳米级单光栅位移测量系统,对系统总体设计、光路布局以及软件算法进行了阐述,最后,利用电容位移传感器ASP-10-ILA等辅助仪器进行了对比实验。实验结果表明:在两路信号不完全正交的情况下系统也能实现准确测量,且理论上系统的位移测量分辨率达到1 nm;在电容位移传感器的量程范围内进行小位移对比试验,系统测量均值与参考值最大偏差118 nm,且与拟合直线偏差均小于100 nm;当光栅发生10 mm以上的较大位移时,测量结果与均值的偏差均小于5 ppm。     

Digital discrimination of neutrons and γ rays with organic scintillation detectors in an 8-bit sampling system using frequency gradient analysis

The feasibility of using frequency gradient analysis (FGA), a digital method based on Fourier transform, to discriminate neutrons and γ rays in the environment of an 8-bit sampling system has been investigated. The performances of most pulse shape discrimination methods in a scintillation detection system using the time-domain features of the photomultiplier tube anode signal will be lower or non-effective in this low resolution sampling system. However, the FGA method using the frequency-domain features of the anode signal exhibits a strong insensitivity to noise and can be used to discriminate neutrons and γ rays in the above sampling system. A detailed study of the quality of the FGA method in BC501A liquid scintillators is presented using a 5 G samples/s 8-bit oscilloscope and a 14.1 MeV neutron generator. A comparison of the discrimination results of the time-of-flight and conventional charge comparison (CC) methods proves the applicability of this technique. Moreover, FGA has the potential to be implemented in current embedded electronics systems to provide real-time discrimination in standalone instruments.     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。     

基于改进生成对抗网络模型的红外与可见光图像融合

为增强融合图像的视觉效果,减少计算的复杂度,解决传统红外与可见光图像融合算法存在的背景细节丢失问题,提出了一种生成对抗网络框架下基于深度可分离卷积的红外与可见光图像融合方法。首先,在生成器中对源图像进行深度卷积与逐点卷积运算,得到源图像的特征映射信息;其次,通过前向传播的方式更新网络参数,得到初步的单通道融合图像;再次,在红外及可见光判别器中,使用深度可分离卷积分别对源图像与初步融合图像进行像素判别;最后,在损失函数的约束下,双判别器不断将更多的细节信息添加到融合图像中。实验结果表明,相比于传统的融合算法,该方法在信息熵、平均梯度、空间频率、标准差、结构相似性损失和峰值信噪比等评价指标上分别平均提高了1.63%、1.02%、3.54%、5.49%、1.05%、0.23%,在一定程度上提升了融合图像的质量,丰富了背景的细节信息。