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RSS2023年 47卷 第3期
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[摘要]
[PDF 258KB]
2023, 47(3): 293-300.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.001
[HTML全文]
摘要:
为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力，设计了一种1型模糊滑模控制方法，模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数；并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力, 进而提升跟踪精度，同时降低SMC抖振；此外，用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优，并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明，IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。
为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力，设计了一种1型模糊滑模控制方法，模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数；并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力, 进而提升跟踪精度，同时降低SMC抖振；此外，用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优，并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明，IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。
2023, 47(3): 340-344.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.009
摘要:
为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置, 提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%;设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的⌀150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置, 提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%;设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的⌀150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
2023, 47(3): 380-385.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.015
摘要:
为了探究复合热源对T4003铁素体不锈钢焊接特性的影响，采用光纤激光-电弧复合焊接研究了工艺参数对接头形貌和组织性能的影响规律，优化了工艺参数，重点分析了焊缝金属和热影响区-40 ℃低温冲击韧性和提升机理。结果表明，在优化参数下，复合接头性能优异，拉伸试样均断裂于母材，抗拉强度为530 MPa，且180°横向正弯和背弯试验中均未发现裂纹；焊缝金属平均冲击吸收功为50 J，略高于常规电弧接头，但是热影响区平均冲击吸收功提升显著，达到32 J，为电弧接头的3倍，提升的主要原因在于激光-电弧复合焊接的低热输入降低了热影响区粗晶区晶粒尺寸；冲击断口形貌表明，复合接头焊缝金属在终断区尚未出现韧脆转变，仍然以韧窝为主，但是热影响区在中部扩展区出现明显的准解理形貌，开始出现韧脆转变。该研究促进了激光-电弧复合焊接在铁素体不锈钢中的应用。
为了探究复合热源对T4003铁素体不锈钢焊接特性的影响，采用光纤激光-电弧复合焊接研究了工艺参数对接头形貌和组织性能的影响规律，优化了工艺参数，重点分析了焊缝金属和热影响区-40 ℃低温冲击韧性和提升机理。结果表明，在优化参数下，复合接头性能优异，拉伸试样均断裂于母材，抗拉强度为530 MPa，且180°横向正弯和背弯试验中均未发现裂纹；焊缝金属平均冲击吸收功为50 J，略高于常规电弧接头，但是热影响区平均冲击吸收功提升显著，达到32 J，为电弧接头的3倍，提升的主要原因在于激光-电弧复合焊接的低热输入降低了热影响区粗晶区晶粒尺寸；冲击断口形貌表明，复合接头焊缝金属在终断区尚未出现韧脆转变，仍然以韧窝为主，但是热影响区在中部扩展区出现明显的准解理形貌，开始出现韧脆转变。该研究促进了激光-电弧复合焊接在铁素体不锈钢中的应用。
2023, 47(3): 393-399.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.017
摘要:
为了提高石油钻杆材料42CrMo的硬度及耐磨性能, 通过激光熔覆技术制备不同质量分数(0, 0.10, 0.15, 0.20)Fe06+TiC/Mo复合涂层。采用显微硬度仪器、扫描电镜、摩擦磨损试验机进行了显微硬度、耐磨性能、物相组成、磨损行为分析和实验验证, 得到的熔覆层主要由α-Fe、Cr-Fe以及(Fe、Ni)固溶体等相组成。结果表明, Fe06+TiC复合涂层硬度平均约1180 HV0.2, Fe06+Mo复合涂层硬度平均约893 HV0.2; Fe06+TiC复合涂层的磨损量平均约2.97 mg, Fe06熔覆层磨损量为7.8 mg, Fe06+Mo复合涂层的磨损量平均约2.67 mg; Fe06+TiC/Mo复合涂层磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主, Fe06+0.2TiC熔覆层硬度最高, Fe06+0.2Mo熔覆层耐磨性能最好。该研究为提高42CrMo材料硬度及耐磨性能提供了实践参考。
为了提高石油钻杆材料42CrMo的硬度及耐磨性能, 通过激光熔覆技术制备不同质量分数(0, 0.10, 0.15, 0.20)Fe06+TiC/Mo复合涂层。采用显微硬度仪器、扫描电镜、摩擦磨损试验机进行了显微硬度、耐磨性能、物相组成、磨损行为分析和实验验证, 得到的熔覆层主要由α-Fe、Cr-Fe以及(Fe、Ni)固溶体等相组成。结果表明, Fe06+TiC复合涂层硬度平均约1180 HV0.2, Fe06+Mo复合涂层硬度平均约893 HV0.2; Fe06+TiC复合涂层的磨损量平均约2.97 mg, Fe06熔覆层磨损量为7.8 mg, Fe06+Mo复合涂层的磨损量平均约2.67 mg; Fe06+TiC/Mo复合涂层磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主, Fe06+0.2TiC熔覆层硬度最高, Fe06+0.2Mo熔覆层耐磨性能最好。该研究为提高42CrMo材料硬度及耐磨性能提供了实践参考。
2023, 47(3): 407-412.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.019
摘要:
为了提高二向性反射率分布函数(BRDF)模型参数拟合的效率, 充分了解地物目标的光谱方向特性, 提出了一种基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法。首先分析了地物光谱反射的方向特性, 然后使用成像光谱仪测量不同方向条件下目标的光谱反射率, 将实验条件与先验测量数据代入BRDF模型中, 建立广义逆矩阵等式并拟合出测量目标的模型参数; 利用拟合的目标BRDF模型参数反推任意特定方向条件下的光谱反射率, 并与实测数据作对比, 采用光谱角制图法度量其相似度。结果表明, 草地和迷彩雨衣的拟合光谱曲线与实测光谱曲线的相似度很高, 分别达到了0.1307和0.0896, 证实了该参数拟合方法的有效性, 同时也验证了BRDF模型的泛化拟合能力。该方法原理简单、快速有效, 可为其它类型的BRDF模型参数拟合与后续地物目标光谱特性研究提供参考。
为了提高二向性反射率分布函数(BRDF)模型参数拟合的效率, 充分了解地物目标的光谱方向特性, 提出了一种基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法。首先分析了地物光谱反射的方向特性, 然后使用成像光谱仪测量不同方向条件下目标的光谱反射率, 将实验条件与先验测量数据代入BRDF模型中, 建立广义逆矩阵等式并拟合出测量目标的模型参数; 利用拟合的目标BRDF模型参数反推任意特定方向条件下的光谱反射率, 并与实测数据作对比, 采用光谱角制图法度量其相似度。结果表明, 草地和迷彩雨衣的拟合光谱曲线与实测光谱曲线的相似度很高, 分别达到了0.1307和0.0896, 证实了该参数拟合方法的有效性, 同时也验证了BRDF模型的泛化拟合能力。该方法原理简单、快速有效, 可为其它类型的BRDF模型参数拟合与后续地物目标光谱特性研究提供参考。
2023, 47(3): 419-424.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.021
摘要:
激光刻型过程中, 保护胶与铝合金因热物理性能参数不同会导致界面裂纹、保护胶脱落等现象。为了解决这些问题, 基于热应力耦合分析法, 建立了2维多层材料有限元模型, 将脉冲激光以高斯热流密度载荷的形式加载在保护胶表面, 通过计算求解得到铝合金基体的应力分布云图以及在热应力作用下保护胶切口形貌随激光加工参数的演变规律, 对比分析了激光功率、扫描速率、重复频率等加工参数对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响。结果表明, 功率60 W、扫描速率10 m/min、重复频率100 kHz时, 对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响最小。该研究对于激光刻型在化学铣切中的实际应用具有参考价值, 为激光刻型的工艺优化提供了方向。
激光刻型过程中, 保护胶与铝合金因热物理性能参数不同会导致界面裂纹、保护胶脱落等现象。为了解决这些问题, 基于热应力耦合分析法, 建立了2维多层材料有限元模型, 将脉冲激光以高斯热流密度载荷的形式加载在保护胶表面, 通过计算求解得到铝合金基体的应力分布云图以及在热应力作用下保护胶切口形貌随激光加工参数的演变规律, 对比分析了激光功率、扫描速率、重复频率等加工参数对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响。结果表明, 功率60 W、扫描速率10 m/min、重复频率100 kHz时, 对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响最小。该研究对于激光刻型在化学铣切中的实际应用具有参考价值, 为激光刻型的工艺优化提供了方向。
2023, 47(3): 425-431.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.022
摘要:
传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明, 当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。
传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明, 当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。
2023, 47(3): 432-438.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.023
摘要:
为了研究动量下传大风的特征、探讨动量下传大风的预报方法, 利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料、常规气象观测资料和测风激光雷达(LiDAR)资料, 对银川机场2022-03-06动量下传大风过程进行了分析。结果表明, 银川机场位于西风急流入口左侧的辐合区, 为动量下传大风的发生提供了有利的环流背景, 在晴空条件下, 测风激光雷达产品可以精准探测动量下传大风的时空演变特征; 多普勒光束摆动(DBS)模式产品中强下沉气流标志动量下传开始, 平面位置显示(PPI)模式探测范围的衰减程度和变化方位反映了沙尘天气强度和影响路径, 距离高度显示(RHI)模式500 m高度径向风分层现象的出现及被破坏是动量下传变化的预报指标; 利用测风激光雷达可提前30 min计算和预报出动量下传大风的出现时间。该研究对提高气象服务保障能力具有重要意义。
为了研究动量下传大风的特征、探讨动量下传大风的预报方法, 利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料、常规气象观测资料和测风激光雷达(LiDAR)资料, 对银川机场2022-03-06动量下传大风过程进行了分析。结果表明, 银川机场位于西风急流入口左侧的辐合区, 为动量下传大风的发生提供了有利的环流背景, 在晴空条件下, 测风激光雷达产品可以精准探测动量下传大风的时空演变特征; 多普勒光束摆动(DBS)模式产品中强下沉气流标志动量下传开始, 平面位置显示(PPI)模式探测范围的衰减程度和变化方位反映了沙尘天气强度和影响路径, 距离高度显示(RHI)模式500 m高度径向风分层现象的出现及被破坏是动量下传变化的预报指标; 利用测风激光雷达可提前30 min计算和预报出动量下传大风的出现时间。该研究对提高气象服务保障能力具有重要意义。
2023, 47(3): 301-304.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.002
摘要:
为了获得不同中心波长的锁模脉冲，采用带有保偏光纤的Sagnac环滤波器和半导体可饱和吸收镜搭建了结构紧凑的可调谐锁模激光器，并进行了实验验证。结果表明，当该激光器工作在单波长锁模状态时，具有良好的波长调谐功能，其输出波长在1031 nm~1040 nm范围内连续可调；该激光器还能输出稳定的双波长异步脉冲序列，两波长间隔在10 nm左右，且各波长的带宽可通过偏振控制器调节。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。
为了获得不同中心波长的锁模脉冲，采用带有保偏光纤的Sagnac环滤波器和半导体可饱和吸收镜搭建了结构紧凑的可调谐锁模激光器，并进行了实验验证。结果表明，当该激光器工作在单波长锁模状态时，具有良好的波长调谐功能，其输出波长在1031 nm~1040 nm范围内连续可调；该激光器还能输出稳定的双波长异步脉冲序列，两波长间隔在10 nm左右，且各波长的带宽可通过偏振控制器调节。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。
2023, 47(3): 305-309.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.003
摘要:
为了探究飞秒激光成丝的内在机制以实现长度表征，采用荧光法和声学法，得到了不同入射激光脉冲能量下和偏振态下等离子体光丝的荧光光谱和声音信号信息。结果表明, 在相同激光脉冲能量下圆偏振光产生的N2荧光信号强度约为线偏振光的2倍，而线偏振光产生的N2+荧光信号强度则约为圆偏振光的1.3倍；等离子体荧光测量是获取等离子体光丝长度的有效途径，相比于声学测量法更精确。该研究为揭示相干激光发射随光丝长度变化的物理实质提供了光丝长度表征的可行方案。
为了探究飞秒激光成丝的内在机制以实现长度表征，采用荧光法和声学法，得到了不同入射激光脉冲能量下和偏振态下等离子体光丝的荧光光谱和声音信号信息。结果表明, 在相同激光脉冲能量下圆偏振光产生的N2荧光信号强度约为线偏振光的2倍，而线偏振光产生的N2+荧光信号强度则约为圆偏振光的1.3倍；等离子体荧光测量是获取等离子体光丝长度的有效途径，相比于声学测量法更精确。该研究为揭示相干激光发射随光丝长度变化的物理实质提供了光丝长度表征的可行方案。
2023, 47(3): 372-379.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.014
摘要:
为了探究四波混频非线性过程对高功率掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响，采用纤芯和内包层直径分别为20 μm和400 μm的掺镱光纤作为增益介质，基于四波混频非线性过程建立掺镱光纤激光光谱分析模型，分析了抽运功率、抽运波长、中心波长和注入模式数参数变化对掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响，得到了1080 nm激光的输出光功率谱以及输出激光线宽随各参数变化的曲线。结果表明，四波混频非线性过程中，抽运功率的增大会导致掺镱光纤激光输出光谱线宽展宽；不同抽运波长抽运的输出光谱线宽展宽速率不同；不同中心波长的输出激光光谱展宽程度相近；掺镱光纤激光光谱线宽随着注入模式数增加逐渐展宽。该分析结果为掺镱光纤激光光谱展宽特性研究提供了理论支持，对高功率光纤激光的工程应用有一定的参考意义。
为了探究四波混频非线性过程对高功率掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响，采用纤芯和内包层直径分别为20 μm和400 μm的掺镱光纤作为增益介质，基于四波混频非线性过程建立掺镱光纤激光光谱分析模型，分析了抽运功率、抽运波长、中心波长和注入模式数参数变化对掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响，得到了1080 nm激光的输出光功率谱以及输出激光线宽随各参数变化的曲线。结果表明，四波混频非线性过程中，抽运功率的增大会导致掺镱光纤激光输出光谱线宽展宽；不同抽运波长抽运的输出光谱线宽展宽速率不同；不同中心波长的输出激光光谱展宽程度相近；掺镱光纤激光光谱线宽随着注入模式数增加逐渐展宽。该分析结果为掺镱光纤激光光谱展宽特性研究提供了理论支持，对高功率光纤激光的工程应用有一定的参考意义。
2023, 47(3): 413-418.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.020
摘要:
为了提升高能偏振光纤激光器输出激光偏振态稳定性, 通过阐述反向保偏光纤耦合器反向消光比基本原理, 采用信号光源与(6+1)×1反向保偏光纤耦合器研制相结合, 取得了反向保偏光纤耦合器信号保偏光纤直径、信号保偏光纤应力区物理变化等因素和反向保偏光纤耦合器反向消光比的关系。结果表明, 信号保偏光纤直径越小, 输出偏振激光的偏振态越稳定, 反向消光比大于49 dB, 同时促进反向保偏光纤耦合器抽运光纤臂耦合效率提升至98%以上; 正向偏振激光输出光纤应力区物理结构变化越明显, 经反向保偏光纤耦合器反向输出偏振激光的偏振态越不稳定。该研究可为制备高消光比、高能偏振光纤激光器提供参考。
为了提升高能偏振光纤激光器输出激光偏振态稳定性, 通过阐述反向保偏光纤耦合器反向消光比基本原理, 采用信号光源与(6+1)×1反向保偏光纤耦合器研制相结合, 取得了反向保偏光纤耦合器信号保偏光纤直径、信号保偏光纤应力区物理变化等因素和反向保偏光纤耦合器反向消光比的关系。结果表明, 信号保偏光纤直径越小, 输出偏振激光的偏振态越稳定, 反向消光比大于49 dB, 同时促进反向保偏光纤耦合器抽运光纤臂耦合效率提升至98%以上; 正向偏振激光输出光纤应力区物理结构变化越明显, 经反向保偏光纤耦合器反向输出偏振激光的偏振态越不稳定。该研究可为制备高消光比、高能偏振光纤激光器提供参考。
2023, 47(3): 310-316.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.004
摘要:
激光雷达(LiDAR)广泛应用于航天器导航、安防监控、3-D测绘、自动驾驶汽车、军事装备及机器人等领域，具有重要的军事和民用价值。雪崩光电二极管(APD)阵列探测技术在LiDAR的发展过程中发挥着至关重要的作用。介绍了LiDAR和APD阵列的应用背景，综述了APD阵列和LiDAR系统的发展历程和最新进展，最后总结了APD阵列探测技术的发展前景和研究趋势。
激光雷达(LiDAR)广泛应用于航天器导航、安防监控、3-D测绘、自动驾驶汽车、军事装备及机器人等领域，具有重要的军事和民用价值。雪崩光电二极管(APD)阵列探测技术在LiDAR的发展过程中发挥着至关重要的作用。介绍了LiDAR和APD阵列的应用背景，综述了APD阵列和LiDAR系统的发展历程和最新进展，最后总结了APD阵列探测技术的发展前景和研究趋势。
2023, 47(3): 345-352.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.010
摘要:
飞秒激光烧蚀加工与传统皮秒或纳秒激光加工相比，具有热作用区域小、激光分辨率高、能够抑制等离子体的物理屏蔽效应等优势，因而被广泛应用。基于雪崩电离和多光子电离效应，阐述了飞秒激光烧蚀透明电介质材料机理，介绍了飞秒激光烧蚀制备不同微结构件现状，综述了近年来国内外飞秒激光微纳加工石英玻璃烧蚀点、烧蚀线和烧蚀面微特征的研究方法和研究进展，对微功能结构件的实际应用情况进行了总结，分析了现阶段飞秒激光在加工透明电介质领域存在的不足，最后对该技术的发展进行了展望。
飞秒激光烧蚀加工与传统皮秒或纳秒激光加工相比，具有热作用区域小、激光分辨率高、能够抑制等离子体的物理屏蔽效应等优势，因而被广泛应用。基于雪崩电离和多光子电离效应，阐述了飞秒激光烧蚀透明电介质材料机理，介绍了飞秒激光烧蚀制备不同微结构件现状，综述了近年来国内外飞秒激光微纳加工石英玻璃烧蚀点、烧蚀线和烧蚀面微特征的研究方法和研究进展，对微功能结构件的实际应用情况进行了总结，分析了现阶段飞秒激光在加工透明电介质领域存在的不足，最后对该技术的发展进行了展望。
2023, 47(3): 353-359.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.011
摘要:
为了深入了解钛合金激光再制造的发展现状, 从再制造材料以及工艺方法两方面综述了钛合金激光再制造的研究进展。阐述了金属基粉末、陶瓷材料、稀土及其氧化物粉末的再制造特点与应用, 论述了主要激光工艺参数对覆层形貌及性能的影响规律, 讨论了数值模拟、辅助工艺以及复合工艺在该类合金部件激光再制造中的应用, 最后对钛合金部件激光再制造的发展趋势进行了展望。
为了深入了解钛合金激光再制造的发展现状, 从再制造材料以及工艺方法两方面综述了钛合金激光再制造的研究进展。阐述了金属基粉末、陶瓷材料、稀土及其氧化物粉末的再制造特点与应用, 论述了主要激光工艺参数对覆层形貌及性能的影响规律, 讨论了数值模拟、辅助工艺以及复合工艺在该类合金部件激光再制造中的应用, 最后对钛合金部件激光再制造的发展趋势进行了展望。
2023, 47(3): 386-392.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.016
摘要:
近距空中支援作为联合作战的典型样式, 在最近多次局部战争中对地面作战的支持方面发挥了重要作用, 其应用的研究正持续更新和完善。对近距空中支援的任务特点进行了概述, 分析了地面激光指示装备的使用需求, 并对国外地面激光指示典型装备在近距空中支援作战中的应用情况进行了概述, 梳理了地面激光指示装备在近距空中支援作战中的任务要素, 最后总结了地面激光指示装备的使用注意事项, 可为国内研制和应用类似装备提供参考。
近距空中支援作为联合作战的典型样式, 在最近多次局部战争中对地面作战的支持方面发挥了重要作用, 其应用的研究正持续更新和完善。对近距空中支援的任务特点进行了概述, 分析了地面激光指示装备的使用需求, 并对国外地面激光指示典型装备在近距空中支援作战中的应用情况进行了概述, 梳理了地面激光指示装备在近距空中支援作战中的任务要素, 最后总结了地面激光指示装备的使用注意事项, 可为国内研制和应用类似装备提供参考。
2023, 47(3): 317-321.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.005
摘要:
为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时，系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系，同时提高系统对吸波模式的调控能力，采用严格耦合波分析法，对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究，分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明，双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体，分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式; 通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节，通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。
为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时，系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系，同时提高系统对吸波模式的调控能力，采用严格耦合波分析法，对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究，分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明，双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体，分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式; 通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节，通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。
2023, 47(3): 322-328.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.006
摘要:
现有图像增强方法在处理模糊且分辨率较低的图像时，因图像的细节缺乏真实性并且存在伪影现象，会导致增强效果较差。为了解决这一问题，采用一种基于深度密集残差生成对抗网络(DDR GAN)的低分辨率模糊图像增强算法，实现了低质量图像的有效增强。首先构建端到端的生成对抗网络框架；然后设计深度密集残差隐特征编码架构，提升对输入图像的深层语义特征表示，增强图像生成效能；最后重构损失函数，添加感知损失以指导模型学习生成图像的真实性。结果表明，相比于目前最先进的增强型超分辨率GAN法(ESR GAN)和第2版去模糊GAN法(DeBlur GAN-V2)，DDR GAN生成的图像在视觉效果上更佳，具有更高的清晰度和更丰富的图像细节；在客观评价指标方面，DDR GAN相较于ESR GAN和DeBlur GAN-V2，峰值信噪比分别提高1.7072 dB和1.1683 dB，结构相似度分别提高0.0783和0.0713。该算法对低分辨率模糊图像的复原增强是有帮助的。
现有图像增强方法在处理模糊且分辨率较低的图像时，因图像的细节缺乏真实性并且存在伪影现象，会导致增强效果较差。为了解决这一问题，采用一种基于深度密集残差生成对抗网络(DDR GAN)的低分辨率模糊图像增强算法，实现了低质量图像的有效增强。首先构建端到端的生成对抗网络框架；然后设计深度密集残差隐特征编码架构，提升对输入图像的深层语义特征表示，增强图像生成效能；最后重构损失函数，添加感知损失以指导模型学习生成图像的真实性。结果表明，相比于目前最先进的增强型超分辨率GAN法(ESR GAN)和第2版去模糊GAN法(DeBlur GAN-V2)，DDR GAN生成的图像在视觉效果上更佳，具有更高的清晰度和更丰富的图像细节；在客观评价指标方面，DDR GAN相较于ESR GAN和DeBlur GAN-V2，峰值信噪比分别提高1.7072 dB和1.1683 dB，结构相似度分别提高0.0783和0.0713。该算法对低分辨率模糊图像的复原增强是有帮助的。
2023, 47(3): 329-334.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.007
摘要:
为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响，采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量，并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内，分别使用纤芯直径为300 μm的光纤和400 μm的光纤，测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差，并计算对应折射率；分析了在传感器适用的折射率范围内，各溶液质量分数与折射率之间的关系，并对理论结果进行了实验验证。结果表明，纤芯直径越小，传感器灵敏度越高，灵敏度可达10-5量级；密度越高，测量中的稳定性越高，最大相位差标准差为0.145°；分子量越大，精度越高，蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10-4。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。
为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响，采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量，并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内，分别使用纤芯直径为300 μm的光纤和400 μm的光纤，测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差，并计算对应折射率；分析了在传感器适用的折射率范围内，各溶液质量分数与折射率之间的关系，并对理论结果进行了实验验证。结果表明，纤芯直径越小，传感器灵敏度越高，灵敏度可达10-5量级；密度越高，测量中的稳定性越高，最大相位差标准差为0.145°；分子量越大，精度越高，蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10-4。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。
2023, 47(3): 335-339.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.008
摘要:
为了捕获不同材料、不同尺寸的多微粒串列，采用界面层腐蚀法制备了双锥角光纤探针，搭建单光纤光镊系统捕获了酵母菌、二氧化硅和聚苯乙烯等材料的多微粒串列。结果表明，对于相同材料的微粒，双锥角探针所能捕获的微粒数量随其尺寸增加而减少，而对于相同尺寸的微粒，捕获微粒的数量随材料折射率增加而减少；通过测量捕获微粒串列时各个微粒的捕获力，发现串列中离探针尖端越远的微粒其所受捕获力越小，在外力的作用下远端的微粒将率先逃逸；理论计算显示当光纤探针的2次锥角超过60°时，不能捕获2个或2个以上的球形微粒，该结果和实验观测一致。此研究可应用于精细加工和微纳制造。
为了捕获不同材料、不同尺寸的多微粒串列，采用界面层腐蚀法制备了双锥角光纤探针，搭建单光纤光镊系统捕获了酵母菌、二氧化硅和聚苯乙烯等材料的多微粒串列。结果表明，对于相同材料的微粒，双锥角探针所能捕获的微粒数量随其尺寸增加而减少，而对于相同尺寸的微粒，捕获微粒的数量随材料折射率增加而减少；通过测量捕获微粒串列时各个微粒的捕获力，发现串列中离探针尖端越远的微粒其所受捕获力越小，在外力的作用下远端的微粒将率先逃逸；理论计算显示当光纤探针的2次锥角超过60°时，不能捕获2个或2个以上的球形微粒，该结果和实验观测一致。此研究可应用于精细加工和微纳制造。
2023, 47(3): 360-365.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.012
摘要:
为了提高特定应用场景的红外导引头成像质量，采用了统计导引头图像对成像环境和应用场景建模的方法, 一方面用L1/L2范数对复原图像进行约束，保持多尺度成像细节信息；另一方面用稀疏的拉普拉斯分布对迭代模糊核进行约束，保持对红外成像内容的约束, 并采用计算图像细节信息进行了自适应变化核。结果表明，建立的图像复原约束模型能有效地提升成像质量，凸显图像边缘, 其对比度增强系数指标提高了20%~50%，峰值信噪比提高了0.8~3.4，图像像素的模糊检测累积概率提高了0.3~0.5。该研究对复杂场景和动载体成像处理有一定的帮助。
为了提高特定应用场景的红外导引头成像质量，采用了统计导引头图像对成像环境和应用场景建模的方法, 一方面用L1/L2范数对复原图像进行约束，保持多尺度成像细节信息；另一方面用稀疏的拉普拉斯分布对迭代模糊核进行约束，保持对红外成像内容的约束, 并采用计算图像细节信息进行了自适应变化核。结果表明，建立的图像复原约束模型能有效地提升成像质量，凸显图像边缘, 其对比度增强系数指标提高了20%~50%，峰值信噪比提高了0.8~3.4，图像像素的模糊检测累积概率提高了0.3~0.5。该研究对复杂场景和动载体成像处理有一定的帮助。
2023, 47(3): 366-371.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2033.03.013
摘要:
为了更准确地分析空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统，建立了考虑系统噪声的气体体积分数传感理论模型。采用该模型对空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统的性能进行了仿真和讨论。结果表明，利用空域无源光纤腔衰荡传感技术，通过测量衰荡距离，可实现灵敏度高达56.226 km-1的乙炔体积分数的测量，稳定性达0.47%，检测极限达260.577×10-6，且稳定性和检测极限还可通过减少光纤腔的固有腔损耗得到进一步的提高。此研究对于体积分数传感系统的优化设计应用具有理论指导意义。
为了更准确地分析空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统，建立了考虑系统噪声的气体体积分数传感理论模型。采用该模型对空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统的性能进行了仿真和讨论。结果表明，利用空域无源光纤腔衰荡传感技术，通过测量衰荡距离，可实现灵敏度高达56.226 km-1的乙炔体积分数的测量，稳定性达0.47%，检测极限达260.577×10-6，且稳定性和检测极限还可通过减少光纤腔的固有腔损耗得到进一步的提高。此研究对于体积分数传感系统的优化设计应用具有理论指导意义。
2023, 47(3): 400-406.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.018
摘要:
为了解决目前水果识别检测方法效率低、误检率高、通用性低、实时性差等问题, 提出了一种基于改进的你只用看一遍(YOLO)统一框架的实时目标检测YOLOv4算法的水果识别检测方法。首先在主干网络的基础上增加高效通道注意力机制, 增强网络提取图像语义信息能力; 其次用内卷算子替换主干网络中跨级局部模块连接处卷积层, 减小了模型大小, 增强了网络预测性能; 最后在路径聚合网络基础上添加残差模块, 加快网络收敛速度的同时防止了网络梯度爆炸。数据集选取生活中常见的火龙果、橙子、葡萄、青芒等10种水果, 拍摄共获得6670张图片。结果表明, 本文中的方法均值平均精度(MAP)为99.1%, 准确率为95.62%, 传输帧数为41.67/s; MAP相比YOLOv4提升了15.3%。该研究满足高检测精度和检测速度要求, 对水果识别精度的提高具有重要的参考价值。
为了解决目前水果识别检测方法效率低、误检率高、通用性低、实时性差等问题, 提出了一种基于改进的你只用看一遍(YOLO)统一框架的实时目标检测YOLOv4算法的水果识别检测方法。首先在主干网络的基础上增加高效通道注意力机制, 增强网络提取图像语义信息能力; 其次用内卷算子替换主干网络中跨级局部模块连接处卷积层, 减小了模型大小, 增强了网络预测性能; 最后在路径聚合网络基础上添加残差模块, 加快网络收敛速度的同时防止了网络梯度爆炸。数据集选取生活中常见的火龙果、橙子、葡萄、青芒等10种水果, 拍摄共获得6670张图片。结果表明, 本文中的方法均值平均精度(MAP)为99.1%, 准确率为95.62%, 传输帧数为41.67/s; MAP相比YOLOv4提升了15.3%。该研究满足高检测精度和检测速度要求, 对水果识别精度的提高具有重要的参考价值。
