光电望远镜暗弱目标识别算法及探测能力

通过空间目标的光度测量可判断目标在轨运动特性和进行编目识别。对光电望远镜在卫星姿态判定领域的应用进行了介绍,验证了一种暗弱目标识别算法,即霍夫变换。通过仿真计算分析了影响极限探测星等的因素,并从目标成像后在探测器上获得信噪比的一般计算公式出发,推导计算得出光电望远镜的极限探测星等理论值,并使用星图比对的方法进行了试验验证。结果表明,星图比对法是一种可靠的星等测量方法。

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99″、11.50″分别降至5.94″、-3.49″,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。

基于低仰角红外测量的蒙气差修正方法

受大气蒙气差的影响,地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差;空间目标的俯仰角越小,蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位,需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上,为提高低仰角观测时蒙气差修正精度,采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合,最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证,长波红外系统起跟仰角由10°降低至2°,目标捕获时间提前50 s以上,可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差,提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力,具有实际工程应用价值。

顺电相KTN晶体中相位栅的衍射效率分析

为了在应用中提高读出光的衍射效率,必须合理选择参量。采用将KOGELNIK的耦合波理论与Kukhtarev方程相结合,可以得出顺电相KTN晶体中透射型相位栅衍射效率的解析式。对影响光栅衍射效率的各因素进行计算分析,发现衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感,而45°入射角附近出现较宽的高衍射区。另外,晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。结果表明,该计算分析有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。

振幅型复合计算全息模式波前传感理论及验证

全息模式波前传感器是利用复合全息元件对待测波前中像差模式进行直接测量的一种新型波前传感器,其中的复合全息元件可编码设计多阶Zernike像差模式。提出一种有效方案以编码设计振幅型复合计算全息元件,该方案通过将多个编码有某阶Zernike像差模式的透过率调制扭曲光栅叠加产生振幅型计算全息元件。在小像差近似条件下推导了传感器输出信号与Zernike像差模式系数的解析关系。编码设计了振幅型复合全息图,并研究了其对单阶和多阶Zernike像差模式的探测性能。利用液晶光阀加载复合全息图进行了验证实验。所得实验结果与数值模拟结果基本一致。

顺电相KTN中反射型全息相位栅的衍射效率分析

在顺电相光折变晶体中存储全息相位光栅是研制新型电控全息光开关的有效途径。为了提高光栅的衍射效率,将Kogelnik耦合波理论与Kukhtarev方程相结合,得出了顺电相钽铌酸钾晶体中反射型相位栅衍射效率的解析式,对影响光栅衍射效率的各因素进行了计算分析。结果表明,使写入光的入射角远离45°、增加晶体厚度和增大外加电场等措施都可以使反射型全息相位栅的衍射效率提高。45°入射角附近出现较宽的低衍射区。衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感,其中任一个参量的较小改变都可以引起衍射效率的较大变化。晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。分析结果有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。

同步轨道通信卫星占频保轨现象分析与实测

为了应对国际电信联盟对卫星频轨资源的相关规定,卫星运营商可能会选择将卫星送至另一个不同的轨位并连续保持90天来启用该位置的频率指配.这种变轨行为称作"占频保轨",是一些同步通信卫星的常规操作.本文以国际通信组织的INTELSAT系列卫星为研究对象,基于双行根数(TLE)和SGP4/SDP4模型计算了67个INTELSAT(国际通信卫星)的自发射以来的轨道数据,提出了基于密度和k-最近邻的离群点检测来筛选数据野值的方法,提高了数据准确性;对这些卫星的占频保轨行为进行统计和分析,提出我国卫星运营商应充分利用国际规则,维护自身太空权益的建议.

FocusGEO望远镜观测地球同步轨道目标的光度特性分类

基于FocusGEO望远镜2017年12月至2019年6月的测光观测数据,开展台站上空地球同步轨道(GEO)目标光度曲线的分类研究。通过对GEO卫星光度曲线特征的统计分析,建立了一种全新的GEO卫星分类系统,确定了各类GEO卫星光度曲线的占比,分析了光度特征类别与卫星平台的相关性。本研究将197颗GEO卫星的光度曲线分为六类,其中约90%的卫星可归为三类:典型类、BSS类和Ekspress类。光度特征分类与卫星平台无直接的相关性,但同一类别中平台相同或相近的卫星,具有相似的光度曲线。该分类系统可为位置相近的多个GEO目标的准确识别提供辅助手段,为目标异常监测和物理特性研究提供依据,对空间态势感知具有重要意义。

基于高光谱图像的东北稻米品种快速分类

针对稻米品种无损鉴别需求,利用高光谱技术分析了3种稻米样品的光谱图像特征,实现了利用液晶可调滤波器(LCTF)光谱相机对3种稻米的探测、分类与鉴别。通过高光谱相机采集稻米样品的VIS/NIR光谱图像,运用Matlab软件及ENVI软件对高光谱图像进行处理分析,获得各样本的相对反射率曲线,结合图像阈值分割技术,得到各波段光谱图像的二值图像。结合图像及数据,分析不同品种稻米的光谱差异,发现稻米于480~550nm波段有较为明显的特征峰,品种之间光谱差异明显,且不同品种稻米的二值图像明暗占比不同,以此完成稻米品种的分类与鉴别。研究结果表明,光谱图像的相对反射率和二值图像在稻米品种快速分类与识别的应用中具有较好的应用前景。

基于大气相干长度的湍流模糊图像复原

利用地基光学望远镜观测空间目标时,大气湍流是影响成像质量的主要因素。由于大气湍流引起成像波面的畸变,导致望远镜所获得的图像模糊。为了从模糊图像中复原出目标的原始图像,提出了一种基于大气相干长度的湍流点扩展函数估计方法,进行了理论推导,并利用Sobel方法对迭代相同次数后的盲卷积复原图进行像质评价,找出像质评价结果峰值处对应的大气相干长度;再将此值代入点扩展函数的估计公式中,得到点扩展函数更加准确的估计;然后利用此点扩展函数对湍流模糊图像进行盲卷积图像复原,最后得到目标的复原图像。从多种像质评价结果来看,该方法无需测量大气相干长度,且复原效果较理想。

集成电路用聚合物光波导材料

针对光互连的热门前沿问题,对目前世界上采用的波导材料进行了总结,并重点介绍了含氟聚酰亚胺和聚硅氧烷两种集成电路最适用的材料及其研究现状。为进一步开展大规模光路集成做了部分基础研究工作。

改进的自适应加法算法及其在衍射光学元件设计中的应用

随着激光的广泛应用,在许多场合都需要对其进行光束整形,其中最重要的整形元件就是衍射光学元件(DOE)。引用了自适应加法(AA)算法,并且对其进行了改进,一方面克服了AA算法的两个缺陷,另一方面提高了AA算法的精度。在AA算法中加入自动选取参数λ的环节,使得不必采用尝试法确定参数,减小了DOE设计的工作量。此外,还提出了三种克服分母出现零点的方法。应用AA算法设计了整形高斯光束的DOE以及一维光栅分束器,并得到理想的结果。对比了AA算法和高斯(GS)算法,说明AA算法具有优势和潜力,可以简单高效地应用于DOE的设计。

光束传播法中有效折射率参数的确定方法及比较

针对光束传播法(BPM)应用中有效折射率neff如何获得其准确值的问题,本文给出了3种求解等效折射率的方法,从具有一定应用背景的多模脊形波导求解出发,利用3种方法分别求解了9个模式的等效折射率,并且将结果进行分析比较,给出了各自的应用范围。

多模脊形光波导的制备及其耦合对准和损耗测量系统

垂直腔面发射激光器,目前在光互连中有着越来越广泛的应用。是一种波长为850 nm的多模激光器,其光输出截面达50μm×50μm,为了更好的匹配该器件,需要研制大截面多模脊形波导,并且为了满足芯片间光互连的需求,对互连波导长度具有较高的要求。通过改进制备工艺,研制了直线长度为21 cm的多模聚硅氧烷脊形波导,并成功完成了通光实验;搭建了一套对波导完全无损伤的测量系统,实现了对多模脊形光波导的无损伤测量,测得损耗平均值为约0.18 dB/cm,并利用传统的截断法进行了验证。此外,该系统还可以用于不可见光波段的耦合对准。

聚硅氧烷光波导损耗无损测量图像的消旋及尺寸估计

近年来,由于传统的电互连技术暴露其固有的瓶颈问题,光互连技术成为研究的热点。而有机物光波导以其独有的优势,在光互连中占据了主要地位。聚硅氧烷光波导是最适合850 nm波段的有机物光波导之一。研究波导的过程中,一直存在着难题:如何实现波导的高精度无损测量。而电荷耦合器件(CCD)无损测量法具有操作简单等优势成为研究的热点。针对CCD测量法中存在的如何保证测量图像中光的传输方向,保持较高精度水平以及如何较高精度地确定CCD视场内的波导通光长度问题,提出了聚硅氧烷光波导损耗无损测量图像的消旋理论和方法,以及估计CCD视场内波导通光长度的理论和方法,并和传统的截断法结果进行了对比,验证了方法的正确性和有效性。

脊形波导传输损耗理论分析

新一代计算机光互连普遍采用的垂直腔面发射激光器(VCSEL),是波长为850 nm的多模激光器。为了更好地与其匹配,需要开发截面大小与其输出面大小接近的脊形波导。在成功制备了最小截面积70μm×50μm,直线长度21 cm聚硅氧烷脊形波导的基础上,对其损耗机制进行了理论分析。利用微扰理论分析可知吸收损耗可以忽略不计,主要损耗由上下表面和侧面粗糙度引起的表面散射损耗决定。利用变分原理和有限元方法分析了气泡、缺陷和杂质对场分布的影响,得出了基模和1阶模受到肉眼可辨的影响和发生跃变时气泡、缺陷或杂质的具体量值。利用CCD摄像法测量传输损耗,实验结果与理论结果基本相符。

用于光互连的聚硅氧烷脊型光波导研究

采用软成型和图案转移技术,制备了可用于高速芯片间光互连的大尺寸聚硅氧烷脊型光波导,光波导长度达23 cm。利用有效折射率法,对芯层残留层和传输模场的关系进行了分析。采用截断和数字化散射两种方法,测得输入光波长为633 nm时的平均传输损耗小于0.14 dB/cm。研究结果表明,波导的长度和损耗指标满足高速芯片间光互连的要求。

基于FlexPDE研究顺电相KTN晶体中大调制度全息光栅的形成

在用带输运模型研究光折变效应时,大多数情况下都限定入射的相干光调制度远小于1,对方程做线性化近似以便于求解,这在求解小调制度问题时可以达到满意的精度。但在很多实际情况下光调制度接近于1,此时线性理论不再适用。基于FlexPDE程序提出了一种新的求解方法,适用于大调制度时的情况。采用有限元算法,严格求解光折变带输运方程,研究了外加电场时顺电相KTN晶体中大调制度全息光栅的形成,给出了晶体中的空间电荷场、光激发电子、离化施主、晶体折射率等的分布情况和时间演化曲线。计算结果表明,采用FlexPDE程序不仅可以大大降低带输运模型的求解难度,而且能够实时动态显示全息光栅的形成过程,具有直观性。

制备多模聚硅氧烷光波导关键技术的改进

本文利用浇铸法,使用M&N胶和OE6450两种聚硅氧烷制备光波导.通过改进制备光波导的多个关键技术,解决了波导制备过程中的气泡问题、脱模问题、芯层不固化问题、芯层和覆盖层产生化学反应等难题,提出了比较完备和科学的聚硅氧烷波导制备工艺流程,从而使得波导的制备成品率从原来低于40%提高到高于80%,波导的最大长度从原来的21 cm增加到22.5 cm,波导的损耗(截断法测量结果)从最初的0.3dB/cm(850 nm)降低到了0.21dB/cm(850nm).本文在波导制备技术方面具有重要的实际意义和价值.