基于OCDP的保偏光纤偏振模式耦合仿真及实验

光相干域偏振检测技术广泛应用于保偏光纤中的偏振模式耦合测量和分析。针对保偏光纤中的多点偏振耦合情况,传统的分析方法主要有光路逐点分析和光谱相干矩阵分析,这些方法计算量大且不利于计算机实现。从光波传播特点及宽谱干涉特点出发,研究了保偏光纤中多点偏振耦合的仿真技术和方法,并编写了专用程序进行仿真。利用扫描迈克尔逊实现了多偏振模式耦合的测量,仿真数据与实验吻合。研究表明:通过上述方法能简便、准确地生成多耦合点干涉条纹。从而为保偏光纤中多点偏振模式耦合干涉的测量和分析提供了重要的工具。

基于对称判据的白光干涉零光程位置拾取算法

高性能白光干涉测量技术的发展对零光程位置精确拾取提出了更高的要求。基于白光干涉光强对称分布特点设计了对称性判据,并根据此判据和实际采样数据的离散性,提出了一种白光干涉零光程位置拾取算法。算法分为两步:首先,从数据中寻找最大测量峰值,然后搜索最大峰值附近的子峰,利用对称性判据及其变化趋势来确定最接近的零光程位置的子峰;接着,由于采样点的离散性,需要进一步对搜寻到的子峰进行局部数据拟合,通过拟合峰值最终确定零光程干涉峰值和零光程位置。此时对称性判据还可用于评估零光程拟合位置与真实位置间距。通过实测数据处理和算法对比实验表明:该算法能够进一步提高零光程位置辨别能力和拾取精度,保障高性能白光干涉测量设备的超精密测试需求。

采用大口径投影光学系统监测远场散斑特征参数

大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作,可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理,能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估;在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下,该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明,系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言,可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。

大气折射对星地激光通信测距链路的影响

星地激光通信测距技术作为一种星地应用的新兴航天测控技术相比传统激光通信技术和激光测距技术,该技术需要在大天顶角条件下运行,以满足航天器长时段观测和定轨需求。本文从大气层的同心球壳模型出发,采用光束追迹法仿真了不同天顶角下的大气折射角和光程变化,并进一步讨论了星地激光通信测距链路运行过程中的大气折射补偿方案,建议在后续星地激光测控技术发展过程中,加强大气折射率分布廓线的实时监测技术研究。

图像辅助激光通信链路建立技术研究

本文提出了一种新的图像辅助激光通信链路建立技术,在有限的可链路时间内实现快速、高概率的捕获。该技术利用探测器的大视场成像能力,通过对信标光的扫描捕获,并对光通信终端平台的图像特征进行识别跟踪,实现多手段技术建立光通信链路。与仅使用信标光扫描相比,图像辅助扫描能够显著减少扫描时间、提高捕获概率。试验结果表明,在相同不确定域的扫描过程中,仅通过信标光扫描需要1.746s的时间,而图像辅助扫描仅需0.119s;在同等捕获条件下,仅使用信标光的捕获概率为92.28%,而图像辅助捕获概率达到99.43%。此外,在图像辅助跟踪阶段,目标跟踪的精度约为115μrad,在接收到信标光时,信标光的跟踪精度达到约65μrad。这些结果验证了图像辅助激光通信链路的可行性。通过该技术,可以实现快速、高效的信息传输,提升激光通信系统的性能和可靠性。

光相干域偏振仪检偏镜对轴角度的精确测算方法

检偏镜与其输入端光纤主轴45°对轴误差是光相干域偏振仪主要误差源之一.通常通过旋转检偏镜,根据光强变化,找到光纤主轴,再调整检偏镜使之与光纤主轴成45°对轴。但缺少相应的评定手段来评价其最终对轴效果。从理论上推导了检偏镜检偏角与干涉信号的关系,得到:当干涉仪两臂延迟等于第一段输入光纤的快慢轴时差时,所对应的干涉峰值强度与检偏镜对轴角度有关,峰值强度越小对轴角越接近45°。通过实验进一步验证了该结论的正确性。从而提供了一种检偏镜对轴角度的精确测算方法,基于该方法还可实现检偏精确对轴的反馈控制。

采用投影光学估计弱起伏条件下的大气闪烁指数

在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能,有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时,大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱,光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题,基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设,建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性,通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁,结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型,从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明,在孔径0.05m至0.4m之间,实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%,理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。

星地相干激光通信中的自适应光学系统边界参数设计

分析了星地相干激光二进制相移键控(BPSK)通信系统中自适应校正波前残差与相干效率的关系;讨论了自适应校正下相干效率和误码概率的动态特征;然后,研究了大气闪烁对相干效率和通信误码率的影响。在假设接收强度均匀分布的前提下建立了波前残差均方根值与相干效率的理论关系,采用频率直方图方法仿真了相干效率以及相应的误码概率的概率分布函数,计算了不同校正残差和闪烁条件下的通信平均误码率。结果表明:波前残差大于1rad时,相干效率主要受波前残差影响,自适应校正性能达到衍射极限时才能获得10-8的误码率,但此时大气闪烁可能会使误码率增大两个数量级。

高精度保偏光纤拍长测试

基于光相干域偏光测试技术,提出了一种高精度的保偏光纤拍长测试方法,实现了不同结构、不同尺寸保偏光纤的拍长测试。阐述了光相干域偏光测试技术原理并推导出测量方程;以迈克尔逊干涉仪为基础建立了测试系统并采用调制解调技术实现了信号的高精度检测。实验结果表明,系统的测量精度为0.01 mm。在此系统上进行了测试精度和重复性研究并对不同结构和尺寸的八种保偏光纤进行了实际测量,拍长测量精度和重复性均优于0.01 mm。

临近空间相干激光通信链路外差效率分析

临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明:临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响;如果临近空间-临近空间链路距离大于500km或是临近空间-地面链路天顶角大于60°,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。

无线激光通信与测距一体机的测距精度分析

为整合有效载荷,提出并实现无线激光通信与测距一体机的通用方案。无线光通信与测距模块机在硬件上共享探测器、前放、驱动源和激光器,只需添加整形和计数电路就可以对无线光通信端机进行改造。进行了理论和实验研究,重点研究信噪比和温度这两个主要因素对测量精度的影响。结果表明:为减少周期测量标准差、避免测量周期因信噪比较低而产生剧烈波动,接收机最小光功率应大于0.5mW;另外,不考虑温度影响时,采用多周期计数可以使测量精度达到亚毫米量级,但是实验测得温度变化30℃,测量距离将因电路延迟而变化2.25cm,因此,高精度测距必须进行温控。

无线光通信信道的大气湍流测试及分析

通过长期的大气湍流强度测试,总结了所测信道大气湍流强度的日变化规律,即测试日下午7:00～次日上午8:00时段湍流最弱,湍流强度约为10-15m-2/3;下午1:00～2:00时段湍流最强,湍流强度约为10-13m-2/3。另外还分析了仪器测试原理,推导了湍流强度与大气温度结构常数、大气温度测试精度的关系,并对实验测试误差进行了评估,为研究大气湍流对无线光通信系统的影响提供了基础数据支持。

光电跟踪系统中扩展目标的成像对比度分析

分析了影响大气层内扩展目标成像对比度的主要因素,研究了整体倾斜校正对扩展目标对比度影响的数学关系,并分析了采用绝对差分算法提取整体相位倾斜的复杂度优化问题。采用快速倾斜镜对成像光束整体倾斜进行校正能够提高扩展目标的成像对比度,降低后端数字图像处理的难度,进一步减少目标识别和跟踪所需要的时间,对提高低对比度目标的光电跟踪效率具有参考意义。

光学前端平衡失配下的卫星相干接收性能

该文主要讨论卫星相干光通信中光接收前端的平衡接收支路上功率和传输时间失配对相干接收性能的影响,并通过参数优化进行改善。与数据接收支路具有的大接收带宽不同,光锁相环路的低通窄带特性,使其仅受功率失配的影响。通过优化激光器线宽、锁相环路的带宽和本振功率将灵敏度恶化最小化。为使失配带来的附加灵敏度下降小于5.5 d B,即保证接收机具有优于?40 d Bm的接收灵敏度,此时设计的接收前端的功率失配小于0.5 d B,传输时间失配小于3 ps,为高灵敏度接收前端的设计和链路裕量计算提供参考。

指向误差对判决驱动锁相环最优带宽的影响

为了实现卫星光通信系统从直接探测到相干探测的升级,本文提出了一种基于空间光到光纤混频器耦合和判决驱动锁相环的升级方案。由于指向误差会引起光纤混频器的耦合功率损耗,因此本文将针对发射端和接收端指向误差对判决驱动锁相环最优带宽的影响进行了理论研究和仿真分析。结果表明,判决驱动锁相环最优带宽随收发两端指向误差增加而减小,相应的最小相位误差则随收发两端指向误差增加而增加,两者对接收端指向误差更为敏感。

350MW机组锅炉充氮防腐保养过程中的若干问题

大型机组为适应电网季节性调峰的需要有可能停运一段时间 ,为保证锅炉长期停 (备 )用期间的安全 ,防止锅炉受热面金属氧化是一项非常重要的工作。我国有少数几个电厂的大容量锅炉进行过充氮保养 ,而经验介绍不多。

基于蒙特卡罗方法的隐身飞行器LRCS特性研究

针对激光雷达散射截面(Laser Radar Cross Section,LRCS)面元数量巨大、构造复杂、难以实现面积计算的难题,采用蒙特卡罗方法快速计算3DMAX高仿真隐身飞行模型各面元面积,结合双向反射分布函数,得到了飞行器的LRCS。就机腹照射和机背照射的LRCS进行了对比分析,结果表明:由于飞行器气动外形特点,飞行器腹部较为平整,而飞行器背部由于安置座舱、尾翼等原因,更可能使激光雷达接收到较强的散射光功率。

GPU和格子玻尔兹曼方法联合加速的水平集模型及其在图像分割中的应用

面向图像分割应用,提出了一种新颖的GPU加速水平集模型,将来自于不同模型的全局及局部拟合能量有机地整合一起,并且可以自适应地调整全局项的加权系数。无论初始轮廓位于图像中的任何位置,模型都可以有效地分割出具有强度非同质性图像中的前景目标。在数值实现环节,采用格子玻尔兹曼方法的策略来打破传统求解方法对于时间步长参数的限制条件。另外,借助NVIDIA GPU来高效地组织格子玻尔兹曼方法的数值解算过程,以充分利用格子玻尔兹曼方法所具有的并行特性。在合成及真实图像数据上的实验结果验证了所提方法的有效性。另外,还对影响分割结果的数个关键因素进行了深入的分析。

广角镜头桶形畸变的二元二次多项式修正法

为了修正广角镜头的桶形畸变,提出了一种基于二元二次多项式的修正方法,阐述了其图像的像素坐标校正和像素灰度恢复方法。该方法首先用模板对广角镜头进行对准相对标定,然后用二元二次多项式拟合畸变图像与非畸变图像像素坐标之间的规律,最后把该方法应用于某广角镜头拍摄的图像,并采用最小二乘法对校正效果进行评价。结果表明:在不考虑视觉系统具体参数的情况下,该方法能够有效地对广角镜头桶形畸变进行修正。