静态干涉型高温温度场成像探测方法研究

为了实现航空航天发动机尾焰、燃烧、爆炸等高温温度场的非接触高精度测量,对静态干涉型高温温度场探测方法展开研究。首先,设计静态干涉型高温温度场探测系统,理论分析高温温度场测量原理,研究高温干涉信号强度最低点光程差与温度的关系;其次,针对常用温度范围及可见光面阵探测器的响应波段,设计静态干涉具Savart棱镜,结合一维扫描实现温度场成像;最后,设计光学系统,拟合获得干涉最弱光程差与温度的对应关系,并获得线性拟合公式,仿真验证温度场经过系统后到达面阵探测器的干涉信号图像。结果表明,该静态干涉型高温温度场探测方法可实现1000 K−3000 K温度的高精度探测,且在线性区域,温度测量分辨率为1.4 K,温度测量相对误差优于0.8%。本文研究为军民领域的高精度高温温度场成像提供参考。

大孔径静态干涉成像光谱仪的坏像元检测修正

大孔径静态干涉成像光谱仪在实际应用中因为器件问题产生大量坏像元,其特殊的时空联合调制成像方式导致传统的光谱图像域坏像元修正方法无法使用。而设备在轨运行期间坏像元的不断恶化、复杂背景地物的干扰更是为坏像元的自动检测修正处理带来巨大挑战。基于对坏像元分布和变化特征的长时间分析研究,文章提出一种在原始帧的差分域而不是光谱影像上进行坏点自动检测的新方法,很好地克服了现有方法中坏点检测效率较低、阈值计算精度低且所需时间长等缺陷,通过实际数据验证表明,坏像元修正后的复原光谱影像坏线得到了很好的消除,且与理想光谱的相对误差保持在0.2%以内。

大孔径静态干涉成像光谱仪图像的条纹消除与配准

大孔径静态干涉成像光谱仪获取的图像是叠加了干涉信息的二维图像,点干涉图的获取需要经过全视场的推扫,平台姿态误差会导致提取的干涉图存在误差,进而影响复原光谱准确性,因此,图像配准是干涉图提取的关键。由于图像受到干涉调制作用,导致传统的图像配准方法在应用于LASIS图像配准时配准精度有限。为了减弱干涉条纹对图像配准的影响,本文提出一种利用条纹模板消除LASIS图像条纹,再结合图像频域配准的方法实现LASIS图像的高精度配准。配准结果表明,本方法很好地消除了干涉条纹对配准精度的影响,配准精度可以达到0.029 4个像素,相对于已开展的LASIS图像配准方法,沿轨方向配准精度提高了45.48%,跨轨方向配准精度提高了52.22%,图像旋转精度提高了39.13%。

大孔径静态干涉成像光谱仪径向畸变导致的谱线偏移误差的校正

为提高大孔径静态干涉成像光谱仪在视场增大时的光谱定标精度,减小径向畸变对光谱精度的影响,本文提出一种基于光谱——畸变关联模型的光谱定标系数修正方法,给出了波数和波长修正公式。采用594.1 nm和632.8 nm气体激光器对成像光谱仪进行了光谱成像实验,并对数据进行了处理和分析。结果表明,当存在0.3%的桶形畸变时,边缘视场的反演光谱存在2 nm左右的偏移,利用本文方法校正后,谱线偏移减小到0.1 nm左右。该方法仅需根据镜头畸变参数即可完成修正,简化了实验室光谱定标流程,提高了工作效率,也可应用于星载干涉光谱数据的在轨参数校正。

基于UG二次开发的冲压模具静态干涉检查研究

对冲压模具设计中的静态干涉问题进行了分析,提出一种基于坐标极值来确认实体非干涉的算法,基于UG/OPEN函数计算实体的干涉,开发了一套静态干涉检查工具,用于提高静态干涉的检查效率。

冲压模具静态干涉研究

阐述了自动化生产干涉曲线在模具设计中的应用,分析了通用生产线传输设备形式,解析各传输系统的参数及条件,依照制件成形深度,选择合理SPM值的干涉曲线,快速检查制件在各工序之间传输的干涉情况,并进一步优化模具结构设计,提前规避生产性问题,从而保证模具后期的可靠稳定生产。

大孔径静态干涉成像光谱仪误差分析

本文针对LASIS存在的误差,从数据处理角度分为干涉图误差、辐射校正误差和光谱反演误差。以遥感十四号搭载的LASIS载荷数据为例,对每种误差成因、规律进行分析,并着重对LASIS由于时空联合调制引起的特有的干涉图误差进行分析和实验。同时分析了辐射校正和光谱反演链路中可能出现的误差。

大孔径静态干涉成像光谱仪的干涉系统分析

从不同方面说明大孔径静态干涉成像光谱仪的特点 ,介绍其干涉系统的光学原理 ,分析基于横向剪切干涉仪的干涉系统设计思想 ,讨论两种高通量大视场横向剪切干涉仪 。

一种大孔径静态干涉成像光谱仪高光谱图像的AT-3DSPIHT压缩算法

针对大孔径静态干涉成像光谱仪(LASIS)的成像特点,提出了一种支持感兴趣区域(ROI)的非对称三维分层树集划分(AT-3DSPI HT)压缩算法。首先,对高光谱干涉图像进行非对称三维离散小波变换。然后,根据光谱信息的分布特点,采用ROI方法对不同区域的变换系数赋予不同的编码精度,以保护光谱信息。最后,采用改进的三维分层树集划分(3DSPI HT)算法编码高光谱干涉图像的小波变换系数。实验结果表明,该方法在8:1压缩比下,获得大于40 dB的峰值信噪比,同时有效地保护了光谱信息。

基于相干波面光强分布的静态干涉图的数字分析

提出了基于相干波面光强分布的静态干涉图数字处理的新方法 ,即在CQG Ⅱ型激光数字波面干涉仪上通过分别微调参考镜和被测镜的倾斜量 ,在CCD探测器上获得形成静态干涉图的两幅相干波面光强分布图 ,利用这两幅光强分布图与它们所形成的干涉图 ,可高精度地完成静态干涉图的数字分析。利用相干原理 ,给出了实现该方法的基本过程 ,并编程实现了该数字分析 ,获得了实验测量结果。通过与相移测量结果相比较 ,验证该方法对口径为 60mm的平面有望达到的测量精度。

基于FPGA静态傅里叶变换干涉系统的实时数据采集

针对静态傅里叶变换光谱仪中干涉条纹采集与处理对速度快的特殊要求,设计了用FPGA实现干涉图采集和光谱复原系统,通过CCD采集静态傅里叶干涉条纹后,将数字灰度值输入到FPGA中,进行傅里叶变换(FFT)、取模、光谱标定等处理后得到入射光的光谱信息。光谱获取的算法主要由基2-FFT和光谱标定实现,光谱标定是通过在可探测波长内取两个标准位置来计算中心波长准确位置的。为了获得较好的加窗效果,对多种切趾函数进行了分析,通过仿真数据得到半宽和中心波长位置都相对较好的加窗方式。实验分别对中心波长635 nm,650 nm,780 nm,808 nm,850 nm的半导体激光器进行干涉条纹采集,当激光入射等效楔形静态傅里叶变换干涉具后形成干涉条纹,由CCD采集传给FPGA,本算法复原得到的光谱结果与Avantes公司的AvaSpec-2048型光纤光谱仪测得结果进行比较,误差在±2 nm。

静态傅里叶变换干涉具在大视场探测中的应用

为了同时满足大视场、实时探测的要求,采用静态傅里叶变换干涉具,通过计算在-45°～45°范围内关于入射角度与相干条纹的光程差函数,仿真结果显示,倾斜入射干涉具会造成干涉条纹变密、暗带增宽、探测波长偏移等结果.提出了一种采用双干涉具循环运算的激光方向、波长的求解方法.采用折射率为1.46、斜楔角度1°的静态傅里叶变换干涉具做实验.由试验结果可知,每改变1°所对应的波长变化为2nm,应用该方法可以在较大视场范围内求解激光方向及波长信息.

基于静态固体斜楔干涉的红外探测技术

针对现有傅里叶变换红外光谱遥测技术响应速度慢、灵敏度低、抗震性差等缺点,提出一种基于静态固体斜楔干涉具为核心的傅里叶变换红外光谱遥测技术。选用UL04371-042型非制冷红外焦平面阵列探测器(UIRFPA)作为干涉信号探测的核心部件。在分析静态固体斜楔干涉具基础理论及探测器性能的基础上设计了驱动电路,FPGA作为时序控制的主体,在Xilinx ISE 12.4的开发环境中,利用Verilog硬件描述语言编程,对探测器的工作时序进行了设计输入和仿真验证。使得干涉信号通过高速AD采集,FPGA外扩的SRAM缓存,最后通过USB传送到上位机LABVIEW进行数据处理及成像。通过仿真和实验验证其可行性,实现了红外波段的静态固体斜楔干涉信号光谱成像,为进一步研究干涉型成像光谱仪成像技术提供前期准备。

基于电光调制提高静态傅里叶干涉具光谱分辨率的研究

在静态干涉系统中,采用电光调制可变折射率晶体LiNbO3做静态傅里叶干涉具的材料,两侧分别加载相位相反的调制信号,从而在不改变静态傅里叶干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。通过推导光程差函数与折射率调制度的函数关系,计算得在折射率调制度为0.030的条件下,比同尺寸干涉具光谱分辨率提高了16.7倍,达到2.836 cm-1。仿真结果表明折射率调制度会因波长增大而减小,光程差函数会随干涉位置的增大而产生偏大的现象。实际探测过程中,由于光谱范围500~1 100 nm相对较窄,波长变化造成的光谱探测失真不大,可以通过标定补偿,所以应用该方法可以有效地提高静态干涉系统的光谱分辨率。

双等效斜楔型静态傅里叶变换干涉具

为了在传统静态傅里叶变换干涉具原有尺寸的条件下提高光谱分辨率,通过双等效斜楔的设计来增加干涉具的有效光程差。在推导分析了传统静态傅里叶变换干涉具和双等效斜楔型静态傅里叶变换干涉具光程差函数的基础上,进一步推导出了切除干涉具边缘畸变干涉条纹长度的计算公式。经仿真计算得知,双等效斜楔型静态傅里叶变换干涉具光程差的理论最大值是同等尺寸传统静态傅里叶变换干涉具的4倍,即相应地其光谱分辨率提高了3倍,并对理论和实际结果存在的差异进行了原因分析。结果表明:双等效斜楔型傅里叶变换干涉具的设计对提高传统静态干涉具的光谱分辨率是十分有效的。

ⅥSAR静态干涉条纹分析

VISAR需满足准零程差条件才可能测量任意反射面的速度。分析了入射角和发散角的大小对标准具准零程差位置的影响；就全场干涉问题进行了剖析；模拟了静态调试时各种干涉条纹形状。

静态傅里叶干涉具在目标识别中的应用研究

设计了基于静态光谱分析的目标识别遥测方法。针对机械扫描式干涉方法结构复杂、稳定性差、主动监测隐蔽性差等问题,采用静态遥测技术取代机械扫描光程,应用光谱分析方法,对大范围视场内进行光谱探测,从而在恶劣的环境中实现了目标识别。经仿真计算,得到温度、波长及空气透射率与光谱辐亮度之间的函数关系。采用AViiVA-M2型CCD相机、静态傅里叶干涉具、1m×1m的铁板作为待测目标等做相关实验,分别在一天中不同时间、不同探测距离、不同背景的条件下,得到了各种情况下整个系统的探测极限位置。通过实验数据及计算结果表明,静态干涉方法应用于目标识别是可行的,由差谱特征反演得到的目标识别平均概率达到92.8%。

一种提高静态傅里叶干涉仪光谱分辨率的方法

为了在不改变静态傅里叶变换干涉具尺寸的前提下提高光谱分辨率,设计了正交斜楔型静态傅里叶变换干涉具,采用两个正交的等效斜楔形成连续的光程差变化.通过推导传统干涉具与正交斜楔型干涉具的光程差函数,设计了采用正交斜楔型干涉具增加有效探测长度,从而提高光谱分辨率的方法.经仿真计算,正交斜楔型干涉具的最大光程差为0.323 4 mm,比传统干涉具的0.080 8 mm大4倍左右,即光谱分辨率提高了4倍.实验证明,由于正交斜楔的探测原理使干涉具边缘的干涉条纹产生畸变,故要对干涉条纹进行边缘切除及滤波,给出了切除大小的计算公式.采用WQF520型光谱仪进行对比实验,检测800 nm的激光,该干涉具误差小于1 nm.该方法可有效地提高静态傅里叶变换干涉具的光谱分辨率.

基于静态傅里叶变换干涉系统的光谱数据处理

设计了一种利用静态傅里叶变换干涉系统的光谱分析算法,可以通过静态条纹获取光谱分布函数及波长标定。实验采用五种不同波长的激光器,用M2CL-CCD探测器采集得到干涉条纹,再经该算法得到光谱信息,与用Q857B型光谱仪产生的光谱信息作比较。应用主成分分析法计算得到波长主峰和几个次峰的相似度总和大于0.95,由实验结果可知该算法实现了光谱分辨率132.1cm-1的光谱分析。

基于激光干涉法的MEMS高g值加速度计准静态校准

介绍了采用Hopkinson杆冲击装置产生激励加速度脉冲,利用激光多普勒干涉仪对激励信号进行测量,实现对MEMS高g值加速度计进行准静态校准的原理。给出了传感器灵敏度系数的两种标定公式,并对校准系统中影响激励加速度脉冲幅值测量误差的主要因素进行了分析。通过对一种压阻式高g值加速度计的两种灵敏度标定结果和测量不确定度的分析,比较了两种标定公式的优缺点。