Algorithm for Multi-laser-target Tracking Based on Clustering Fusion

Multi-laser-target tracking is an important subject in the field of signal processing of laser warners. A clustering method is applied to the measurement of laser warner, and the space-time fusion for measurements in the same cluster is accomplished. Real-time tracking of multi-laser-target and real-time picking of multi-laser-signal are introduced using data fusion of the measurements. A prototype device of the algorithm is built up. The results of experiments show that the algorithm is very effective.

复杂水文微弱多目标激光探测仿真与实验

为了探究在近岸复杂水体中激光探测对微弱目标的探测能力,研究水质、目标特征、目标距离对水下激光探测的影响具有重要理论和应用价值。论文建立了水下微弱目标激光探测模型,采用蒙特卡洛仿真验证了不同浊度微弱多目标激光探测性能,模拟了不同距离下微弱目标的激光后向散射回波信号,对多个不同反射系数的目标后向散射回波特性进行了分析。同时设计并研制了灵巧便携式水下微弱目标激光探测系统,进行了实验室及外场湖泊环境下的多目标探测、测距测试验证。在浊度为12.87 NTU的近岸湖泊水域,该系统可在10 m范围内对3~4个直径为80~400μm的不同低反射系数的混合小目标进行有效探测,平均测量误差为±0.11 m,与理论仿真结果一致。本文研究结果可为蓝绿激光水下多微弱目标探测链路计算、系统设计及参数优化提供参考,可以支撑近海浑浊水体下水下障碍物激光探测工程实践。

拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。

基于FPGA与STM32的光幕靶校验仪

光幕靶是一种能够对弹丸飞行速度测量的仪器,对光幕靶进行检定与校准是保证其测试数据准确、可靠的必备工作,针对现阶段有关光幕靶校验测试设备中存在操作繁琐复杂、造价高、专用性不强、测量效率低等问题,设计了基于FPGA与STM32的便携式光幕靶校验仪;提出了光幕靶校验仪的总体方案,分析和设计同步检定与异步校准信号,介绍了DDS技术的原理;设计了FPGA、STM32、DA模块硬件电路与光电夹具、串口触摸屏、电池模组,完成了对应芯片与所用器件的选型;在LabVIEW平台完成对FPGA的开发,利用FPGA采用DDS技术通过DA模块实现触发信号的生成,STM32完成数据处理与数据传输,使用串口触摸屏实现人机交互功能,最终由光电夹具输出信号;实验结果表明:该光幕靶校验仪输出信号同步时间一致性误差在330~370 ns之间,异步延时精确度在±0.1μs以内,具有误差小、精度高、便携轻量等特点,满足光幕靶快速校验的应用需求,为提高光幕靶的装调精度提供技术保证。

推动激光聚变点火实验研究和关键技术

2021年8月8日,国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)上获得1.3 MJ能量产出,首次达到MJ量级。这一进展使激光聚变研究接近美国国家科学院和国家核安全管理局定义的点火门槛,极大地鼓舞了激光聚变领域的研究人员。此次实验取得的成果取决于过去几年整个NIF研究团队的努力,包括理论和数值模拟、诊断技术、制靶技术、黑腔、靶壳以及填充管相关技术。调研了NIF上聚变点火的发展进程,梳理了美国过去十年为推动惯性聚变研究发展在实验和相关技术方面所作的努力,以期对中国激光聚变研究提供参考。

基于激光扫描的废弃玻璃目标分拣优化方法

废弃玻璃分拣时存在分拣效果差、耗时长的问题,为此提出一种基于激光扫描的废弃玻璃目标分拣优化方法。利用激光扫描获取玻璃点云数据,将原始点云数据加工成切片数据并压缩,通过最小二乘法控制点云数据误差,以此获取所需待分拣区域目标数据。利用图像阈值分割法,通过各目标间的差距度量完成区域图像前景和背景分割,使用四叉树方法分解包含目标的前景图像控制点重建背景,通过高斯滤波器平滑处理背景图像提取废弃玻璃特征,最终采用模板匹配方法寻找废弃玻璃目标,从而实现分拣工作。实验结果表明,所提方法分拣的废弃玻璃与实际结果一致,并且分拣时间低于1.5 s,验证了该方法的分拣效果好,应用价值更高。

近红外空间碎片激光测距探测成功概率影响因素的研究

基于激光雷达方程和天空背景噪声估算公式推导出近红外空间碎片激光测距探测成功概率的计算公式,仿真研究了该公式中大气透过率和天空背景噪声的影响因素,经数据拟合,得到空间碎片激光测距探测成功概率的归一化表达式。在此基础上,仿真分析了太阳高度角、目标天顶角、目标轨道距离和目标横截面积对目标探测成功概率的影响。结果表明:目标探测成功概率随太阳高度角升高而减小,随目标轨道距离的增加而减小,随目标天顶角的增大而减小,当目标天顶角增加到70°时,目标探测成功概率开始急剧下降;目标轨道距离固定的情况下,目标探测成功概率随目标横截面积的增大而增大。该研究对提高空间碎片的观测效率具有一定的应用价值。

激光跟踪仪双点靶球座的加工工艺

双点靶球座是激光跟踪仪的常用附件,具有较高的尺寸及形位精度要求,大外圆圆弧与小轴连接处薄弱,加工变形较难控制。对此,提出激光跟踪仪双点靶球座的加工工艺。介绍了具体工艺流程,进行了实测精度对比,确认采用所提出的加工工艺,激光跟踪仪双点靶球座的精度达到外购件水平,可以取代外购件。

激光主动探测中的“猫眼”目标识别定位算法

激光主动探测是利用光学系统的“猫眼效应”对敌方侦察设备进行探测识别的技术,其核心技术是利用回波精准地找到敌方光学探测器的位置,从而实施对探测器的干扰或其他措施。构建了激光主动探测中激光传输的基本模型,讨论了大气衰减、离焦量和入射角度等多种条件对激光主动探测的影响;基于激光主动探测的光电回波图像,以实际探测过程中的激光传输特性为基础,创造性地提出了回波功率、目标大小、目标形状3种判据,与传统目标检测算法相结合,实现了对敌探测设备的精确识别定位;通过实例检验,验证了该算法相较于传统算法具有更好的识别能力,且具有较强的通用性和一定的实战应用价值。

一种基于光学的水表面微波跨介质探测方法

水下声信号的传播和探测研究主要集中在散射、反射和传播损失等方面,而对其在水面引起的波动关注较少。本文在理论上推导了在水下平面波入射在水-空气界面激励的水表面微波与声源强度和频率的关系。这种水表面微波的振幅在纳米级别,振动频率和水下平面波的频率相同,在水-空气界面的扩散距离则随频率的升高而强烈衰减。基于水表面微波的特性,结合激光探测的工作原理,设计了一套跨介质水下目标检测系统。并为该系统可能受到的低频海浪噪声干扰和反射干扰提供了应对方式。仿真结果表明:该系统分辨率高,具有隐蔽性、易于维护性、无接触性等特点,对低频声源的检测效果较好。该方法结合了声波在水中和光波在空气中传播各自的优点,有望成为水下目标检测的一种新手段。

基于激光光幕的高速小目标信噪比研究

通过对目标过靶时光电探测器与运算放大器所产生信号和噪声的研究,推导出信噪比与激光出射功率、原向反射屏逆反射效率的理论关系;进行多组实验验证激光功率、反射效率对信号信噪比的影响。结果表明所设计的激光光幕系统,通过适当提高激光功率、采用逆反射效率高的反射屏,可以有效提升高速小目标过靶信号的信噪比。

针对性护理对输尿管镜下钬激光碎石术患者的影响分析

评估针对性护理对输尿管镜下钬激光碎石术患者的影响。选取2022年6月—2023年6月贵州省盘州市中医医院收治的160例接受输尿管镜下钬激光碎石术的患者为研究对象,采用随机数字表法将其分为对照组与试验组,每组各80例。对照组采用常规护理,试验组采用针对性护理,对比两组患者手术时间、住院时间、术后并发症发生率以及康复指数。结果显示,护理后,试验组手术时间、住院时间短于对照组,术后并发症发生率低于对照组,组间数据对比差异有统计学意义(P<0.05);试验组患者康复指数优于对照组,组间数据对比差异有统计学意义(P<0.05)。研究发现,针对性护理能够有效改善接受输尿管镜下钬激光碎石术患者的康复情况,缩短手术时间、住院时间,降低并发症发生率。因此,推广应用针对性护理对该类患者具有积极意义。

一种对高速运动目标的单光子测距方法

作为一种前沿的激光探测技术,单光子激光测距技术已成功应用于月球测距、卫星测距和地面测高等领域。然而,单光子测距在机载空对空、地对空平台上对高速运动目标进行跟踪测距时,回波光子落在不同的时间窗,导致直接计数无法有效提取信号的问题仍需解决。针对空对空条件下单光子激光测距的应用需求,基于时间相关光子计数技术设计一种适用于全天时、宽时域、多噪声条件下对高速运动目标的单光子测距方法。该方法采用阵列单光子探测器和相邻时间窗相关统计多帧处理算法提取激光回波光子信号,并在Matlab平台上对算法进行仿真实验,使用多元阵列单光子探测器实现最大测程百公里以上、背景噪声计数率约为5 MHz、单脉冲回波光子计数平均值为1条件下的回波光子信号提取。该方法能够克服传统单光子探测只能对准静态目标测距,只能在小接收视场和小波门范围等弱背景噪声及目标轨迹可预测条件下应用的限制,将单光子探测由只能固定平台夜晚对准静态目标测距推广至通用平台全天时对高速运动目标测距。

基于三维激光扫描技术的数据建模分析研究——以某学校校门为例

以往对三维物体的测量主要是通过GPS接收机或者全站仪,虽然其具有全天候、高速度等优点,但对结构复杂、数据量庞大的三维目标体进行构筑时,往往存在信息采集缺失、总体效率不高等问题。有别于传统测量方法,20世纪90年代出现并于新近快速发展起来的三维激光扫描技术可直接获取海量三维物体外观坐标(点云),具有普适性、高自动化等优势。对三维激光扫描技术采集的点云数据进行专业处理,可以实现兼顾效率与准确度的坐标分析、数据建模、动画仿真等高级产出,从而为系统工程实现奠定基础。本文以某学校校门建模为例,详细介绍了三维激光扫描技术原理及操作流程,成功对校门进行数据建模,实现了校门的三维数字化展示。通过建模结果与实际情况对比,验证了三维激光扫描技术在复杂空间体精细构建的有效性,进一步表明该技术可以为古建筑的设计及修复、工业设计及生产、变形监测等领域提供技术服务。

3μm铜箔CO_(2)激光直接烧靶工艺研究

为满足印制电路板(PCB)线路等级需求,需要采用改进型半加成工艺(mSAP)并使用3μm及以下的附载体极薄铜箔。采用3μmmSAP工艺时,激光钻孔加工使用开窗流程。为保证对位精度,高精度曝光时抓取内层靶标来对位。利用CO_(2)激光加工的积热效应,验证了3μm铜箔CO_(2)激光直接烧靶的可行性,其中烧蚀靶标的激光叠孔设计和激光加工参数是影响烧靶效果的关键因子。通过研究输出了最优的叠孔设计方案和最适合的激光加工参数。结果表明,采用CO_(2)激光直接烧靶加工,凹点靶标和凸点靶标都可以100%满足高精度曝光抓取靶标的需求。

舰船尾流激光探测跟踪方法与试验

舰船尾流激光探测跟踪是水下航行器对舰船进行探测、识别、跟踪的新手段。论文基于舰船尾流分布特性、气泡目标特性,采用蒙特卡洛仿真方法,实现了多尺度、宽数密度、大厚度舰船尾流气泡群的后向散射回波信号特性仿真,得到了水下航行器载激光探测系统在搜索、跟踪阶段信号的变化趋势,以及不同目标舰船的激光后向回波信号变化强度,可有效模拟激光探测系统对舰船尾流目标特性的真实跟踪状态。对于大型船只,当激光探测系统位于尾流之下时,航行器距舰船目标越近,尾流气泡激光回波越强,脉冲宽度展宽幅度越大;当激光探测系统位于尾流之中时,航行器距舰船目标越近,尾流气泡激光回波越弱,脉冲宽度变窄幅度越大。探测系统位于尾流之下时与探测系统位于尾流之中时,信号变化相反。小型船只信号变化趋势基本与大型船只保持一致,但尾流激光探测回波强度变低。开展了湖泊环境下船舶尾流激光探测跟踪试验,当探测系统在尾流之下时,大型船只尾流激光回波信号信噪比高,小型船只尾流激光难以检测。探测系统位于尾流之中时,大小船只尾流激光探测系统都可实现有效探测。论文可为舰船尾流探测实际工程应用提供支撑。

基于映射图与界面视觉要素排序的激光全息投影人机动态交互

针对人机动态交互界面任务执行中,界面感知元素检测过程一旦失真,存在耗时较长、操作准确率较低的问题,提出基于映射图与界面视觉要素的激光全息投影人机动态交互方法 。利用自组织特征映射算法生成映射图,通过迭代学习提取目标特征;结合感知元素重要度指标和人机交互界面感知强度,通过自动标注为视觉感知元素排序编号,构建人机动态交互界面优化模式,设计激光全息投影人机动态交互界面。测试结果表明,所提方法应用下,被标记的目标视觉元素特征点经过更新后,布局完整、有序,感知强度指数误差控制在1-5之间,交互任务执行耗时均在12.5s以内,操作准确率平均值为92%,解决了激光全息投影人机动态交互优化问题。

高功率准分子激光装置靶区系统研制

靶区系统是大型激光实验平台的关键组成部分,是利用高功率激光开展科学实验必须具备的硬件条件。本文介绍了激光与物质相互作用国家重点实验室高功率XeCl准分子激光装置靶区系统的研制工作以及近期应用工作,首先基于研究需求和高功率准分子激光装置的输出参数进行了分析和数值模拟,确定了系统功能要求和技术指标;然后介绍了真空靶室系统、激光聚焦光学系统、靶定位与光束引导系统、靶前激光参数在线测量系统以及多台套物理诊断设备的工程研制工作;最后介绍了近期基于该实验系统开展的代表性应用工作。

基于激光视觉传感的渔船目标无人机低空识别研究

为了提高渔船目标无人机低空识别的准确率,提出基于激光视觉传感的渔船目标识别方法。采用阈值分割和角点定位标定渔船目标激光视觉传感图像的方位特征点;提取渔船目标的位置信息、速度信息、加速度信息、运动轨迹信息,建立渔船目标激光视觉传感图像的背景差分检测模型;通过帧动态检测和差分图像聚类,计算相邻目标质心的距离;根据参数估计和像素灰度值检测,结合目标方位估计,实现对渔船目标激光视觉传感图像的定位识别。结果表明,采用该方法能够有效识别渔船目标,目标方位识别准确性达到90.95%以上,提高了渔船目标无人机低空识别准确性。

高重频激光对多激光制导武器干扰机理研究

本文基于仿真计算方法,研究高重频激光对多激光制导武器的干扰机理。发现重复频率与波门宽度是影响总干扰有效概率的主要因素,干扰反应时间与激光制导信号样式对总干扰有效概率的影响较小,重复频率取整数值则会增大干扰有效概率的不确定性。针对性提出了“一对多”干扰、提前干扰、重复频率避免取整数等改进措施,研究结论可为提升高重频激光对多激光制导武器干扰效果提供参考。