面向机载分布式光电的图像拼接算法

随着航空无人系统技术的迅猛发展,分布式机载图像拼接技术已成为备受瞩目的研究领域。本文针对分布式机载图像拼接中存在的视差大和空间几何变换关系复杂等问题,在APAP图像拼接算法基础上提出了一种改进算法。该算法采用变形处理、线性化单应平滑外推至全局性变换以及网格划分法等方法,有效消除了模糊重影、减少边缘处投影失真,提高算法运行效率。在多个场景下的实验中,该算法表现出更小的对齐误差和更高的图像质量指标,包括均方根误差、峰值信噪比、结构相似度和图像熵等。在进行大规模图像拼接时,该改进算法能够实现154张图像的大规模拼接,得到10 k×10 k的高分辨率全景图像,拼接耗时为138 s。因此,该改进算法具有重要的实际应用价值,可用于分布式机载图像拼接的实际应用中。

华北光电技术研究所固体激光技术发展历程

概述了中国电子科技集团公司第十一研究所(又称华北光电技术研究所,简称中国电科十一所)自1964年以来在固体激光技术领域的研究工作,前三十年,助力我国“两弹一星”事业,奠定激光增益晶体自主可控基石,此后的发展,激光材料研究逐步聚焦,投身产业发展,激光器件细分领域广泛涉足,激光应用重点突破。择要介绍了中国电科十一所完成的重点工程情况,重要的技术突破,开拓过的专业方向,现在的行业地位,探讨了中国电科十一所未来激光技术发展的可能方向。

低空光电探测系统的研究现状及发展趋势

以无人机为代表的低慢小目标对当前军事产生了重大变革,特别是在复杂作战环境下对现代战争产生的威胁。本文通过对多种探测手段的分析,阐明了光电探测在低空复杂背景探测下的绝对性优势,分析了光电探测系统的研究现状,介绍了当前光电系统面临的四个主要的挑战难题:大视场远距离探测、大视场与高分辨兼容、复杂背景低虚警探测与高精度识别、多目标跟踪定位,并给出了对应的解决思路,同时也是未来光电探测系统的发展趋势,通过光电探测能力的提升,实现真正与雷达能力的匹配。

激光相干雷达中光电双下变频技术

在激光雷达远程测距中,雷达接收机需要在接收信号信噪比较低的背景下,对其中的有用信号进行识别、提取和判决。因此,为保证雷达系统的探测距离和精度,在激光发射功率一定的前提下,需在信号接收处理的各环节中设法提高信号的信噪比。当前外差式激光雷达接收机在变频时将本振光和信号光直接混频,导致镜像频率噪声与有用信号叠加,致使解调信噪比恶化。针对激光雷达接收机提高信号信噪比的需求,提出了一种在信号解调过程中对镜频干扰进行抑制,从而提高解调信噪比的方法。采用光电联合I/Q下变频,首先参考Hartley结构,在光信号的解调过程中对镜频处的噪声进行抵消,随后采用I/Q支路不平衡补偿算法对潜在的双支路不平衡量进行矫正,最后使用数字正交下变频将中频信号解调至基带。仿真和实验表明,该方法能够有效消除调频信号变频过程中引入的镜像频率噪声,相较于传统激光相干雷达接收机方案,该方案解调得到的基带信号信噪比提升了约3 dB。

分布式光电协同图像综合处理技术

分布式光电协同是提升单机光电载荷探测识别能力的有效途径。对采集的图像进行综合处理是协同应用的基础。多源图像超分辨率重建、多源图像信息融合和多视点图像拼接能够实现广域高分辨率成像,提升系统的探测识别能力,但对分布式光电系统实际能力的提升仍有待验证。因此搭建了分布式光电协同半实物仿真平台,讨论经综合处理后的图像性能。结果表明,可同时完成4路视频的图像拼接;融合后图像的各向同性局部对比度和感知对比度有所提升,且重建后图像的峰值信噪比提升了30.88%,在一定程度上可提升侦察效果。

光电探测设备的密封方法及O形圈密封设计

密封性作为光电设备的一项重要指标,会直接影响到光电设备的安全性、可靠性和耐久性。而O形圈是光电设备中一种重要且常见的密封形式。鉴于轴向密封的O形圈经常使用紧固螺栓进行压紧,该文章提出了一种基于国标的O形圈选型及沟槽和螺栓设计方法,并且对于其中的计算和查表部分基于Python进行了实现,在极大简化了设计流程、减少了设计计算量、提高设计效率的同时,对于标准件智能设计有一定的借鉴意义。

直线压缩机及关键技术研究进展

介绍了小型低温制冷机用直线压缩机的结构和动力学理论,结合国内外近20年来的文献和报道,总结了国内外主要研究单位的直线压缩机研究进展。对影响直线压缩机的关键因素如磁路设计、支撑结构、间隙密封技术进行了总结,最后指出当前小型低温制冷机用直线压缩机的未来研究趋势。

大幅宽多谱段高光谱红外探测器研究

报道了基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride,MCT)技术的大幅宽、多谱段、大像元高光谱红外探测器的最新研究进展。采用MBE技术制备出高质量MCT材料;采用成熟的n-on-p技术路线制备探测芯片,并针对特殊形状的大像元进行了优化;高光谱专用读出电路设计针对短波、窄谱段、小信号等典型特征进行了优化,并针对光谱应用加入行增益可调等功能设计。测试结果表明,组件基本性能良好,有效像元率大于99.5%,平均量子效率优于70%。

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。

机载光电设备红外窗口技术

随着机载红外设备的发展,红外窗口技术已发展成为一个特殊的技术领域。根据机载窗口和地基窗口的基本差别,讨论了机载光电设备红外窗口的选型及设计方案。在叙述了红外窗口典型材料的特点和最新进展的基础上,对窗口的机械强度进行了计算,并利用有限元分析方法,讨论了轴向温度梯度和径向温度梯度对光学窗口的影响。分析结果表明:机载光电设备窗口设计应着重考虑空气动力负载,进行工程核算;在考虑热辐射的解决措施时,应对径向温度梯度重点控制。选型方案和设计方法对工程应用具有实际指导意义。

两轴四框架机载光电平台稳定原理分析

讨论了两轴四框架光电稳定平台的工作原理,根据各框架转轴坐标旋转关系,利用转移矩阵,建立了各框架的运动学耦合方程;并对载机扰动在平台框架间的运动耦合补偿进行了分析,推导出速率稳定回路中电机的偏转输出速率;进而给出了内外框架的控制原理框图;为高精度机载吊舱的稳定控制设计提供理论依据。

机载光电探测系统二级稳定控制分析

采用一种粗精二级稳定的新方法用于对机载光电探测系统视轴及图像进行高精度稳定。该方法的重要特征是采用快反镜和二级稳定控制来获取高工作带宽和对扰动的大幅度衰减。通过基于控制模型和扰动传递函数的建立,理论分析了二级稳定控制的补偿依据。通过仿真结果显示,二级稳定控制可有效提升系统稳定精度,达到设计指标要求。

高纯铟杂质元素的ICP-MS测试方法研究

红外材料锑化铟的原材料之一是高纯度铟,其杂质元素的种类和含量直接影响了探测器的性能。因此建立准确高效的痕量元素定量测试方法尤为重要。通过严格控制温度保证酸解过程的可实现性,使用标准加入法建立标准曲线并对样品进行测试。经过响应率对比,该项测试选取的基底样品为单标溶液In10000,标准曲线的线性相关系数均接近于0.999。排除线性差异的影响,对多批次的测试结果进行分析并验证其准确性。同时采用内标法验证In10000溶液内的多种杂质元素含量。结果表明,基底样品具有极低的杂质含量。通过配置已知标准浓度的溶液对该测试方法的准确性和可重复性进行多次验证。测试结果表明,该项测试方法准确有效,可应用于高纯(大于6N) In的杂质含量测试。

基于区域候选孪生网络的红外目标跟踪算法

目标跟踪是光电设备的基本功能。为了应对跟踪任务中目标快速运动、复杂背景干扰以及遮挡的影响,不同于传统生成式方法与核相关滤波方法,本文提出一种使用深度学习的红外目标跟踪算法,使用双分支孪生特征提取网络对输入进行空间映射,经锚框划分图像区块后,分流为区域候选网络的“分类”与“回归”分支并进行特征模板匹配,对每个锚框进行分数评价后取“分类”分支中的最佳锚框,经“回归”分支进行预测边界回归后确定目标跟踪预测框,得到一种可以达到实时要求的红外单光宏观单目标跟踪算法。这种方法能够通过完全离线端到端训练整体系统参数获得,其制作过程简单,只要方法得当地进行参数精调,其性能有充分潜力可供挖掘。

基于多体理论的两轴光电转台结构误差分析

基于多体系统运动学理论,以两轴立式光电转台为研究对象,对转台的各项结构误差进行分析,得到了转台拓扑结构图,建立了转台结构误差模型,推导出包含各项结构误差的转台综合误差公式,并借助Mathematica软件进行了转台误差数值仿真,分析了不同结构误差项对转台指向精度的影响,为转台的误差分配、误差设计、误差分离与误差测量奠定了基础。

碲锌镉晶体生长温度梯度与界面形状稳定性关系的研究

碲锌镉晶体被广泛用作红外探测器碲镉汞薄膜的外延衬底和制造室温核辐射探测器。在晶体生长过程中,界面形状与热量传输状态密切相关。本文结合数值模拟技术控制碲锌镉晶体生长过程中温度场分布,设计了垂直布里奇曼法和垂直温度梯度凝固法微凸固液界面的晶体生长程序,并根据实际晶体生长实验,分析了晶体生长方法差异与碲锌镉晶体单晶率之间的关系。通过光致发光谱进行成分测试获得了碲锌镉晶体等径段纵截面中Zn值分布谱图,以研究固液界面温度场分布与晶体Zn值宏观偏析之间的关系。结果表明,在晶体生长过程中固液界面两侧温场梯度分布对界面的形状选择和稳定性有重要影响,更大的固相侧温度梯度有助于实现稳定的凸界面晶体生长,从而提高晶体成晶率。

红外探测器振动噪声自动采集系统设计

红外探测器应用时受环境影响或外力作用会产生机械振动,从而引起振动噪声。噪声电压干扰会极大地降低探测器的跟踪能力和探测距离。因此振动噪声引起广泛关注,它是评价探测器的重要参数,也是剔除不合格探测器的重要手段。随着国内与国际市场对红外探测器的需求日益增加,传统人工监测并记录的测试方法已不能满足目前的产能需求。研究了一款支持不同规格红外探测器的振动噪声自动采集系统,主要介绍了系统设计原理、系统组成、各模块功能等。该系统的成功应用有效解决了红外探测器振动噪声测试效率低、准确率低的问题。以一款多元探测器为例,测试效率提高3倍,准确率为100%。该系统实现了振动噪声测试自动采集、无人值守,节约了人力成本。

基于改进YOLOv7的机载红外弱小目标检测算法

随着现代化战争的技术升级,机载红外探测领域对更快更远更准地发现目标的需求日益强烈。为满足机载环境下对红外弱小目标高精度高帧率的检测,本文提出了一种基于YOLOv7改进的目标检测算法,以YOLOv7目标检测算法为基础,进行了修改网络结构和加深卷积层数来使特征提取更多的小目标信息特征;并对骨干网络获取的特征层引入注意力机制来提高神经网络对小目标的感知能力以及提高小目标所在区域的权重占比;使用EIOU损失函数替换原本的CIOU损失函数,提高了收敛速度和定位精度。实验结果表明,相较于原算法YOLOv7,在极小损失帧率的情况下,改进后的算法mAP可以达到98.49%,相较原始算法提升了1.24%,有助于提升对机载红外弱小目标的检测准确率。

光电搜索设备CE102和RE102电磁兼容整改研究

为使光电搜索设备满足GJB151B-2013标准要求,从电磁兼容的设计出发,分析CE102和RE102的测试波形和设备内部组成结构。在EMC理论分析的基础上,提出了针对CE102和RE102的整改方案。通过处理互连线缆、电源、设备壳体等部件,并利用频谱分析仪对近场辐射分析,精确找到最大辐射源并采取相应处理措施,有效降低了设备的电场辐射发射和电源传导发射。试验结果表明,整改后的光电搜索设备满足GJB151B-2013标准要求,对其他同类型产品的整改提供参考价值。

超大面阵碲镉汞探测器低应力设计及有限元分析

随着碲镉汞材料和器件技术的不断发展,满足大视场、超高分辨率应用需求的超大阵列规模的红外探测器逐步投入工程应用,超大面阵探测器芯片的低温可靠性成为封装技术的重点研究内容。以某超大面阵碲镉汞混成芯片为研究对象,采用有限元仿真分析法研究了冷头材料体系、冷台外径、冷台的结构形式等因素对混成芯片低温应力和芯片光敏面低温变形的影响规律,最终优化设计出一套可满足超大面阵芯片低温可靠性要求的冷头结构和材料体系。仿真结果显示,该冷头体系硅电路低温下最大应力约为70 MPa,碲镉汞光敏区在低温下的变形约为30μm。仿真结果能满足工程应用可靠性要求的经验仿真阈值,有效改进了超大面阵红外探测器的高可靠小型化封装技术。