围绕国家需求,迈向前沿技术——记长春理工大学太赫兹无损检测实验室团队

2003年美国哥伦比亚号航天飞机在重返大气层时,外层热防护材料与机体脱落,导致其最终解体。热防护材料的粘接质量直接影响空天飞行器的飞行性能,因此对其进行检测与风险评估至关重要。在检测与评估低密度、低热传导的轻质热防护材料的粘接质量及缺陷方面,国内长期以来处于空白状态。长春理工大学太赫兹无损检测实验室在国内率先开展了太赫茲无损检测技术的研究。

2维Airy光束阵列强度的调控技术研究

为了控制2-D Airy光束阵列在焦点的强度,利用高斯光束在频域移动可以进行调控的原理,对其在大气湍流中的效果进行了仿真。结果表明,通过高斯光束在频域的位移,实现了2-D Airy光束阵列焦点处强度从0.85增强到1.1,且操作灵活方便,不需要通过重复编码相位图增加光束数目就可增强光束在焦点的强度;在中等湍流强度下,光束强度可从0.85增强到1.03。该研究对激光在大气中抵抗大气湍流、提高激光通信的质量,具有一定的参考意义。

天基空间碎片光电探测新技术研究

随着我国航天事业的蓬勃发展,开发太空资源、维护太空环境已成为我国从航天大国向航天强国迈进的重要保障。本文针对目前空间碎片对我国太空资产安全的威胁和对空间碎片探测的迫切需求,对比了国内外差距,提出了未来天基空间碎片光电探测技术的发展方向,梳理了包括光学超分辨成像、光谱偏振探测、测侦通一体化在内的核心关键技术,阐述了其应用在空间碎片探测上的特点和优势,为我国天基空间碎片探测技术的发展提供了一定的参考。

水下光通信技术研究

水下光通信是一种新兴且可行的水下通信技术,近年来发展迅速。建立高性能、实用的水下光通信系统,需要从器件到系统,从内部调制到外部环境的综合考虑和优化设计。文章从水下光通信系统的发射机和接收机、调制格式和水下信道等方面综述了水下光通信目前面临的难题,对提高水下光通信的通信距离、通信速率和通信稳定性3个方面关键技术进行了分类和总结,并提出了可以实现的解决方法,为后续系统设计和实验研究提供了参考。

基于纹理特征的图像复杂度研究

为了更好地描述图像内部的复杂程度,建立图像复杂度与各指标之间的数学模型是研究图像复杂度最关键的一步。首先从图像纹理出发,试图建立图像复杂度与各指标之间定量、精确的数学关系描述。针对目前图像复杂度与各衡量指标之间没有明确的数学关系的特点,文中采用灰度共生矩阵对纹理的主要特征参数进行分析,提出了基于BP神经网络的图像复杂度评价方法,建立了图像复杂度与各个指标之间非线性的数学评价模型。通过大量的图片对神经网络进行训练学习,得到各指标的权重值。验证结果表明,所建评价模型能够真实地反映图像内部的复杂程度,获得的实验结果与人类视觉感知的结果基本一致。对于将BP神经网络应用于图像复杂度的研究具有一定的参考价值。

空间激光通信终端ATP技术与系统研究

为了提高某机载空间激光通信终端中捕获、跟踪、对准(ATP)系统的跟踪精度,提出了对该系统的改进方案并研制了样机。对光学接收单元、粗跟踪单元、精跟踪单元以及超前瞄准控制等单元进行了设计。建立了复合轴跟踪系统控制模型,对系统的跟踪控制性能进行了仿真研究。为了验证ATP系统校正粗跟踪残余误差的能力,在激光通信平台振动模拟实验台上进行了模拟实验。结果表明,ATP粗跟踪系统的控制带宽5.5 Hz,精跟踪系统的控制带宽350 Hz,跟踪误差小于2μrad,ATP系统的跟踪性能得到了提高。

红外偏振成像探测技术及应用研究

红外偏振成像探测技术针对复杂环境中识别探测目标具有明显的优势和广阔的应用前景。首先分析了研究红外偏振特性的必要性和紧迫性,阐述了红外偏振成像具有"凸显目标、穿透烟雾、辨别真伪"的独特优势;其次概括了国外红外偏振成像技术的研究历程和试验进展;在此基础上,重点研究了目标起偏、信道环境下的偏振传输、全偏振图像探测三个方面的主要科学问题,并指出了重点研究内容和关键技术;最后,对红外偏振成像技术在军、民若干领域的应用前景进行了展望。

空间激光通信一点对多点光学原理与方法的比较研究

一点对多点的激光通信技术是构建天空地一体化信息网络的关键节点,也是实现多卫星间组网链路通信的一个必要前提。将空间激光通信一点对多点光学原理与方法进行了比较和研究,并针对三同心球结构和旋转抛物面结构,在其视场和能量利用率上面进行了分析。分析结果表明:三同心球结构视场可以达到水平和俯仰均为120°,旋转抛物面结构的视场可以达到水平360°,俯仰100°;三同心球结构随着视场的增大,能量利用率迅速下降;而在同等体积情况下,旋转抛物面的能量利用率在80°范围内比三同心球结构更高且更稳定。

机载空间激光通信大气附面层影响及补偿技术研究

随着空间激光通信技术的发展,大气环境对机载空间激光通信的影响越来越突出,大气附面层是其中一个重要的因素。为了研究大气附面层对通信的影响,在机载激光通信试验中观察现象的基础上,从衍射光学理论着手,对试验中存在的附面层影响进行理论上探讨。研究结果表明:大气附面层对空间激光通信的影响,是在系统前附加一个焦距在-530 m的负透镜,造成系统焦距变化,光斑扩散,从而影响通信效果。这种影响可以通过在系统中增加补偿透镜的方式进行补偿,并进行了相应的补偿试验。试验结果表明:大气附面层对空间激光通信的影响,完全可以通过光学方法进行补偿,补偿效果满足空间通信要求,为以后机载空间激光通信的发展奠定了良好基础。

空间光通信中高帧频相机动态调光技术研究

为了满足空间光通信精密跟踪的需求,在信标光路中保证光电探测器接收到的激光能量稳定不变,研制了满足大气环境下动态光强稳定装置。对该装置所采用的基于液晶的高帧频相机动态调光技术进行研究。通过与传统机械调光、电子快门调光相比较,验证基于液晶的高帧频相机动态调光技术的可行性。结合空间光通信系统的特点,阐述基于液晶的动态调光原理。介绍了基于液晶的动态光强稳定装置系统组成,给出实验数据和结果。结果表明:采用液晶光束衰减器对高帧频CCD相机进行动态调光,可以实现在无机械运动部件条件下对信标激光能量进行自动控制,从而保证探测器接收到的激光能量稳定。因此在空间光通信中,基于液晶的高帧频相机动态调光技术是可行的,而且有着广阔的应用前景。

空间激光通信单探测器复合跟踪控制技术研究

空间激光通信终端伺服系统是一种高精度的跟踪机构,在扰动条件下,通信系统对跟踪系统的稳定性及精度提出了较高的要求。本文主要介绍了激光通信伺服系统的复合跟踪技术,详细论述了单探测器复合跟踪方式的选择以及激光通信伺服系统的控制流程。最后,在振动平台上进行了粗精复合的激光跟踪实验。实验结果显示,当通信终端系统跟踪最大振动加速度为0.22°/s 2的振动平台时,跟踪目标平稳性较好,单独采用粗跟踪时误差为60μrad,采用粗精复合跟踪时位置误差可以达到2μrad。实验结果表明,空间激光通信系统中单探测器复合跟踪技术的设计满足了系统跟踪精度的要求,为激光通信控制系统的设计提供了一定的参考。

无线激光通信系统中DPIM技术研究

为了改善通信的带宽效率、功率需求,以及信道中信号传输的抗干扰性能,对应用于无线激光通信系统中的DPIM(数字脉冲间隔调制)方式进行了研究。通过仿真分析,比较了OOK(开关键控)、PPM(脉冲位置调制)、DPPM(差分脉冲位置调制)以及DPIM方式的功率、带宽、单位传信率和差错性能。根据DPIM的理论分析,设计了一种以FPGA(现场可编程门阵列)为核心的DPIM系统。结果表明,该调制系统性能稳定,可以达到较高的调制速率。

大功率光纤激光相控通信技术研究

设计了一套基于1.06μm光纤激光相控阵技术的高功率激光通信发射系统,介绍了光纤激光相控阵发射源的结构原理,对比了两种光纤激光相控阵的调制结构,考虑到光纤激光相控阵本身的性能并通过实验仿真。实验结果表明,把调制器加在光源处时,不仅误码率能满足通信系统的要求,而且能看见清晰的干涉条纹。

空间光通信的粗精复合轴解耦技术研究

国内外的空间光通信系统都采用粗精复合轴结构实现大视场、高精度、高闭环带宽的跟踪系统。粗精控制环解耦问题是复合轴结构控制系统中很重要的问题,它会影响整个APT系统的性能。通过软件仿真和桌面实验,对双探测器的复合轴解耦问题进行了深入的研究,在桌面实验系统中实现了空间光通信要求的3urad的控制精度。

激光通信系统中的捕获技术及扫描策略研究

捕获过程是激光通信系统的关键技术之一,是通信链路建立基础。介绍了典型的捕获技术和扫描覆盖不确定区域的方法,经典激光通信系统通常采用信标捕获的方式,主要选择大束散角的信标光进行扫描和捕获。为了适应通信终端小型化和轻量化的发展与应用需求,出现了新型无信标捕获方法,在保证激光通信链路性能的情况下,去除了大束散角的捕获用信标光,选用小束散角的信号光来完成捕获和通信链路的建立。并给出三种较为典型的扫描策略,包括螺旋扫描、光栅扫描以及光栅螺旋扫描。

DFM-GAN网络在跨年龄模拟的人脸识别技术研究

针对年龄变化对人脸识别率影响的问题,结合生成式对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)与深度特征迁移提出一种跨年龄人脸生成方法DFM-GAN(Depth Feature Migration GAN),并进行跨年龄模拟人脸验证实验研究。首先通过卷积编码器将真实样本映射到特征向量,然后利用反卷积生成器将向量投影到独热编码年龄条件下的人脸集合,通过在特征空间中迁移数据库样本人脸纹理风格、语义特点等属性,模拟生成待检人员在不同年龄段的面部图像,减少与数据库样本之间的差异性。同时通过高斯边缘模糊的方法对样本数据集做预处理,引入边缘提升对抗损失函数,使生成图像具有更为清晰的边缘,对生成图像进行局部颜色直方图匹配,增加对比度,达到提高跨年龄人脸识别性能的目的。进行了单样本不同年龄实验与指定年龄多样本实验,以人脸相似度与人脸距两项指标进行实验测量,结果表明:跨年龄数据样本经过DFM-GAN生成后的人脸图像,相似度平均提高了19.24个百分点,人脸距离平均减少了0.451,在跨年龄人脸识别方向具有较好的可行性和一定的实际意义。

激光通信中的伺服控制技术研究与系统特性测试

激光通信终端伺服系统是一种能够实现高精度指向、捕获和跟踪的机构,控制系统的设计与实现将直接影响通信系统的稳定性。针对通信终端的控制技术与伺服系统设计及其性能测试,详细论述了基于永磁同步电机的光端机系统的驱动方式选择以及伺服系统的控制策略。最后,在实验室条件下进行了动态性能测试。实验结果显示,通信终端伺服系统具有较好的速度平稳性与系统控制精度,为光闭环与复合跟踪的实现提供了依据。

基于Labview虚拟仪器技术的粉尘浓度测控系统研究

针对某工业产品在特定浓度粉尘的使用可靠性检测需求,本文设计了一种基于朗伯-比尔定律和labview虚拟仪器技术的粉尘浓度光电测控系统。在阐述其测控原理的基础上,搭建了测量和实验装置实物。通过称重实验对测控系统精度进行验证,结果证明系统满足1.8±0.2g/m3的粉尘浓度测控精度要求,本文所研究的测控系统的优点在于各控制参数精确可控,同时由于借助虚拟仪器技术,可视化程度更好。

空间激光发射系统监控和控制技术的研究

随着激光器技术和光电子器件的飞速发展,以及人们对通信距离、通信质量的要求的不断提高,光通信技术以其独特的优点,得到了越来越快的发展。空间激光通信技术的可行性问题已经解决,空间激光发射系统的自动控制技术已逐渐成熟。通过查阅文献,本文讲述了检测系统的基本原理,检测系统的构成,参数检测原理,介绍了监控技术的历史与现状。

基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。