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激光雷达超分辨成像技术研究现状与发展趋势
1
作者 郭玉麟 胡以华 +2 位作者 方佳节 徐世龙 张鑫源 《雷达学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期501-527,共27页
随着我国空间利益拓展与在轨资产规模增长,非合作空间暗弱目标的高精度探测已成为空间安全防御与碎片清除的核心瓶颈。传统光学或雷达探测手段受限于衍射极限与信噪比约束,对“快、远、小、暗”目标的探测与识别精度不足,激光雷达凭借... 随着我国空间利益拓展与在轨资产规模增长,非合作空间暗弱目标的高精度探测已成为空间安全防御与碎片清除的核心瓶颈。传统光学或雷达探测手段受限于衍射极限与信噪比约束,对“快、远、小、暗”目标的探测与识别精度不足,激光雷达凭借其高精度、抗干扰等优势,逐渐成为空间目标高精度探测的核心技术手段。通过突破传统激光雷达系统的物理限制,亚像素扫描、合成孔径和反射层析等技术能够实现远距离超分辨成像。该文从总结梳理关键问题和关键技术出发,追踪了3种激光雷达超分辨成像技术的关键技术研究进展,分析了典型实验系统和实验结果,并结合空间探测、遥感测绘等任务需求,阐述了各体制的特点、优势和不足,展望了其应用前景和发展趋势。 展开更多
关键词 激光雷达 超分辨成像 亚像素扫描 合成孔径 反射层析
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基于高灵敏激光吸收光谱技术的稳定气态同位素测量及其应用(特邀) 被引量：10
2
作者 张志荣 夏滑 +12 位作者 孙鹏帅 余润磬 杨曦 林雨晴 吴边 庞涛 郭强 李哲 刘旭 蔡永军 SIGRIST Markus W CALSHAW Brain 徐启铭 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期119-135,共17页
稳定同位素测量技术已经在地球化学、地球物理、农业、生物、临床医学和生态科学等领域得到了众多应用。相对于传统的稳定同位素分析方法,基于激光吸收光谱技术的同位素分析技术,作为一种较新的同位素丰度测量方法,具有选择性好、精度... 稳定同位素测量技术已经在地球化学、地球物理、农业、生物、临床医学和生态科学等领域得到了众多应用。相对于传统的稳定同位素分析方法,基于激光吸收光谱技术的同位素分析技术,作为一种较新的同位素丰度测量方法,具有选择性好、精度高、体积小、无需样品预处理、可以实时原位同时测量气体浓度及同位素丰度等众多优点,得到了极大的关注和使用。本文主要以目前同位素测量的可调谐半导体激光吸收光谱技术、积分腔吸收光谱技术、腔衰荡吸收光谱技术三种激光吸收光谱方法为例,阐述了其基本原理、谱线选择、温压影响因素及其控制、系统组成结构以及部分应用测试结果。通过对测量系统的压力与温度的稳定控制的前提下,选取了合适的同位素测量谱线对,实现了大气CO_(2)气体的13C测量精度为0.3‰,煤层气CH4气体的13CH4测量精度为1.25‰,冰川水H_(2)O中18O、17O和2H的测量精度分别为0.3‰、0.2‰和0.5‰,以及呼吸气体中的13CO_(2)判识“金标准”。通过分析验证了激光吸收光谱技术在同位素测量方面的可行性和可靠性,也充分说明了基于激光吸收光谱技术的测量方法具有非常好的技术优势,将是光谱研究领域关注的重点内容,并在后续的科学研究中占据举足轻重的作用。 展开更多
关键词 气态同位素 可调谐半导体激光吸收光谱技术 积分腔吸收光谱技术 腔衰荡吸收光谱技术
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基于片状光束扫描的激光晶体内在缺陷表征方法 被引量：1
3
作者 钱梦雪 张志荣 +2 位作者 王华东 张庆礼 孙彧 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第2期238-245,共8页
大尺寸激光晶体是高功率全固体激光器的关键组成部分,然而晶体生长过程中不可避免会产生气泡、包裹物等缺陷,影响激光器性能。为了快速、有效地评价晶体缺陷,本文搭建了基于片状光束扫描的晶体缺陷三维成像系统。系统中利用鲍威尔棱镜对... 大尺寸激光晶体是高功率全固体激光器的关键组成部分,然而晶体生长过程中不可避免会产生气泡、包裹物等缺陷,影响激光器性能。为了快速、有效地评价晶体缺陷,本文搭建了基于片状光束扫描的晶体缺陷三维成像系统。系统中利用鲍威尔棱镜对532 nm的点状激光进行整形以获取片状激光,通过远心镜头和CMOS探测器获取晶体缺陷产生的散射光,从而获取晶体缺陷的面分布情况,同时利用高精度位移平台进行面阵的逐一扫描,完成晶体的三维立体分布扫描。进一步结合数字图像处理技术,表征晶体缺陷的面分布特征,并重构晶体缺陷的体分布特征。基于上述系统对尺寸约为50 mm×50 mm×100 mm的Yb∶YAG晶体内在缺陷进行测量,最小缺陷检测分辨率能够达到38.69μm。本文为准确表征晶体的内在缺陷提供了新方法,同时也为晶体坯料的后期高精度加工提供了可视化的数据支撑。 展开更多
关键词 晶体缺陷 三维成像 鲍威尔棱镜 片状光束 图像处理
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非均匀应变下FBG光谱传感特性实验研究
4
作者 刘洪金 杨爽 +5 位作者 钱梦雪 彭云涛 张洋 孙苗 汤玉泉 张志荣 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期690-700,共11页
通过激光切割技术,加工带有通孔的悬臂梁结构来构建非均匀应变分布,从而研究光纤布拉格光栅(FBG)在非均匀应变分布下的光谱传感特性。首先仿真分析了悬臂梁表面应变分布情况,随后分别选取均匀FBG(UFBG)和切趾FBG(AFBG)敷设在通过开设通... 通过激光切割技术,加工带有通孔的悬臂梁结构来构建非均匀应变分布,从而研究光纤布拉格光栅(FBG)在非均匀应变分布下的光谱传感特性。首先仿真分析了悬臂梁表面应变分布情况,随后分别选取均匀FBG(UFBG)和切趾FBG(AFBG)敷设在通过开设通孔构建出的悬臂梁表面非均匀应变分布区域,开展了FBG传感特性实验研究。实验结果表明,随着悬臂梁自由端位移逐渐增加,两种FBG的中心波长和带宽逐渐增大,峰值功率和边模抑制比逐渐降低,但仅中心波长与位移变化具有良好的线性度,位移灵敏度分别为0.1298 nm/mm和0.1582 nm/mm。相对而言,UFBG的反射光谱对非均匀应变分布的变化更为敏感,这对光谱形状传感是有益的。AFBG则表现出一定的抑制或免疫作用,这对中心波长传感是有益的。最后,为了提高灵敏度和实现温度补偿,选取双FBG传感法进行位移测量,测量结果表明双UFBG光谱带宽随位移变化的灵敏度可达0.2826 nm/mm,双AFBG中心波长差随位移变化的灵敏度可达0.3142 nm/mm。 展开更多
关键词 光纤光学 光纤光栅 非均匀应变 悬臂梁 位移测量
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激光吸收光谱气体检测中的干扰因素分析和温度校正方法研究 被引量：6
5
作者 张乐文 王前进 +4 位作者 孙鹏帅 庞涛 吴边 夏滑 张志荣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期767-773,共7页
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是一种非侵入式光谱检测技术,具有高选择性、高响应性和高分辨率等特点。根据分子光谱吸收原理,被检测气体所处环境温度的改变会引起分子吸收谱线强度的变化,进而影响气体浓度反演的准确性。为提高气体... 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是一种非侵入式光谱检测技术,具有高选择性、高响应性和高分辨率等特点。根据分子光谱吸收原理,被检测气体所处环境温度的改变会引起分子吸收谱线强度的变化,进而影响气体浓度反演的准确性。为提高气体在高温背景下浓度测量的准确性和真实性,选取工业过程常见的一氧化碳(CO)为目标气体,设计了基于波长调制技术多温度梯度(室温14~1100℃)的气体吸收光谱检测实验,与HITRAN数据库中光谱参数进行对比,并对结果进行校正和分析。同时,以探测信号有效扫描区域的线性度、标准差和残差平方和等参数为依据,分析了不同材质的窗片对高温实验的影响,通过升降温实验数据的分析,选择了降温梯度测量作为高温实验的最佳控温顺序。经过对标准浓度的CO进行高温实验,发现随着温度的升高,二次谐波(2f)幅值和吸收线强有相一致的下降趋势,符合理论公式的变化规律。经过分析校正后的2f幅值和温度呈现非相关性,实现了热背景下光谱检测的校正,验证了变温时2f幅值校正的准确性。该研究为光谱检测技术在高温背景下实际应用提供了一定的参考,尤其是对高精度工业炉内气体燃烧效率的动态评估具有极其重要的意义。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS) 一氧化碳 窗片材质 二次谐波 温度校正
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目标区域局部特征和局部图像质量相结合的激光干扰效果评估 被引量：15
6
作者 孙可 叶庆 孙晓泉 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期24-30,共7页
为客观描述光电成像系统激光干扰效果,提出目标区域局部特征和图像质量相结合的干扰效果评估算法。图像的局部特征用特征点描述,图像质量用结构相似度指数描述。该算法利用特征点匹配算法确定场景图像中的目标区域,计算干扰前后目标区... 为客观描述光电成像系统激光干扰效果,提出目标区域局部特征和图像质量相结合的干扰效果评估算法。图像的局部特征用特征点描述,图像质量用结构相似度指数描述。该算法利用特征点匹配算法确定场景图像中的目标区域,计算干扰前后目标区域内特征点数量的变化、干扰后目标区域内未饱和面积所占的比重以及目标区域内图像的结构相似度指数,并将上述各参数相乘得到最终的评价指标。利用该方法对典型激光干扰图像进行评估,结果表明:在不同入射功率和不同光斑位置情况下,所提评估指标比单独使用结构相似度的评估指标具有更大的取值范围和更明显的非线性变化特征。这说明:该指标能够反映光电成像系统激光干扰过程的丰富细节,更加适合激光干扰效果的评估。 展开更多
关键词 激光干扰 效果评估 局部特征 图像质量 特征点匹配
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基于目标轮廓自动校正的激光反射层析成像投影配准方法 被引量：2
7
作者 张鑫源 胡以华 +4 位作者 韩飞 石亮 徐世龙 陈友龙 王一程 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期410-417,共8页
激光反射层析成像(Laser Reflective Tomography Imaging,LRTI)技术具有分辨率与距离无关的特点,在空间目标遥感中具有广阔的应用前景。在目标图像重构之前,多角度回波投影数据需要与目标旋转中心对齐,这就是投影配准技术。本文提出了... 激光反射层析成像(Laser Reflective Tomography Imaging,LRTI)技术具有分辨率与距离无关的特点,在空间目标遥感中具有广阔的应用前景。在目标图像重构之前,多角度回波投影数据需要与目标旋转中心对齐,这就是投影配准技术。本文提出了一种基于目标轮廓自动校正的投影配准方法,实验结果表明,该方法易于实现对简单目标旋转中心的自配准,能有效减少激光脉冲发射和探测器接收的随机抖动等造成的干扰,解决了图像模糊的问题,是一种LRTI多角度回波配准的新思路。 展开更多
关键词 激光雷达 反射层析 投影配准 轮廓自动校正
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BaGa_(4)Se_(7)与KTiOAsO_(4)光参量振荡输出3.5μm激光性能对比
8
作者 孔辉 卞进田 +2 位作者 叶庆 徐海萍 孙晓泉 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期150-157,共8页
为对比新型非线性晶体BaGa_(4)Se_(7)(简称BGSe)和成熟商用非线性晶体KTiOAsO_(4)(简称KTA)所输出的中红外激光性能,使用1.06μm激光泵浦BGSe(56.3°,0°,type-Ⅰ)和KTA(90°,0°,type-Ⅱ-A)输出3.5μm激光。在泵浦光... 为对比新型非线性晶体BaGa_(4)Se_(7)(简称BGSe)和成熟商用非线性晶体KTiOAsO_(4)(简称KTA)所输出的中红外激光性能,使用1.06μm激光泵浦BGSe(56.3°,0°,type-Ⅰ)和KTA(90°,0°,type-Ⅱ-A)输出3.5μm激光。在泵浦光波长为1064 nm、脉宽为13 ns、光斑直径为4 mm、光参量振荡腔长为90 mm的条件下,实验测得KTA(L=20 mm)和BGSe(L=15 mm)的泵浦振荡阈值分别为52.6 mJ(理论值为46.11 mJ)和20.6 mJ(理论值为18.32 mJ);BGSe输出波长与温度的变化率Δλ_(2)/ΔT为3.20 nm/℃(理论值为2.49 nm/℃),KTA的Δλ_(2)/ΔT为0.073 nm/℃(理论值为0.077 nm/℃);实验测得BGSe的输出线宽为4.71 nm,KTA为2.45 nm。BGSe和KTA的泵浦阈值和温度调谐在理论和实验上吻合得较好,且结果表明:BGSe在这两个方面优于KTA;但KTA在输出窄线宽方面优于BGSe晶体。实验结果表明,BGSe是一种具有广泛应用前景的中远红外非线性晶体。 展开更多
关键词 KTiOAsO_(4) BaGa_(4)Se_(7) 中红外激光 温度调谐 线宽
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基于BP神经网络模型的呼出气δ^(13)C、δ^(18)O同位素丰度测量方法研究 被引量：1
9
作者 黄文彪 夏滑 +4 位作者 王前进 孙鹏帅 庞涛 吴边 张志荣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2761-2767,共7页
碳13(^(13)C)尿素呼气试验在国内外作为检测幽门螺旋杆菌的“金标准”已被广泛采用,精准测量CO_(2)中碳(C)和氧(O)同位素特征对疾病诊断具有重大意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有结构简单、响应速度快、灵敏度高等众多优... 碳13(^(13)C)尿素呼气试验在国内外作为检测幽门螺旋杆菌的“金标准”已被广泛采用,精准测量CO_(2)中碳(C)和氧(O)同位素特征对疾病诊断具有重大意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有结构简单、响应速度快、灵敏度高等众多优点,在多个领域得到广泛应用,同时完全适用于气体同位素的测量研究。该研究面向人体呼出气体中的CO_(2)气体检测需求,基于直接吸收光谱技术,采用中心波长为4.32μm的量子级联激光器(QCL)结合光程为14 cm/44 mL的小容积气体吸收腔体,完成了同时测量^(16)O^(12)C^(16)O、^(18)O^(12)C^(16)O和^(16)O^(13)C^(16)O的多组分同位素气体浓度的实验系统。基于反向传播(BP)神经网络模型,降低直接吸收光谱系统中光源稳定性和测量样品气体波动带来的噪声干扰。结果表明:基于BP神经网络模型的同位素丰度测量精度与稳定性均优于吸光度峰值比法,^(16)O^(13)C^(16)O与^(18)O^(12)C^(16)O的浓度测量精度分别提高约1.27与1.58倍。Allan方差分析表明,当积分时间为106 s时,采用BP神经网络模型的^(13)C与^(18)O同位素丰度测量精度分别为0.97‰和1.47‰,相比吸光度峰值比法测量精度提高了约2.1倍与1.2倍。充分证明了基于BP神经网络模型的同位素丰度测量方法的可行性,为研制高精度同位素丰度传感器奠定基础。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS) 量子级联激光器(QCL) 反向传播(BP)神经网络模型 同位素丰度
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基于高速相位调制的菲涅耳场相位恢复 被引量：1
10
作者 张成 张莉茹 +2 位作者 朱进兵 江劲波 韦穗 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期235-243,共9页
多强度相位恢复方法通过改变光学成像系统中的物理参数获得不同的编码衍射图案,无需额外的先验知识即可实现相位的最佳收敛和高精度重建,然而现有多强度相位恢复方法在获取不同测量值的过程中,往往需要不断改变成像系统的物理结构,需要... 多强度相位恢复方法通过改变光学成像系统中的物理参数获得不同的编码衍射图案,无需额外的先验知识即可实现相位的最佳收敛和高精度重建,然而现有多强度相位恢复方法在获取不同测量值的过程中,往往需要不断改变成像系统的物理结构,需要精确移动或调整部分光学元件的空间位置,反复地对齐与校准显著增加了工作量,从而导致成像结构较为复杂。针对上述问题,本文提出基于高速相位调制的菲涅耳场编码衍射图案实时获取方法,该方法主要使用电可调透镜(ETL)或纯相位型硅基液晶(PLCoS)两种纯相位空间光调制器来进行相位的快速动态调制,通过自由空间传播到记录平面,由探测器获取强度信息,无需使用透镜装置或者改变成像系统的物理结构,最后使用WF算法从获取的多幅编码衍射图案中同时重建光场的振幅和相位。通过对远场(FF)和菲涅耳场(FrF)在不同迭代次数、不同掩膜数量、不同噪声水平以及不同算法下分别进行对比实验,验证了本文方法的有效性和鲁棒性。相比于传统多强度相位恢复方法,本文所提出的成像系统更为紧凑和简单,避免了反复对齐与校准的工作量,具有重要的应用潜力,尤其是电可调透镜(ETL)调制系统,可适用于高分辨率场景的高速记录。 展开更多
关键词 多强度 相位调制 菲涅耳场 相位恢复
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