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盖革APD激光雷达高空间分辨率三维重构方法研究 被引量:1
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作者 金长江 董光焰 +3 位作者 李忠旺 冯谦 孙剑峰 宋欠欠 《现代电子技术》 北大核心 2024年第15期8-13,共6页
盖革模式阵列APD激光雷达由于像元数的限制导致重构的三维距离像分辨率低,严重限制了对场景信息的感知识别能力。为此,提出一种基于改进图像引导的盖革模式阵列APD激光雷达超分辨三维图像重构算法。主要研究基于配准后的盖革APD低分辨... 盖革模式阵列APD激光雷达由于像元数的限制导致重构的三维距离像分辨率低,严重限制了对场景信息的感知识别能力。为此,提出一种基于改进图像引导的盖革模式阵列APD激光雷达超分辨三维图像重构算法。主要研究基于配准后的盖革APD低分辨距离图像、增强电荷耦合器件(ICCD)相机高分辨强度图像和马尔科夫随机场模型,建立具有距离保真项和正则化项约束的全局能量函数,最终对优化模型的最优化求解实现高分辨强度图像对低分辨距离图像的超分辨引导重构。实验结果表明,相较于现有算法,文中算法在提升重构三维图像分辨率的同时,也使图像的边缘更加锐利。该研究对于盖革模式阵列APD激光雷达的目标探测、识别和跟踪具有重要意义。 展开更多
关键词 盖革APD激光雷达 三维距离像 ICCD成像 引导成像 超分辨重构 马尔科夫随机场模型
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动态扫描场景下GM-APD激光雷达点云高精度配准方法研究
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作者 钟国舜 刘秋佐 +3 位作者 李萌 彭涛 孙剑峰 刘建伟 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第5期1076-1085,共10页
本研究针对盖革雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)激光雷达在动态扫描场景下相邻帧点云重叠率低、易强制配准非匹配点对的问题,提出了一种基于双向匹配机制和多分辨率邻域扩展的改进ICP算法,以提高点云配准精度... 本研究针对盖革雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)激光雷达在动态扫描场景下相邻帧点云重叠率低、易强制配准非匹配点对的问题,提出了一种基于双向匹配机制和多分辨率邻域扩展的改进ICP算法,以提高点云配准精度和鲁棒性。首先,通过基于K-Dtree的双向匹配机制提取相邻帧点云的重叠区域,利用重叠区域信息建立初始配准模型,解决了低重叠率场景下配准精度低的问题。其次,采用多分辨率邻域扩展技术,结合局部曲率相似性加权求解变换矩阵,避免了动态配准中强制对齐非匹配点对的现象。最后,通过级联补偿机制实现全局点云的精确配准。实验结果表明,在2km和400m扫描成像中,平均距离误差分别为0.21m和0.10m。该方案有效解决了动态扫描场景下的点云配准难题,为三维重构提供了高精度数据支持,具有重要应用价值。 展开更多
关键词 GM-APD 点云配准 位姿校正 双向匹配 多分辨率邻域扩展
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偏振激光烟雾传输特性仿真模拟方法研究
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作者 钟国舜 李萌 +1 位作者 孙剑峰 刘秋佐 《激光与红外》 北大核心 2025年第7期1044-1049,共6页
研究偏振激光的烟雾传输特性对于提高抗烟雾干扰成像能力至关重要。传统蒙特卡洛方法(简称MC法)在仿真光束传输特性时缺乏对光子偏振、相位信息的跟踪记录。本文基于Mie散射理论和电场蒙特卡罗方法(简称EMC法),选取不同偏振激光进行激... 研究偏振激光的烟雾传输特性对于提高抗烟雾干扰成像能力至关重要。传统蒙特卡洛方法(简称MC法)在仿真光束传输特性时缺乏对光子偏振、相位信息的跟踪记录。本文基于Mie散射理论和电场蒙特卡罗方法(简称EMC法),选取不同偏振激光进行激光烟雾信道传输特性的仿真建模并分析其强度与退偏振变化规律。结果显示,高斯光束入射时,散射光子在平面上仍呈现近高斯分布;同时,随衰减距离增加,光束强度衰减、扩散增宽,且退偏程度加剧,逐渐趋于非偏振光。对比其他类型完全偏振光发现,圆偏振光经过传输后的退偏程度最低,具有更好的保偏性能。本研究对激光雷达抗烟雾干扰成像研究具有理论指导意义。 展开更多
关键词 电场蒙特卡罗法 MIE理论 偏振激光 激光透雾
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基于光流特征的弹间激光通信信标定位方法
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作者 王雪玮 张宁华 王强 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第8期348-357,共10页
多弹协同制导已成为现代战场的主要形式,导弹之间信息的高效传递尤为重要,相比微波通信,激光作为载体进行信息传输时有众多优势,但大气湍流的存在会对弹间激光通信的捕获、瞄准和跟踪系统造成严重影响。提出了一种基于光流特征的信标定... 多弹协同制导已成为现代战场的主要形式,导弹之间信息的高效传递尤为重要,相比微波通信,激光作为载体进行信息传输时有众多优势,但大气湍流的存在会对弹间激光通信的捕获、瞄准和跟踪系统造成严重影响。提出了一种基于光流特征的信标定位方法,对接收到的光斑进行特征点捕获和筛选,并对特征点进行帧间跟踪,从而获得光斑的中心位置的帧间偏移量,实现信标中心的精确定位,并在大气中存在弱、中、强湍流条件下分别进行了远距离激光通信实验验证。实验结果表明,该方法相比灰度质心定位算法在定位精度与稳定性方面均具有明显优势。 展开更多
关键词 多弹协同 激光通信 大气湍流 光流特征 信标定位
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组合发动机加力燃烧室火焰状态光学图像监测方法研究 被引量:1
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作者 罗雨馨 曹振 +8 位作者 彭江波 杨超博 张樱娜 胡斌 朱涛 李晓晖 刘文备 亓金浩 于欣 《推进技术》 北大核心 2025年第1期228-236,共9页
为防止发动机在运行过程中出现熄火等异常现象,本文报道了一种基于光学图像的非接触式发动机火焰实时在线监测方法,并在组合发动机加力燃烧试验台上开展了试验验证。利用高速相机采集组合发动机加力燃烧室内火焰的OH*自发辐射图像,通过... 为防止发动机在运行过程中出现熄火等异常现象,本文报道了一种基于光学图像的非接触式发动机火焰实时在线监测方法,并在组合发动机加力燃烧试验台上开展了试验验证。利用高速相机采集组合发动机加力燃烧室内火焰的OH*自发辐射图像,通过内嵌在现场可编程逻辑阵列(Field Program-mable Gate Array,FPGA)板中的图像处理系统实时处理图像并提取表征燃烧状态的火焰特征,利用阈值判断算法实现火焰状态的在线监测,其响应时间最快约为25 ms。此外,研究发现在临近熄火阶段,火焰面积脉动加快,火焰强度波动加剧,监测系统的高灵敏性使其具有捕捉熄火特征的能力,有望在未来实现对熄火等异常燃烧状态的预警。 展开更多
关键词 OH~*自发辐射 燃烧诊断 发动机火焰监测 火焰特征提取 非接触测量 火焰状态识别
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基于偏最小二乘法的甲苯荧光光谱温度测量 被引量:1
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作者 韩明宏 于欣 +4 位作者 彭江波 杨超博 曹振 亓金浩 袁勋 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期947-952,共6页
温度作为流场的重要参数之一,实现流场温度的测量具有重要意义。甲苯作为激光诱导荧光中常用的示踪剂,由于其荧光强度对温度敏感,常用于流场温度测量。甲苯可以用于温度测量的主要原因是其荧光光谱随温度升高产生红移,而目前缺乏直接阐... 温度作为流场的重要参数之一,实现流场温度的测量具有重要意义。甲苯作为激光诱导荧光中常用的示踪剂,由于其荧光强度对温度敏感,常用于流场温度测量。甲苯可以用于温度测量的主要原因是其荧光光谱随温度升高产生红移,而目前缺乏直接阐明甲苯光谱与温度相关性的分析,通过对不同温度甲苯荧光光谱,使用偏最小二乘法分析建立温度和光谱之间的关联。光谱测量波长范围有效覆盖了甲苯整个荧光区间。使用266 nm激光作为甲苯的激发波长,测量35个不同温度下甲苯的荧光光谱,光谱测量累积100次以消除随机噪声。将35个温度点对应260~330 nm波长范围的光谱以6∶1比例分配到数据集和验证集中。使用数据集建立偏最小二乘模型时,模型的因子数设定为9,得到模型的决定系数为0.9922,数据的验证均方根误差为4.59 K,将验证集的数据应用于此模型中,得到预测结果的相对误差均小于1%,验证集的均方根误差为1.67 K。与实际的温度值具有较好的一致性,实验结果证明了利用偏最小二乘法通过甲苯荧光光谱进行温度测量的可行性。该模型的建立为流场温度测量的研究提供了新的思路和方法。使用模型得到的温度结果,可在不便原位标定的流场中作为温度测量的标定数据。 展开更多
关键词 激光诱导荧光光谱 温度测量 偏最小二乘 甲苯
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基于CH^(*)发射光谱的火焰二维温度分布测量
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作者 王绎嘉 杨超博 +6 位作者 曹振 彭江波 俞南嘉 韩明宏 李蔚然 张续腾 于欣 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3098-3104,共7页
温度是燃烧诊断领域中的关键参数之一,获取火焰温度具有重要的科学意义和实用价值。分子发射光谱测温技术因其具备非接触测量,高测温上限,测量系统简便等优势,使得其常被用于高温高压等恶劣环境下的火焰温度测量。由于光栅光谱仪狭缝的... 温度是燃烧诊断领域中的关键参数之一,获取火焰温度具有重要的科学意义和实用价值。分子发射光谱测温技术因其具备非接触测量,高测温上限,测量系统简便等优势,使得其常被用于高温高压等恶劣环境下的火焰温度测量。由于光栅光谱仪狭缝的维度限制,近年来关于该技术的研究多数仅限于零维和一维测量,难以达成通过单次测量获得火焰二维温度场的目标。因此在传统发射光谱测温系统的基础上加入一种二维转一维模块,对发射光谱二维测温技术展开研究。首先,根据分子发射光谱测温原理建立发射光谱拟合测温算法,形成发射光谱测温流程,并将2500 K转动温度下的CH^(*)发射光谱仿真结果与分子发射光谱模拟软件LIFBASE生成的结果进行比对,得到二者间的决定系数R^(2)=0.96,验证了光谱拟合测温算法的可行性;其次,对二维转一维模块进行设计,建立二维分布还原算法,形成火焰二维温度分布信息的获取过程,并基于二维转一维模块搭建发射光谱二维测量系统;最后,利用发射光谱二维测量系统对模型火箭发动机中局部火焰的CH^(*)发射光谱进行二维测量,对累加后的CH^(*)发射光谱进行去噪去基线处理,将仿真光谱与实测光谱进行拟合得出不同空间位置的温度,再利用二维分布还原算法得到局部火焰二维温度分布情况和对应光谱拟合决定系数R^(2)分布。从局部火焰二维温度分布测量结果中可得出本论文建立的测温系统能够对空间间隔为0.50 mm的两个温度数据点进行分辨,且二维温度分布测量结果符合火焰形态;在光谱拟合R^(2)二维分布中所有R^(2)>0.8,且R^(2)>0.9的位置占比达76.5%,验证了温度测量结果的可靠性。 展开更多
关键词 发射光谱 二维测温 光谱拟合
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“光纤传感技术及应用”专题前言
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作者 董永康 郭团 +1 位作者 孙琪真 龚元 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期I0001-I0002,共2页
自20世纪激光和光纤技术问世以来,相关行业的发展带动了工业技术的巨大变革,伴生了光纤传感技术的巨大研究潜质和应用前景。以光波为载体,以光纤为媒质,光纤传感技术在兼具抗电磁干扰、耐腐蚀、高灵敏度、轻质量和小体积等优势的前提下... 自20世纪激光和光纤技术问世以来,相关行业的发展带动了工业技术的巨大变革,伴生了光纤传感技术的巨大研究潜质和应用前景。以光波为载体,以光纤为媒质,光纤传感技术在兼具抗电磁干扰、耐腐蚀、高灵敏度、轻质量和小体积等优势的前提下,不断发展并实现了涵盖温度、应变、压力、气体、物质识别、运动、声波、位移、磁场、液位等参量的高性能感知在电力、石油、化工、建筑、交通、医疗、安防及环保等领域卓有成效。 展开更多
关键词 气体 激光 高灵敏度 压力 工业技术
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Ф-OTD R系统中的衰落效应抑制研究进展(特邀)
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作者 雷艳阳 陈金博 +2 位作者 刘帅旗 李天夫 董永康 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期18-33,共16页
相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive OTDR,Ф-OTDR)技术通过实时解调背向瑞利散射光信号的相位信息演变过程实现对传感光纤沿线振动/声音信号的定量测量与分析,具有响应速度快、探测灵敏度高等独特优势,在周界安防、油气管线监测、... 相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive OTDR,Ф-OTDR)技术通过实时解调背向瑞利散射光信号的相位信息演变过程实现对传感光纤沿线振动/声音信号的定量测量与分析,具有响应速度快、探测灵敏度高等独特优势,在周界安防、油气管线监测、海洋监测等领域具有广阔的应用前景。但由于Ф-OTD R系统受相干衰落效应和偏振衰落效应的影响,散射信号低信噪比位置将形成传感“死区”,导致相位信息解调失真。Ф-OTD R系统结构包括自相干探测和本振外差探测两大类,常见的解调方式包括I Q相位解调、Hilbert变换解调、PGC相位解调和3×3耦合解调。现有的Ф-OTD R系统偏振衰落抑制方案主要包括全保偏系统结构、脉冲光偏振控制及偏振分集,相干衰落抑制方案主要包括波长/频率/相位分集方案、特殊传感单元方案、算法改善方案。现有的偏振、相干衰落抑制方案均有效改善了Ф-OTD R系统中传感“死区”导致的相位解调失真,实现了对振动信号的高保真定量测量。随着Ф-OTD R系统应用领域的不断拓展,高解调速率、多参量融合感知将是未来Ф-OTDR技术的研究趋势。 展开更多
关键词 相位敏感光时域反射计技术 相干衰落效应 偏振衰落效应 瑞利散射
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