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临近空间激光雷达自调焦接收系统设计
1
作者 李英超 张庆 +2 位作者 刘壮 史浩东 付强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期128-137,共10页
针对临近空间激光雷达所使用的离轴抛物面反射镜在低温下会发生形变导致反射光耦合进光纤时效率下降的问题,通过研究自调焦技术,设计了自动补偿激光雷达组件,用于抵消温度对系统的影响。利用有限元法分析了接收系统在热载荷作用下的变形... 针对临近空间激光雷达所使用的离轴抛物面反射镜在低温下会发生形变导致反射光耦合进光纤时效率下降的问题,通过研究自调焦技术,设计了自动补偿激光雷达组件,用于抵消温度对系统的影响。利用有限元法分析了接收系统在热载荷作用下的变形,获得镜面离散变形数据,使用Zernike多项式拟合镜面变形后的面形,通过光学设计软件模拟得出该激光雷达接收系统优化后的焦距变化与温度呈线性关系,经过光学设计软件确定补偿位置。使用温度自适应调整机构降低热变形带来的离焦量影响。分析结果表明,补偿后均方根半径从26.495μm下降至15.93μm,光斑半径减少39.9%,耦合效率提升至80%以上。 展开更多
关键词 离焦 调焦结构 有限元分析 耦合效率 离轴抛物面反射镜
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基于矢量衍射的光学系统设计与偏振像差补偿
2
作者 李英超 于文超 +4 位作者 王超 王凯凯 刘嘉楠 王祺 刘壮 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第4期839-849,共11页
含有数字微镜阵列(DMD)的长波红外偏振光学系统中产生的衍射现象会导致系统中偏振像差发生变化,从而造成长波红外偏振光学系统偏振测量精度下降。针对这一问题,提出一种含DMD的长波红外二次成像光学系统偏振像差分析及补偿方法。首先,... 含有数字微镜阵列(DMD)的长波红外偏振光学系统中产生的衍射现象会导致系统中偏振像差发生变化,从而造成长波红外偏振光学系统偏振测量精度下降。针对这一问题,提出一种含DMD的长波红外二次成像光学系统偏振像差分析及补偿方法。首先,基于长波红外偏振光学系统中波长与DMD像元尺寸的比值构建衍射与偏振像差特性传输模型,提出基于矢量衍射—偏振光琼斯矢量理论的偏振像差分析方法。其次,推导DMD的偏振像差和偏振度情况,确定DMD的最佳衍射级次、入射角与衍射效率,进而设计含DMD的二次成像长波红外偏振光学系统,得到DMD衍射特性对偏振像差的影响情况。最后,通过倾斜投影物镜、镜片镀膜及减小表面入射角来补偿光学系统的偏振像差,以解决衍射现象对长波红外偏振光学系统偏振像差产生的影响。仿真结果表明,系统全视场调制传递函数在截止频率处均接近衍射极限,最大畸变小于0.2%,成像质量良好,整体系统的二向衰减经补偿后减小到原来的1/12。该分析模型能够揭示衍射与偏振像差之间的关系,该补偿方法可以有效降低偏振像差。 展开更多
关键词 长波红外 偏振像差 光学系统设计 矢量衍射 数字微镜阵列
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基于二向偏振分布函数修正的机场地物材质可见光偏振特性研究
3
作者 邹宏扬 战俊彤 +5 位作者 李文君 张肃 付强 段锦 李英超 刘宏宇 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第2期343-358,共16页
为研究典型机场地物材质的偏振特性,并为偏振成像仪器研制提供所需的理论模型,本文以P-G模型为基础,构建新的二向偏振分布函数(BPDF)模型。本文分析了当大角度光线入射时阴影遮蔽效应更严重的问题,创新性地提出将镜面反射点等效为三维... 为研究典型机场地物材质的偏振特性,并为偏振成像仪器研制提供所需的理论模型,本文以P-G模型为基础,构建新的二向偏振分布函数(BPDF)模型。本文分析了当大角度光线入射时阴影遮蔽效应更严重的问题,创新性地提出将镜面反射点等效为三维球体的解决方案,并利用球面三角学公式对阴影遮蔽函数进行优化。同时,考虑到不同目标具有独特的色散特征,本研究引入色散模型代替受波长影响的传统二向反射分布函数(BRDF)参量,综合考虑漫反射、体散射,构建了新的BPDR模型。通过多角度BRDF实验,与基于动态TS算法的模型参量拟合,得到典型机场地物材质的线偏振度与模型六参量拟合结果。经过多组测试取均值,得到拟合参量中均方根粗糙度参量的测试值,验证了修正BPDF模型的有效性。在仿真分析阶段,以均方根误差(RMSE)作为精度评价指标,将修正BPDF模型、对照模型、实验结果三者进行对比,系统分析了探测角、方位角、入射角对偏振特性的影响。结果显示:4种实验目标在探测角变化时,修正模型的精度较对照模型分别提升了4.39%、4.00%、4.17%、5.26%,且在大探测角下的RMSE仍小于0.05,充分证明修正后模型可用于机场地物目标等粗糙材质的偏振特性研究。此外,通过仿真分析拟合参量对目标偏振特性的影响,发现线偏振度与折射率呈正比关系,而与表面粗糙程度呈反比关系。实验和仿真证明了修正BPDF模型的准确性,为机场地物目标的偏振特性研究提供了思路。 展开更多
关键词 偏振特性 镜面反射 色散 遮蔽效应 二向偏振分布函数(BPDF)
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强光背景下主动偏振成像方法 被引量：1
4
作者 史浩东 许家伟 +6 位作者 张健 吴洪波 王超 刘壮 战俊彤 李英超 付强 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1075-1086,共12页
针对传统光电探测方法在强光背景下目标探测对比度低的问题,本文提出一种基于激光照明的主动偏振成像方法。首先构建激光入射双向反射分布模型、激光入射偏振双向反射分布模型以及激光照明的目标表面偏振度模型,并分析3种典型目标材料... 针对传统光电探测方法在强光背景下目标探测对比度低的问题,本文提出一种基于激光照明的主动偏振成像方法。首先构建激光入射双向反射分布模型、激光入射偏振双向反射分布模型以及激光照明的目标表面偏振度模型,并分析3种典型目标材料偏振特性与束散角之间的耦合关系。然后在暗室可控条件下开展逆光观测实验,验证目标偏振特性受激光束散角的影响。实验结果表明:强光背景下主动偏振成像目标对比度与传统被动强度成像相比提升了86.11%,不同束散角下不同目标材料的可见光偏振特性间存在差异,金属材质相对于非金属材质的线偏振度提升更高,实验结果与理论分析具有较好的一致性。最后,在室外开展太阳逆光观测实验,验证了研究方法在室外高强光、远距离下依旧具有适用性。本研究为提升强光背景下的目标精准感知能力奠定了理论基础。 展开更多
关键词 激光束散角 强背景光 可见光偏振特性 偏振双向反射分布函数 偏振度
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基于改进型Blinn遮蔽函数的目标材料表面可见光偏振反射研究
5
作者 刘承麟 战俊彤 +5 位作者 张肃 王超 付强 李英超 段锦 姜会林 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1162-1174,共13页
为了研究典型目标材料表面的可见光偏振反射特性,本文针对传统“V”型表面结构缺陷,引入改进Blinn型阴影遮蔽函数,综合考虑镜面反射、漫反射和体散射的影响,建立了典型目标材料表面偏振六参量双向反射分布函数模型。对不同材料(聚丙烯... 为了研究典型目标材料表面的可见光偏振反射特性,本文针对传统“V”型表面结构缺陷,引入改进Blinn型阴影遮蔽函数,综合考虑镜面反射、漫反射和体散射的影响,建立了典型目标材料表面偏振六参量双向反射分布函数模型。对不同材料(聚丙烯塑料板、99氧化铝陶瓷板、铁板、绿漆铝板)目标样板进行可见光600 nm波段的偏振特性测试实验,并采用遗传算法进行参数反演。实验与仿真结果表明:与传统“V”型遮蔽模型相比,在入射角为50°,相对方位角为180°,0°~60°观测角对目标材料表面偏振特性的影响中,聚丙烯塑料板模型精度提升最大,RMSE百分比提升了70.61%;在入射角为50°,观测角为50°,DoLP随90°~270°相对方位角变化的过程中,与另两种参考模型相比,本模型精度至少提升了24.73%,线偏振度最小均方根误差值仅为1.29%。对于本文使用材料而言,偏振特性取决于其复折射率的值,当入射角确定,观测角为0°~60°,相对方位角在0°~360°内时,n/k的比值越大,线偏振度峰值越大。在可见光波段,波长对线偏振度的影响不大。 展开更多
关键词 偏振特性 材料表面 可见光波段 遮蔽函数 偏振双向反射分布函数
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基于阵列光学的快速多维度成像制导光学系统设计
6
作者 史浩东 卢琦 +4 位作者 赵义武 王稼禹 赵晓 李英超 付强 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1430,共13页
针对传统偏振光谱成像方法难以适用于弹载平台的难题,本文提出了一种基于阵列光学的快速多维度成像制导光学方案。构建了通道分辨率与望远放大倍率的关联模型,实现了微透镜阵列、光谱滤光阵列和微纳偏振阵列探测器参数的精准匹配和高效... 针对传统偏振光谱成像方法难以适用于弹载平台的难题,本文提出了一种基于阵列光学的快速多维度成像制导光学方案。构建了通道分辨率与望远放大倍率的关联模型,实现了微透镜阵列、光谱滤光阵列和微纳偏振阵列探测器参数的精准匹配和高效利用。基于常规导引头和工业偏振探测器,设计了包含球形整流罩的多维度成像制导光学系统。系统采用4×4光场分割布局,在可见光波段内形成16个光谱通道,光谱分辨率为16 nm,实现了单光路、单探测器条件下同时高效获取0°、45°、90°、135°4个偏振方向偏振光谱图像数据。系统整体焦距为150 mm,筒长为145 mm。仿真结果表明,系统16个通道下全视场调制传递函数在奈奎斯特频率处均接近衍射极限,成像质量良好,满足弹载目标多维度探测与识别需求。 展开更多
关键词 亚像素成像系统 微透镜阵列 偏振光谱成像 孔径分割
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分层海水条件下潜艇热尾流机载红外探测性能分析
7
作者 李英超 潘泽 +2 位作者 李冠霖 史浩东 付强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期234-240,共7页
针对传统机载红外探测潜艇热尾流的计算方法未考虑温度、密度分层海水等实际海况,难以精准分析潜艇热尾流红外探测性能的问题。文中基于有限元分析方法,结合海面红外辐射模型和大气传输模型,构建出尾迹从浮升扩散、大气衰减到传感器探... 针对传统机载红外探测潜艇热尾流的计算方法未考虑温度、密度分层海水等实际海况,难以精准分析潜艇热尾流红外探测性能的问题。文中基于有限元分析方法,结合海面红外辐射模型和大气传输模型,构建出尾迹从浮升扩散、大气衰减到传感器探测的全链路数理模型,并应用模型开展全尺寸潜艇模型的仿真,实现在温度、密度分层海水情况下对潜艇热尾流红外探测性能的精准分析。结果表明:海水温度、密度分层条件对于潜艇尾迹的仿真和反演精度至关重要,当其他条件都相同时,海水温度、密度分层与不分层仿真出了截然相反的结果,不分层条件下海面为热尾迹,而分层条件下海面却为冷尾迹,直接影响对潜艇热尾迹反演精度。相比于海水分层,不分层情况下潜艇的反演误差达到了238.2 m,水面的尾迹温差不但相差了0.152 K,还呈现出了冷尾迹的现象。文中的研究对机载红外设备发现潜艇航行尾流特性的高精度识别反演具有重要意义。 展开更多
关键词 潜艇 温度分层 热尾流 红外探测
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偏振光在椭球细粒子中多次散射传输特性 被引量：5
8
作者 王鹏程 张肃 +4 位作者 申成彪 战俊彤 段锦 李英超 刘壮 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期348-357,共10页
为了研究偏振光在椭球细粒子中多次散射的传输特性,建立了以黑碳气溶胶粒子为对象的仿真与实验验证系统。采用T矩阵和蒙特卡罗相结合的方法,对偏振光经随机取向椭球细粒子多次散射后的偏振传输特性进行仿真研究,建立半实物模拟测试平台... 为了研究偏振光在椭球细粒子中多次散射的传输特性,建立了以黑碳气溶胶粒子为对象的仿真与实验验证系统。采用T矩阵和蒙特卡罗相结合的方法,对偏振光经随机取向椭球细粒子多次散射后的偏振传输特性进行仿真研究,建立半实物模拟测试平台对仿真方法进行验证,采用延长灵芝孢子燃烧时间的方式制备椭球细粒子,分别由马尔文粒度仪和光功率计测试椭球细粒子的尺寸分布和光学厚度,建立实验与仿真间的联系,验证了仿真结果的正确性。结果表明:随着黑碳椭球细粒子浓度的增加,水平、垂直、+45°线偏光和右旋圆偏光的偏振度都随之下降,且3种线偏振光的保偏性基本一致;随着浓度的增大,圆偏振光的保偏性逐渐优于线偏振光,且两者保偏性差距越来越大,在光学厚度为3.12时达到最大值,当光学厚度大于3.12时,圆偏光和线偏光的偏振度差值趋于稳定。经计算,仿真与实验结果符合度优于70.84%。本研究结果可扩展偏振探测的适用范围,为非球形颗粒物环境下偏振探测研究提供理论支撑。 展开更多
关键词 多次散射 偏振传输特性 蒙特卡罗仿真 T矩阵 椭球细粒子
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