光栅衍射激光告警接收机的探测性能分析

灵敏度和信噪比是激光告警接收机两个重要的性能指标,它们直接影响系统的探测性能和抑制噪声的能力.根据信号统计检测理论,提出了一种计算光栅衍射型激光告警接收机灵敏度和信噪比的方法.首先,对激光信号和系统的内、外噪声进行了系统分析.然后,基于阈值探测理论和奈曼一皮尔逊准则,通过引入探测概率因子和虚警概率因子,求解出以激光信号电流为变量的方程,得到了灵敏度和信噪比的一般表达式.最后,结合该方法利用自行研制的基于正弦光栅衍射型激光告警接收机的实际参数对探测灵敏度和信噪比进行了数值模拟和实验验证,得到0.532 μm激光入射时的探测灵敏度计算值为1.95 mW/cm2,实验值为2.55 mW/cm2.不同入射波长之间的信噪比差异较小,表明该分析方法可以对激光告警接收机的信噪比进行评估.     

基于面阵CCD的激光告警系统的图像采集与处理

光栅衍射型激光告警系统是一种基于光栅衍射效应、可实时探测来袭激光参量信息的光电对抗设备。为了获取入射激光的波长和入射角度,以光栅衍射效应为基本原理,采用面阵CCD进行图像采集、数字信号处理器进行图像处理,并依据信号特点开发了目标识别算法。通过理论分析和实验验证,设计出了一套基于面阵CCD的光栅衍射型激光告警系统的图像采集与处理系统,实现了对激光目标的探测。结果表明,该系统可有效地识别来袭激光并准确标记,具有良好的稳定性、实时性。     

光栅衍射型激光告警光学系统设计

为实时测量来袭激光的特征参数、入射方向等信息,设计了基于光栅的激光告警光学系统.使用正弦透射光栅,来袭激光衍射后只有零级和一级衍射,有利于信号采样和处理.该光学系统由遮光罩、正弦光栅、平凸柱面镜、线阵CCD构成.通过理论分析和计算,确定了各光学元件参数.实验结果表明,采用该光学系统的激光告警器可以实现对波长范围为500～1100 nm、波长分辨率小于等于10 nm、入射角分辨率小于等于1°、视场角为22.5°的激光测量.     

利用正弦光栅探测激光信息的理论研究

利用傅里叶变换理论研究了激光以任意角度入射正弦光栅的夫琅和费衍射,并对衍射图像的相对光强分布进行了分析,得到了零级和正负一级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及对应的明纹宽度。通过数据处理,反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用DSP高速采集信号和单片机处理数据的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

非相干强光干扰可见光成像研究

激光是干扰可见光侦察与告警、跟踪与制导系统的常用技术手段,但存在着频段短、波束窄、瞄准难等问题。非相干强光干扰技术能有效弥补激光干扰技术的不足,针对非相干强光干扰可见光成像系统的理论分析与实验测试问题,分析了非相干强光干扰可见光成像系统的技术机理,研究了基于图像结构相似性的干扰效果分析模型,构建了检测干扰过程并获取测试数据的实验平台,实验测试并定量分析了光源照度、入射方向、等效距离、背景照度和视场大小等参数条件的变化对可见光成像质量、干扰实施前后图像的相似程度、非相干强光干扰效果的影响。结果表明：当入射到探测器表面的非相干强光定向光束照度值满足一定条件后,实施干扰前后的图像结构相似性参数平均结构相似度值减小,干扰后的图像质量下降、失真严重,模糊了图像中的有效信息,呈现出难以识别目标与背景的干扰效果。该研究成果可为非相干强光定向光束干扰可见光侦察系统和电视制导武器提供技术支撑和方法参考。     

Fabry-Perot型告警器入射激光角度的测量

分析了Fabry-Perot型激光告警器的工作原理,讨论了F-P标准具摆动角、入射激光角度与折射角三者之间的关系,设计了计算来袭激光入射角度的方法.以波长为1.064 μm的激光为例,针对4种不同的入射角,对透射光强随摆动角的变化情况进行了模拟计算.利用处理软件,对4种来袭激光入射角度进行了模拟测量,结果表明,能够较精确地测量出来袭激光的入射角度.     

宽波段激光告警中以太网接收图像系统设计

针对可见近红外宽波段二维激光告警机对来袭激光实时高速采集及计算的要求,设计出基于千兆以太网的数据高速传输系统.该设计采用专用芯片RTL8211EG,设计驱动电路实现协议控制及激光光斑信息图像数据封装,传输后由CRC校验算法验证数据是否正确,最后将准确数据传输到DSP进行处理.经验证,该系统传输利用率可达60％;并用波长550 nm和1 200 nm光模拟可见和近红外两个波段的来袭激光,验证数据传输的准确性,结果显示系统传输图像无错漏.表明该系统的传输速率及数据准确性能达到激光告警要求,为可见近红外宽波段二维激光告警机提供高速准确的测量数据.     

利用平面透射光栅探测激光信息的理论研究

利用傅里叶变换理论研究了激光以任意角度入射平面透射光栅的夫琅和费衍射,并对衍射图像的相对光强分布进行了分析,得到了零级和各级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及对应的明纹宽度。通过光学系统设计,只提取零级和正负一级明纹中心位置,进行数据处理后反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用高速信号处理数据系统的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

利用光栅衍射缺级效应探测激光信息的研究

利用傅立叶变换理论研究了激光以任意角度入射平面透射光栅的夫琅和费衍射,通过分析衍射图像的相对光强分布,得到了零级和各级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及明纹缺级情况。提出了通过增加光阑限制入射角范围,能够仅提取零级和正负一级明纹中心位置坐标,进行数据处理后反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用高速信号处理数据系统的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

一种光栅型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是用来截获、测量、识别敌方来袭激光信号并实现自动告警的侦查设备,在现代化战场上,准确识别来袭激光的波长和入射方位角,可提升我军的生存率。为准确获取来袭激光的波长和方位角等信息,本论文基于光栅衍射原理,设计了基于DSP+FPGA的激光告警系统,采用特定的图像处理算法,实现了对来袭激光的准确识别。经试验验证:该系统能有效探测来袭激光波长范围为:800~1500 nm,精度≤10 nm,角度分辨率≤2°。     

激光水下距离选通成像门控实验研究

激光水下距离选通成像系统要想获得有效的目标图像,必须精确地给出合适的触发信号和控制接收器ICCD的门控延迟时间和选通门宽等门控参数。针对这一关键问题,设计了不存在成像距离盲区的激光器电源提供源触发信号的外触发方式,并应用二分查找的方法确定成像系统的门控参数,利用实验确定的门控参数,获得了5至23m水下不同深度的有效目标激光图像48张。获取的水下激光目标图像的信噪比可达10dB以上,可满足目标探测的实际应用要求。     

一种基于图像处理的激光打靶仪设计

提出了一种基于图像处理的激光打靶仪设计方案,并介绍了系统的组成和设计思路。系统使用摄像头采集靶面图像,采用背景差法确定弹着点。摄像头动态捕获视频靶面图像,并把前一时刻采集到的图像作为背景图像,在开始射击时,新捕获到的图像必然发生一些改变,与前一时刻得到的背景图像做减运算,发生改变的像素部分就是激光脉冲打到靶面的位置。此设计可以准确地模拟实弹射击训练,满足射击训练的要求。     

自由曲面破损零件激光再制造修复路径生成

针对复杂自由曲面零件激光再制造中在线示教加工路径存在的问题,进行了三维激光熔覆再制造修复路径的研究,提出了基于等距平行截面法的修复轨迹自动生成算法。利用任意等距平行截面与三角网格模型求交确定激光束扫描点位置;估算出三角网格中每个顶点法矢后,通过对交点所在边的两顶点法矢插值得到交点的法矢,确定了在加工点激光束的姿态。应用实例表明,该算法取得了良好的加工效果,能够达到实用化要求。     

五轴框架式机器人激光加工系统轨迹算法研究

在集成化智能激光加工系统工作原理的基础上提出了五轴机器人的激光加工轨迹算法。将三维离散数据点集拟合为空间参数曲面 ,在此参数曲面上规划五轴激光加工的等距轨迹。给出了冲压模具激光强化加工实例 ,取得了理想的加工效果。     

基于三维成像技术的激光图像处理系统

采用图像处理技术处理后的激光三维图像能够显著提升图像精度,为刑事侦查、工业部件生产提供可靠的图像依据。通过设计基于三维成像技术的激光图像处理系统解决三维成像技术精度低、耗时长的问题。系统主要包括激光三维成像模块、DDR外接存储模块、FPGA模块、上位机等部分;激光三维成像模块增加转镜获取高精度的激光三维图像,DDR外接存储模块负责存储激光数据,分散FPGA模块资源损耗,通信电路模块负责传输DSP和上位机、DSP和FPGA之间的激光数据;软件部分依据激光三维成像原理获取激光数据,基于OpenGL软件接口重构激光三维图像表面。实验结果显示,系统成像精度高,处理激光三维图像效率和可靠性强,在激光三维图像处理方面的应用前景广阔。     

基于距离图象的道路探测方法

描述了一种用激光三维视觉传感器获得的距离图象的处理方法，可自动探测出道路及障碍物．通过对一系列真实距离图象的处理，结果表明该方法是十分有效的．     

基于图像形态学激光模具裂纹修复技术研究

为了探究小功率激光模具自动修复技术,利用同轴视觉采集系统采集模具的裂纹图像,结合数字图像形态学细化处理识别裂纹位置信息,建立了数字图像处理流程,得到裂纹的轨迹信息,将裂纹轨迹信息矢量化后,经曲线拟合生成数控代码,导入到数控系统完成激光模具修复。裂纹图像经图像去噪增强、形态学细化等处理后,能够有效地得到裂纹中心线,将裂纹位图矢量化后转为DXF文件格式,通过CAM软件生成数控加工代码。结果表明,该方法加工精度达到0.0368mm,满足模具修复的精度要求;通过图像形态学细化处理技术可以实现激光模具自动修复。这对激光加工设备实现自动化和智能化提供了理论支持和技术基础。     

一种激光散斑法实时测量表面粗糙度的新方法

本文根据激光散斑相干性原理与理论,提出了用双达夫棱镜产生两束间距和夹角连续可调的平面光波同时照射粗糙表面,由1-D CCD采集散射光场的相干度信号,经过计算机对对比度的处理,能实时测量物体表面粗糙度的新方法。结果表明,该方法较现行测试法提高了判读精度,扩大了测量范围。     

增益调制激光雷达弱信号的双阈值处理分析

在远距离弱信号条件下,增益调制激光雷达系统的测距精度受到强背景噪声的严重干扰。为了提高系统的测距精度,从系统基本工作原理出发,对增益图像进行双阈值化处理,得出了测距误差最小的阈值条件;考虑到阈值处理对目标与背景存在错误判断,结合增益调制像的概率分布函数定义了增益像和距离像的错误率函数。选取距离分别为1 930 m和1 940 m的两座建筑物作为目标进行成像实验。实验结果表明:双阈值化处理后,系统的测距偏差减小了58.3%,从而验证了双阈值化处理的可行性。通过对目标与背景实验结果的计算发现,目标距离的错误率存在极小值。     

一种基于TMS320C6416T的激光色域转换方法

为了快速完成荧光色域到激光色域的颜色转换,设计了以高性能的DSP芯片为核心处理器,结合现场可编程门阵列FPGA的实时数字图像处理平台.给出了三组不同波长激光的色域转换矩阵,在基于TMS320C6416T的图像处理平台上实现了两个系统的信号转换,并且利用多种加速算法,加快了处理速度.实验结果表明,本文的方法有效地扩展了激光电视的颜色区域,降低了图像的饱和度.