张军海 , 向康 , 梅红松 , 赵文辉 , 黄宗军 , 孙伟民
2015, 26(2):211-216.
摘要:为了克服利用交流磁场激发基态塞曼磁子能级跃 迁的传统光泵磁力仪信号串扰问题,本文报道了一种 基于Bell-Bloom结构的全光铯(Cs)原子磁力仪。利用共振圆偏振光极化基态Cs原子使之产 生磁偶极矩,在 外磁场条件下,磁矩围绕外场进行拉莫尔进动,通过测量线偏振检测光偏振椭圆长轴的变 化周期,可以 实现对外磁场的高灵敏度测量。理论分析了强度调制的Bell-Bloom磁力仪工作原理, 搭建了试验系统, 通过磁力仪参数(抽运激光频率和光强)的优化,在100nT外磁场附近 ,获得了线宽(半高全宽)为22Hz、 每单位带宽信噪比(SNR)达到3.2×104的拉莫尔进动光谱,进而评价该磁力仪物理系统具有100fT/Hz 1/2的本征灵 敏度;闭环测试结果为120fT/Hz1/2,空间分辨率达到1.2cm,且随外界磁场变化的响应时间为300ms。
2015, 26(2):217-223.
摘要:为了提高光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统的 解调灵敏度和解调范围,消除环境温度对解调信号的影响,设计了一种具有 温度补偿功能的双匹配FBG振动传感系统。系统采用两个中心波长对称地位于传 感FBG两侧的透射式匹配FBG,建立 了两个互补对称的传感通道,并利用差分原理实现振动传感。通过Matlab软件对系统性能进 行了仿真分析,结果表明,与传 统方法相比,本文方法有效地提高了系统解调灵敏度和解调范围。将匹配FBG与热电制冷器( TEC)集成封装,并建立温度补偿判断通道,当 判断通道输出电压超过已设置好的阈值时,利用TEC改变封装环境温度,使匹配FBG 与传感FBG中心波长重新匹配, 实现系统温度补偿。经实验测试,系统的归一化解调灵敏度为5.168/ nm,解调范围为1.2nm,判断通道的归一化阈值电压 为0.890。在4种不同环境温度下,利用本系统 对同一振动信号进行测量,实验结果验证了系统温度补偿的可行性。
李永昌 , 路朋罗 , 金龙旭 , 李国宁 , 武奕楠 , 张宇 , 韩 双丽
2015, 26(2):224-232.
摘要:提出了一种适于大视场时间延迟积分电荷耦合器件 (TDICCD)空间相机的全通道高可靠快视系统。首先,建立TDICCD图像滚屏显示模型,能够有 效模拟TDICCD相机线阵输出的推扫过程,进而提出基于硬件的行频 自适应实时滚屏显示方法;然 后,针对高速图像数据缓存不可靠问题,提出易于硬件实现的(16,6)纠错编码算法; 最后,在某空间相机原理样机上进行了测试。结果表明,本系统的行频自适应范围为 0.52~7.68kHz,可对数据率 高达13.02Gbit/s的80通道12bit量化图像进 行实时滚屏拼接显示与缩略显示,图像细节表现能力强;加入(16,6)纠错编码算 法的SRAM缓存在1024Byte内可纠正82bit错误,提高了图像缓存的可靠性。系统工作稳定,可移植性强,已成 功应用于大视 场TDICCD空间相机的研制与检测中。
2015, 26(2):233-238.
摘要:根据多模干涉器(MMI,multimode interferome ter)的自映像效应,设计了基于2×4MMI 的聚合物相干光混频器,优化光混频器结构参数;采用模式转换设计解 决多模波导的 自映像与单模波导模式失配的问题,从而进一步提高其性能。仿真结果表明,优化后的光混 频器其传输损耗 小于6.3dB,传输不均衡性小于1dB,相位误差小于1°,并且MMI长 度与宽度的设计容差分别达到40μm 和0.5μm。根据设计制备了聚合物光混频器,通过实验表征了此光 混频器的传输性能。在C波段下的测量 结果表明,其传输损耗小于10dB,不均衡性在0.5~1. 5dB之间,相位误差小于10°, 而达到这些性能的MMI长度与宽度的器件容差分别为25μm和0.5μm,均大于制备过程中0.1μm的工艺容差。测 量结果与理论模拟结果基本吻合。本文的聚合物光混频器成本低、容差高,对实现高集成度 相干接收机具有实际意义。
2015, 26(2):239-244.
摘要:为改善常规全光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型 滤波器的输出特性,提出了由2个2×2光纤耦合 器和1个”8”字形光纤谐振环级联组成全光纤MZI型梳状滤波器的设计方案。根据基本结构 ,应用光纤 传输理论和矩阵理论,得到滤波器输出谱的表达式,对其特性进行数值模拟分析,结果表明 :当耦合器分光 比取一些定值时,可得到输出波形通带平坦、形态近似于方波的梳状谱图,其25dB截止带带宽和0.5dB通 透带带宽明显改善,其值分别为26.2GHz和38.4GHz;器件具有一定的抗偏差能力 降低了制作难度,传输损耗对滤波器消光特性的影响较小。实验结果与理论分析相吻合。
2015, 26(2):245-250.
摘要:提出了一种适用于强度调制直接检测(IM/DD) 光系统的信号调制格式。这种基于Nyquist脉冲half cycle副载波调制(SCM)信号能有效提高频谱效率,为了减少传递函数引起的系统的性能 恶化,采 用了数字预均衡和后均衡实现对光纤损伤的补偿;建立了偏振复用(PDM)IM/DD系统 平台, 分析了Nyquist脉冲SCM信号在系统中的PAPR性能,实现了72Gbit/s 64-QAM N yquist脉冲SCM信号经过20km标准单模光纤(SMF)传输后其误码性能 小于前向纠错(FEC)阀值3.8×10-3。
王翔 , 王荣 , 卢麟 , 朱勇 , 张宝富 , 吴传信 , 韦毅梅
2015, 26(2):251-258.
摘要:针对目前基于数字同步体系(SDH)网络的长距离时 频同步精度不高、不易与现有网络相融合等问题,提出了一种采 用桥接测量方式拓展SDH网络无源双向比对授时距离的新方法。分析了桥接测量法的中间站 时延测量误差。搭建了220km的4节点SDH实验网络,通过桥接测量法 跨越两个 SDH网元设备,利用桥接站时延数据的测量结果对终端时钟实施伺服控制,使其跟踪于 主站时钟。授时 系统的同步误差峰-峰值为965ps,均方差为117.7ps。实验结果表明,使用桥接测量和时钟伺服技术不但能有 效拓展授时距离,而且能在SDH网络终端再生与基准时钟高度同步的时间频率信号,达到较 高的授时精度水平。
2015, 26(2):259-264.
摘要:传统使用半导体光放大器(SOA)中交叉相位调制( XPM)效应构成全光逻辑异或(XOR)门的方案,由 于受到单个SOA中XPM效应自身原理的限制,需要精确的相位控制。本文提出了一种基于马赫 -增德尔干 涉仪(MZI)和级联SOA中XPM效应实现全光逻辑异或门的新方案。本文方案使用对称的MZI结构 ,在两臂 上分别放置两个级联的SOA,通过对时钟光的相位调制,达到对两级输入信号光进行XOR运算 的目的。在 40Gbit/s下的仿真结果表明,本方案易于调节,只需要两束输入信 号光以相反比例分光,即可对其进行异或 逻辑运算,在放宽了分光比取值范围的同时,也降低了对XPM效应中相位控制的要求,实现 了宽相位容 限的全光逻辑XOR门。研究了时钟光功率和输入信号分光比对逻辑运算结果的影响,发 现输入信号分 光比的不同步变化对输出信号质量的影响较为明显。对提高方案速率的方法进行了讨 论。
郑悦 , 于掌舵 , 李艳婷 , 郑传涛 , 叶玮琳 , 王一丁
2015, 26(2):265-271.
摘要:为了改善线性失真对荧光LED通信系统性能的影 响,首先建立了通信实验系统, 采用网络分析仪测量了通信系统的幅频响应,分析了线性失真特性。根据通信系统线性失真 的测量结果,设计了一、二、三阶高通滤波器作为线性失真补偿电路,将其与荧光LED通 信系统级联,分别测量了级联后系统的幅频响应。结果显示,采用三阶补偿电路后,荧光 LED通信系统的线性失真得到了明显改善,系统增益的衰减幅度由补偿前的50dB(0.3~6MHz)降低为三阶补偿后的20dB(0.3~45MHz)。为了确保通信系统具有相对平坦的增益 特性且要求系统增益的波动小于10dB时,系统的通频带宽度可从补 偿前的1.8MHz提高到 三阶补偿后的41MHz (范围为3~44MHz),增 大了约23倍,且在此频带范围内,系统具有 相对较大的增益(约为-30dB)。因此,补偿荧光LED通信系统的线 性失真,可以很好扩展通信系统所需的通频带宽度。本文的实验和分析可为进一步优化系 统参数及改进通信性能提供参考依据。
2015, 26(2):272-276.
摘要:提出并实验验证了一种基于级联偏振调制器(Po lM)和双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)的六 倍频微波信号的光学生成方法。PolM在射频(RF)信号调制下,会产生多个光边带,通过调 节偏振控制 器(PC)和检偏器仅获得奇数阶边带,然后通过DPMZM,其中一子MZM调制RF信号,工作在 最大 传输点(MATP),另一子MZM不调制RF信号,从而抑制掉一阶边带,保留三阶边带,经光 电探测器(PD)拍频获得六倍频微波信号。仿真结果表明,在不利用任何光、电滤波器的情况下,调 制器消光比为 理想状态(100dB)时,RF杂散抑制比(RFSSR) 为34dB。即使消光比为非理想状态(30dB)时,生成微波信号的RF SSR仍可以达到21dB。理论分析和实验结果均验证 了方案的可行性。
2015, 26(2):277-283.
摘要:提出了一种微纳纤芯/包层结构大模场单模聚合物 光纤。建立了光纤结构模型,在非 弱导近似条件下,根据波导理论,分析了微纳光纤的单模和波导特性;讨论了微纳纤芯直径 、 芯/包层折射率差以及包层直径等结构参数对微纳纤芯/包层结构聚合物光纤的模场分布、有 效 模场直径等导波特性的影响。结果表明,在传输波长λ=650nm、微纳纤芯直径Dcore=172μm、包层 直径Dclad=250μm和芯/ 包层折射率差δn=0.128时,可获得有效模场直径达126.56μm和芯内能流比为10.66% 的大模场单模聚合物光纤。
2015, 26(2):284-287.
摘要:利用磁控溅射方法在n型Si衬底上制备了NiO:Na薄膜构成异质pn结,并研究了其光电特性。 实验结果表明,当O2/Ar+O2比例从0%升高到30%时,Si/NiO:Na的pn结表现出最佳整流特性,正向开启电压达到 4.9V时才出现漏 电流。这可能是由于NiO:Na薄膜结晶度得到改善,薄膜内缺陷减少所致。继续增加O2/Ar+ O2比例,薄膜 结晶质量转差,相应也削弱了其整流特性,这一结果得到X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(A FM)和紫外(UV)透射结果的充分支持。
刘琨 , 柴天娇 , 刘铁根 , 江俊峰 , 陈沁楠 , 潘亮 , 马春宇 , 何畅
2015, 26(2):288-294.
摘要:基于迈克尔逊干涉仪,利用法拉第旋光反射镜克 服偏振诱导信号衰落,同时结合现场可编程逻 辑门阵列(FPGA),设计开发了多防区光纤周界安防系统,实现了对多个防区同时进行 独立监控。系统结 构简单,成本低廉,可扩展性强。从入侵和环境噪声引起的扰动信号的时域特征出发,提取 了 每帧信号的过门限率、一组信号的报警帧个数和一组信号最大值和最小值的比值差 异系数3个特征参量,进而提出了入侵快速判定算法,降低了系统由于外界轻微扰动、风雨 等环境因素导致的误 报,提高了系统的准确性和实时性,以期实现快速准确判断外界是否存在入侵扰动的目的。 实验结果表明,系统报警准确率为90%,漏报率低于2%。
2015, 26(2):295-302.
摘要:传统的同步扫描三角测量模型假设旋转镜厚度为零 ,从而建立了三维扫描点的 轨迹圆模型。本文将旋转镜厚度也作为系统参数进行考虑,提出一种同步扫描三角法在展开 光路中的几何 参数模型,通过14个参数精确地描述各个功能部件的位置姿态和几何光学参数,并建立了三 维空间点与系 统参数的关系。仿真分析表明:1mm厚的旋转镜会产生200mm的系统 误差。对接受透镜位置参 数的建模使得三维点具有动点旋转特性,与传统的轨迹圆模型相比,更精确地描述了旋转中 心的轨迹变化。 构建了原型系统,并通过实验验证了方法的正确性。
2015, 26(2):303-308.
摘要:为满足快速、高精度和大范围的激 光测距需求,分析了现有单频和多频相位激光测距方法存在的 问题,提出了基于降频及高精度测时技术的 相位激光测距方法,并根据测距 要求以及按照测尺频率、测时精度和参考频率的顺序建立了测距系统参数选择模型,进而 按照测距参数需求搭建了实 验系统。实验表明,在300kHz单频测尺、260kHz参考频率和50ps测时精度条件下,实验系统具有500m测距范围、1.08mm 测距精度和0.03~0.04s测量速度,可为快速、高精度和大范围测距 奠定基础。
2015, 26(2):309-314.
摘要:针对传统滑坡预警监测技术中存在的自动化程度 较低、测量精度不高,不易对边坡实现大面积和长 期可靠在线监测等不足,研究了采用光纤光栅(FBG)弯曲传感技术用于边坡表面形变及深 部位移测量的 结构原理及具体应用方式。在分析采用简支梁和悬臂梁两种结构实现FBG弯曲调谐原理 的基础上,选择具有不同中心波长的FBG进行串接后,粘贴于弹性杆件PVC管上,实验验 证了利用简支梁和悬臂 梁两种FBG弯曲调谐结构实现边坡表面形变及深部位移进行原理性测量的可行性。实验结果 表明,粘贴在 PVC管上不同位置的FBG的波长变化量与该位置的形变量有着明显的线性对应关系;两种结构 最大形变位 置的FBG测量灵敏度分别为0.245 nm/mm和0.166nm/mm;采用在PVC管两侧对称180°的位置粘贴 FBG的方法,可在提高FBG检测灵敏度的同时,解决FBG温度及应变的交叉敏感问题,消除环 境温度变化对FBG弯曲传感测量结果的 影响。
2015, 26(2):315-319.
摘要:针对目前热释电红外(PIR)传感器在静态人体 检测方面的局限性,提出了一种在动态下利用多PIR传感器、 动静相结合对人员目标进行检测、测向与定位的方法。研究中,感知节点上的静态PIR传感 器对人员目标进行 测距,动态PIR传感器以10°/s的速率对监控区域往复式扫描,变被动为“主动”。当人员 目标与PIR传感器的探测视线 相交时,通过帧差法得到目标的角度值,融合多个传感器的测量值进行交叉定位,实现了在 探测区域对整 个目标事件过程的有效数据采集。实验证明,本文方法能很好地对不同状态下的人员目标进 行检测定位,具有实用价值。
2015, 26(2):320-327.
摘要:为了有效提高在线带钢表面缺陷检测的识别率和 实时性,提出了一种优化的量子粒子群-径向基函数 (QPSO-RBF)网络的带钢缺陷分类识别算法。首先采用加权模糊C-均值聚类(WFCM)算法确定 RBF网络隐含层参 数,算法对带钢缺陷特征数据出现的团状分布与疏散分布问题能够达到很好的聚类划 分,避免对特征数据集等划分的趋势;然后采用QPSO算法对RBF网络的参 数编码成粒子个体,在全局空间中动态地搜索最优适应值的RBF网络参数,提高了网络的 学习性能,并建立了带钢缺陷分类识别的专家知识库。实验结果表明:本文算法可以自动获 得较 优的网络结构,收敛速度快,对带钢缺陷的平均识别率为94.63%,平 均误识率为3.0%,对测试 样本的识别时间为4ms,小于生产线上每张图片的采集周期 10ms,因此,可以为高速生产线上的带钢表面缺陷在线实时检测提供了有利条件。
2015, 26(2):328-335.
摘要:为了降低传输失真对自由视点视频虚拟视点质量 的影响,提出了一种同时适用于彩色图及深度 图的宏块区分模型。模型主要包括两部分:首先结合立体视频时空域的相关性,在 考虑错误扩散 的基础上,提出一个递归形式的宏块级传输失真模型;之后分别讨论彩色图失真和深度图失 真对虚拟视点 质量的影响,进而提出了一个低复杂度的基于绘制失真分析的重要性模型。实验结果表明, 与随机丢包相比, 本文算法能在不改变丢包率(PLR)的情况下大幅提高虚拟视 点的客观 质量,在PLR为20%时,平均峰值信噪 比(PSNR)最大能提 高15.65dB,且主观质量接近零传输失真情况。
2015, 26(2):336-341.
摘要:提出了一种新的判别 核窗宽方法,进而研究了基于判别核窗宽的KPCA和LPP在掌纹识别中的应用。首先根据训练 样本和类标签计 算类内核窗宽和类间核窗宽;在分类密集区选择较小窗宽,在分类稀疏区选择较大窗宽,可 以有效提取数 据的关联特征;然后运用基于判别核窗宽的KPCA和LPP方法提取低维特征向量,计算特征向 量间的余弦 距离进行掌纹匹配;最后运用PolyU掌纹图像库,对本文算法进行测试。实验结果表明,与 传统算法相比, 本文算法的识别率最高,识别时间小于0.6s,验证了方法的有效性 。
2015, 26(2):342-351.
摘要:为了提高自适应均值漂移(CamShift)跟踪方法的跟 踪性能,提出了一种利用色度-微分二维联合特征建立目标模型的 改进CamShift跟踪方法。对每个像素8邻域的色度进行差分计算,最大差分值作为该像素的 微分值,用以 描述像素的相对位置信息和图像的细节信息;根据目标模型的色度-微分二维特征联合直方 图,利用反向投 影获得跟踪图像的色度-微分二维特征联合概率分布图,以减少单独特征建立模型时所产生 的冗余信息的干 扰;利用均值平移方法在跟踪窗内实现目标的定位。对目标尺寸的过大更新加以限制,防止 过多背景信息 干扰目标识别的准确性。仿真实验结果表明,本文方法跟踪性能稳定,当目标与背景相似, 或者背景中出现 与目标相似的干扰区域时,都能实现目标的有效跟踪,提高了CamShift跟踪方法的适 用性,单帧图 像的处理时间小于30ms,满足跟踪系统实时性的设计要求。
2015, 26(2):352-359.
摘要:传统的基于点特征的图像配准算法在遥感图像配 准时提取的特征点数量大、分布密,易产生误匹配,导致特 征匹配的效率和精度低。为此,本文利用椭圆傅里叶描述子(EFD)能较好保留 形状信息的特点,提出了一种基于EFD的 图像配准算法,根据匹配的边界对预估变换参数,给出特征搜索范围,从而有效地提 高特征搜索的效率。实 验结果表明,所提出算法能有效抑制误匹配的产生,提升特征匹配的效率,尤其是对于纹理 丰富的大尺寸图像,提 升效果更加明显,验证了本文算法对遥感图像配准的适用性。
2015, 26(2):360-367.
摘要:针对基于四边形排列的去马赛克(Demosaicking)的 传统方法存在拉链现象和虚假色等问题,本文尝试将更加符合人眼视觉特性的六边形采 样方式应用于彩色图像成像 系统,并从图像稀疏特性角度出发,提出基于压缩感知(Compressive sensing,CS)框架的 彩色图像去马赛克方法。本文方法 充分挖掘了彩色分量间和分量内的稀疏特性,可使复原图像的纹理细节与色彩更加逼真,有 效地避免了拉链现象和虚假色现象。实验结果验证了本文方法的有效性。
苏冰山 , 吴炜 , 杨晓敏 , 李智 , Gwanggil Jeon , 陈雨
2015, 26(2):368-377.
摘要:提出一种红外图像多传感器超分辨率重建算法。 算法存在两个关键点:一是有效利用两类图像的相关性;二是针对红外图像的特点利用其自 身信息 构造正则化模型。采用相位一致性算法提取可见光图像边缘,利用此边缘信息对正则化模型 加权,以 充分利用可见光和红外图像的相关性;将一阶梯度锐化算子引入总广义变分模型,构成针对 红外 图像特点的正则化模型;最后采用一阶主-对偶优化算法求得加权后模型的最优解。实验表 明,本文算法可获得边缘清晰的重建结果,并且有效抑制噪声,在主观视觉效果和客观评价 指标方面均优于其他算法。
2015, 26(2):378-386.
摘要:为了实现对不同失真类型的立体图像进行质量评 价,提出了一种基于人类视觉的立体图像 质量客观评价方法,分别从图像清晰度与立体感两方面进行评价。图像清晰度方面,将原始 与失真立体图 像分解为5个带通图像后利用对比度敏感度函数(CSF)优化各失真带通图像,并模拟掩 盖效应,通过整合各原始 带通图像,综合感知误差,构造信噪比(SNR)作为评价图像 清晰度的性能指标;立体感方面,对绝对差值图像进 行视觉感知模拟,建立SNR指标评价立体感的优劣。实验结 果表明,对不同失真类型立体图像的评价 结果表明,Pearson线性相关系数(PLCC)与Spearman等级 相关系数(SRCC)均优于现有评价方法。
2015, 26(2):387-391.
摘要:从集成成像三维获取技术出发,利用光线追迹的方 法,理论分析了元素图像阵列中同名像点之间的关联性,得到了同名像点之间的等差关系, 并利用此关系式对光学获取的元素图像阵列提取的同名像点的结果进行筛选,去除误差大的 配准结果,从 而提升同名像点的配准精度。光学实验结果显示,对于同一物体进行三维获取,经本文的集 成成像 同名像点自筛选技术得到的结果是500mm,相对误差为0.4% ;而传统技术重构得到的结果为502mm,相对 误差为0.8%。我们所提的这种方法有效提升了再现精度,提升幅度为 50%,为集成成像三维形貌获取技术实现高精度获取提供了有效的技 术支持。
贾志浩 , 段俊萍 , 王伟 , 毛静 , 王明焕 , 张斌珍
2015, 26(2):403-408.
摘要:以聚二甲基硅烷(PDMS)为基础,设计制作了一种 封闭式液体变焦透镜。通过对PDMS薄膜形变情况 的仿真分析,利用Matlab数学建模与ANSYS结构仿真,得到薄膜形变结果,确定了合理的透 镜腔体结构。 在制备工艺上,首先利用SU-8模型制作了PDMS透镜腔,再使用混合PDMS制作出腔体的盖片 ;然后将两部 分进行表面处理后键合,注射填充液、完成二次封装;最后对透镜的表面形变和焦距变化进 行了测试,根 据测试结果绘制了焦距-磁通量曲线。测试中,在磁通量从200mT到 600mT的过程中,焦距 由22.0mm变为20.2mm。 结果表明,以本文方法制作变焦透镜,可以简化工艺步骤,降低制造成本,减小整体体积, 焦距可控,有着更好的密封性,受外界环境干扰小。