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空间激光通信组网光学原理研究 被引量:58
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作者 姜会林 胡源 +5 位作者 丁莹 付强 赵义武 董科研 娄岩 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期48-52,共5页
随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点,提出了组网光学原理,同时研究了一种可用于多目标间... 随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点,提出了组网光学原理,同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通信的技术方案,设计了以旋转抛物面为基底的多反射镜拼接结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准(APT)系统,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。 展开更多
关键词 光通信 组网光学原理 光学系统天线 旋转抛物面
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空间激光通信捕获、对准、跟踪系统动态演示实验 被引量:36
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作者 赵馨 +1 位作者 佟首峰 刘云清 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期125-130,共6页
捕获、对准、跟踪(APT)系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。对APT系统组成原理、工作原理、关键技术、系统设计、工程实现等内容进行了详细的研究,在此基础上开展室内模拟实验及野外演示验证实验。室内模... 捕获、对准、跟踪(APT)系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。对APT系统组成原理、工作原理、关键技术、系统设计、工程实现等内容进行了详细的研究,在此基础上开展室内模拟实验及野外演示验证实验。室内模拟实验跟踪精度达到2~3μrad,表明本系统可应用在星间激光通信中。野外双端动态演示实验在飞艇一船舶间进行,结果表明系统捕获概率优于95%,捕获时间小于60s,系统跟踪精度由于受到大气湍流影响而降低,多次实验测试表明在湍流中跟踪精度达到5~25μrad。APT系统的成功研制为空间激光通信顺利进行奠定了基础。 展开更多
关键词 光通信 空间激光通信 动态实验 捕获 对准 跟踪系统 捕获概率 跟踪精度
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航空激光通信系统的特性分析及机载激光通信实验 被引量:28
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作者 常帅 +6 位作者 佟首峰 张立中 姜会林 董岩 董科研 赵馨 张雷 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期209-220,共12页
航空平台是天、空、地一体化立体空间网络的重要节点,建立空星、空空、空地激光通信链路是实现机载激光通信的关键。介绍了机载激光通信实验系统的组成与工作原理;进行了机载激光通信系统特殊性分析,包括大气附面层、平台随机大幅度扰... 航空平台是天、空、地一体化立体空间网络的重要节点,建立空星、空空、空地激光通信链路是实现机载激光通信的关键。介绍了机载激光通信实验系统的组成与工作原理;进行了机载激光通信系统特殊性分析,包括大气附面层、平台随机大幅度扰动、平台高频振动、大气信道等外界约束环境对激光通信系统性能的影响以及相关抑制技术;具体介绍了飞艇-船舶间空地激光通信实验、双直升机间空空快速捕获实验以及双固定翼飞机间空空远距离激光通信的实验成果。 展开更多
关键词 光通信 空间激光通信 机载光端机 双动态捕获 大气附面层 大气信道
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空间激光通信组网单光束跟踪子系统 被引量:23
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作者 于笑楠 佟首峰 +3 位作者 董岩 陆静 杨涵 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期3348-3353,共6页
介绍了用于一对多激光通信组网控制系统的光斑跟踪闭环系统。在伺服转台位置闭环的基础上,讨论以CCD相机为敏感器,以二维伺服转台为执行器的光闭环系统。介绍了跟踪系统的数学原理,研究了光闭环各环节的静态动态误差及开环闭环响应。在... 介绍了用于一对多激光通信组网控制系统的光斑跟踪闭环系统。在伺服转台位置闭环的基础上,讨论以CCD相机为敏感器,以二维伺服转台为执行器的光闭环系统。介绍了跟踪系统的数学原理,研究了光闭环各环节的静态动态误差及开环闭环响应。在理论计算和数学仿真后,编写了闭环跟踪程序。采用经典PID控制与前馈相结合的控制算法,进一步提高了伺服带宽,保证了系统的稳定性。对星间激光通信的光斑位置进行了跟踪试验,结果显示跟踪误差为3σ≈136μrad,基本符合空间激光通信组网系统激光束的指向要求。得到的结果验证了控制策略的可行性,为多光束伺服打下了基础。 展开更多
关键词 激光通信组网 光束控制 光闭环 光斑跟踪
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机载激光通信系统精跟踪单元变结构控制技术 被引量:20
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作者 佟首峰 +1 位作者 姜会林 鸿飞 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期934-938,共5页
APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分。通过对精跟踪伺服单元结... APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分。通过对精跟踪伺服单元结构的分析及复合轴APT系统对精跟踪单元的要求,设计了精跟踪的控制函数模型。根据不同飞行平台振动环境的特点,实现了变结构的精跟踪智能控制,使精跟踪的控制精度达到最优,并进行了MATLAB仿真验证。最后,经过APT复合轴的室内实验系统测试得出:在几种典型的机载平台环境下,最终的跟踪精度都保持在3μrad左右。 展开更多
关键词 机载激光通信 复合轴控制 精跟踪 变结构控制
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空间激光通信精跟踪单元的高精度快速PZT驱动技术研究 被引量:20
6
作者 任斌 佟首峰 +1 位作者 陈安松 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期420-425,共6页
为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹... 为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹波,带宽等各项性能指标进行测试,得以验证该驱动电源的性能满足了整个精跟踪系统的跟踪精度保持在3μrad左右的前提条件。 展开更多
关键词 空间激光通信 复合轴系统 精跟踪 压电陶瓷振镜驱动
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星间高速相干激光通信系统中的光学锁相环技术 被引量:20
7
作者 常帅 佟首峰 +7 位作者 姜会林 刘洋 董毅 董科研 董岩 张鹏 南航 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期68-76,共9页
零差相干激光通信系统具有高速率及远距离传输的特性,在星间高速激光通信骨干网中占有重要地位。分析了光学锁相环的工作原理并建立了相应的数学模型,得到了光学锁相环的开环及闭环传递函数,推导了误差传递函数,分析了环路带宽的影响因... 零差相干激光通信系统具有高速率及远距离传输的特性,在星间高速激光通信骨干网中占有重要地位。分析了光学锁相环的工作原理并建立了相应的数学模型,得到了光学锁相环的开环及闭环传递函数,推导了误差传递函数,分析了环路带宽的影响因素。分析了锁相环路中的相位噪声误差,建立了误差因素、探测灵敏度以及环路带宽之间的关系。分析得到锁相环的优化带宽为1.5 MHz,测试了接收机的误码率。当通信速率为5Gbit/s、调制方式为二进制相移键控时,得到接收机的接收灵敏度为-41.4dBm,误码率为10-7。 展开更多
关键词 光通信 误差传递函数 相位噪声 接收灵敏度
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空间激光通信组网光端机技术研究 被引量:17
8
作者 姜会林 胡源 +5 位作者 丁莹 付强 董科研 赵义武 娄岩 《航天返回与遥感》 2011年第5期52-59,共8页
随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的全光网络迫在眉睫。文章介绍了空间激光通信技术的优点及发展趋势,提出了可用于激光通信组网的几种光端机光学原理及系统方案,分析了多反射镜拼接形式光... 随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的全光网络迫在眉睫。文章介绍了空间激光通信技术的优点及发展趋势,提出了可用于激光通信组网的几种光端机光学原理及系统方案,分析了多反射镜拼接形式光端机的APT控制模型,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。 展开更多
关键词 激光通信 组网 快速捕获和高精度跟踪 多反射镜拼接
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机载无线激光通信对准-捕获-跟踪系统及动态飞行试验研究 被引量:18
9
作者 李小明 张立中 +2 位作者 孟立新 姜会林 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1044-1051,共8页
机载无线激光通信具有通信速率高、抗干扰能力强、保密性好、布置灵活等优点,在天地一体化高速信息网络、军用保密通信、电磁干扰环境下可靠通信等应用中有着广阔前景。为解决机载环境下激光通信光轴对准难题,通过对无线激光通信系统特... 机载无线激光通信具有通信速率高、抗干扰能力强、保密性好、布置灵活等优点,在天地一体化高速信息网络、军用保密通信、电磁干扰环境下可靠通信等应用中有着广阔前景。为解决机载环境下激光通信光轴对准难题,通过对无线激光通信系统特点和Y-12型飞机平台特性的分析,采用粗、精两级复合跟踪方案,设计了由被动减震结合主动抑制的粗跟踪单元和电磁振镜精跟踪单元组成的机载无线激光通信对准、捕获、跟踪(PAT)系统。Y-12飞机搭载该系统开展了双固定翼飞机间远距离、高速机载激光通信试验,验证了所设计的机载无线激光通信PAT系统的跟踪性能和机载环境适应性。 展开更多
关键词 通信技术 激光通信 机载平台 对准、捕获、跟踪
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基于ORB特征的高分辨率图像拼接改进算法 被引量:14
10
作者 刘天赐 +1 位作者 李金旺 赵馨 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第8期77-84,共8页
针对传统图像拼接方法处理速度慢、效率低、无法满足高分辨率图像快速准确拼接的需要,提出一种基于ORB特征的高分辨率图像拼接改进算法。首先在ORB特征点提取的基础上,采用汉明距离进行快速粗匹配;然后基于渐进采样一致性(PROSAC)算法... 针对传统图像拼接方法处理速度慢、效率低、无法满足高分辨率图像快速准确拼接的需要,提出一种基于ORB特征的高分辨率图像拼接改进算法。首先在ORB特征点提取的基础上,采用汉明距离进行快速粗匹配;然后基于渐进采样一致性(PROSAC)算法对匹配点对进行优化,去除误匹配点对之后,求解图像变换矩阵;最后采用渐入渐出加权融合算法对图像重叠区域进行融合,去除拼接痕迹。实验结果表明,相较于传统算法,本文算法不仅在处理速度上具有明显优势,而且匹配准确度更高,能够对高分辨率图像实现快速准确的拼接。 展开更多
关键词 图像处理 图像拼接 特征点提取 特征点匹配 渐进采样一致性
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基于四像限探测器的光斑检测跟踪技术 被引量:14
11
作者 赵馨 佟首峰 +2 位作者 刘云清 姜会林 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1756-1761,共6页
主要解决空间激光通信精跟踪系统光斑实时检测与跟踪的问题。针对四像限探测器的特点,使用两级增益放大、数字信号处理(DSP)、振镜等系统,完成光斑实时检测与跟踪。对系统组成原理与设计原理进行了详细论证。搭建实验系统完成了相关实... 主要解决空间激光通信精跟踪系统光斑实时检测与跟踪的问题。针对四像限探测器的特点,使用两级增益放大、数字信号处理(DSP)、振镜等系统,完成光斑实时检测与跟踪。对系统组成原理与设计原理进行了详细论证。搭建实验系统完成了相关实验。实验表明在入射光功率为1.3μW时,四像限探测器可实现位置分辨率1.6μm,角度分辨率0.8μrad,在整个光敏面内具有80细分的能力,跟踪精度在1倍方差时为2.1μrad。系统设计时以DSP作为数据处理与控制系统核心,具有体积小、参数修改方便和便于工程化等优点。 展开更多
关键词 空间激光通信 四像限探测器 光斑脱靶量 检测与跟踪 数字信号处理
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天空背景光对空间激光通信系统的影响 被引量:14
12
作者 范新坤 张磊 +2 位作者 佟首峰 江伦 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第7期96-104,共9页
为了分析天空背景光对空间激光通信系统的影响情况,同时为通信链路总体方案的设计提供相应的参考数据,建立了天空背景光噪声模型并进行理论分析和仿真研究。仿真结果表明:天空背景光会引起粗、精跟踪单元所使用探测器的信噪比下降,导致... 为了分析天空背景光对空间激光通信系统的影响情况,同时为通信链路总体方案的设计提供相应的参考数据,建立了天空背景光噪声模型并进行理论分析和仿真研究。仿真结果表明:天空背景光会引起粗、精跟踪单元所使用探测器的信噪比下降,导致跟踪精度降低,增加了通信系统的误码率。根据系统的性能指标,合理地选择通信波长,采用小口径、窄带宽的光学系统,并选择最优的天顶角和通信时段,可有效降低天空背景光对系统性能的影响,以满足通信链路的任务要求。 展开更多
关键词 光通信 背景光 建模 仿真 信噪比
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四象限探测器的跟踪与通信复合探测技术 被引量:12
13
作者 范新坤 张磊 +2 位作者 江伦 吴凯 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期241-248,共8页
针对空间激光通信系统小型化设计的需求,提出了使用雪崩二极管(APD)型四象限探测器实现跟踪与通信复用的方案,用以降低通信系统的体积和功耗,提高光能量的利用率。简述了系统总体方案的组成与工作原理,在室内搭建测试平台,对跟踪与通信... 针对空间激光通信系统小型化设计的需求,提出了使用雪崩二极管(APD)型四象限探测器实现跟踪与通信复用的方案,用以降低通信系统的体积和功耗,提高光能量的利用率。简述了系统总体方案的组成与工作原理,在室内搭建测试平台,对跟踪与通信复用模式下的数据采集、通信速率、极限灵敏度、跟踪精度等探测性能进行测试。结果表明:采用靶面直径为4mm的APD型InGaAs四象限探测器,在曼彻斯特编码、强度调制/直接探测条件下,通信速率可达10 Mb/s,探测灵敏度为-35.4dBm,误码率为10^(-6)。当光斑直径为四象限探测器光敏面直径的一半左右时,光斑位置检测的最小分辨率为2μm,探测范围可达0.8 mm,角分辨率为0.8μrad。初步验证了使用APD型四象限探测器用于跟踪与通信复合探测技术的可行性,为空间激光通信系统小型化设计提供技术支持。 展开更多
关键词 光通信 四象限探测器 跟踪与通信复合 信噪比
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基于合作信标的卫星激光通信瞄准捕获仿真系统 被引量:11
14
作者 于笑楠 佟首峰 +2 位作者 赵馨 张雷 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期159-164,共6页
针对星间激光通信基于合作激光信标的瞄准与捕获过程,在LabVIEW(虚拟仪器)平台上研制了一套瞄准与捕获仿真系统。该系统模拟卫星轨道姿态动力学,建立双星指向关系,仿真双自由度转台初始对准。根据不确定区域大小,驱动信标激光进行螺旋扫... 针对星间激光通信基于合作激光信标的瞄准与捕获过程,在LabVIEW(虚拟仪器)平台上研制了一套瞄准与捕获仿真系统。该系统模拟卫星轨道姿态动力学,建立双星指向关系,仿真双自由度转台初始对准。根据不确定区域大小,驱动信标激光进行螺旋扫描,根据信标光束散角及探测器视场,确定仿真捕获点以完成捕获。加入含有高斯噪声的最大速度为1°/s,最大加速度为1°/s2的等效正弦扰动进行了动态捕获实验。最终实现了同步轨道卫星和近地轨道卫星间动态双星激光通信瞄准与捕获仿真,形成了基于虚拟仪器的激光通信全过程仿真模式,为跟踪系统仿真及无信标捕获的仿真奠定了基础。 展开更多
关键词 光通信 合作信标 虚拟仪器 初始指向 捕获
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一种面向海上目标跟踪性能的红外图像预处理方法 被引量:11
15
作者 李金旺 +1 位作者 刘天赐 赵馨 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第10期221-228,共8页
针对海上目标红外图像采集工作中硬件噪声与海面背景杂波带来的影响,以海上无人船视频导航避障系统为背景,对海上红外目标跟踪工作系统噪声进行分析,设计了一种相关去噪算法,完成了系统建模,并对参数进行了改进。然后对海上红外视频进... 针对海上目标红外图像采集工作中硬件噪声与海面背景杂波带来的影响,以海上无人船视频导航避障系统为背景,对海上红外目标跟踪工作系统噪声进行分析,设计了一种相关去噪算法,完成了系统建模,并对参数进行了改进。然后对海上红外视频进行逐帧采样,对采样所得红外图像序列进行滤波,将滤波前后跟踪位置与目标真实位置的中心坐标进行对比,最后将本文算法处理结果与其他类似算法进行对比。实验结果表明,本文算法滤波后跟踪位置与真实位置基本重合,捕获率高于98%,跟踪误差小于1mrad,相对于类似滤波算法,信噪比提升了10dB。 展开更多
关键词 图像处理 红外图像 海上目标 引导滤波 细节增强
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空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术 被引量:10
16
作者 王俊尧 +4 位作者 佟首峰 姜会林 董岩 董科研 常帅 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期537-546,共10页
为提高光学天线能量利用效率,实现空间激光通信组网,本文对反射镜联动跟踪控制技术展开研究。首先,阐述了系统组成原理,详细论述了基于单探测器多执行器的反射镜联动跟踪控制策略。接着,通过分析激光链路能量,得到了联动跟踪约束条件及... 为提高光学天线能量利用效率,实现空间激光通信组网,本文对反射镜联动跟踪控制技术展开研究。首先,阐述了系统组成原理,详细论述了基于单探测器多执行器的反射镜联动跟踪控制策略。接着,通过分析激光链路能量,得到了联动跟踪约束条件及误差要求。然后,建立了双反射镜联动跟踪数学模型,对伺服控制器进行仿真。最后,搭建原理样机对跟踪性能进行测试。实验结果表明,系统能够对目标进行稳定跟踪,跟踪脱靶量精度优于83μrad,双镜联动精度优于26μrad,系统接收光功率显著提高。本文研究为实现空间一对多激光通信链路组网奠定了基础。 展开更多
关键词 激光通信 组网 联动跟踪 跟踪精度 光功率
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基于液晶空间光调制器的光束偏转控制技术 被引量:9
17
作者 杨赫 佟首峰 +4 位作者 张磊 常帅 赵馨 范新坤 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第11期78-85,共8页
为实现基于液晶空间光调制器的非机械式光束智能控制,利用像素个数为1920×1080的硅基液晶空间光调制器搭建了一个实验系统。该系统能在空间内实现大角度、高衍射效率、连续指向的单光束,同时还可将入射光分成2、3、4、5束并单独控... 为实现基于液晶空间光调制器的非机械式光束智能控制,利用像素个数为1920×1080的硅基液晶空间光调制器搭建了一个实验系统。该系统能在空间内实现大角度、高衍射效率、连续指向的单光束,同时还可将入射光分成2、3、4、5束并单独控制每个分光束的偏转角度。介绍了空间光调制器的相位调制原理、理论模型,验证了光束偏转控制及分光束功能,分析测试系统的光路及原理,最后对实验结果进行总结并提出建议与展望。 展开更多
关键词 光通信 光束偏转控制技术 液晶空间光调制器 多光束控制
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机载光通信复合轴光路优化设计和跟瞄技术研究 被引量:8
18
作者 吕春雷 佟首峰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期649-653,共5页
根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120μrad,精跟踪系统带宽大于300Hz,执行动态... 根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120μrad,精跟踪系统带宽大于300Hz,执行动态范围达5mrad,跟踪精度达3μrad,并成功实现通信距离17.5km、通信速率1.5Gbps,误码率达1E-7的飞机对地面激光通信实验. 展开更多
关键词 机载激光通信 跟踪精度 粗精复合轴
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基于增强局部对比度的红外弱小目标检测方法 被引量:4
19
作者 袁明 +2 位作者 张梓祺 赵馨 赵博 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第4期75-81,共7页
针对局部对比度方法对红外目标进行检测时难以提升目标的显著性及抑制背景困难的问题,提出一种基于特殊预处理的增强局部对比度方法来检测目标。通过快速中值滤波去除高频噪声,通过改进的形态学梯度来抑制背景,通过增强的局部对比度来... 针对局部对比度方法对红外目标进行检测时难以提升目标的显著性及抑制背景困难的问题,提出一种基于特殊预处理的增强局部对比度方法来检测目标。通过快速中值滤波去除高频噪声,通过改进的形态学梯度来抑制背景,通过增强的局部对比度来提高目标的显著性,最后通过自适应阈值来获取需要检测的真实目标。结果表明,同经典人类视觉系统的检测方法相比,所提方法在检测红外弱小目标时具有优越性,在高亮度背景情况下效果更为显著。 展开更多
关键词 红外弱小目标 目标检测 人类视觉系统 局部对比度 快速中值滤波 形态学梯度
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激光准直系统中的杂散光分析与抑制 被引量:7
20
作者 安岩 +2 位作者 李欣航 董科研 姜会林 《中国光学》 EI CAS CSCD 2016年第6期663-670,共8页
针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法,对准直系统进行分析,找到产生杂散光的主要原因,设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结... 针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法,对准直系统进行分析,找到产生杂散光的主要原因,设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构,边缘杂散光抑制最大下限值为0.38%,平均抑制值5.68×10^(-4)%;以此模型为基础,进行了杂散光抑制实验。实验结果表明,带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光,保证了后续光学系统的功能实现,对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。 展开更多
关键词 杂散光抑制 像面照度分析 消光环 准直系统
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