2017年 第46卷 第S1期
2017, 46(S1): 1-6.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106001
气孔是镀锌钢板焊接的主要缺陷。为深入研究镀锌高强钢板（DP780）的镀锌层在激光焊接过程中气孔产生的机理，采用高速摄像机观察焊接过程中锌蒸汽的逃逸过程和渠道，总结了内部气孔和外部气孔的形成机理，并基于气孔形成机理总结了锌蒸汽逃逸的二个通道动态平衡的控制方法。通过对焊接功率和焊接速度等工艺参数下的锌蒸汽逃逸过程观察和气孔实际形成率的分析试验，证明控制锌蒸汽二个逃逸通道的动态平衡能降低焊接接头气孔率。试验表明，通过改善锌蒸汽的逃逸通道动态平衡，焊接接头的气孔率减少了3.99倍。该方法可以较好地解释镀锌高强钢板激光焊接接头飞溅和外部气孔缺陷问题，并可用于改善焊接工艺参数，提高锌蒸汽逃逸效率进而改善镀锌高强钢板的焊接质量和外观。
2017, 46(S1): 7-12.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106002
搭建了一套金属厚度测量系统，其中激光器用于激励产生超声波，激光干涉仪和压电换能器分别用于接收激励产生的超声纵波信号。根据激光超声产生的机理，建立了纵波声束指向性模型，确定了影响声束指向性的因素，并分别给出了激光垂直入射下干涉仪和压电换能器接收超声波幅值的公式；实验研究了离焦量对测厚信号的影响，发现等量激光脉冲激励下，随着离焦量的增加会出现先增大后减小最后消失的现象，与理论计算结果相吻合，证实了该研究结果的有效性。
随着激光干扰技术在红外成像制导武器领域的深入应用，激光干扰效能和抗激光干扰技术的研究也日益被重视，它们与激光干扰模型研究也密切相关。为了构建高置信度激光干扰耀斑模型，首先分析了激光干扰的物理模型与全链路传输特性，在此基础上建立激光干扰耀斑理论模型，同时又分析了不同波长激光在大气传输中的影响规律、不同发散角随距离变化的辐照度变化规律，最后通过数字模拟仿真的结果与激光照射红外相机实验进行对比，验证了激光干扰耀斑模型与实验所产生激光干扰图像的一致性。
2017, 46(S1): 18-23.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106004
分析了常用的收发同路的BRDF函数模型，引入实折射率的函数描述介质特性进一步简化SUN模型，在传统的BRDF测试系统基础上，提出了一种基于图像分析的收发同路BRDF分析方法，采用激光主动成像实验系统照明目标样品板并成像，通过改变目标板与成像系统之间的夹角获得不同角度目标图像，进而利用图像灰度信息计算目标的BRDF值，最终得出BRDF曲线。针对不同材质进行了实验测量和仿真分析，结果表明：镜面反射目标在小角度范围内反射较强，漫反射目标较镜面反射目标有较大的可见角度范围，测试结果直接反映了成像性能，可体现不同目标材质的BRDF特性，为空间目标激光主动探测系统设计和系统成像性能分析提供数据和理论基础。
2017, 46(S1): 24-28.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106005
激光清除空间碎片技术在厘米级空间碎片清除中具有重要的应用前景。进行了激光烧蚀典型空间碎片材料的冲量耦合特性实验研究。实验中采用532 nm/1 064 nm波长，8 ns/15 ns脉宽的激光烧蚀金属铝靶材，运用扭摆测试系统测量了烧蚀冲量，并分析了不同激光参数对冲量耦合系数的影响。实验结果表明，铝靶冲量耦合系数随着激光功率密度的增加是先上升后下降的变化趋势，存在最优冲量耦合系数；激光烧蚀铝靶过程以气化机制为主时，减小激光波长或是增加脉宽都可有效提高冲量耦合系数；烧蚀过程以离化机制为主导时，实验结果表明532 nm波长激光的等离子体屏蔽较弱，在等离子体形成初期实现最优冲量耦合。
2017, 46(S1): 29-35.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106006
沙尘气溶胶粒子的数量浓度很难直接测量，但又是影响激光传输特性最主要的因素之一。基于沙尘气溶胶粒子的质量浓度，利用其粒径分布特性推导出了粒子数量浓度的计算公式。利用Mie理论和Monte Carlo方法研究了激光在沙尘条件下的传输特性，分析了激光的传输衰减和透射率随波长和质量浓度的变化关系，给出了能见度随粒子质量浓度的变化曲线，并对两种方法的计算结果进行了比较。结果表明：在选择的几个波长中，激光在波长为10.6 m时的传输衰减最小（仅为1.06 m时的58%左右），并且随着质量浓度的增加能见度先是迅速降低而后缓慢降低，其变化趋势接近双曲线。该方法基于粒子的质量浓度（可直接测量）计算沙尘气溶胶的激光传输特性，在实际应用中具有非常重要的理论意义。
2017, 46(S1): 36-42.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106007
激光光子推进是利用激光产生的连续光子流在两面高反镜构成的振荡腔内往复振荡，通过光子与推力器多次动量交换循环利用光子流能量完成推力放大的一种全新的推进概念。文中分析了Gray和Edwards等人对于外腔振荡技术已进行的实验研究和结果；阐述了推力产生机理并推导了推力计算方程；建立了推力器模型；最后，利用COMSOL有限元分析软件对振荡腔内的光子流进行准确追迹，研究振荡腔构型参数（腔镜距离、曲率、直径、相对偏转角、孔径位置）对推力放大特性的影响并进行了分析总结，对未来搭建实验平台提供了设计依据与理论指导。仿真结果表明：1 000 W激光在反射率0.999的高反镜构成的振荡腔内进行激光振荡最高可以实现功率放大61倍，产生409 N的微推力，满足空间任务的实际需求。
2017, 46(S1): 43-49.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106008
研制了高功率光纤调Q脉冲激光器，搭建了基于高功率光纤脉冲激光器的激光剥离实验系统，并将其应用于高铁车厢表面清漆层的激光剥离试验。高功率光纤脉冲激光器采用MOPA结构，通过主放大，实现了中心波长为1 064.52 nm，重复频率为100 kHz、脉冲宽度为138.4 ns、平均功率为101.4 W的脉冲激光输出，其中主放大光光转换效率达到80%。利用该激光器对高铁车厢表面清漆层进行了剥离，研究了能量密度和振镜扫描速度对清漆剥离效果的影响。获得了激光清漆剥离阈值为19 108 mJ/cm2，此时清漆层的剥离厚度约为22 m，损伤阈值为34 392 mJ/cm2。高功率全光纤脉冲激光器的剥离效率可达到1 m2/h。
2017, 46(S1): 50-55.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106009
为研究三结太阳电池在强光辐射下的损伤效应规律，采用1 070 nm连续激光作为强辐射光源开展了n-on-1模式三结砷化镓（GaAs）太阳电池激光辐照效应实验。通过分析电池I-V曲线发现，不同于单结太阳电池短路电流随辐照功率增加呈现出的单调降低，三结GaAs太阳电池短路电流在辐照功率密度达到11.1 W/cm2时会出现显著增加。文中对短路电流增大的机理进行了推导分析，得到了短路电流与限流层并联电阻间关系式，并结合子电池量子效率谱分析认为，短路电流的增加是由于激光导致的限流层并联电阻减小使得其限流失效所致。基于机理分析的等效电路模型模拟结果与实验数据吻合较好，从而说明了机理分析的正确性。
2017, 46(S1): 56-62.
doi: 10.3788/IRLA201746.S106010
光电探测器的强光辐照效应是受到较多关注的物理问题之一。文中以红外面阵探测器为例，介绍了一种光电探测器强光响应特性的全流程仿真框架。框架包括光在光学系统中的传播、焦平面上的热传导和光电输运，以及后处理电路对光电流的处理及图像输出等多个物理过程。笔者试图通过接口的设计减小各个过程之间的耦合，以便适应不同物理过程的不同模型。文中给出了一些简单的仿真结果，重现了在之前的研究中发现的非常规响应现象。
2017, 46(S1): 63-68.
doi: 10.3788/IRLA201746.S117001
海面耀光是海洋目标检测中的强干扰源，必须进行有效抑制。传统的通过单个平行偏振片抑制耀光的方法只能抑制耀光的s偏振分量，且抑制效果取决于太阳、探测器的几何位置，适用性非常有限，难以适应天基海洋观测需求。在分析耀光、海面目标的偏振特性基础上，利用目标与耀光背景的偏振特性差异设计了基于双线偏振片的可见光偏振检测系统，并在实验室内进行了实验验证。实验结果表明：在光源、成像系统天顶角均为65的非布儒斯特角镜面反射条件下，目标相对耀光背景对比度为0.05，采用单个平行偏振片后对比度为0.45，而采用偏振方向呈45的双线偏振片后对比度为0.9，偏振方向呈75的双线偏振片后对比度为0.41。因此合理设计偏振方向的双线偏振片成像系统可有效抑制耀光干扰，提高目标与背景的对比度，有利于提高海面耀光背景下的目标检测效果。
2017, 46(S1): 69-73.
doi: 10.3788/IRLA201746.S117002
视觉位置姿态测量系统是在轨服务系统的重要组成部分。为了准确测量目标航天器部件的位置和姿态，针对CMOS （Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器在空间带电粒子辐照下光电敏感参数衰降，造成视觉系统性能退化的问题，利用CMOS传感器辐射损伤对视觉系统性能影响的理论与实验相结合的研究方法，结果显示：对CMOS传感器进行3.0 MeV质子辐照后，随着辐照注量增加，位置解算标准差迅速增大，当质子辐照注量为7.361010 p/cm2时，标准差为辐照前的4.41~17.86倍。姿态解算标准差随辐照注量增加而降低，姿态解算标准差在质子辐照注量为7.361010 p/cm2时为辐照前的2.76~5.85倍。姿态解算精度要优于位置解算精度，这说明质子辐照对视觉系统位置解算精度的影响更大。该结果为掌握视觉系统的空间辐射效应奠定了基础。
2017, 46(S1): 74-81.
doi: 10.3788/IRLA201746.S117003
激光在大气传输过程中受到大气湍流的随机扰动，使激光产生光强闪烁效应，影响激光成像雷达目标探测。为探究大气湍流对目标回波功率分布的影响，文中采用数值模拟手段对5 m5 m灰色瓷砖进行湍流情况下激光成像雷达目标回波功率分布研究。基于FFT谱反演大气湍流相位屏构造方法、激光雷达方程及点目标闪烁孔径平滑理论的分析，对目标进行不同湍流强度下128128像素在探测器之前的激光成像雷达目标回波分布仿真模拟；在目标距离为2 000 m情况下，大气折射率结构常数为210-16 m-2/3~210-13 m-2/3时，相对无湍流回波功率的归一化均方差为0.72~0.93，并获得实际大气折射率结构常数为3.3210-16 m-2/3，在实际条件下，目标在距离为500~2 000 m时，相对无湍流回波功率的归一化均方差为0.19~0.81。仿真实验结果表明，在强大气湍流及激光远距离传输条件下，考虑大气湍流影响的激光回波相对无湍流情况下的激光回波功率分布波动较大，湍流对激光成像雷达目标探测的影响不可忽略。
2017, 46(S1): 82-89.
doi: 10.3788/IRLA201746.S117004
随着舌诊现代化的进一步发展，合理地利用舌面彩色三维点云数据成为中医诊疗各类疾病并获取客观量化信息的关键环节。通过将现代三维点云处理技术与传统中医诊断经验进行有效融合，提出了基于扩展快速点特征颜色直方图（Fast Point FeatureColor Histogram，FPFCH）特征值的欧式聚类舌体分割算法及基于法线区域分割的舌裂纹提取算法。FPFCH特征值由扩展快速点特征直方图（Fast Point Feature Histogram，FPFH）分量和色调（Hue，H）分量组成，作为欧式聚类分割后舌体点云的判别条件。基于法线区域分割即通过对法线夹角阈值进行判别，提取舌裂纹点云。经过大量实验可知，上述算法能够有效地完成舌体分割和舌裂纹提取，为舌诊客观化研究提供了技术支持。
2017, 46(S1): 90-95.
doi: 10.3788/IRLA201746.S113001
针对空间目标光学散射截面（OCS）计算过程中存在的精度低等问题，采用了基于空间目标常用材料实测BRDF数据拟合出的改进Phong模型，并对卫星模型表面进行褶皱处理，提高了计算精度。在STK中设计了卫星处于不同进动状态下的运动场景，分别计算了这些场景下卫星的OCS时序数据，通过对数据的周期性进行对比分析，发现进动角对卫星光学散射特性的影响。进一步研究表明：当卫星的进动角较小时，可以从卫星的光学散射特性数据中反演出卫星的旋转速度；当卫星的进动角大于临界值（对文中设计的场景来说，该临界值为30）时，无法从卫星的光学散射特性数据中反演卫星的周期性。
2017, 46(S1): 96-103.
doi: 10.3788/IRLA201746.S113002
重点研究多传感器协同探测对多目标的跟踪问题。首先，根据观测几何分析双星协同探测的可观测性建立基于重力转弯模型的主动段状态方程和观测方程；其次，针对多目标跟踪情形中的航迹交叉跟踪异常问题，提出基于二元多项式思想的SME滤波算法；最后，为提高目标跟踪精度，提出基于迭代思想的改进无迹卡尔曼滤波算法。仿真结果表明：采用基于二元多项式思想的测量方程（BPGM-SME）算法对多个目标跟踪都能分别得到较好的跟踪效果，与扩展卡尔曼滤波（UKF）算法相比，改进算法能够取得更好的收敛性效果，跟踪精度也更高。
2017, 46(S1): 104-109.
doi: 10.3788/IRLA201746.S113003
空间二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构，照准架作为转台的关键支撑部件，其刚度特性对于整个转台的刚度性能至关重要。为在减轻照准架重量的同时提高刚度性能，采用基于变密度法的拓扑优化理论，利用有限元软件MSC.Patran/Nastran对照准架进行拓扑优化设计。将照准架模态振型等效为推力作用下的模型变形，以结构刚度最大化为目标函数，剩余体积比为约束条件进行优化。结果表明：与经验模型相比，优化后的模型质量减小了1.32 kg，且一阶固有频率提高了14.5 Hz。在Z方向的重力作用下，最大变形量相对减小了22.4%，最大应力值相对减小了22.6%，而且模型在其他方向的静力学特性都有显著提高。可见，优化后的照准架模型在质量减轻的情况下，动态特性得到了显著的改善。通过对优化模型进行试验模态分析，结果证明了有限元分析的正确性。因此，采用拓扑优化方法对照准架进行结构优化设计是切实可行的。
2017, 46(S1): 110-114.
doi: 10.3788/IRLA201746.S121001
利用传输矩阵法，构造和研究四元异质结构光子晶体（AmaBmbCmc）m（DndBnbDnd）n（CmcBmbAma）m的光学滤波特性。结果表明，光子晶体可实现可调性多通道光学滤波功能：当周期数m=6，n=1，ma=mb=mc=nb=nd=1时，光子晶体透射谱中出现两个分立的窄透射峰，实现双通道光学滤波功能；随着周期数m增大，光子晶体保持双通道滤波功能，而且双通道光学滤波的品质提高；随着周期数n增大，长波方向逐渐增加窄透射峰数目，光子晶体实现n+1通道光学滤波功能；随着周期数nd增大，窄透射峰数目成倍增加，光子晶体实现多组双通道光学滤波功能。四元异质结构光子晶体的光学传输特性可为光子晶体设计新型可调通道光学滤波器件等提供理论依据。
2017, 46(S1): 115-119.
doi: 10.3788/IRLA201746.S121002
利用传输矩阵法理论，研究偏振对一维光子晶体量子阱（FG）5（GFG）2（GF）5光学滤波品质的调制作用。结果表明：正入射时，光量子阱的透射谱中出现三条透射率为100%的分立窄共振透射峰，实现三通道光学滤波功能；对于短波方向的滤波通道，随着入射角增大，无论是TE偏振还是TM偏振光学滤波的品质因子均下降；对于中波方向的滤波通道，随着入射角增大，TE偏振时光学滤波的品质因子提高，而TM偏振时光学滤波的品质因子则快速下降；对于长波方向的滤波通道，随着入射角增大，无论是TE偏振还是TM偏振光学滤波的品质因子均提高，但TE偏振时品质因子提高的速度明显大于TM偏振；随着入射角增大，无论是TE偏振还是TM偏振，各光学滤波通道均出现蓝移现象，实现光学开关功能。所构造的光子晶体量子阱滤波器及其偏振特性对研究和设计高品质的光学滤波、光学开关等器件具有一定参考意义。
2017, 46(S1): 120-124.
doi: 10.3788/IRLA201746.S121003
构造和研究四元异质结构光子晶体（ABC）6D（ABC）6的光传输特性，发现A、B、C和D四种薄膜介质的物理厚度dA、dB、dC和dD可灵敏地调节光子晶体透射峰的波长位置，实现短波和长波双通道的光开关功能，而且不同通道光开关对相同薄膜介质光学厚度的响应灵敏度不同。对于短波通道光开关，随着各薄膜介质层物理厚度dA、dB、dC和dD分别增大，光开关的效应向长波方向移动，其中光开关效应对dC的响应最敏感，对dB响应次之，对dA响应最弱。对于长波通道光开关，随着dA、dB、dC和dD分别增大，光开关的效应也向长波方向移动，其中光开关效应对dC的响应最敏感，对dD响应次之，对dA响应最弱。四元异质结构光子晶体的这种光学传输特性为利用光子晶体设计高灵敏度的新型光学开关或滤波器件等提供参考。
2017, 46(S1): 125-130.
doi: 10.3788/IRLA201746.S121004
抛光液pH值对镁铝尖晶石的材料去除率和表面质量具有重要作用。采用不同pH值的抛光液对尖晶石样品进行研磨加工并测量其去除率和表面粗糙度，评价pH值对尖晶石化学机械抛光效果的影响。配制多种pH值抛光液，在转速为80 r/min和100 r/min的条件下开展两组化学机械抛光实验研究。采用失重法测量材料去除率；采用粗糙度仪测量尖晶石表面微观形貌，分析pH值和转速对抛光效果的影响规律，探索尖晶石材料的化学机械抛光机理。结果表明：加酸或加碱能有效提高材料去除率且降低表面粗糙度，但碱性介质帮助更大；抛光盘转速越高，尖晶石材料去除率和表面粗糙度也将增加，选择合适的抛光速度也是必要的。该研究成果将为进一步研究镁铝尖晶石化学机械抛光机理奠定实验基础。
2017, 46(S1): 131-136.
doi: 10.3788/IRLA201746.S126001
随着高技术侦察手段和精确制导武器的广泛应用，军事工程目标面临着严峻的威胁与挑战。工程假目标技术是提高军事工程战时生存能力的重要手段。通过对工程伪装假目标进行系统分类，着重介绍了实形和虚形工程伪装用假目标的发展现状、构筑方法和应用特点，预测了未来工程假目标的主要发展趋势，为大型军事工程示假伪装提供了重要的参考和借鉴。
2017, 46(S1): 137-142.
doi: 10.3788/IRLA201746.S126002
多视角激光点云的配准是目标三维重建的基础，而点云之间重叠区域的提取对提高配准效率具有重要意义。提出了一种基于区域分割的重叠区域提取方法，首先使用谱聚类按照几何结构特征对各视角点云区域分割，然后对各个区域建立ESF多维形状描述符。对提取的描述符计算两两之间的欧式距离，描述符之间欧式距离最近的区域即为点云之间的重叠区域。实验证明：算法对激光点云噪声及初始位姿等因素表现稳定，在点云采集视角差异较大的情况下仍能完成重叠区域的提取。在仿真的四组点云测试中，点云的重叠率平均提高了14.3%，在实际采集的多视角点云测试中，点云的重叠率平均提高了13.3%。
2017, 46(S1): 143-150.
doi: 10.3788/IRLA201746.S126003
为了比较好地研究和分析训练样本的数量和质量对农作物分类精度的影响，选取黑龙江省海伦市作为研究所需要的实验区，以Landsat 8遥感影像作为数据源，利用最大似然、神经网络、支持向量机3种分类方法分别去研究训练样本数量与质量对分类精度的影响，并且对3种分类方法进行了多次实验。最终的研究结果表明：（1）在训练样本质量相对恒定下，同一种分类方法对相同数量的训练样本的响应程度以及不同分类方法对训练样本数量的响应程度是不同的，并且分类精度存在不同程度的波动，随着训练样本数量的增加，这种波动会减小，当训练样本的数量达到一定程度，分类精度的均值将趋于相对稳定；（2）在训练样本数量恒定下，同一种分类方法以及不同种分类方法对相同质量等级的训练样本的响应程度是不同的；同一种分类方法对不同质量等级的训练样本响应程度也是不同的。
