• 征稿通知 | 地球与太空:从红外到太赫兹国际会议(ESIT2022)将于2022年9月17-19日在南通召开
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    2022年第41卷第3期
      红外材料与器件
    • 熊少兵, 保秦烨, 褚君浩

      2022,41(3):517-533, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.001

      Abstract:

      钙钛矿太阳能电池(PeSCs)因其高效率、低成本和简单的制备工艺而被认为是最有前途的光伏技术之一。PeSCs的能量转换效率和稳定性很大程度上取决于钙钛矿薄膜的质量和器件中的界面,它们是PeSCs非辐射复合损失的主要来源。天然生物材料具有丰富的资源、无毒和生物相容性等优点,在改善PeSCs的钙钛矿层和界面方面显示出巨大的潜力。本文综述了利用天然生物材料实现高性能PeSCs的最新进展。首先讨论天然生物材料在钙钛矿薄膜的形貌优化、缺陷钝化和能级调控方面的作用;同时,讨论利用天然生物材料优化钙钛矿和电荷传输层之间的界面,以及构建可拉伸、可生物相容和可生物降解的电极的策略;最后,展望PeSCs在天然生物材料方面的进一步发展。

    • 李立华, 熊伯俊, 杨超伟, 李雄军, 万志远, 赵鹏, 刘湘云

      2022,41(3):534-539, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.002

      Abstract:

      As注入掺杂的p-on-n结构器件具有暗电流小、R0A值高、少子寿命长等优点,是长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件发展的重要趋势。介绍了由昆明物理研究所研究制备的77 K温度下截止波长为9.5 μm、10.1 μm和71 K下14.97 μm 的p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件,对器件的响应率、NETD、暗电流及R0A等性能参数进行测试分析。测试结果表明,器件的有效像元率在99.78%~99.9%之间,器件的NETD均小于21 mK。实现了p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件的有效制备。

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    • 李雪, 邰含旭, 王玉龙, 郑明, 张建伟, 张星, 宁永强, 吴坚, 王立军

      2022,41(3):540-544, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.003

      Abstract:

      提出了一种采用增益芯片和光栅外腔的双波长可调谐半导体激光器。增益芯片采用了富铟团簇量子限制结构作为其量子限制结构,由于该结构独特的平顶增益特性,可以使激光器在双波长调谐范围内实现光强稳定。本研究中的谐振腔包括内部谐振腔和外部谐振腔,其中内部谐振腔由增益芯片的两个自然解理面构成,以支撑整个系统工作在特定波长。外部谐振腔由增益芯片的一个自然解理面和光栅构成,可实现969.1~977.9 nm的工作波长范围。最终该系统基于单个增益芯片和单个光栅实现了同步双波长输出,双波长的频率差在THz范围。本研究有望为实现双波长差频太赫兹源提供一种可能的解决方案。

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    • 何英杰, 彭震宇, 曹先存, 朱旭波, 李墨, 陶飞, 丁嘉欣, 姚官生, 张利学, 王雯, 吕衍秋

      2022,41(3):545-550, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.004

      Abstract:

      超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×1011 cm·Hz1/2W-1,中波峰值探测率为6.7×1011 cm·Hz1/2W-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。

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    • 阎蒋伟, 张晓东, 周炜, 马万里, 胡涛, 姚娘娟, 江林, 黄志明

      2022,41(3):551-556, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.005

      Abstract:

      基于石墨纳米材料,成功制备金属-石墨-金属结构电磁诱导势阱效应室温太赫兹探测器,实现了高性能的室温太赫兹探测。器件在0.035 THz的响应率达到20 kV/W,在0.1673 THz的响应率达到11 kV/W,器件在0.035 THz的噪声等效功率达到1.25 ,在0.1673 THz的噪声等效功率达到2.27 。我们的研究结果为石墨烯太赫兹探测器提供新的思路。

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    • 太赫兹与毫米波技术
    • 徐寿喜, 杨杰, 王虎, 耿志辉, 张瑞

      2022,41(3):557-562, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.006

      Abstract:

      针对170 GHz回旋管研究,设计了一种高效Denisov准光模式变换器,该回旋管工作在模式。模式变换器由微扰结构的辐射器和镜面系统组成。基于耦合模理论和矢量绕射理论,研究了两级微扰辐射器,优化设计了镜面系统。仿真结果显示,模式转换为高斯光束,其输出功率转换效率为93.7%。

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    • 惠战强, 杨雪, 韩冬冬, 李田甜, 赵峰, 杨祎, 陈素果

      2022,41(3):563-572, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.007

      Abstract:

      本文提出了一种以环烯烃共聚物(Cyclic Olefin Copolymer, COC)为基底的超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤,该光纤的包层由两组(共六个)无节点嵌套管组成。采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain method, FDTD)结合完美匹配层(Perfectly Matched Layer, PML)边界条件对其导波特性进行分析。仿真结果表明,在0.8~1.35 THz范围内,总传输损耗小于0.1 dB/m,双折射大于2.12×10-5,色散为±0.027 ps/THz/cm。在1.12 THz处,最低总传输损耗仅为0.543×10-2 dB/m,双折射值为2.06×10-4。同时,分析了该光纤的弯曲性能,表明在y方向,当弯曲半径超过19 cm时,弯曲损耗小于0.1 dB/m,具有良好的弯曲性能。

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    • 宛操, 薛泉

      2022,41(3):573-580, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.008

      Abstract:

      文章提出了一种宽带注入锁定三倍频器。在传统注入方式基础上,倍频器采用了推-推差分对输入信号进行二倍频,并将产生的二次谐波通过变压器耦合至注入管的源极共模点,增强了注入管源极共模点二次谐波。由于注入电流是由注入信号与源极共模点二次谐波进行混频而产生,因此注入电流也被增强,从而增大了锁定范围。除此之外,三倍频采用了四阶谐振器,谐振阻抗的相位在过零点被平坦化,锁定范围进一步被增大。采用标准CMOS 65 nm工艺设计三倍频,芯片面积为720×670 μm2,1.2-V供电时的功耗为15.2 mW。0 dBm注入功率下三倍频的锁定范围为19.2~27.6 GHz,对应的基波抑制比大于25 dB,二次谐波抑制大于35 dB。注入锁定三倍频器可满足5G收发机中本振源的要求。

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    • 红外光谱与光谱分析
    • 马佳路, 唐靖超, 王凯程, 郭良浩, 王少萌, 宫玉彬

      2022,41(3):581-588, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.009

      Abstract:

      论文提出了一种用于食品工业中常用添加剂(肌醇、亮氨酸、牛磺酸)高灵敏度区分的太赫兹超材料传感器。该传感器由带有双尖端的开口谐振环(Split Ring Resonator, SRR)阵列组成。液体样品的不同浓度和种类对应于传感器不同的频率偏移,可以被用于液体样品浓度和种类的区分和辨别。该超材料传感器使用微纳工艺制作在对太赫兹波透明的石英基板上。利用太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)系统分别测量了浓度为0.2、0.4、1.5、2、3和4 mg/ml的液体样品。结果表明,所提出的超材料传感器能检测的最低样品浓度为0.2 mg/ml。同时,该传感器也可以实现相同浓度,不同种类液体样品的辨别。该研究为基于开口谐振环结构的太赫兹超材料传感器在食品安全领域的应用提供了新的参考。

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    • 王洁, 谭冰冲, 陶星竹, 徐成城, 常天英, 崔洪亮, 张瑾

      2022,41(3):589-596, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.010

      Abstract:

      提出将希尔伯特变换和功率谱估计相结合的光谱分析算法,对太赫兹反射时域波形进行处理,并将该算法应用于太赫兹时域光谱成像,将缺陷厚度和图像灰度关联,实现同时对玻璃纤维层压板内部缺陷厚度、位置和形状的成像检测。实验结果表明:将多重信号分类谱估计、自回归谱估计和希尔伯特变换结合时,能成功区分厚度为0.08 mm缺陷上下表面反射脉冲,反射脉冲的时间分辨率小于0.5 ps,缺陷厚度的检测误差不高于0.03 mm。

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    • 杨天杭, 顾明剑, 邵春沅, 吴春强, 漆成莉, 胡秀清

      2022,41(3):597-607, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.011

      Abstract:

      红外高光谱大气探测仪II型(HIRAS-II)是一台傅里叶变换光谱仪,搭载于世界首颗民用晨昏轨道气象卫星FY-3E上,其研制过程在FY-3D/HIRAS-I产品基础上,重点提升了探测器灵敏度、光谱和辐射定标精度等方面。仪器发射前进行了全面的热真空定标试验,其中非线性订正作为辐射定标过程的重要环节,对辐射定标精度具有重要影响。针对HIRAS-II长波和中波1红外探测器产生的非线性效应,通过缩放带内光谱对原始数据作非线性订正,采用最小化不同温度点复原光谱各波数点的响应度分布和最小化变温黑体定标偏差分布两种方法推导非线性系数。对比辐射定标数据作非线性订正前后的光谱亮温偏差,结果表明,经过非线性订正后的辐射定标精度得到了明显提升。

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    • 遥感技术与应用
    • 李秀举, 王保勇, 吴亚鹏, 韩昌佩, 曹琦, 周树添, 王伟成, 李盼盼

      2022,41(3):608-617, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.012

      Abstract:

      多通道扫描成像辐射计(Advanced Geostationary Radiation Imager, AGRI)是风云四号A星的主要有效载荷之一。为了满足AGRI长波红外遥感数据高精度定量化应用的要求,构建了扫描镜热辐射随机械转角变化的函数模型,提出了一种可用于星上黑体和地球场景观测遥感数据的校正算法。基于FY-4A星AGRI的在轨数据,分析了模型参数对扫描镜温度的依赖性,研究评估了校正算法对长波红外定标精度的改善效果。在扫描镜温度场平稳时间段内,扫描镜热辐射校正后,B11(8.0~9.0 μm)、B12(10.3~11.3 μm)、B13(11.5~12.5 μm)波段的定标偏差分别可以得到-2.81 K~+1.06 K、-0.60 K~+0.19 K、-0.68 K~+0.24 K的显著改善。与IASI交叉定标检验结果表明,改善后的在轨定标亮度温度偏差优于0.5 K@290 K。

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    • 李丽圆, 李潇雁, 胡琸悦, 苏晓锋, 陈凡胜

      2022,41(3):618-625, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.013

      Abstract:

      合成孔径雷达(SAR)具有不受云层干扰、可全天时、全天候对地观测的特点,基于SAR图像的舰船检测已广泛用于海洋搜救、港口侦察、领海防御等民用或军用领域。然而,与大型舰船相比,像素点少、对比度低的小型舰船存在漏检率高的问题,并且速度和精度之间的平衡成为舰船检测算法天基应用的难点。针对以上问题,本文提出了一种基于YOLOv5s模型改进的舰船检测轻量化模型(ImShips)。首先,针对船体大小差异导致的漏检问题,采取在网络底部使用感受野较小的标准卷积,提升了模型对小规模舰船空间信息的获取能力。同时,在网络顶部设计了放大感受野的扩张卷积,保留了更多的语义特征,有利于大目标的特征提取。接着,提出将轻量级的通道注意力机制应用于YOLOv5的骨干网络和特征融合网络,通过对提取到的特征按重要性分配权重,实现纹理信息的筛选。最后,在下采样时采取深度可分离卷积代替标准卷积,减少了模型参数的数量,进一步提高了模型的推理速度。实验结果表明,在SAR舰船检测SSDD和ISSID数据集中,改进后的ImShips模型在保证精度的同时,所需的浮点计算数比YOLOv5s模型减少了45.61%,检测速度提高了8.31%。ImShips模型网络规模小、检测速度快,在实时天基舰船检测中具有较大的应用潜力。

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    • 红外及光电技术与应用
    • 郭宏杰, 刘海锋, 王振诺, 谭满清, 李智勇, 雷明, 郭文涛

      2022,41(3):626-630, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.014

      Abstract:

      近年来,基于薄膜铌酸锂(TFLN)平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5 dB, 半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。

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    • 王旭, 涂成翔, 张亮, 王建宇

      2022,41(3):631-638, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.015

      Abstract:

      为了实现空间光通信中高精度的链路,本文重点研究了影响面阵探测器对于目标定位精度的关键因素。首先从机理上分析了质心算法的误差,并仿真验证了满足空间无损采样条件的必要性。我们定义了NU值并以此为指标来量化探测器的非均匀性,随着NU自0开始线性增长,质心的定位误差持续增长但是速度放缓。当NU值为0.005时,最大定位误差为0.043 像素。在目标入射到光学系统的光强不断改变的条件下,NU值越小,质心位置越接近光斑的真实位置。我们通过实验测试了某种典型的CMOS探测器在不同光照强度下的像元响应,建立了像元响应非均匀性的数理模型,计算出NU值于线性响应范围内在0.0045到0.0048范围内波动。光斑质心定位精度的实验结果表明,绝对定位误差小于0.05 像素,可以满足高精度链路的需求,验证了理论和仿真的有效性。

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    • 图像处理及软件仿真
    • 裘莉娅, 陈玮琳, 李范鸣, 刘士建, 李争, 谭畅

      2022,41(3):639-651, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.016

      Abstract:

      在雨雪天气、树叶晃动、水面闪烁等有复杂背景的可见光与红外场景中,快速准确地提取完整目标一直是运动目标检测中的首要难题。为了满足实时性,并针对现有视频的前景提取算法依赖先验信息、召回率低、缺乏纹理和噪声较大等问题,提出了一种基于直方图统计和改进的局部二值模式(Local Binary Pattern, LBP)纹理特征相结合的背景建模方法。首先,使用各像素直方图的众数作为参考背景,无需先验知识,节省了大量存储空间,再采用邻域补偿策略提出了一种改进的S_MBLBP纹理直方图与参考背景进行背景建模,消除了大部分动态背景和光照变化影响,实现目标的精确提取。实验表明,所提的算法在红外和可见光的多种复杂场景下,能快速提取前景目标的同时,提高了准确率和召回率。

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    • 韩利, 邢怀中

      2022,41(3):652-658, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2022.03.017

      Abstract:

      黑磷支持各向异性的表面等离激元,可用于设计具备更多功能的原理性器件。用时域有限差分法数值模拟了中红外到远红外波段基于黑磷的层-盘-层系统中不同等离激元模式之间的杂交行为。通过动态调节黑磷中的载流子浓度,可以实现两个晶格方向上强耦合现象的产生与控制。对不同模式间的耦合进行分析并计算,得到吸收光谱中的拉比分裂能最高可达42.9 meV。此外,还计算了偏振角度对各向异性强耦合的影响,其最高可以实现6个吸收频带。该模型可为构建未来在中远红外波段工作的基于二维材料紧凑型各向异性等离激元器件提供基础。

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    2022年第41卷第3期
      40周年特邀
    • 尚婷, 金枝, 李春晖, 施卫

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      光电导太赫兹源(photo-conductive antenna,PCA)已广泛用于太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)。在THz-TDS系统中,处于偏置状态的PCA被飞秒激光触发因光生载流子在偏置电场下的加速运动而向自由空间辐射太赫兹波,同时在PCA偏置回路中形成脉冲电流。通常给PCA加载偏置电压的回路有不同结构的电路设计,因此PCA装架的基板回路不可避免地存在一定电感,由此引起的电磁惯性会显著影响回路中脉冲电流的脉宽,电流脉冲的脉宽随回路电感的增大而展宽。那么PCA回路电感是否会影响PCA向自由空间辐射THz波的特性,这是设计PCA基板电路所面临的问题。本文在PCA回路中加入不同电感值的电感元件,实验测试了PCA辐射THz波的时域波形和频谱,结果表明PCA回路电感的数值对PCA辐射THz波没有明显影响,从而对不同场合应用的PCA基板结构和电路设计提供了实验基础。

    • 图像处理及软件仿真
    • 郭广浩, 吴南健, 刘力源

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      非制冷红外成像技术具有非常广泛的应用前景。但是,目前非制冷红外成像芯片存在非均匀校正、图像细节增强和条纹噪声等亟待解决的问题。论文提出并设计一种面向非制冷红外成像的图像处理专用SoC芯片,芯片集成了一个CPU、两个DSP处理器和一个红外图像处理专用加速器,单芯片可实现非制冷低功耗红外图像的非均匀校正、图像滤波、直方图均衡、数字图像细节增强、条纹消除和目标检测跟踪等实时图像处理。同时,研究开发了面向芯片应用的非制冷低功耗红外图像处理算法。采用65nm CMOS工艺实现了非制冷红外图像专用处理SoC芯片,实现了基于非制冷红外成像芯片和图像处理SoC芯片的小型低功耗非制冷红外成像系统。测试结果表明成像系统可以实现清晰的非制冷红外成像、目标检测及目标跟踪等功能,系统功耗小于2W,体积相比传统的系统减小了50%,满足对体积、功耗、性能要求比较高的系统的应用需求,具有较高的工程应用价值和前景。

    • 姬忠鹏, 桂裕华, 李津宁, 谭永健, 杨秋杰, 王建宇

      DOI:

      Abstract:

      基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱仪器已经在生物医学、农业、航空航天等领域中广泛应用。然而,传统的AOTF光谱仪很难在保持光谱分辨率和减少采样次数的同时,还实现系统光通量的增加。针对上述问题,本文提出了一种基于压缩感知理论的AOTF光谱测量方法,利用AOTF可多频驱动的特点,在光谱维度上实现稀疏随机编码复合光信号调制,可利用单元或面阵探测器顺次记录完成压缩采样,再通过压缩感知重建算法获得目标光谱曲线或光谱图像数据立方体。为了验证本方法的有效性,我们利用实际测量得到AOTF光谱响应带宽数据,构建传感矩阵,以展宽光谱为恢复目标,仿真了压缩采样和目标数据重构效果。仿真结果表明,该方法可以通过202次压缩采样,重构得到512个波长点的光谱数据,光谱数据采样率和压缩比为0.39。此采样率下,本方法可以高精度恢复光谱曲线,PSNR指标达到41.75dB,SAM和GSAM指标为0.9998和0.9754。多频同时驱动下,系统光通量平均提升了5倍。与传统逐波长点扫描的采样方式相比,该方法能够在保持原有光谱分辨率的前提下减少总采样次数,提高系统的光通量,同时还压缩了光谱数据,在微弱信号检测、物质快速识别以及光谱数据传输和存储等领域具有十分重要的意义。

    • 红外材料与器件
    • 程吉凤, 李雪, 邵秀梅, 李淘, 王红真, 马英杰, 杨波, 龚海梅

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      采用闭管扩散的方法成功研制了截止波长2.2μm的平面型延伸波长InGaAs探测器芯片。在分子束外延法(MBE)生长的In0.75Al0.25As/ In0.75Ga0.25As/ In0.75Al0.25As外延材料上,采用砷化锌作为扩散掺杂源、SiNx作为扩散掩膜层实现了扩散成结。分析了扩散结深和载流子侧向收集宽度、I-V特性、光谱响应特性和探测率,结果表明:150K温度下,器件暗电流密度0.69nA/cm2@-10mV,响应截止波长和峰值波长分别为2.12μm和1.97μm,峰值响应率为1.29A/W,峰值量子效率达82%,峰值探测率为1.01×1012cmHz1/2/W。这些结果对后续进一步优化平面型延伸波长InGaAs焦平面探测器有重要的指导意义。

    • 沈川, 杨辽, 刘仰融, 卜顺栋, 王高, 陈路, 何力

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      对分子束外延(MBE)生长的原位As掺杂HgCdTe外延材料的热退火造成的As扩散控制进行研究。在较低的退火温度下获得了As扩散长度可控的HgCdTe材料,易于形成符合设计参数的PN结轮廓,为后续新型焦平面器件的研发提供基础。研究发现,在热退火过程中,原位As掺杂HgCdTe的As浓度的大小和纵向分布随着不同的Hg分压而发生改变。并通过理论计算获得了不同Hg分压下的As扩散系数。同时,通过数值模拟对不同As扩散长度的P-on-N器件结构进行了暗电流模拟,验证了As掺杂结深推进工艺的重要性。

    • 遥感技术与应用
    • 郑付强, 匡定波, 胡勇, 巩彩兰, 黄硕

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      北极航道海冰运动的准确预测对于保证航行安全、评估航道可通行性和动态修正航线具有重要的指导意义。传统的光流法无法满足海冰运动预测任务中“时空预测+语义分割”的要求。为此,基于MERSI-Ⅱ影像制作了海冰运动数据集SeaiceMoving,提出了一种基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的海冰运动预测算法,该算法在SAM-ConvLSTM的基础上引入加权的FDWloss,强化了各节点空间语义的获取。针对样本分布不平衡,讨论了后端分割阈值的偏移效应,通过网格搜索确定最佳分割阈值,提高了海冰整体预测结果。实验结果表明,该方法的Kappa系数为0.75,IOU为0.61,Dice系数为0.76,相较于SAM-ConvLSTM,分别提高了0.1,0.12和0.1,对运动后海冰的位置预测和形状提取能力均有提升,减少了海冰“粘连”的情况。此外,该算法对薄云干扰下的海冰运动依然具备良好的预测能力,可以为北极航线的动态规划和航线修正提供较为准确的技术支撑。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 孟进, 张德海, 牛斌, 朱皓天, 刘锶钰, 范道雨, 陈胜堂, 周明

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线,自主完成了750-1100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。为了提升模块的性能,将传统的场路结合的设计方法进行了扩展,引入器件的参数优化,并建立起两者互为反馈的关系,从而达到整个设计过程的闭环。研制出的单片电路厚度为3um,并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。测试结果表明宽带倍频器在790-1100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试,在1020-1044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB,在1030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。

    • 红外及光电技术与应用
    • 汪鸿祎, 张思韬, 王绪泉, 张永刚, 黄松垒, 方家熊

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制(PFM)读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB, 为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 何月, 田遥岭, 周人, 蒋均, 林长星, 苏伟

      DOI:

      Abstract:

      介绍了一种基于砷化镓材料的高功率490~530 GHz单片集成三倍频器。基于提出的对称平衡的结构,该三倍频器不仅可以实现良好的振幅和相位平衡,用来实现高效的功率合成,还可以在没有任何旁路电容的情况下提供直流偏置路径以保证高效倍频效率。同时开展容差性仿真分析二极管关键电气参数与结构参数对倍频性能的影响,以便最大化提升倍频性能。最终,在大约80~200 mW的输入功率驱动下,研制的510 GHz三倍频,在490~530 GHz频率范围内,输出功率为4~16 mW,其中峰值倍频效率11%。在522 GHz频点处,该三倍频在218 mW的输入功率驱动下,产生16 mW的最大输出功率。该三倍频器后期将用于1 THz的固态外超外差混频器的本振源。

    • 图像处理及软件仿真
    • 赵永强, 张景程, 乔新博

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      分焦平面红外偏振探测器输出的是红外偏振马赛克图像,传统处理流程需要进行去马赛克恢复出四个偏振通道的完整图像,然后再实现后续的任务。然而,去马赛克过程会引入误差,而且计算复杂度高、耗时长。针对如何直接在红外偏振马赛克图像上进行目标检测的问题,本文提出了一种偏振权重局部对比度的目标检测方法。首先分析了目标与背景的偏振特性差异;然后设计了红外偏振马赛克图像的斯托克斯矢量计算卷积核;在此基础上提出了基于偏振权重的偏振度显著图,在偏振度显著图上利用自适应阈值操作实现目标检测。此外,利用边缘检测方法进一步优化目标检测结果,得到更加完整的检测结果。最后,使用采集的红外偏振马赛克数据集验证了所提出的目标检测算法在复杂背景以及恶劣天气影响下的鲁棒性。

    • 红外材料与器件
    • 杜维川, 何林安, 李弋, 贺钰雯, 谢鹏飞, 周坤, 张亮, 刘晟哲, 高松信, 唐淳

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      为研制近衍射极限的高功率半导体激光器,采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大(MOPA)技术路线,以长度为8mm、脊型宽度为3um的波导为单模种子源,配合长度为7mm、全角为3.3°的锥形放大器,实现了功率10.3W、慢轴光束质量M2(1/e2)因子=1.06,3dB线宽40pm,工作电光效率50.5%的半导体激光输出,并采用片上电致加热光栅调谐技术,实现了中心波长在4nm范围内连续可调。

    • 红外及光电技术与应用
    • 陈少毅, 汤心溢, 王健, 李争

      DOI:

      Abstract:

      基于深度学习的目标检测算法取得了很大成功,显著超越了传统算法,在很多场景下甚至可以和人类相媲美。不同于可见光相机,红外相机可以在黑暗环境下识别物体,可以用于安防和无人驾驶等领域。本文提出了面向嵌入式设备的轻量级目标检测算法,并采用赛灵思的Ultrascale+MPSoC ZU3EG FPGA加速并部署该算法。加速器运行在350MHz的时钟频率下吞吐量达到了551 FPS,功耗仅有8.4 W。在准确率方面,该算法在FLIR数据集下IoU指标达到了73.6%。在性能方面,相比于之前相同逻辑资源下性能最好的硬件加速器Ultranet,该加速器设计将吞吐量提高了2.59倍,功耗降低了2.04倍,降低至原来的49.02%。

    • 红外材料与器件
    • 李雪, 张继业, 张建伟, 张星, 张卓, 曾玉刚, 张俊, 周寅利, 朱洪波, 宁永强, 秦莉, 王立军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器(vertical-external-cavity surface- emitting laser,VECSEL)及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。

    • 张傲, 高建军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文分析了单口和双口太赫兹频段肖特基二极管的测试方法并设计了相应的测试版图,计算了截止频率随寄生电阻和零偏本征电容的变化曲线,给出了小信号和大信号等效电路模型。利用两个实际肖特基二极管测试实例对器件的小信号模型参数进行了提取,实验结果表明在导通和截止的S参数吻合较好。

    • 李雄军, 邹雷, 赵鹏, 杨超伟, 熊伯俊, 王向前, 张应旭, 刘艳珍, 李红福, 赵榆松, 张绍裕, 李立华

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      采用砷离子注入p-on-n平面结技术制备了77K工作温度下截止波长分别为13.23μm和14.79μm,像元中心距为25μm的甚长波640×512探测器,并对其基本性能和暗电流进行了测试和分析。结果表明,对于截止波长为13.23μm甚长波640×512(25μm),器件量子效率为55%,NETD平均值为21.5mK,有效像元率为为99.81%;对于截止波长为14.79μm甚长波640×512(25μm),器件量子效率为45%,NETD平均值为34.6mK,有效像元率为99.28%。这两个甚长波器件在液氮温度下的R0A分别为19.8Ω·cm2和1.56Ω·cm2,达到了“Rule07”经验表达式的预测值,器件噪声主要受散粒噪声限制,显示出了较好的器件性能。

    • 陈冬琼, 邓功荣, 王海澎, 秦强, 施静梅, 尚发兰, 孔金丞, 谭英, 胡赞东, 太云见, 袁俊, 杨文运

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      计算了不同温度下由辐射复合和俄歇复合决定的InAsSb材料的载流子寿命,结果表明,低温下n型InAsSb材料的载流子寿命受限于辐射复合过程,而高温下InAsSb材料的载流子寿命取决于Auger 1复合过程。讨论了势垒阻挡型器件的暗电流解析模型及暗电流抑制机理,通过在nBn吸收层的另一侧增加重掺杂的n型电极层形成nBnn+结构对吸收区内的载流子进行耗尽,吸收区少数载流子浓度降低约两个数量级,从而进一步降低器件暗电流。成功制备了InAsSb-基nBnn+器件,150 K下器件暗电流低至3×10-6 A/cm2,采用势垒结构器件的暗电流解析模型对150 K下器件的暗电流进行拟合分析,结果表明由于势垒层为p型掺杂,在吸收层形成耗尽区,导致器件中的产生复合电流并没有完全被抑制,工作温度低于180 K,器件暗电流受限于产生复合电流,工作温度高于180 K,器件暗电流受限于扩散电流。

    • 40周年特邀
    • 杨思嘉, 李子平, 廖小瑜, 王晨捷, 黎华, 曹俊诚

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      太赫兹量子级联激光器(THz QCL)双光梳在光谱检测、测距、成像等领域具有重要应用。双光梳信号严重依赖THz耦合光功率。利用THz QCL激射光为线偏振光的特性,在双光梳光路上插入线偏振片,通过旋转偏振片以达到对THz光强进行调节的作用。系统研究了THz QCL双光梳谱和功率与偏振角度的依赖关系,为实现高稳定THz双光梳光源与应用奠定基础。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 李志龙, 左剑, 赵源萌, 韩钟德, 许志浩, 赵云璋, 杨朝, 胡伟东, 张存林

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      为了提高太赫兹成像探测的纵向分辨率,提出了一种基于连续小波的经验模态分解的纵向分辨率增强新方法。首先先对样品的频域信号进行连续小波变换处理,获得其相对应的连续小波变换系数;然后对获得的连续小波系数进行经验模态分解,将其自适应地分解为一系列的本征模式函数和一个残差信号,并提取其中第一阶本征模式函数为成像参数进行三维重构,获得最终的三维本征模函数图像,以此来提高太赫兹检测图像的纵向分辨率。为验证方法的有效性,采用150 GHz~220 GHz高频太赫兹调频雷达成像系统分别对两种含内部脱胶缺陷的夹层结构复合材料进行成像检测并利用提出的方法进行处理,得到了纵向分辨率被有效增强,清晰度被有效提高的检测结果图像,这为未来的太赫兹计算机断层扫描成像和太赫兹无损检测应用研究提供了新的思路。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 申帅, 贺建军

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      玻璃药瓶中的氧气残留对瓶中药品的无菌特性造成了严重的威胁。采用波长调制光谱(Wavelength Modulated Spectrum, WMS)技术解调得到的二次谐波信号峰高值作为氧浓度反演的基础。然而,在用二次谐波信号测量气体浓度时,由于调制深度的变化会导致二次谐波峰值的变化,这通常会给系统带来误差,进而降低浓度的反演精度。而调制深度受调制电流波动、温度和压强变化等因素的影响不能直接计算获得进而修正。针对这一问题,本文成功地将调制深度与二次谐波峰高的关系转换为二次谐波峰宽和峰高的关系。然后,利用峰宽校正后的谐波峰高对气体浓度进行反演。初步实验表明,利用峰宽校正后的谐波峰高对瓶内气体浓度进行预测的准确性提高了2.1%,且系统的整体鲁棒性也得以提升。本文提出的校正方法不需要系统参数信息与气体成分信息,可以直接从谐波信号本身出发对调制深度进行校正,十分适合于工业现场的在线氧气浓度预测。

    • 红外及光电技术与应用
    • 高添泉, 吴先霖, 张才士, 周立祥, 赵宏超, 韩西达, 刘胜前, 李明

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力,设置单脉冲能量(平均功率)分别为0.15mJ(0.015W),0.4mJ(0.04W)和4mJ(0.4W)对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面,分析了白天天光背景噪声强度,并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率,重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面,固定望远镜俯仰角(E=50°),旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%(@1064nm)的超导探测器阵列,并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声,开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到,白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04W,夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力,将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。

    • 李虎, 刘雪峰, 姚旭日, 刘璠, 窦申成, 胡钛, 翟光杰

      DOI:

      Abstract:

      中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法(Multi-block Combined Compressed Sensing, MBCS),适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优势,可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比,该方法可提升高分辨图像重建的质量,同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究,讨论了合并块大小对重建性能的影响,发现存在最优块大小使重建速度与重建质量都最优。此外,本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法,用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性,512×512分辨率成像与显示速度可达到5 Hz。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 杜海伟, 龙江

      DOI:

      Abstract:

      太赫兹空气相干探测技术是一种宽带探测技术,目前已被广泛应用于宽带太赫兹技术中。该技术的频率响应由探测激光脉冲宽度决定。因此,不同的探测激光脉冲在探测过程可能引起太赫兹脉冲的畸变。本文基于数值计算研究了空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲的脉冲畸变和能量损失。结果显示,这种脉冲畸变和能量损失主要依赖探测激光脉冲宽度和待探测的太赫兹脉冲的中心频率。本项工作对于估测在宽带太赫兹技术中使用空气相干探测技术的性能和表现有很好的帮助。

    • 王彪, 霍熠炜, 郭兴, 吴家骥

      DOI:

      Abstract:

      针对220 GHz太赫兹雷达处理数据的实际需要,应用离散偶极子近似法,计算不同形状非球形冰晶粒子的后向散射截面,并基于最新细化的冰云模型,得到了220 GHz太赫兹波雷达探测的冰水含量I与雷达反射率因子Zm,建立了Zm-I关系表达式。计算结果表明,非球形冰晶粒子及冰云模型均对Zm-I关系有一定的影响。本研究对中纬度卷云的太赫兹波雷达探测的云参数反演有应用价值,并对太赫兹波测云雷达的研制具有借鉴作用。

    • 任涛, 郑佳锋, 刘黎平, 邹明龙, 陈绍婕, 贺婧姝, 李剑婕

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      对流云中过冷水的识别一直是气象探测的难点。基于Ka波段毫米波雷达功率谱数据,结合探空资料,提出了高原对流云内过冷水的识别和反演算法;利用那曲两个个例对算法效果进行了分析,并结合同址的微波辐射计资料对雷达结果进行了初步验证;最后,探讨了算法与以往方法的差异。结果表明:高原层积云、浓积云和高积云内由上升气流主导,云内粒子相态变化快,过冷水粒子的回波强度、粒径和含水量分布较广。对于不同云类,过冷水的空间分布存在一定差异。过冷水的回波强度、粒径和含水量都与上升气流速度呈正相关,在时间变化趋势和空间分布上都有很好的对应。微波辐射计和雷达的液态水路径在时间变化趋势和峰值大小上都较为一致,相关系数为0.63~0.79。与以往方法相比,算法对过冷水位置和参数反演的结果更为合理。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 谢茂彬, 吴智勇, 崔恒毅, 赵新潮, 玄志一, 刘清权, 刘锋, 孙聊新, 王少伟

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      薄膜的光学常数(折射率和消光系数)精度直接影响设计和制造的光学器件的性能。大多数光学常数的测定方法较为复杂,不能直接应用在镀膜过程中。提出了一种薄膜光学常数原位实时测量的方法,通过监测沉积材料的透射率可以快速准确地测量光学常数。测量了高吸收材料Si、低吸收材料Ta2O5和超低吸收材料SiO2的近红外光学常数,用这种方法测得光学常数分别为n=3.22,k=4.6×10-3n=2.06,k=1.3×10-3n=1.46,k=6.6×10-5。该方法适用于强吸收材料和弱吸收材料光学常数的测定,为在线精确测量薄膜的光学常数提供了一种有效的方法,对设计和制造高质量的光学器件具有重要意义。

    • 红外材料与器件
    • 崔玉容

      DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001

      Abstract:

      本文开展了InAs / GaSb II类超晶格长波红外探测器的表面处理研究。通过对不同处理工艺形成台面器件的暗电流分析,发现N2O等离子处理结合快速热退火(RTA)的优化工艺能够显著改善50%截止波长12.3μm的长波器件电学性能。在液氮温度,-0.05V偏置下,器件的暗电流密度从5.88 ×10-1A/cm2降低至4.09 ×10-2A/cm2,零偏下表面电阻率从17.7 Ωcm提高至284.4 Ωcm,有效降低侧壁漏电流。但是该表面处理后的器件在大反偏压下仍有较大的侧壁漏电,这可能是由于高浓度的表面电荷使得大反偏下侧壁有较高的隧穿电流。通过栅控结构器件的变栅压实验,验证了长波器件存在纯并联电阻及表面隧穿两种主要漏电机制。最后,通过暗电流拟合,可获得使用优化工艺的器件表面电荷浓度为3.72×1011cm-2

    • 40周年特邀
    • 陈岩松, 任梓洋, 徐翰纶, 朱海明, 王垚, 吴惠桢

      DOI:

      Abstract:

      应用半导体非平衡载流子连续性方程模拟了PbSe光电导红外探测器参数对光电响应的影响,实验研制了小规模像元的x-y寻址型PbSe光电导焦平面阵列(FPA)探测器,像元尺寸为500μm×500μm,像元间距为500μm。实验表征了PbSe FPA探测器像元的光电响应性能,有效像元率达到了100%。500K温度黑体辐射和3.0V偏压下像元的黑体响应率的范围是70~146mA/W,平均响应率和平均探测率分别达到了110mA/W和5.5×10^9cmHz^(1/2) W^(-1)。像元的噪声等效温差(NETD)范围是15~81mK,平均噪声等效温差为32mK。使用中波红外成像装置,初步演示了PbSe FPA探测器对350~450℃热辐射目标的红外成像。为后续研制高密度像元PbSe FPA探测器奠定了基础。

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    • 用于中波红外探测的InAsP/InAsSb超晶格的MOCVD生长和表征

      怀运龙, 朱虹, 朱赫, 刘家丰, 李萌, 刘振, 黄勇

      Abstract:

      本文提出了采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长无Ga且应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格并探索了其作为红外吸收材料的可行性。首先采用k.p理论计算了InAsP/InAsSb超晶格的带隙,发现其波长调节范围可以从中波红外到长波红外。然后通过MOCVD技术在InAs衬底上生长了InAs0.8P0.2/InAs0.7Sb0.3超晶格。XRD测试结果表明InAs衬底峰与超晶格零级卫星峰的失配仅61弧秒,即基本实现应力平衡;AFM测试材料表面形貌显示5×5 μm2范围内均方根粗糙度为0.4 nm;低温PL光谱显示较强的发光,峰位于3.3 μm的中波红外波段,接近设计值。这些结果表明采用MOCVD生长应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格作为红外探测材料具有较好的可行性和实用性。

      • 1
    • 基于梯度能带结构的高速非制冷中波红外HgCdTe光电探测器

      桑茂盛, 徐国庆, 乔辉, 李向阳

      Abstract:

      高速中波红外探测器在光频梳等领域应用广泛,但目前的中波探测器受限于较慢的响应速度且需要工作于低温环境以达到较高的探测率。本文报道了基于梯度能带结构的高速室温中波红外HgCdTe器件,器件设计为n-on-p同质结结构,在300K的零偏压条件下达到了1.33ns(750MHz)的总的响应时间,相对于非制冷的碲镉汞器件和工作于高偏压下的碲镉汞APD器件响应速度有所提高。基于一维模型的分析表明,吸收层中的组分梯度可以形成内置电场并改变了载流子的输运特性,该模型由不同组分梯度的HgCdTe器件的实验对比验证。因此,我们的工作优化了高速HgCdTe中波红外探测器的设计,并为设计超快中波红外光电探测器提供了一种可行的思路。

      • 1
    • 基于多视场狭缝的高效信息获取光谱成像系统

      刘世界, 张星宇, ZHOU Hao, 李春来, 亓洪兴, 王建宇

      Abstract:

      视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向,可以实现4维信息获取(两维空间+光谱+时间),对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主,不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势,基于此,提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像(uSASHI)和 编码狭缝阵列扫描光谱成像(cSASHI)系统。通过增加狭缝数目的方式,实现同一时刻多个视场信息的获取,极大的提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合,n 条狭缝可以实现 n 倍的信息获取效率的提升,cSASHI 的狭缝按照压缩感知理论排列,可以实现欠采样条件下(采样率α≤1)视频光谱成像,信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10Hz视频光谱成像方式,cSASHI实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向,为未来动态目标探测等应用打下了基础。

      • 1
    • 用于天文观测的InGaAs近红外探测器性能测试方法

      孙佰成, 郭杰, 许方宇, 范明国, 龚晓霞, 项永生, 凌云

      Abstract:

      基于天文红外探测器评价体系,利用改进的“光子转移曲线”测试方法,分别测试了液氮制冷和热电制冷的两款InGaAs近红外探测器的性能。NIRvana-LN光电子与输出数字量的转换因子为0.16ADU/e-,读出噪声实测值是83 e-,远高于标称值15 e-;NIRvana的高、低转换因子分别为1.25ADU/e-和0.097ADU/e-,读出噪声分别为105 e-和380 e-;NIRvana在高转换因子档下暗电流实测值是415 e-/s,大约是标称值的2倍。理论估算云南天文台两米环形望远镜在1.565μm太阳磁场测量时的信号电子数约8800 e-,在实测暗电流4.06e-/s,像元曝光时间20ms,读出噪声83.59e-条件下,NIRvana-LN探测器信噪比为70

      • 1
    • 考虑脉冲高度分布(PHD)的光电倍增管光子探测模型

      向雨琰, 马跃, 李松

      Abstract:

      光电倍增管(PMT)具有光子级别的灵敏度,而且没有物理意义上的死区时间,在光子计数雷达应用中有独有的优势,但PMT响应单光子输出脉冲高度呈高斯随机分布,且不同脉冲之间还有可能产生堆叠,传统的单光子模型不能准确描述PMT的光子探测过程。针对PMT输出脉冲高度随机分布,脉冲堆叠现象和光子事件鉴别阈值的设置对光子事件探测概率的影响提出了一个新的PMT光子探测模型,并根据实际应用场景进行了简化,通过蒙特卡洛仿真验证了简化模型的适用性。搭建了光子计数雷达系统,通过和GM-APD进行实验对比,发现PMT光子探测模型虽然有略微的探测概率损失,但在测距应用中具有更小行走误差和更高测距精度。实验也证明了新模型相比于传统单光子探测模型更符合PMT的光子事件探测概率分布,新模型对基于PMT光子计数雷达的系统设计和理论分析具有重要的指导意义。

      • 1
    • 基于波形匹配的高分七号星载激光测高仪山地区域脚点定位方法研究

      伍煜, 王恒, 韩启金, 龙小祥, 马跃, 李庆鹏, 赵朴凡, 李松

      Abstract:

      高分七号搭载了我国首台全波形记录的对地观测星载激光测高仪,激光脚点平面和高程精度是星载激光测高仪最重要的技术指标。本文提出了一种基于波形匹配的激光脚点定位方法,该方法以机载激光雷达点云数据作为参考,通过对观测弧段内激光脚点的单点波形匹配和系列脚点相关系数联合处理的方式,精确计算激光指向和距离信息,实现了对高分七号卫星激光脚点在起伏山区的精确定位。使用美国犹他州山地区域的机载激光雷达点云和高分七号星载激光测高仪数据进行了实验验证,在平均坡度达到20°的实验区域,使用本文提出的方法后,观测弧段内脚点高程精度从2.45±2.93m提升至0.27±0.61m,提升了高分七号星载激光测高仪观测成果在起伏山区的适用性。

      • 1
    • 基于焦平面探测器的红外相机成像模型和静态传函测试方法研究

      孔健, 傅雨田, 赵跃进

      Abstract:

      建立了基于焦平面探测器的红外成像系统成像的空间域和频域模型;并分析指出,由于背景辐射的存在和红外探测器明显的响应非均匀性,只有系统经过良好的辐射校正,方能使其成像过程符合线性和空间不变性条件,使得相机可以采用传递函数来评价其几何成像性能。提出了针对基于焦平面探测器的红外成像系统的传函测试方法,能够有效地处理背景辐射的影响并不依赖系统的良好辐射校正,试验和应用实践显示了该方法的有效性。

      • 1
    • 中波红外碲镉汞室温探测器的激光辐照饱和特性的仿真

      李向阳, 桑茂盛, 徐国庆, 乔辉, 储开慧, 杨晓阳, 杨鹏翎, 王大辉

      Abstract:

      针对室温工作的光伏型碲镉汞中波红外探测器的激光辐照饱和特性进行了仿真,结果表明,中红外激光对碲镉汞材料的加热效应以及光照导致零偏压阻抗降低,是影响探测器输出量子效率的重要因素。利用一维数值仿真方法,建立了室温碲镉汞pn结的模型,计算了稳态激光辐照下器件量子效率以及零偏压阻抗。理论计算了激光辐照下的稳态温度分布的近似模型,并将温度场分布耦合到仿真计算中,发现衬底厚度会影响芯片的温升,从而显著影响器件饱和阈值的大小。另外,计算表明随着光照强度的增加,器件的零偏压阻抗降低,并将仿真结果与实测芯片参数进行了比较。计算分析为设计高饱和辐照度阈值的中波红外碲镉汞探测器提供了参考。

      • 1
    • 分子束外延高铟组分InGaAs薄膜研究

      杨瑛, 王红真, 范柳燕, 陈平平, 刘博文, 贺训军, 顾溢, 马英杰, 李淘, 邵秀梅, 李雪

      Abstract:

      高铟组分InGaAs薄膜作为吸收层的短波红外探测器截止波长大于1.7微米,具有许多备受关注的重要应用。本文研究了分子束外延生长条件对高铟组分InGaAs材料性能的影响,分析了生长温度、V/III比和As分子束形态对In0.74Ga0.26As材料光致发光和X射线衍射峰强度、本底载流子浓度和迁移率的影响。测试结果表明:适中的生长温度和V/III比可以提高材料晶格质量,减少非辐射复合,降低本底杂质浓度。As分子束为As2时In0.74Ga0.26As材料质量优于As4分子束。当生长温度为570 ℃,As分子束形态为As2,V/III比为18时,可以获得较高的光致发光和X射线衍射峰强度,室温和77 K下的本底载流子浓度分别达到6.3×1014 cm-3和4.0×1014 cm-3,迁移率分别达到13400 cm2/Vs和45160 cm2/Vs。

      • 1
    • 渐变结构微谐振器光子晶体波导的优选设计

      吴立恒, 王明红

      Abstract:

      摘 要:为获取高品质的单通帯波长信道,设计了三种类型的渐变结构微谐振器光子晶体波导,用FDTD方法研究了这些结构的功率传输谱,并采集功率谱通帯参数对比分析了其输出性能。随微谐振器中心柱半径的增大,每支波导输出的单通帯峰波长向长波方向移动,单通帯传输模式表现为从短波向长波三次规律的周期性变化。波导结构选择及其参数的优化有助于输出性能的改善,在开发更多单通帯波长信道上都具有潜在能力。结果表明优化后的结构拥有高品质的单通带波长传输特性,如:规律性周期变化模式、利于信号增强设计、稳定传输性能、优良宽带适应能力。该类波导可根据所需波长灵活选择最佳类型结构设计,在密集型光通信系统,光路集成,紧凑型光传感接口等设计中具有应用价值。

      • 1
    • 基于90纳米InP HEMT工艺的220GHz功率放大器设计

      陈艳, 孟范忠, 方园, 张傲, 高建军

      Abstract:

      基于90纳米InP HEMT工艺,设计了一款220 GHz功率放大器太赫兹单片集成电路,该放大器采用片上威尔金森功分器结构实现了两路五级共源放大器的功率合成。在片测试结果表明,200~230 GHz频率范围内,功率放大器小信号增益平均值18 dB。频率为210~230 GHz范围内该MMIC放大器饱和输出功率优于15.8 mW,在223 GHz时最高输出功率达到20.9 mW,放大器芯片尺寸为2.18 mm×2.40 mm。

      • 1
    • W波段连续波带状注扩展互作用速调管高频电路的设计

      金琦, 耿志辉, 张健, 张瑞, 杨修东, 廖云峰, 徐寿喜

      Abstract:

      针对W波段速调管难以实现连续波高功率的问题,设计了一个工作在TM31-2π模式的W波段连续波带状注扩展相互作用速调管(EIK)高频电路,该电路采用电压20 kV、电流0.65 A,2.5 mm×0.3 mm的带状电子注,高频系统采用五个哑铃型的五间隙谐振腔,输出系统采用对称输出波导。通过理论设计和高频结构参数优化,三维PIC仿真结果显示:在输入功率0.2 W的条件下,能够获得超过1200 W的输出功率,效率和增益分别为9.35%和37.8 dB。在高频参数敏感性和误差稳定性方面,对TM31模式和TM11模式进行了详细的对比分析。

      • 1
    • 提高超大光腔波导结构半导体激光器功率效率的设计考虑

      周坤, 何林安, 李弋, 贺钰雯, 杜维川, 刘晟哲, 张亮, 胡耀, 杨鑫, 高松信, 唐淳

      Abstract:

      本文对976nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm-1,内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4毫米腔长、100μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。

      • 1
    • 碲镉汞APD焦平面技术研究

      李雄军, 张应旭, 陈虓, 李立华, 赵鹏, 杨振宇, 杨东, 姜炜波, 杨鹏伟, 孔金丞, 赵俊, 姬荣斌

      Abstract:

      采用LPE生长的中波碲镉汞材料,通过B离子注入n-on-p平面结技术制备了规模为256×256,像元中心距为30μm的碲镉汞APD焦平面探测器芯片。在液氮温度下对其增益、暗电流以及过噪因子等性能参数进行了测试分析,结果表明,所制备的碲镉汞APD焦平面芯片在-8.5V反偏下平均增益达到166.8,增益非均匀性为3.33%;在0~-8.5V反向偏置下,APD器件增益归一化暗电流为9.0×10-14A~ 1.6×10-13A,过噪因子F介于1.0~1.5之间。此外,还对碲镉汞APD焦平面进行了成像演示,并获得了较好的成像效果。

      • 1
    • 量子阱调制双波长光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器

      李志伟, 张卓, 张建伟, 张星, 周寅利, 曾玉刚, 宁永强, 王立军

      Abstract:

      报道了一种采用单个增益芯片实现双波长输出的光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(VECSEL)。VECSEL所用的增益芯片发光区由两组不同发光波长的量子阱组成,其中一组发光波长较短的量子阱采用吸收区泵浦的方式,另一组发光波长较长的量子阱采用阱内泵浦方式。在VECSEL工作时,吸收区泵浦的短波长量子阱率先激射,由于发光波长较长的量子阱对短波长量子阱的强度调制效应,此时可以观察到两种波长的光谱峰值强度随时间周期性振荡,采用高灵敏探测器观察到VECSEL此时的输出激光呈现出脉冲输出形式。随着泵浦功率进一步增加,VECSEL的输出激光呈现稳定的双波长输出,激光波长峰位分别位于966nm和968nm。VECSEL双波长稳定输出时的最大激光功率可以达到560mW,光斑在正交方向呈现对称高斯形貌,正交方向发散角分别为6.68°和6.87°。

      • 1
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    2022年第41卷第3期
    • 裴慧元 方家熊

      2001,20(3):184-188, DOI:

      Abstract:

      测量了几种不同处理的Cd1-xZnxTe(x=0.04)表面的傅里叶变换拉曼散射光谱和电流-电压(I-V)特性。通过分析拉曼光谱反Stokes分量,并与表面I-V特性进行比较,结果表明与表面处理相联系的晶格声子的行为反映了表面完整性的变化,Te沉淀是影响表面质量的关键因素,并对有关表面处理方法的实际应用进行了讨论。

    • 胡志高 王根水 等

      2002,21(3):175-179, DOI:

      Abstract:

      采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备出均匀透明的无定形PbTiO3薄膜,并对其 光学性质进行了详细的研究,发现其折射率的波形符合经典的Cauchy函数。由半导体理论计算得到无定形的PbTiO3薄膜的光学禁带宽度为3.84eV.FTIR透射光 谱研究表明无定形PbTiO3薄膜在中红外波段没有吸收峰出现,对于在550℃下 快速热退火得到的PbTiO3薄膜,通过远红外反射光谱测量,观察到了6个约外活性声子膜。

    • 红外光谱与光谱分析
    • 徐云, 王一鸣, 吴静珠, 张小超

      2010,29(1):53-56, DOI:

      Abstract:

      研究了用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺.实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用于定性和定量分析.通过近红外光谱与聚类分析法相结合,可将含有和不含有三聚氰胺的牛奶样品有效分类;结合光谱预处理和波长选择及模型优化方法建立的检测三聚氰胺的近红外定量分析模型具有较好的稳定性和预测能力.结果表明,近红外光谱分析是一种快速、方便和环保的检测乳制品中三聚氰胺的新方法.

    • 程建 周越 蔡念 杨杰

      2006,25(2):113-117, DOI:

      Abstract:

      粒子滤波(Particle Filter)是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效技术.提出了一种基于粒子滤波的红外目标稳健跟踪新方法.在粒子滤波理论框架下,红外目标的状态后验概率分布用加权随机样本集表示,通过这些随机样本的Bayesian迭代进化实现红外目标的跟踪.系统状态转移模型选择为简单的二阶自回归模型,并自适应地确定系统噪声方差.红外目标的描述利用目标区域的灰度分布,该灰度分布通过核概率密度估计建立.通过计算参考目标的灰度分布和目标样本的灰度分布之间的Bhattacharyya距离,建立系统观测概率模型.实验结果表明该方法是有效的和稳健的.

    • 图像处理及软件仿真
    • 贾建华, 焦李成

      2010,29(1):69-74, DOI:

      Abstract:

      近来出现的谱聚类算法在模式识别和图像分割中得到了广泛应用.与传统的聚类算法相比,谱聚类算法能在任意形状的样本空间上聚类且收敛于全局最优解.本研究从谱聚类和权核K-均值的等价性出发,基于图像的空间一致特性,提出了一种基于空间约束特性的谱聚类算法.该算法通过对加权核K-均值的目标函数加上空间一致约束项,利用近似逼近将目标函数最小化与谱聚类算法等价起来.仿真实验表明,此算法在图像分割中取得了比原始谱聚类算法更好的分割效果.

    • 周越, 毛晓楠

      2010,29(1):63-68, DOI:

      Abstract:

      提出了一种新的基于粒子群优化粒子滤波(PSOPF)的红外目标提取算法,将红外目标提取阈值的计算问题看作系统状态估计问题.在粒子滤波的框架下,建立了关于灰度—方差加权信息熵和像素点灰度值的阈值状态空间,建立了基于粒子群优化算法思想的系统状态转移模型,建立了基于红外目标提取效果评价函数的系统观测模型,它有效综合了红外图像中灰度、信息熵、梯度、像素点的空间位置等信息.最后,以粒子的加权平均估计目标提取的阈值.实验结果表明,该方法是有效且稳健的.

    • 谭琨, 杜培军

      2008,27(2):123-128, DOI:

      Abstract:

      多数传统分类算法应用于高光谱分类都存在运算速度慢、精度比较低和难以收敛等问题.本文从支持向量机基本理论出发建立了一个基于支持向量机的高光谱分类器,并用国产OMIS传感器获得的北京中关村地区高光谱遥感数据进行试验,分析比较了各种SVM核函数进行高光谱分类的精度,以及网格搜寻的方法来确定C和愕闹?结果表明SVM进行高光谱分类时候径向基核函数的分类精度最高,是分类的首选.并且与神经网络径向基分类算法以及常用的最小距离分类算法进行比较,分类的精度远远高于SVM分类算法进行分类的结果.SVM方法在高光谱遥感分类领域能得到广泛的应用.

    • 张文娟, 张兵, 张霞, 高连如, 张维

      2008,27(3):227-233, DOI:

      Abstract:

      随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hanning函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.

    • 孙君顶 丁振国 周利华

      2005,24(2):135-139, DOI:

      Abstract:

      在分析基于颜色直方图及信息熵进行图像检索的基础上,提出了一种改进的基于信息熵的图像检索算法,该方法同以往的基于信息熵的图像检索算法相比具有更强的鲁棒性.同时,文中又提出利用空间分布熵描述图像颜色的空间分布信息,并给出了一种基于图像信息熵与空间分布熵的彩色图像检索算法.试验结果表明,该方法效果良好,大大提高了图像检索的速度.

    • 张玉红, 陈占国, 贾刚, 时宝, 任策, 刘秀环, 武文卿

      2008,27(3):165-169, DOI:

      Abstract:

      首次测量了硅材料在1.3μm波长处,基于克尔效应和弗朗兹-凯尔迪什效应的电致双折射,进而计算出三阶非线性极化率张量X(3)的分量X(3)xyxy.观测到弗朗兹-凯尔迪什效应引起的折射率变化与入射光的偏振态有关.在实验中,测得了由克尔效应引起的折射率之差为⊿n=5.49×10-16E20,而弗朗兹-凯尔迪什效应引起的折射率之差为⊿n'=2.42×10-16E2.50.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 吴翔, 裴志斌, 屈绍波, 徐卓, 张介秋, 马华, 王甲富, 王新华, 周航

      2011,30(5):469-474, DOI:

      Abstract:

      提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法,该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负,产生传输禁带,在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构,可得到一维带通频率选择表面,理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法,将一维超材料频率选择表面单元拓展设计为二维对称结构,实现了一种宽入射角、极化无关的频率选择表面,最后加工了两个样品对基于等效介质理论的频率选择表面设计方法进行了实验验证.这种设计方法不必考虑常规频率选择表面所涉及的复杂计算和多参数优化等问题,拓展了频率选择表面的设计思路,对于THz频段频率选择表面的设计,及多通带、可调、小型化频率选择表面都具有借鉴意义.

    • 图像处理及软件仿真
    • 李杰, 赵春晖, 梅锋

      2010,29(2):150-151, DOI:

      Abstract:

      针对高光谱图像微小目标检测中严重的背景干扰问题,提出了一种基于背景残差数据的非线性异常检测算法。首先利用提取的背景光谱端元对图像各像元进行光谱解混,实现了目标信息和复杂背景信息的分离;接着将含有丰富目标信息的解混残差数据非线性映射到高维特征空间,可以充分挖掘高光谱图像波段间隐含的非线性信息,并在特征空间利用RX算子完成目标的检测,从而在抑制大概率背景信息的基础上有效地利用了高光谱图像波段间的非线性统计特性。为了验证算法的有效性,利用真实的AVIRIS数据进行了实验研究,并与经典RX算法、未抑制背景的特征空间核RX算法的检测结果相比较,结果表明基于背景残差数据的检测算法具有良好的检测性能和较低的虚警,而且运算复杂度较低。

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 王楠楠, 邱景辉, 张鹏宇, 邓维波

      2011,30(5):419-424, DOI:

      Abstract:

      以安全检查为背景,研究了近距离被动毫米波焦面阵成像的关键技术.其中包括采用基模高斯波束法结合几何光学法分析系统准光路;设计多波束宽角扫描透镜天线;提出一种新型结构的介质棒天线,该天线易于排成紧密阵列且能够为透镜提供良好的照射;研制工作于Ka频段的高灵敏度、小型化直接检波式辐射计等.给出了20通道被动毫米波焦面阵成像系统的实验结果,表明该系统可用于室内近距离探测人体隐匿物品.

    • 红外材料与器件
    • 张姗, 胡晓宁

      2011,30(5):412-414, DOI:

      Abstract:

      通过变面积Si基HgCdTe器件变温I-V测试和暗电流特性拟合分析,研究了不同偏压下n-on-p 型Si基HgCdTe光伏器件的暗电流成分与Si基HgCdTe材料少子扩散长度和少子寿命随温度的变化规律.在液氮温度下,随着反向偏压的增大器件的表面漏电流在暗电流中所占比重逐渐增加.在零偏压下,当温度低于200 K时材料的少子扩散长度随温度的升高而变大,而高于200 K时材料的少子扩散长度随温度的降低逐渐减小.将汞空位掺杂的p型Si基HgCdTe材料少子寿命的变温曲线与常规衬底材料的少子寿命变温曲线进行比较,发现Si基HgCdTe材料少子寿命接近常规衬底外延薄膜材料水平.

    • 李新曦 赖珍荃 王根水 孙璟兰 赵强 褚君浩

      2004,23(4):313-316, DOI:

      Abstract:

      用射频(RF)溅射法在镀LaNiO3(LNO)底电极的Si片上沉积PbZr0.52 Ti0.48 O3(PZT)铁电薄膜,沉积过程中基底温度为370℃,然后在大气环境中对沉积的PZT薄膜样品进行快速热退火处理(650℃,5min).用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测量其组分,X射线衍射(XRD)分析PZT薄膜的结晶结构和取向,扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜的表面形貌和微结果,RT66A标准铁电综合测试系统分析Pt/PZT/LNO电容器的铁电与介电特性,结果表明,PZT薄膜的组分、结构和性能都与溅射沉积功率有关.

    • 王怀野 张科 李言俊

      2005,24(2):109-113, DOI:

      Abstract:

      为了在抑制噪声时尽可能保留图像边缘信息,提出一种自适应各向异性高斯滤波器设计方法.该方法由独立强度传播(IDS)模型决定滤波器的长轴尺度,由像素的邻域平滑度决定长短轴的比例,然后根据该处的灰度梯度方向自适应决定各向异性滤波器的长轴方向.仿真实验表明,提出的自适应各向异性滤波器具有很强的噪声抑制和边缘保持能力.

    • 图像处理及软件仿真
    • 李宏宁, 白廷柱, 曹峰梅, 马帅, 许凯达, 杨卫平, 冯洁

      2010,29(1):57-62, DOI:

      Abstract:

      结合辐射传输定律,对计算机图形学中常用的光照模型进行了一系列改进,得到了简化的可用于场景仿真的红外成像计算模型.具体改进如下:1)增加了几何体表面的温度分布和材料参数;2)在模型中引入了自发辐射项和探测器特性参数.采用光线跟踪方法构建了以该模型为基础的红外场景成像模拟仿真系统,可生成任意观察视角的3D场景红外图像.对三个典型场景进行了红外成像计算,用中波红外探测器采集到的红外图像进行对比.主观比较可看出该计算模型生成的图像与实采图像在基本特征上是相似的,验证了该模型的有效性.定量比较也说明模拟图像与实际图像在主要特征上相符,但绝对亮度上存在较大差异,分析了原因,并提出了改进方向.

    • 太赫兹与毫米波技术
    • 王辉, 赵凤军, 邓云凯

      2015,34(4):452-459, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2015.04.013

      Abstract:

      分析了毫米波SAR高分辨成像的基本原理, 阐述了毫米波SAR的优点, 并结合目前国际上典型的毫米波SAR系统, 综述了毫米波SAR技术与系统的发展状况, 讨论了毫米波SAR的应用前景、存在的问题以及未来的发展趋势.

    • 吴刚, 李春来, 刘银年, 戴宁, 王建宇

      2007,26(3):213-216221, DOI:

      Abstract:

      时间间隔的测量精度对脉冲激光测距系统的测量精度起决定作用.为此研制了一高精度时间间隔测量模块,该模块基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,最大测量时间可高达200ms,测时分辨率最高可达125ps,对应测距分辨率18.75mm,适用于远距离的测量.给出了硬件和软件设计方法以及模块的测试结果.

    • 武妍, 万伟

      2007,26(1):65-68, DOI:

      Abstract:

      提出了一种基于遗传算法的人工神经网络设计和训练方法-NNDT,同时训练网络的拓扑结构和连接权重,提出了一种结构化网络编码方法,有效地解决了网络拓扑结构和网络编码不能一一对应的问题;使用启发式规则约束网络拓扑结构的变异概率以及变异操作的选择趋势,并使用小生境机制进行拓扑变异保护.实验结果证明了NNDT的有效性和高效性.

    主编:褚君浩

    国际标准刊号:ISSN 1001-9014

    国内统一刊号:CN 31-1577

    国内邮发代号:4-335

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