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最新刊期

2009 年第 8 期

现代应用光学

紫外平面刻划光栅杂散光数值分析及测量方法
巴音贺希格
2009, 17(8): 1783-1789.

摘要：杂散光是光栅的重要技术指标，它直接影响光栅的信噪比，尤其紫外波段的杂散光对光谱分析更为不利。为了考察平面刻划光栅在光谱仪器中使用时产生的杂散光，采用基于传统Fresnel-Kirchhoff衍射方程导出的杂散光相对强度表达式，数值分析了杂散光产生的原因。数值模拟结果表明，紫外平面刻划光栅刻槽周期随机误差以及刻槽深度随机误差是杂散光的主要来源，而光栅杂散光对光栅表面小尺度随机粗糙度并不敏感。另外，提出了平面光栅光谱仪出射狭缝相对宽度的概念，并数值分析了仪器出射狭缝高度及出射狭缝相对宽度与杂散光强度的关系。此理论分析方法分别为如何在光栅制作工艺中从根源上降低光栅杂散光以及在光栅应用过程中从使用方法上降低光栅杂散光提供了理论参考依据。最后，为了与采用滤光片法测得的光栅杂散光实验值进行比较，给出了理论求解杂散光总强度的求和公式，并对四个不同波长的杂散光进行了多次测量，使理论值和实验值的相对误差控制在13%左右。
关键词：衍射光栅;杂散光;分析方法

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发布时间：2020-08-12
光栅光调制器阵列交叉效应的理论分析与实验
金珠,黄尚廉,王宁,韦玮,张智海,朱永
2009, 17(8): 1790-1797.

摘要：光栅光调制器是一种基于微机电系统的用于投影显示的器件。为了讨论交叉效应对无源矩阵驱动的光栅光调制器的影响，介绍了光栅光调制器的工作原理，建立了无源矩阵驱动阵列的电学模型。利用基尔霍夫的电流定理和电压定理，对无源矩阵驱动阵列的电学模型进行化简分析，得到交叉效应中半选点像素、非选点像素与全选点像素之间的电压关系。分析表明：交叉效应对半选点像素影响较大，且随着器件阵列的增大，交叉效应更加严重。通过实验得到这三种像素的±1级衍射光强与全选点像素驱动电压的关系。实验结果表明：对于加工的16×16阵列，半选点像素电压约为全选点像素电压的1/2，且远大于非选点像素电压，与交叉效应理论分析相一致。交叉效应会降低阵列的光学对比度。最后，提出抑制交叉效应的两种方法。分析表明：有源矩阵驱动是抑制阵列交叉效应的最佳方法。
关键词：微机电系统;光栅光调制器;交叉效应;无源矩阵驱动

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发布时间：2020-08-12
带有补偿器的液晶相位可变延迟器特性研究
赵海博,赵慧洁,张颖
2009, 17(8): 1798-1803.

摘要：为了能够测量带有补偿器的液晶相位可变延迟器（LCVR）在不同电压值下的相位延迟，提出了一种基于斯托克斯矢量和穆勒矩阵的测量方法。该方法的优点是无需机械旋转、操作简单、测量精度较高。实验测量了可见光范围内6个波长时LCVR在2kHz方波、0-10伏电压值下的相位延迟。实验结果表明，LCVR具有调谐电压低、控制简单、调节范围大、无需转动等优点，相位延迟的测量误差小于0.6%。根据延迟器件的特性，建立了相位延迟的拟合函数公式，采用最小二乘曲线拟合的方法得到了延迟器件工作范围内全部波长、全部电压值下的相位延迟，曲线拟合的标准差小于0.02λ。测量方法、测量结果和拟合函数的建立为偏光器件的研究提供了一定的参考价值。
关键词：液晶相位可变延迟器;补偿器;斯托克斯矢量;穆勒矩阵;曲线拟合

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发布时间：2020-08-12
基于EPICS的SSRF-X射线小角散射实验站运动控制系统
刘倩,边风刚,柳义,王劼,夏绍建
2009, 17(8): 1804-1809.

摘要：介绍了SSRF-X射线小角散射实验站运动控制系统，采用国际加速器控制界公认的称为“标准模型”的分布式控制体系结构，应用EPICS软件实现对实验站的两个四刀单色光狭缝及三维狭缝支撑平台、七维样品台、BeamStop的运动控制，并对各运动部件的运动控制进行了精度测试和分析。
关键词：上海光源;小角散射;运动控制;EPICS

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空间光学遥感器的多光谱TDI CCD信号检测及仿真
胡君,王栋
2009, 17(8): 1810-1818.

摘要：为了实现采用高性能多光谱TDI CCD 对空间光学遥感系统的合理设计及应用，提出了对CCD控制信号的高速并行实时检测方法和视频图像连续输出的仿真设计方案。利用CCD行读出及转移的200µs周期，对48路控制CCD驱动信号和31路直流偏置信号进行并行实时逻辑分析及检测。同时，把预制的CCD模拟图像，从磁盘阵列经PCI-X及LVDS总线高速传输到由FPGA、D/A、放大和滤波电路组成的视频图像生成系统，实现可连续、实时输出各种模拟测试图像。实验结果表明，可同时输出3路6MHz频率的彩色图像和8路12MHz频率的全色图像象素信号波形。象素信号基准电压8V；振荡幅值0～1.7V。有效采样时间和信号稳定度均满足成像电路的仿真测试要求。
关键词：空间光学遥感;多光谱;TDI CCD 信号;检测及仿真

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氩气Z箍缩内爆等离子体温度诊断研究
施军,肖沙里,王洪建,黄显宾,杨礼兵,蔡红春
2009, 17(8): 1819-1824.

摘要：为了诊断Z箍缩等离子体电子温度，研究了氩的双电子伴线与类氦共振线的强度比和等离子体电子温度的关系。利用椭圆弯曲晶体谱仪在“阳”加速器上探测X射线光谱，采用X射线胶片接收信号。谱仪获取了氩的类氦谱线及类锂伴线，计算了伴线k与共振线w的强度比以及伴线j与禁戒谱线z之和与共振线强度比，利用伴线与共振线强度比值和等离子体电子温度的关系诊断出电子温度为960～1060keV，实验结果证明谱线强度比值法是一种探测电子温度很有效的诊断方法。
关键词：Z 箍缩;X射线光谱;等离子体;电子温度

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环形腔全光纤F-P干涉仪的声发射检测实验研究
梁艺军,刘俊锋,张巧萍,樊晨光,吴雷
2009, 17(8): 1825-1831.

摘要：提出了一种新型结构的用于声发射检测的全光纤F-P干涉仪。选用2×2光纤耦合器，将耦合器的一个入射端与一个出射端焊接相连，以耦合器代替传统的反射腔面，构成光纤环形传输腔，腔体贴附或埋入待测固体中检测声发射信号。通过理论推导和计算机仿真，确定了此结构光纤传感器的检测特性。实验以大理石板作为待测介质，对利用信号发生器驱动PZT（压电陶瓷）作为已知超声源在大理石板中产生的连续型声发射信号，及冲击波作用下大理石板中产生的突发型声发射信号进行了检测，并利用Fourier变换，得到了声发射信号的特征频率。实验结果表明，此种结构传感器能够检测材料结构中促使光纤轴向伸缩长度的量级为10-8m的声发射信号并识别其特征频率，该结构光纤传感器无需光程的匹配，适用于大尺度构件的监测，为材料结构健康检测与监控提供了一种新的方法。
关键词：声发射检测;光纤传感;F-P干涉仪;特征频率

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分布反馈式光纤激光器动态特性的研究
谭波,黄俊斌,何琳,顾宏灿,李日忠
2009, 17(8): 1832-1838.

摘要：为了探明分布反馈式(DFB)光纤激光器用于水声探测时，所测得的声压灵敏度高于静压条件下计算所得的声压灵敏度，且动态响应曲线不平坦的原因及其机理，对DFB光纤激光器的动态特性进行了研究。对两端固定并分别置于空气和水介质中的DFB光纤激光器的振动模态进行了数值仿真分析；设计加工了实验夹具，分别对其进行了实验研究。实验测得数据表明，两端固定的裸纤在发生振动时的第一阶固有频率与其夹持长度有关，且随着该长度的增大，固有频率降低；当夹持长度分别为50mm、55mm和60mm时，在空气和水介质中DFB光纤激光器振动的第一阶固有频率分别约为250Hz、200Hz、125Hz以及200Hz、160Hz、120Hz，实测数据与仿真分析吻合。可见当DFB光纤激光器受外界激励发生振动时，引起了激光器输出信号幅值的波动，导致其声压灵敏度出现起伏，第一阶固有频率对其具有很大的影响。

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特征谱区筛选在近红外光谱检测茶叶游离氨基酸含量中的应用研究
郭志明,赵杰文,陈全胜
2009, 17(8): 1839-1844.

摘要：在近红外光谱快速检测茶叶游离氨基酸含量过程中，为了提高检测的精度和稳定性，研究利用特征谱区结合偏最小二乘法建立预测模型。研究分别尝试联合区间偏最小二乘法和遗传偏最小二乘法等特征谱区筛选方法，通过交互验证法确定偏最小二乘模型的主成分因子数和筛选区间，以预测均方根误差RMSEP和相关系数R作为模型的评价指标。试验结果表明：两种方法建立模型的预测能力都好于传统PLS模型；利用联合区间偏最小二乘法建立的预测模型最佳，预测时的相关系数(R)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.9542和0.2560。研究结果表明，近红外光谱结合特征谱区筛选方法可以快速准确地测定茶叶中游离氨基酸含量。
关键词：近红外光谱;特征谱区筛选;偏最小二乘法;茶叶

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基于分束镜的两路光纤激光器相干合成研究
王会升,刘洋
2009, 17(8): 1845-1850.

摘要：设计了利用一块45°半透半反分束镜作为干涉元件，使两路光纤激光器在输出端相干相长，从而实现相干合成输出的方案。详细分析了此方案的锁相机理，并在实验中成功实现了两路光纤激光器的相位锁定，获得了功率约360mW的相干合成激光输出，功率合成效率约为73%，合成输出后的激光束在轴上光强获得了大幅度提高。本方案结构简单，所有元件均可承受高功率，因此可实现更高功率的相干合成激光输出，是一种有前途的高功率光纤激光器相干合成方案。
关键词：光纤激光器;相干合成;分束镜

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发布时间：2020-08-12
光学传感器星上定标漫射板的特性测量与分析
杨本永
2009, 17(8): 1851-1858.

摘要：本文对研制的星上定标漫射板半球反射比(DHR)、双向反射比因子（BRF）、双向反射分布函数（BRDF）等反射特性进行了测量；同时，为了考察其在航天环境下的稳定性和适应性，进行了系列环境模拟试验。结果显示：星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99，光谱差异小于0.01，短波红外波段在0.95以上; 10°~60°BRF变化低于0.1， 0°~60°BRDF变化小于0.048，其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大；漫射板光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微，而紫外辐照下的反射率衰变是由于有机物污染所致，通过改进工艺能够消除这种衰变；漫射板通过了航天级力学环境试验。研究表明：漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性，能够满足航天应用要求。
关键词：遥感;星上定标漫射板;测量分析;反射率;BRDF

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发布时间：2020-08-12
高精度光学表面磁流变修形技术研究
石峰,戴一帆,彭小强,宋辞
2009, 17(8): 1859-1864.

摘要：作为一种确定性子孔径的光学加工方法，磁流变抛光具有高精度、高效率、高表面质量以及无亚表面损伤的特点，有能力对各种形状的光学零件进行加工。本文系统的介绍了磁流变抛光高精度光学表面的关键技术，并采用自研的KDMRF－1000磁流变抛光机床和KDMRW-1水基磁流变抛光液对直径100mm的K4材料平面反射镜和直径200mm的K9材料球面反射镜进行加工实验。样件一面形收敛到PV值55.3nm，面形RMS值5.5nm；样件二面形收敛到PV值40.5nm，面形RMS值5nm。样件的表面粗糙度均有显著改善。
关键词：磁流变抛光;高精度光学表面

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发布时间：2020-08-12

微纳技术与精密机械

一种机器视觉加权最小二乘解法
杨剑,吕乃光,董明利
2009, 17(8): 1870-1877.

摘要：为了进一步提高机器视觉的重建精度，本文首次从参数方程的角度来重新审视机器视觉系统以及在此方程上提出了加权的最小二乘方法。机器视觉系统中，重建精度将随相机布局的不同而不同，即随相机与特征点的距离以及旋转矩阵的不同而变化。原有解算方法，并不区分这些不同，利用最小二乘法求取拟合误差最小点。针对这一不足，本文首先改变了机器视觉系统的基础，利用参数方程来描述系统模型，在此基础上，推导了加权的最小二乘方法，给有大误差布局的相机较小的加权，从而进一步提高精度。这种算法的关键是对权重的估计。文章最后的仿真和实验验证了本文算法的有效性。

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具有力感知功能的四臂式MEMS微夹持器研制
陈涛,孙立宁,李欣昕
2009, 17(8): 1878-1883.

摘要：为了解决夹持器小型集成化、夹持力可控的问题，本文采用体硅加工技术成功的研制了一种基于单晶硅的、具有微力检测功能的新型四臂式MEMS微夹持器。以压阻检测技术为基础，利用MEMS侧面压阻刻蚀工艺将力传感器集成在微夹持器的夹持臂末端，实现夹持力的微力检测。采用有限元软件对微夹持器机构和传感器弹性体进行分析。S型柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化为夹持臂末段的转动，结合四臂式的末段结构，有效的扩展了夹持器的夹持范围。利用硅玻璃键合技术实现夹持臂的电隔离，通过施加80V电压，夹持臂的单臂运动范围为25靘，夹持器的夹持范围30-130靘。实验标定出传感器的最大量程在1mN以上，分辨率为3霳，可以实现夹持力的有效反馈。
关键词：MEMS微夹持器;侧面压阻;微操作

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发布时间：2020-08-12
基于相位相关技术的MEMS旋转角度的高分辨力测量方法
陈治,朱洪程,胡晓东,胡小唐
2009, 17(8): 1884-1889.

摘要：实现MEMS微结构周期运动过程中各个时刻的旋转角度及其动态特性参数的高分辨力测量, 为提高MEMS器件的性能和可靠性分析提供重要参考。针对频闪成像技术获得的微结构运动图像序列，提出了一种基于相位相关技术与Radon变换技术相结合的旋转角度测量方法。该方法通过Radon变换将图像的空间坐标转换为极坐标的参数空间，使得空间坐标的旋转投影为参数坐标得平移运动，再通过相位相关技术的亚像素运动估计算法，可得到物体旋转角度的高分辨力测量结果。实验结果表明，该方法旋转角度测分辨力优于0.01°。该方法可以有效的减少由于旋转产生形变对测量结果的影响，提高测量结果的稳定性和减少测量误差。
关键词：MEMS谐振器;旋转角度;Radon 变换;相位相关

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发布时间：2020-08-12
BP神经网络在多位置捷联寻北系统中的应用
沈铖武,王志乾,刘畅,李建荣,孙志远
2009, 17(8): 1890-1895.

摘要：为了精确拟合多位置捷联寻北系统采集的数据的曲线，计算陀螺初始位置和真北方向的夹角，简要介绍了多位置捷联寻北系统的工作原理，推导了寻北测量的数学模型，并分析了影响测量精度的因素，分别采用了最小二乘法和BP神经网络法，对两种方法的拟合精度和最终计算得到的寻北结果进行了比较。实验结果表明：与最小二乘法相比，BP神经网络拟合精度较高，拟合残差和较小，达到0.06位，残差的均方差达到34.45位，在计算相位角时，多次寻北结果的均值基本一致，但均方差明显由于最小二乘法，达到8″。满足寻北系统对数据拟合精度的要求。
关键词：捷联寻北;曲线拟合;BP神经网络

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发布时间：2020-08-12
染色体切割设备的并联宏动平台运动学性能分析
张典范,高峰
2009, 17(8): 1896-1901.

摘要：提出了一种新型6-(P-2P-S)并联宏动平台，应用于染色体切割设备可实现微米级高精度定位，该宏动平台在初始正交位姿部分运动解耦，具有装配工艺性好和控制模型简单等特点。基于其结构布局特点，分析了该并联宏动平台的位置问题和运动传递性能，定义了速度传递性能评价指标，同时考虑其结构约束条件，分析了速度传递性能评价指标在姿态空间内的分布情况，为这种并联宏动平台的应用奠定了理论基础。
关键词：6-(P-2P-S)并联宏动平台;染色体切割设备;位置正反解;速度传递性能评价指标;姿态空间

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微流体数字化喷点技术基础实验研究
耿鑫,侯丽雅,章维一
2009, 17(8): 1902-1907.

摘要：微流体数字化喷点技术可对低粘度液体的单次喷射体积进行精确的控制，样点直径的变异系数小于8%。不同于现有的微喷点技术，微流体数字化喷点技术具有无热源、无可动件、无外部加压装置、结构简单的特点。本文针对不同粘度的低粘度液体和驱动参数进行了微喷点基础实验研究，并采用微流体数字化喷点技术制作了样点直径在100μm左右的中等密度的微阵列。
关键词：微流体微喷点微阵列

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一种空间相机偏流角间歇式实时调整方法
徐抒岩,于涛,韩诚山,李杨,王永成
2009, 17(8): 1908-1914.

摘要：摄像时对偏流角实时调整，可以减小空间相机因偏航角姿态变化对成像质量的影响，可以延长一次性连续摄像时间并可以使用较多的TDI积分级数进行摄像。首先，对偏流角实时调整的需求进行详细分析并给出实时调整策略；然后，介绍了偏流调整系统的构成及实时调整的工作原理；最后，提出一种间歇式实时调整方案并进行了实现。实验结果表明：摄像过程中偏流角偏差值可以调整在4.2′以内，调整后误差不大于72.17″，一次调整时间小于1s，偏流角调整过程中图像的MTF值为99.67％。提出的间歇式实时调整方法满足摄像过程中，偏流角实时、长时间调整对图像无本质影响的要求。
关键词：空间相机;偏流角;实时调整;像移补偿;MTF

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发布时间：2020-08-12
一种高性能电磁式微机械振动环陀螺
陈李,陈德勇,王军波,毋正伟,张明
2009, 17(8): 1915-1921.

摘要：模态匹配和高的品质因数是提高振动环陀螺性能的关键。设计制作了一种电磁式微机械振动环陀螺，采用了全对称的结构以实现模态匹配。通过理论推导建立了陀螺灵敏度和机械噪声的数学模型，分析了陀螺参数对灵敏度及分辨力的影响。采用（100）晶向的单晶硅及MEMS体硅标准工艺加工了陀螺样片，该工艺简单，无需键合。器件频响实验结果表明，所设计的振动环陀螺驱动模态和检测模态频差小于0.5Hz，大气压下品质因数约为500，在1Pa的低真空下达到14000。锁相放大器测试结果表明，在-200 ~200 o/s测量范围内，陀螺分辨力为0.05o/s，灵敏度为0.2uv/ o/s。测试结果表明该陀螺能够实现模态匹配和较高的品质因数，具有较高的性能指标。
关键词：电磁式陀螺;微机械陀螺;振动环

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一种DC～30 GHz并联接触式RF MEMS开关的设计与制造研究
侯智昊,刘泽文,李志坚
2009, 17(8): 1922-1927.

摘要：介绍了一种适用于DC～30 GHz频率应用的并联接触式RF MEMS开关的设计与制造研究。利用低应力电镀Au桥膜作为上电极，实现了接触电极之间的Au-Au接触。使用Borofloat™玻璃作为衬底，内置射频信号与驱动电极旁路的隔离电阻，并且通过对上电极桥膜与CPW间距的优化设计，使其具有很低的插入损耗。所设计制造的并联接触式RF MEMS开关的下拉电压为60 V，上下电极的接触电阻为0.1 Ω。插入损耗为-0.03 dB@1 GH，-0.13 dB@10 GHz和-0.19 dB@20 GHz，在DC～30 GHz的频率范围内，其插入损耗都小于-0.5 dB；其隔离度为-47 dB@1 GHz，-30 dB@10 GHz和-25 dB@20 GHz，并且，其隔离度在DC～30 GHz的频率范围内都大于-23 dB。所设计的并联接触式RF MEMS开关适合于DC～30 GHz的频率范围内的应用，是一种宽应用频率范围的RF MEMS开关。
关键词：微电子机械系统;RF MEMS开关;并联接触式

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发布时间：2020-08-12
复合式MEMS微夹持器研制
陈立国,刘柏旭,陈涛,孙立宁,邵兵
2009, 17(8): 1928-1934.

摘要：研制了一种针对亚毫米微小构件实施稳定夹取及可靠释放的微夹持器，应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与真空驱动集成构成复合式驱动，设计了微夹持器静电驱动控制系统以及真空控制系统。在80V的驱动电压下，微夹持器末端夹爪位移25μm。设计了两种尺寸的微夹持器，一种张合量为100µm～150µm，另一种为150µm～200µm。针对100～200µm的小球进行了微操作实验，实验结果证明静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定，基于闭环控制的正压气流能有效克服小球与夹爪之间的粘附力，实现了可靠的释放操作。
关键词：微操作;微夹持器;静电梳齿驱动;真空驱动

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基于DSP的空间相机像移速度计算的研究
孔德柱
2009, 17(8): 1935-1941.

摘要：为了精确匹配地物运动在空间相机像面产生的像移，实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量，航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法。首先，在原有像移速度计算模型的基础上选取了惯性坐标系，降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性。并通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值，避免了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值的过程。接着，将星下点的经度和纬度与FLASH地址有机的联系在一起，避免了访问高程数据时繁琐的查表过程。然后，通过分析像移速度残差对相机MTF的影响，评估了像移速度计算模型的可行性。最后，在TI的DSP上实现了像移速度计算的整个过程。分析及实验结果表明，像移速度计算残差为1.5‰，引起的相机MTF下降为1％，像移速度计算时间小于2ms。满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间的要求。
关键词：像移速度;MTF;DEM;WGS-84;DSP

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发布时间：2020-08-12
基于自由运动的刚性球棒的像机内外参数标定
张灵飞,陈刚,叶东,车仁生
2009, 17(8): 1942-1952.

摘要：制作一种两端及中间各安装一个红外反光标志球的刚性球棒，不需要其它复杂标定装置，只要将这种特制的刚性球棒在测量空间内多次随意移动并摄取其图像，即可实现双像机标定。标定算法首先假定主点位于像面中心附近的某个位置，通过Hartley改进八点法求出基本矩阵，继而求出半标定矩阵并对其奇异值分解，再线性地求出焦距。接着求出本质矩阵，奇异值分解后得到旋转矩阵和比例因子意义下的平移向量。利用三角法确定刚性球棒两端点的重建坐标和距离，与标准距离对比确定比例因子。通过评价函数将像机标定转换成寻找两像机最佳主点配对的非线性最小化问题。运用改进的模拟退火进化策略算法迭代优化求解出最佳主点配对，继而求解出像机其它内外参数。与传统方法相比，本文方法不需要对球棒的运动做任何限制，并且能够同时求解出像机内、外参数，改进的模拟退火进化策略算法改善了全局收敛性能并加快了收敛速度。
关键词：像机标定;球棒;自由运动;半标定矩阵;模拟退火进化策略

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单层带通FSS的带内传输损耗机理
梅东牧,吕明云,蒙志君,武哲
2009, 17(8): 1958-1963.

摘要：阐述了平面波在无限平面单层频率选择表面(FSS)中的带内损耗机理,区分失配损耗和介质损耗,基于模分析法研究了诸多因素对损耗特性的影响.介质有耗时,TE波大入射角下损耗最大;阵列分布或单元缝隙影响带宽的同时,介质损耗与带宽总是呈相反的趋势;单侧介质加载的带内传输损耗主要是由介质损耗还是带内反射所致取决于介质厚度,但任何厚度的介质覆盖均比衬底时的带内反射要小;对称加载时则主要为介质损耗,且低于单侧加载.
关键词：频率选择表面(FSS);传输特性;介质损耗;介质加载

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薄膜反射镜静电成形单电极控制
安源,齐迎春,孙小伟,金光
2009, 17(8): 1964-1970.

摘要：静电拉伸薄膜反射镜是近年来发展起来的一种新型技术，薄膜反射镜具有质量轻、柔韧性好、可折叠等优点，在航天领域具有广阔的应用前景。静电拉伸薄膜反射镜的原理为利用静电场上库仑力作用使薄膜产生面形变化，生成所需的反射曲面。由于薄膜变形力学，以及静电场理论的复杂性，目前薄膜成形及其面形控制的研究工作都还不完善。本文在薄膜反射镜成形控制机理研究的基础上，设计了单电极式薄膜反射镜的控制试验，详细计算了控制成形所需的主要参数，设计了薄膜反射镜的夹持结构和控制电路，并利用刀口仪测量了形成的反射面的焦距，试验结果表明在10000V的高压下可以行程焦距约为2.1m的反射镜面，面形的PV值达到11.14λ, RMS值为1.86λ，通过改善夹持结构和选取性能优良的薄膜材料控制面形精度可进一步提高。
关键词：薄膜反射镜;单电极控制;静电拉伸

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全柔性热膜微传感器阵列制造工艺及性能优化
赵建国
2009, 17(8): 1971-1977.

摘要：利用MEMS微加工技术，以镍作为热敏材料，在柔性衬底上制作出了全柔性热膜微传感器阵列，具有软性可弯、便于曲面贴附实现分布测量、高灵敏度的特点。结合制备工艺与性能测试，首次系统性分析掌握了氩气压强、衬底温度、溅射功率、退火温度等工艺参数对电阻温度系数的影响规律。通过优化工艺参数以提高柔性热膜微传感器的电阻温度系数，使其达到了4640 ppm/℃，并且保持了较好的线性度。
关键词：镍;柔性热膜;微传感器阵列;电阻温度系数;微加工

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风场环境下的飞行器参数计算平台
纪勇,厉明,贾宏光,陈娟,陈长青
2009, 17(8): 1978-1986.

摘要：飞行器参数计算平台是飞行器研制过程中的重要支撑技术之一，可以为飞行器的设计提供研究所需的飞行参数以及对分系统的设计方案进行验证。风是影响飞行器参数的关键因素之一。为了准确的计算出风场环境下的飞行器参数，对风场环境下飞行器参数计算平台的建立方法进行研究。首先，分析影响飞行参数的各个分系统，建立飞行器参数计算平台的理论框架。接着，对大气风场进行研究，分析其对飞行轨迹的影响。然后，在Simulink环境下进行建模，对于复杂的飞行力学运动方程组，采用C MEX S-function进行编程实现。最后，在统一接口参数的基础上，进行子模块的封装，并且将各分系统的子模块通过参数驱动进行连接，建立飞行器参数计算平台。通过对某型滑翔飞行器进行性能验证仿真实验，某型无控飞行器进行风场干扰仿真实验，证明平台计算稳定，最小计算步长可以达到1ms并且可以精确的模拟风场，计算风场环境下飞行器参数。最后通过某型无控飞行器仿真轨迹与外场飞行实验结果对比，结果表明：射程相对偏差为0.44%；最大高度相对偏差为1.8%。参照航天工业标准QJ 1997-90可以证明，该平台方案建模合理可靠，满足工程应用要求。
关键词：计算平台;Simulink;飞行参数;风场模型

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硅微陀螺仪器件级真空封装技术研究
施芹,苏岩,裘安萍,朱欣华
2009, 17(8): 1987-1992.

摘要：为进一步提高硅微陀螺仪的品质因数及其稳定性，研究了硅微陀螺仪器件级真空封装的高真空获取技术和真空保持技术。首先，以硅微陀螺仪动力学方程为基础，分析了硅微陀螺仪的误差信号与品质因数之间的关系，并采用稀薄气体动力学分析具有高品质因数陀螺仪的空气阻尼。根据早期真空封装陀螺仪的品质因数跟踪测试曲线，分析了品质因数下降原因。采用程序升温脱附职谱分析法（TPD-MS）分析陶瓷管壳和金属盖板的放气特性，并选用了合理的吸气剂。最后，改进了器件级真空封装流程。测试结果表明，采用改进的器件级真空封装的陀螺仪品质因数最高可达162660，约为早期真空封装陀螺仪品质因数的14倍，且在一年内的变化小于0.05%。
关键词：真空封装;真空保持度;吸气剂;硅微陀螺仪

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导引头伺服系统隔离度与测试方法研究
朱华征,范大鹏,马东玺,周晓尧
2009, 17(8): 1993-1998.

摘要：角扰动隔离是导引头的一个重要功能，通常用隔离度来评价导引头的扰动隔离性能。分析了导引头直接稳定和间接稳定的扰动隔离原理，建立了导引头的隔离度模型。通过分析导引头的稳定回路结构，提出了一种适用于导引头伺服系统调试阶段的，基于dSPACE半实物仿真系统的隔离度测试方法。该方法通过在稳定回路中施加干扰信号实现隔离度的快速测试，不需要使用飞行仿真转台模拟载体运动。与传统测试方法相比，该方法具有系统组成简单、测试速度快的特点。采用该方法对某红外成像导引头稳定回路进行了隔离度测试，测试结果接近于采用传统测试方法的测试结果。这表明使用该方法测量导引头或其他动载体光电平台的隔离度是可行的。
关键词：扰动隔离;隔离度;dSPACE;导引头

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掩模偏转方向对硅尖形状影响的研究
崔岩
2009, 17(8)

摘要：为制备高纵横比的纳米硅尖，研究了掩模的偏转方向对硅尖形状的影响。设计了硅尖制备的工艺流程，采用KOH溶液湿法各向异性腐蚀制备硅尖，将实验和{411}晶面模型相结合，分析了硅尖的成型机理，讨论了掩模偏转方向对硅尖形状的影响，得到制备高纵横比纳米硅尖的工艺参数。实验结果表明：硅尖侧壁是由与(100)面夹角为76.37°的{411}晶面组成；利用正方形掩模的偏转，可以制备出八面体和四面体的硅尖。当正方形掩模边缘沿<110>晶向时，在78℃、浓度40%的KOH溶液中腐蚀的硅尖，经980℃氧化削尖，可以得纵横比大于2的八面体纳米硅尖阵列。
关键词：硅尖;各向异性;氧化削尖;掩模

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信息科学

随机纹理图像色差检测算法研究
高春甫,贺新升
2009, 17(8): 1999-2003.

摘要：针对随机纹理图像在实际生产环境下的色差检测问题，在研究、分析国内外研究成果的基础上提出了基于CIELAB均匀颜色空间的色差检测算法。文中对算法进行了详细的描述。首先在HSV颜色空间下计算聚类数目，在CIELAB颜色空间下确定初始聚类中心，然后进行模糊C均值聚类，最后进行颜色特征的提取。以雨花石墙地砖为例，分别在光照、粉尘、振动三种典型干扰环境下进行了实验。实验结果表明本文提出的色差检测算法检测结果受粉尘，振动干扰影响较小，色差值小于1.5，认为无色差，而受光照干扰影响较大，色差值大于1.5，认为有色差。这一结果与人眼的视觉判断相一致。建议在实际应用中对光照条件、光源稳定性进行合理的控制。本算法对其它随机纹理产品的颜色检测也有实用价值。
关键词：特征提取;颜色空间;色差检测

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局部正交子空间投影高光谱图像异常检测算法
董超,赵慧洁,王维,李娜
2009, 17(8): 2004-2010.

摘要：正交子空间投影是一种监督分类算法，需要已知待分类目标的特征信息。为了扩展该算法的应用场合，提出局部正交子空间投影算法，并成功应用于高光谱图像异常检测。异常检测常用于自然背景下的人工目标提取，在小范围邻域内地物类型相对单一。基于此，以被检测点作为感兴趣目标、被检测点邻域内样本均值作为不感兴趣目标，构造局部投影算子。实验结果表明：能够检测出含量高于30％的亚像元目标；可通过适当增大滑动窗尺寸，检测像元面积较大的目标；不受Hughes效应影响；当波段数为80时，运算时间低于RX算法的十分之一。局部正交子空间投影算法检测精度高、运算速度快，适用于实时高光谱图像异常检测。

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基于线阵CCD的成像系统自校图形设计
王文华,何斌,任建岳
2009, 17(8): 2011-2016.

摘要：CCD成像系统组成复杂，为便于调试和检测系统接口可靠性，需要设计一系列自校图形，其作用相当于模拟CCD图像数据，因此应具有类似线阵CCD推扫成像的动态滚动特性，同时要求图形灰度等级变化明显，且在x和y方向上均有灰度梯度。自校图形种类繁多，本文详细阐述了鉴别率图的设计思想、代码实现及自校意义。设计选用FPGA硬件VHDL编程来实现，应用TEXTIO功能通过Modelsim门级仿真将自校图形数据输出到文本，然后调用MATLAB读取文本并显示图形以验证设计的正确性。几个自校图形在CCD遥感相机成像系统中得到应用，起到了良好的检测效果。
关键词：自校图形;线阵CCD;鉴别率图;TEXTIO;MATLAB

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CMOS图像传感器中卷帘式快门特性及其应用技术研究
刘智,柴华
2009, 17(8): 2017-2023.

摘要：为了研究CMOS图像传感器卷帘式快门的具体应用，结合具体的CMOS图像传感器进行研究。首先，本文介绍了卷帘式快门的特点和工作原理，对具有卷帘式快门的CMOS图像传感器成像特性进行了分析，并对采用卷帘式快门工作方式的CMOS图像传感器进行了成像实验研究。其次，本文还对一种利用卷帘式快门相机拍摄的单精度视图来计算高速物体在三维空间中的位移和速度的新方法进行了探讨，最后，提出了建立一个运动目标的透视投影模型，讨论了估计目标位姿和速度的方法。实验结果表明，具有卷帘式快门的CMOS图像传感器对运动物体成像时会产生一定程度的畸变，畸变的程度与积分时间等传感器参数的设置有关。经过实验可以在误差最小化的情况下得到运动物体的位姿和速度参数，经过计算误差在2.5%以内。对实验结果的分析已经证明了其可行性。这种计算方法能够使得低价格，低耗能的CMOS相机转化为一种新的速度传感器。
关键词：CMOS图像传感器卷帘式快门相机标定

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一种新的复值独立分量分析的特征融合识别方法
王大伟,纪华,王延杰
2009, 17(8): 2024-2032.

摘要：摘要：介绍了复值独立分量分析(Complex ICA)的基本原理和算法,并提出了基于复值独立分量分析的目标识别方法。该方法首先利用快速独立分量分析算法(FICA)对目标训练集图像进行ICA分解,然后分别提取基于独立分量的训练集和测试集目标特征,采用线性判据对训练集目标特征进行分类训练，找到合理的分类阈值，最后对测试集图像进行分类识别。本文的创新点在于把复数值独立分量分析的方法应用于多传感器融合的目标识别。实验结果表明,本文提出的方法是可行的，并能获得较高的目标识别准确率。
关键词：复数值独立分量分析;目标识别;多传感器图像融合;特征级融合

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基于信息融合的空中红外小目标识别
陈谋,姜长生
2009, 17(8): 2032-2040.

摘要：针对空中红外小目标很难识别且可信度低的特点，结合已有的识别算法，设计出一种新的小目标识别方法。将小目标的灰度、速度信息作为主要识别依据，并在此基础上加入轨迹信息作为补充依据。在利用灰度、速度信息后仍无法识别的情况下，将轨迹信息加入证据，进行非平等的D-S证据信息融合。仿真结果表明，新方法在不增加传感器数目的情况下将识别置信度平均提高了125%。
关键词：小目标识别;信息融合;D-S证据理论

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基于小波过零点位置不等长编码匹配的虹膜识别
苑玮琦,李平,柯丽
2009, 17(8): 2040-2046.

摘要：传统的Boles小波过零点方法在特征匹配步骤需将不等长编码化为等长，再使用等长编码进行匹配。但造成编码不等长的原因十分复杂，将不等长编码强行化为等长十分困难，导致识别效果受到影响。针对此问题，提出了一种基于小波过零点位置不等长编码匹配的虹膜识别方法。在小波变换第4－8分解级每级下分别计算出小波过零点的位置作为编码后，使用了一种移位匹配方法直接对不等长编码求取距离，即将待匹配的两样本数据每进行一次相对移位计算一次距离，最后取最小距离作为两样本距离。在包含800张图片的虹膜图库上进行了实验，识别率达到97.70％，与Boles的小波过零点方法相比识别率提高5.16％，一次完整的特征提取及匹配只需不到0.2秒。能够很好的满足虹膜识别系统对实时应用的速度及识别率要求。
关键词：生物特征;虹膜识别;小波变换;过零点;不等长编码

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发布时间：2020-08-12
CompactPCI板卡硬件设计与传输速率研究
张强,耿爱辉,曹立华
2009, 17(8): 2047-2052.

摘要：随着电子技术的发展，工控、医疗、电信等领域对数据传输速率、稳定性和通用性的要求日益增高，为适应其发展要求，许多新型工业总线应运而生。其中CompactPCI总线作为一种成熟的高速数据总线协议，结合了PCI总线电气性能和欧卡的机械封装，使得其在各个领域内的应用日渐广泛。本文简单介绍了CompactPCI总线特点、总线延时与通讯带宽的关系，并提出了一种利用双端口RAM实现PCI总线与本地端总线这两种不同协议、不同工作频率总线隔离的硬件结构，利用该方法可使硬件设计和驱动程序的编写大大简化，并将接口芯片与驱动程序封装成模块，有利于后续功能板卡的开发。同时还制作出实验板验证了该方法的可行性，实际测量了各种通讯方式的通讯速率，为不同应用场合提供不同驱动方案。
关键词：CompactPCI;双端口RAM;PCI局部总线

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发布时间：2020-08-12
无线传感网基于梯度的非均匀分簇算法研究
黄河清,沈杰,马奎,姚道远,刘海涛
2009, 17(8): 2053-2060.

摘要：为了缓解在无线传感网“多对一”的数据收集流量模式下，产生的近SINK的“热区”问题，提出一种基于梯度的非均匀分簇算法。首先，分析此种数据汇集模式的数据流量特性，给出节点至Sink跳数（梯度）与其负担的流量的关系，接着，从不同梯度的簇头负载与相同梯度的负载两方面着手，设计了负载平衡的非均匀分簇调整算法（WUC），节点依据自身的梯度确定分簇的规模，以多权值优化的方式成簇。仿真结果表明，在本文的仿真场景设置下，网络中不同梯度的簇头的流量负载标准差降低了9倍左右。网络的负载平衡有了显著的改善。
关键词：无线传感网；负载平衡；梯度；分簇

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发布时间：2020-08-12
胸部CT图像中孤立性肺结节良恶性快速分类
刘露,刘宛予,楚春雨,吴军,周洋,张红霞
2009, 17(8): 2060-2068.

摘要：目的：为突破医学影像诊断学依据医学征象进行定性诊断准确度不高的瓶颈，针对胸部CT图像中孤立性肺结节（SPN）定性诊断问题，寻求能够有效表示SPN病理特性的图像特征，实现快速准确地SPN良恶性计算机辅助诊断系统。方法：首先，采取交互式分割方法从胸部CT图像中提取出SPN；其次，直接计算SPN图像的多分辨率直方图得到768维空间信息特征样本集；然后，充分利用具有处理高维数据集优势的支持向量机（SVM）构造SPN良恶性分类器；最后，通过测试样本集对经训练后的SVM分类器进行测试以评价分类性能。结果：经214例病例实验结果表明：240个SPN图像的768维特征计算所用时间为4.83秒，SVM分类器训练测试所用时间为2.24秒，敏感性71.33%,特异性70%，准确度71.67%，接受者操作特性曲线(ROC)下面积(AUC) 0.7864。结论：该系统提取的高维图像空间信息特征能够有效表示SPN特性；没有考虑医学征象进行SPN定性诊断的准确度就达到了71.67%，同时分类速度比传统纹理算法提高了近50倍，为医学影像学解决SPN定性诊断问题提供了便捷、客观的辅助手段。
关键词：孤立性肺结节（SPN）;CT图像;良恶性;多分辨率直方图;支持向量机（SVM）

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发布时间：2020-08-12

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