激光偏振技术压缩激光雷达信号动态范围

为了解决激光雷达信号的大动态范围引起远距离弱信号的失真问题,采用通过压缩信号的动态范围的方法,设计了一个利用电压调制系统透过率进而压缩激光雷达信号动态范围的方案。计算表明,系统最小透过率为4.05×10-5,可以压缩信号的动态范围达到4个数量级。利用激光雷达后向散射信号的两个方向偏振光,避免了时控光衰减器只透过一个方向偏振光的弊端。研究结果为压缩激光雷达信号动态范围提供了有价值的新方法。     

一种基于重叠因子的同轴警戒激光雷达动态范围压缩方法EI北大核心CSCD

针对警戒激光雷达近场信号过饱和与雨、雾等天气形成的近距离虚假信号造成“虚警”或“漏警”的问题,研究了一种基于重叠因子的同轴警戒激光雷达动态范围压缩方法。由经典激光雷达方程以及同轴遮挡和激光光斑能量分布的概率密度函数,建立了激光雷达方程修正模型;针对商用警戒激光雷达进行了响应曲线测试,并与基于激光雷达方程修正模型仿真的响应曲线进行对比分析,验证模型的有效性;仿真分析了发射透镜半径、光阑半径、激光发散角、接收透镜焦距四个参数对响应曲线的影响,结果表明:光阑半径是影响响应曲线的最主要因素,增大光阑半径可以显著压缩近场信号,进而压缩响应曲线的动态范围。论文建立的激光雷达方程修正模型对激光雷达初始设计具有重要指导意义及广泛的应用前景。     

模拟与光子计数融合的激光雷达信号采集系统设计

为了扩展激光雷达的测量动态范围,设计了一种基于模拟与光子计数融合方法的信号采集系统。采用多级放大技术设计了用于模拟与光子计数融合方法的双通道前置放大器,并与通用数据采集卡和光子计数卡组成信号采集系统。利用激光雷达信号模拟源搭建了测试系统;通过测量坪特性和脉冲高度分布确定光电倍增管(PMT)的工作高压和鉴别电平;测试了模拟通道和光子计数通道的性能以及两个通道的可拼接性。实验结果表明,设计的信号采集系统性能优于LICEL公司的瞬态记录仪TR20-160;两个通道的信号具有较好的拼接性,通过两个信号的拼接提高了激光雷达信号采集系统的动态范围。     

大动态范围激光雷达时刻鉴别电路设计

在激光雷达系统中,受限于被测目标距离及反射特性的变化,回波信号的峰值动态范围大,导致由恒比定时鉴别电路确定的回波到达时刻波动较大,产生的行走误差影响了系统的测距精度和测量范围。设计了一种带自适应增益控制的恒比定时鉴别电路,基于回波信号水平快速自动调节放大电路的增益,可适应较大动态范围下的目标测量。实验结果表明,采用自动增益与恒比鉴别电路相结合的方法设计的激光雷达时刻鉴别电路,可以基于回波信号水平在25ns的时间范围内实现放大电路增益的自适应调节;当输入信号上升时间为3ns、电压动态范围为29dB时,利用增益的自动控制可以将回波信号的动态范围降低至9dB,将回波时刻鉴别误差控制在0.42ns内,有效减小了测距系统的行走误差。     

白天天空背景光变化特性的理论计算与实验测量

通过理论推导得到了竖直方向上白天天空背景光光强计算公式。根据激光雷达30km处的瑞利数据反演了30km以下的大气透过率,利用反演出的大气透过率和推导的背景光计算公式,计算了天空背景光的白天变化,与实测数据符合较好。同时也说明了白天用FADOT窄带激光雷达探测有限距离大气透过率的可行性。     

测风激光雷达鉴频器的性能研究

F-P标准具作为测风激光雷达Rayleigh通道的鉴频器,其性能决定了测风精度和测风激光雷达的性能,F-P标准具通过将频率变化转化为能量变化来进行鉴频,不同频率的回波信号具有不同的透过率,但标准具的透过率受到诸多因素的影响,文章从Airy曲线出发,研究了不同因素对标准具透过率的影响,峰值透过率随不同因素的变化规律和变化速率,为测风激光雷达的仿真、设计和研究仪器测量误差提供参数依据。     

转动喇曼雷达双光栅单色仪透过率函数的算法

双光栅单色仪的透过率函数对转动喇曼激光雷达回波信号的模拟计算、温度反演灵敏度的分析、温度反演公式的选择等具有重要作用。为了研究双光栅单色仪透过率函数的算法,采用一个变量把衍射光斑占出射光纤横截面积的比表示出来,然后利用光斑与光纤横截面是相离、相交还是相切的关系给出了透过率函数,对532nm的双光栅单色仪的透过率函数进行了理论分析与实验研究。结果表明,532nm双光栅单色仪的透过率曲线的中心波长分别为529.0nm,530.3nm,533.8nm和535.1nm,带宽为0.48nm,模拟的回波信号与实测回波信号基本重合,双光栅单色仪透过率函数的计算方法是正确的。     

瑞利测风激光雷达接收机校准

介绍了直接探测瑞利测风激光雷达工作及风速反演的原理,说明了激光雷达接收机的内部结构及工作情况。为修正雷达接收机中分光片分束比、单光子计数器探测率等参数与设计值的偏差所导致的风速测量误差,提出了随光强变化比较两信号通道的计数值的接收机校准方案。实验测得了校准系数随信号通道信号强度的变化关系。在弱光下该系统两信号通道性能差异小于25%。在当前系统的标准具透过率条件和对称的风场扫描合成方式下,接收机校准只对系统透过率曲线和径向风速的测量有较大影响,对合成风场没有影响。     

RML探测大气气溶胶波长指数的不确定分析

为了提高喇曼-米散射激光雷达探测大气气溶胶波长指数的精确度,利用不确定度传递公式对其不确定性进行了详细的理论分析,并结合喇曼-米散射激光雷达在合肥西郊的实际探测例子进行了实验研究,计算了信号、大气透过率比值和散射比参考值的相对不确定度,在高度6km以下信号相对不确定度一般小于30%,透过率比的相对不确定度一般小于4%,散射比参考值相对不确定度大小则由参考值与实际值差异而定.结果表明,适当增大激光脉冲能量和延长信号采集累计时间、准确标定散射比参考值可有效减小喇曼-米散射激光雷达探测大气气溶胶波长指数的不确定性.     

大动态范围高精度激光透射率测量系统

透射率在光学领域中有着重要的用途,为了精确 的测量物体的透过率,本文基于自 相关检测原理设计了一套大动态范围高精度激光透射率测量系统,在分析噪声的基础上,计 算了最小可探测光功率,确定了测量的动态范围;同时分析计算了系统信噪比改善程度,最 终实现高精度测量。本文以635nm半导体激光器为光源,使用光电二极管为探测器,采用锁 相放大器对微弱探测信号的提取和对干扰信号的抑制,搭接了测量系统,通过分析计算得到 待测样品的透过率,并通过改变信号调制频率和锁相放大器的时间常数来观察其对信噪比影 响,最终选择调制信号频率在1000 Hz,锁相放大器时间常数为30ms 的情况下测量,实验表明 ,系统可测量透射率的范围为0.000%~100%,测量误差范围为1%。 对于其它波长或其它微弱信号构成的测量系统的动态范围和精度的分析具有借鉴意义。