资源三号(02)星载高精度激光测距技术的实现

研究了基于FPGA的数字大量程高精度测距信息处理技术,应用于国内首台对地高程测量星载激光测距仪,并于国内首次实现星载激光测距仪测距精度达到优于1m@(平坦地形)的测距水平。     

激光测高仪中APD探测器的接收性能分析

提出了一种激光测高仪光电探测器的接收性能分析算法,对APD探测器接收特性进行分析。该算法使用近似分布函数来模拟APD的输出,推导出虚警率与阈值门限和倍增因子三者之间的函数关系,找出虚警率、阈值和增益之间的最佳结合点。实验结果表明：根据该方法设计的激光测高仪APD接收电路,使得探测概率有很大提高,探测器信噪比达到最大值。     

空间激光遥感技术研究

通过与地面应用激光雷达的对比分析了空间激光遥感系统的工作特点。根据测距方程,对影响空间激光遥感系统回波功率的外部因素进行讨论。分析了回波探测系统的设计要素,对激光遥感系统探测概率与信噪比间关系进行讨论,并针对雪崩光电二极管（APD）的最佳工作点控制技术和雪崩高压稳定控制技术进行了深入分析,同时根据最佳线性滤波器匹配设计理论给出了接收通道带宽与增益的理论设计结果。     

基于宽带接收的星载信号处理技术

分析了卫星有效载荷信号处理需求,提出了基于宽带接收的星载信号处理技术流程,针对星载硬件资源有限和需要实现对重点信号搜索匹配的要求,同时考虑到宽带接收时接收灵敏度较差等问题,给出了适于星载实现的多信号分离、低信噪比下调制识别和辐射源细微特征提取方法,通过仿真验证了算法的有效性.     

基于后向喇曼散射测温系统APD最佳雪崩增益分析

本文对基于后向Raman散射分布式光纤测温系统中APD的最佳雪崩增益Mopt进行了分析。文中系统讨论了APD雪崩增益和入射光功率、APD的工作温度和APD的偏置电压等的关系。提出了一套温度控制加偏压调节保持最佳雪崩增益的方法,并给出了偏压调节方程式。最后,针对系统提出了系统APD最佳雪崩增益的概念,给出了具体计算方法。实验结果证明分析是合理、正确的。     

星载成像光谱仪星上实时数据压缩的研究

针对星载成像光谱仪的地物信息获取模式，运用最佳线性预测压缩技术，并配合霍夫曼（Ｈｕｆｆｍａｎ）高效编码方法，达到对星载成像光谱仪谱、像综合数据进行严格保存信息压缩的目的。给出星载成像光谱仪星上实时数据压缩技术方案的基本原理、系统实现以及相应的实验结果与结论。     

APD最佳偏压温度补偿的实现方法

本文在对APD最佳雪崩增益分析的基础上,研究了最佳偏压和温度的关系并给出了温度偏压补偿的具体实现电路。     

光纤喇曼测温系统中APD增益稳定的研究

分布式光纤测温系统采用APD雪崩光电二极管作为接收器件,它的稳定性对后级的信号处理及系统主要技术指标起着决定性的影响.APD的增益受温度波动影响较大.对APD增益进行了分析,针对分布式光纤测温系统中喇曼光信号极微弱和强噪声的特点,设计了一温控系统和一反馈偏压补偿系统.实验证明温控温度波动小于0.1℃,测试输出电压波动小于0.5 mV,完全满足分布式光纤测温系统对APD增益稳定的高要求.     

高分辨率星载滑动聚束SAR成像方法研究

滑动聚束SAR可以在高分辨率成像和大面积成像中做出很好的权衡,为将其应用于星载SAR成像中,本文对星载滑动聚束SAR成像中的关键技术进行了研究,研究了星载成像几何参数、卫星等效速度的获取方法以及解模糊方法。为解决子图像的拼接问题,本文选择了BP成像算法,对其成像机理进行了深入研究,对BP算法应用于星载滑动聚束SAR模式时的流程进行了详细设计,按照该流程可避免图像拼接过程而直接连续出图,最后用仿真实验对该方法进行了验证。     

星载激光遥感林业应用发展研究

林业测量调查是星载激光遥感的重要应用方向。迄今为止,国外发展了多台套的星载激光载荷已经用于林业遥感。国内资源三号（02）星搭载的激光测距仪实验载荷实现了我国星载激光对地观测的突破,即将发射的陆地生态系统碳监测卫星多波束激光雷达也将在林业遥感中取得重要应用。ICESAT-1/GLAS系统全波形数据成功用于全球林地垂直结构调查,ICESAT-2/ATLAS系统以光子探测的方式获取林地点云调查数据,星载激光遥感林业应用从实验、演示验证、进入实用阶段。这期间多型星载激光雷达经过了技术体制的选择、参数的优化,器件技术和处理技术的突破。本文综述了主要在轨服务林业遥感的星载激光雷达的配置和数据应用,研究了星载激光雷达林业遥感的探测机制、技术体制、应用现状、适用范围等,分析总结了各类星载激光雷达林业应用技术特点、发展演化趋势,提出星载激光雷达载荷研制应根据任务应用需求、科学和工程目标,充分发挥激光技术长项,与其他载荷手段优化配置,扬长补短,展望了星载激光雷达林业遥感技术和应用的发展趋势、研究热点及其应用拓展。     

Optimal design of APD biasing circuit

This paper proposes a control method for avalanche photodiode(APD) reverse bias with temperature compensation and load resistance compensation. The influence of background light and load resistance on APD detection circuit is analyzed in detail. A theoretical model of temperature compensation and load resistance compensation is established,which is used for APD biasing circuit designing. It is predicted that this control method is especially suitable for LD laser range finder used on vehicles. Experimental results confirm that the design proposed in this paper can considerablely improve the performance of range finder.     

机载脉冲式激光测距机接收电路的设计

采用硅雪崩管作为光电传感器,将光背景噪声或被测目标漫反射激光转变为微弱电压脉冲,经过两级低噪声可变增益放大器AD603放大后,信号变为幅度较大的电压脉冲,由可编程逻辑器件处理器在单位时间内收集脉冲个数,通过D/A转换电路驱动高压模块改变APD的偏压,最终设计出机载脉冲式激光测距机灵敏度高的闭环负反馈微弱激光接收电路     

采用制冷型雪崩管激光测距接收电路设计

为进一步提高机载光电探测设备的激光测距能力,设计了基于制冷型雪崩管探测器激光接收电路。根据制冷型雪崩管探测器的特性,控制输出最佳的TEC制冷功率,降低探测器工作温度,使探测器稳定工作在最佳状态,从而减小探测器噪声电压,提高系统的探测灵敏度。实验结果表明:入射光功率在80 W加45.6 dB衰减时,探测器制冷前后对比,其探测虚警率从8.57%下降到0.49%。该探测电路应用于新型机载光电探测系统中,将极大提高其远程测距能力。     

用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计

雪崩光电二极管（APD）作为探测元件实现光电转换广泛应用于激光脉冲探测技术中。前置放大器是影响APD激光脉冲探测系统好坏的关键因素,前置放大器的信噪比决定了整个探测系统的信噪比优劣。提出了电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统以提高探测距离和探测精度的方法。讨论了激光脉冲探测技术和APD特性,在此基础上设计了以结型场效应管和集成运放为主要器件的低噪声电荷灵敏前置放大器电路并对设计电路进行了实验分析。实验结果表明：将电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统可以有效提高系统的信噪比,改善激光探测性能。     

基于TMS320F2812的测距机电路系统的设计与实现

在传统的激光测距机中,激光发射部分的电源、温控、束散角控制,接收部分的控制、计数、接口等功能,分别采用独立的电路来完成,这使得测距机电路系统和接口关系复杂,也不利于设备的小型化设计。本方案使用TMS320F2812单芯片来实现激光测距机的电子学系统。利用该芯片运行速度快、处理能力强的特性完成测距、温控、控制等功能,并加入各种算法进行数据处理,可有效扩展和提高激光测距机的功能和性能。     

大功率半导体激光器高精度温控系统研究

为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响,设计了由恒流模块驱动半导体制冷器,通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量,利用分段积分的比例-积分-微分控制算法,选择最优控制参量,实现大功率半导体激光器的精密温控系统。系统包括高精度测温电路、控制核心DSP F28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块。在5℃~26℃环境下对系统进行测试,实现50W大功率半导体激光器的恒温控制,温控范围为15℃~45℃,温控精度达到0.02℃。结果表明,该系统温控范围广,控制精度高,满足大功率半导体激光器的温控要求。     

用于光纤测量的1310nm/1550nm半导体激光驱动电源

为了实现光纤的精确快速测量, 设计了一种高稳定功率连续可调的1310nm/1550nm半导体激光驱动电源。该电源采用电流串联负反馈技术组成精密恒流源驱动半导体激光二极管,恒温控制电路驱动半导体制冷器,从而保证了激光器输出功率的稳定。控制器局域网络总线电路实现激光源的功率连续可调及激光的选择,通过变速积分PID控制算法消除了积分饱和,加速系统温度的稳定。采用激光保护和软启动电路,实现半导体激光器可靠稳定运行。结果表明,半导体激光器工作在室温25℃时,温度稳定性达0.01℃,激光长期输出功率稳定度达0.018dB。相对于传统的1310nm/1550nm半导体激光光源,该光源稳定性高、稳定速度快、体积小,方便光纤在线测量。     

脉冲激光测距接收电路的设计

从脉冲激光测距的特点出发,结合APD工作条件,以及回波信号特征,设计了一种脉冲激光测距接收电路。该电路采用两级放大电路,其中前置放大电路具有自动增益控制功能,有效地解决了因测量距离的远近不同而导致回波信号幅度变化大的问题,为后续电路的信号处理提供了条件。     

非合作目标脉冲相位式激光测距仪的测程研究

对于非合作目标的中程距离测量, 从测距范围、测量精度、速度和可靠性的折衷方面来讲, 脉冲相位式激光测距法优于常规的脉冲法测距和连续波相位法测距。在脉冲相位式激光测距中提出采用连续发射的正弦调制脉冲信号提高发射激光的峰值功率以提高测程, 但发射激光的平均功率被保持很低保证了发射激光对人眼的安全。同时根据硅雪崩光电二极管(Si-APD)噪声谱密度理论, 设计了具有温度补偿和反馈电阻噪声补偿的激光测距仪前放接收模块, 详细分析了背景光, 反向高压和反馈电阻对于Si-APD接收性能的影响。实验表明：根据该方法设计的前放接收模块使测距仪接收系统获得最大信噪比, APD工作在最佳倍增状态,从而提高测距仪的探测灵敏度和最大测程。