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。     

盖革模式APD激光雷达探测性能与虚警抑制研究

对基于盖革模式APD(GM-APD)探测器的激光雷达的探测性能和虚警抑制方法进行了研究。从系统原理与探测时序出发,研究了长死时间、回波脉宽大于时间数字转换器(TDC)分辨时间情况下目标探测概率与虚警率分布,分析了回波强度、脉宽、噪声与回波位置对目标探测概率与虚警率的影响;利用双探测器结构的探测模型,研究了双探测器结构在提高系统探测性能中的作用。研究结果表明:回波越强,脉宽越窄,噪声越低,回波位置越靠前,目标探测概率越高,虚警率越低,系统探测性能越好;对于双探测器结构,与逻辑可很好地抑制虚警;或逻辑可提高目标探测概率;使用与逻辑和或逻辑相结合的双探测器结构,可以获得更高的目标探测概率和更低的虚警率。     

利用硅雪崩二极管检测激光脉冲信号

研究了用雪崩二极管 (SiAPD)检测激光脉冲回波信号的统计特性 ,分析了激光测距系统的探测概率、虚警概率和漏探测概率与系统参数及检测电路所设阈值的关系。阈值的选取对系统的探测性能有很大影响 ,对实际系统的计算表明 ,回波产生的初级光电子数和SiAPD的平均增益决定了阈值的选取区间。     

白天空间目标激光测距微弱信号探测方法

白天空间目标激光测距数据有助于提高空间目标定轨精度,在航天科研方面具有重要应用价值。白天天空背景较亮,激光测距回波信号一般很弱,从较强背景光中识别出微弱的空间目标激光回波信号十分困难。针对白天空间目标激光测距微弱信号探测技术难题,从白天天空背景噪声影响估算入手,计算了不同探测阈值情况下的测距虚警率,分析了白天激光测距距离门宽与探测阈值的关系,给出了白天对空间目标激光测距的回波信号探测阈值,提出了基于多光子探测器的白天激光测距微弱信号探测方法,并对其可行性进行了实验验证,该研究成果可应用于白天空间目标激光测距系统设计及新型激光测距系统发展研究等方面。     

宽波段低虚警率激光告警电路研究

为满足复杂电磁环境下的使用要求,克服强背景光干扰造成的高虚警率,设计了一种具有较强的抗电磁干扰能力和低虚警率的激光告警电路。分析了现有各种激光探测技术的特点和不足,有针对性的采用了模拟电路和数字电路相结合的方式,在模拟电路部分实现了探测激光波段的改进,在数字电路部分实现了虚警率的降低。范围采用灵敏度高、响应带宽宽的光电探测器作为来袭激光接收装置,可探测探测器响应频带内不同波段的来袭激光信号。基于可编程逻辑控制器件(CPLD)的逻辑驱动控制电路能按程序给定的规则判别来袭激光信号的脉冲宽度,排除干扰光信号造成的误判,降低虚警率。测试结果表明,该电路的放大电路增益G=30,信噪比为20dB,探测距离≤5km,探测波长范围为850～1 700nm,虚警率≤5%。     

星载激光测高仪系统接收滤波器的带宽优化设计

星载激光测高仪(SLA)接收滤波器带宽(RFB)直接决定系统的使用性能。根据星载激光测高仪的工作原理,建立了激光测高仪回波信号及输出信噪比(SNR)的简化模型,并推导了测距误差、探测概率和虚警概率的数学表达式。在探测概率和虚警概率满足阈值要求的前提下,提出了一种以测距误差最小化为依据的滤波器带宽优化设计方法。以MOLA-2星载激光测高仪系统为例,仿真计算出不同目标倾角对应的滤波器带宽值及其测距误差的分布规律。结果表明,在0°～40°目标倾角范围,滤波器带宽优化设计值比传统方法设计的结果要大,其差异达到0.7～58.7MHz,而对应的测距误差要小于传统方法解算的数值,其差异为0.2～16.2m。受测量对象多样性和复杂性的限制,无法使每个探测目标对应一个滤波器,则采用多个通道的滤波器分段式地对优化的测距误差分布曲线进行拟合,以获取到每个通道的滤波器带宽及对应的探测目标倾角范围。滤波器带宽优化设计方法为其实际制造提供了一种更为优越和可行的方案。     

激光主动探测系统中APD的探测性能分析

根据“猫眼”目标和漫反射目标的回波能量公式及高斯概率分布,推导了APD用于“猫眼”目标探测的虚警概率和探测概率公式,以此为基础,通过数值分析的方法研究了“猫眼”目标离焦量、探测距离对APD信噪比的影响;仿真了阈噪比对APD虚警概率的影响曲线,选定了合适的阈噪比。在选定阈噪比的基础上,分析了不同探测阈值下APD的探测性能,同时研究了离焦量、激光发散角对探测概率的影响。结果表明：APD的信噪比和探测概率随离焦量和探测距离的增大而减小,压缩激光发散角可提高APD探测概率,对不同距离上的目标进行探测时选择不同的探测阈值可有效提高APD探测性能。     

一种基于宽带低噪声THS4012运放的激光测高仪前置放大电路设计与实现

激光测高仪依靠回波信号包含的信息来反演地面目标的物理特性,因此必须保持回波信号的保真度和高信噪比.通过选择合适的探测器、设计与探测器匹配的放大电路、设计可以最大信噪比提取信号并保持滤波信号波形的滤波器来达到系统指标.讨论了激光测高仪前置放大电路的设计原则,分析了测高系统中对放大器选择的要求.实验表明,所设计的前置放大电路可以有效地满足设计要求.     

星载激光测高仪海洋表面回波计算的理论模型

不同地表目标的模拟回波波形对测高仪系统参数设计具有重要意义,而海洋回波参数在Tsai之后很少被研究。根据菲涅耳衍射理论、海洋表面镜面反射性质以及海洋表面波高和斜率的统计规律,推导出与Tsai结果不同的近天顶方向入射时星载海洋测高仪探测器输出的回波解析表达式和回波总光子数;并用该推导结果建立了适用于激光测高仪亚毫弧度量级发散角的回波解析式。将模拟波形与地球科学激光测高系统(GLAS)真实海洋回波做对比,其能量、脉宽、振幅和形状都非常接近,误差均小于6%;分析得出海洋测高仪回波与测高系统参数和海平面上方平均风速有关,以GLAS参数为例,在风速大于12m/s的条件下将很难收到有效海洋回波。该结论对海洋激光测高仪的系统设计参数及海平面上方风速的反演提供了重要的理论依据。     

利用双Gamma大气闪烁模型分析激光告警探测概率

针对激光告警系统属于小孔径、远距离弱信号和高探测概率探测的特点,分析和研究了大气湍流造成的激光信号的闪烁影响模型,探讨了大气闪烁效应对激光告警探测概率的影响规律.结合激光告警探测器的信号探测原理和探测器噪声分析,基于Andrews双随机起伏调制理论推导了适用于中、强大气闪烁双Gamma模型的激光信号大气传输和信号探测理论模型.根据仿真计算和结果分析指出,激光告警系统的探测概率不但是与探测器功率信噪比、探测器噪声、环境背景噪声和系统功率阈值等因素密切相关的综合函数,而且大气路径的闪烁效应也对激光告警系统的探测概率有明显影响.     

光电导探测器的响应时间与微变等效电路

为了研究光电导探测器对高频光信号的响应特性,分析了光电导探测器响应时间的物理机理,应用解析方法推导出了它的响应时间表达式及其适用条件,建立了光电导探测器的微变等效电路模型,测试了CdSe光电导探测器在不同外接负载电阻条件下的响应时间参数。实验表明:在照度小于103lx范围内,CdSe光电导探测器的响应时间平均值为5.4ms,与外接负载电阻的阻值无关。研究表明:线性光电导探测器的响应时间由半导体材料内部的微观结构决定;探测器可等效为恒流源和光电阻的并联;外接输出电路时,其总的响应时间与探测器的响应时间和光电检测电路的时间常数两个参数有关,一般应用中可近似取为探测器的响应时间。     

Improved maximum-likelihood detection and estimation of Bernoulli - Gaussian processes (Corresp.)

When a wavelet to be estimated is not spiky, then a single most likely replacement (SMLR) detector, which is used to detect randomly located impulsive events that have Gaussian-distributed amplitudes, may split a large spike into two smaller ones and may also detect some spikes at wrong locations, although these locations are very close to their true ones. Presented here are two new detection algorithms, namely a single-spike-shift (SSS) detector and an SSS-SMLR detector both of which help correct the SMLR detector's spike-splitting and shifting problem.     

热释电型非制冷焦平面热像仪调制斩波器的分析——斩波器与信号读出模式

对阿基米德斩波器及其工作状态进行了模拟，分析了探测器像元的曝光时间、曝光顺序、信号读出及其对后续信号均匀性处理的影响．结果表明：探测器曝光的非均匀性与信号读出模式直接影响后续信号的均匀性处理，阿基米德螺旋线的参数、探测器几何尺寸、斩波器与探测器的相对位置等均影响探测器的曝光顺序和电荷均匀性．在热成像系统总体设计以及电子处理系统设计时，必须综合考虑斩波器各参数的影响。     

量子响应高温超导薄膜红外探测器

基于超导探测器具有量子响应的实验论据，用量子理论导出高温超导薄膜探测器的，表明超导探测器的正比于超导薄膜长厚比的平方根，而与宽度无关。因此，采用超导薄膜（减小厚度），同时将薄膜光刻成弯曲线条或蛇形，增加其长度，将获得高Ｄ＊值的超导探测器。这是具有量子响应的超导探测器的重要结论。它为超导红外探测器的研制、设计提供了重要的理论依据。     

A residual intersymbol interference error bound for truncated-state Viterbi detectors

The Viterbi algorithm has been proposed for the symbol-by-symbol detection of discrete pulse amplitude modulated signals transmitted over noisy time-dispersive channels. The resulting detector has considerable complexity, requiring the storage of2^{m}state variables for binary signaling. A truncated-state detector assumes the channel memorymis much less than it really is and as such neglects some of the channel's intersymbol interference. An upper bound is prescribed for the detector's bit error probability due to this neglected interference in the case of binary signaling. This interference degrades the detector's performance in the same functional manner that intersymbol interference degrades the performance of the standard quantizing detector. This degradation can be considerably reduced for troublesome channels by optimally choosing the state variables for truncated-state detection.     

GaAs光电导探测器的双束质子改性

介绍了未改性的砷化镓光电导探测器以及经过两束不同能量的质子改性后的砷化镓探测器对X射线的响应,并对它们的输出波形与经过电子改性后的探测器的输出波形进行了比较,结果表明,经过双束质子辐照后的探测器的性能有较大的改善,双束质子改性较电子改性后的探测器有较好的性能.     

热释电红外探测器综合性能参数的测试

在分析了热释电探测器对阶跃辐射响应的理论之后，提出了一种红外探测器综合性能参数自动测试系统，并对热释电红外探测器的响应率、响应时间、平衡度进行了测试，得到探测器对于特定光源辐射的线性区间和饱和区间，为正确使用探测器提供了实验基础。     

X射线线阵探测器校正与滤波

针对X射线线阵探测器像素响应不均而造成X射线图像产生竖条纹,以及由探测器本身和外界产生噪声干扰的问题,提出了一种新型的校正与滤波模型,解决了传统校正方法因忽略噪声影响而使得校正完成后数据波动较大的问题。结合X射线特性及X射线线阵探测器的成像原理,分析了像素响应不均时的输出特性及噪声,建立了改进的两点校正算法与基于偏微分方程的半隐式差分滤波模型。实验证明,分辨率为19 216的X射线线阵探测器在经过该模型校正后,有效地解决了像素响应不均的问题,抑制了噪声的影响,在位深为16 bit的情况下,平均均方误差低于五个灰度级,提高了X射线图像检测的质量。     

热释电型非制冷焦平面热像仪调制斩波器的分析——斩波器的曝光效率

对阿基米德螺旋线调制斩波器的曝光效率进行了理论分析和数值模拟，得到斩波器曝光效率对后续信号处理的影响．曝光效率直接影响后续探测器单元的曝光时间及入射辐射信号，与探测器信号读出时刻共同影响探测器有效积累电荷的均匀性；同时应在斩波器中增加调制同步定位点，可使热像仪适宜不同曝光效率的斩波器．在热成像系统设计以及电子处理系统设计时，必须综合考虑斩波器曝光效率的影响．     

具有自适应校正功能的红外成像系统设计

针对红外焦平面阵列（IRFPA）响应随温度及时间漂移的特点,及红外成像系统兼备测量和监视的要求, 设计了一种能够对环境自适应的长波非制冷红外成像系统。系统采用FPGA 单处理器架构,实现系统控制和图像处理等功能,简化了系统架构,降低了功耗。采用ADN8830 进行控温,使探测器工作在最佳工作温度点,保证了探测器的成像性能。提出了基于黑体快门的非均匀性校正技术,实现了红外图像的实时校正,并有效补偿了外部环境的影响。视频输出采用模拟和数字双输出方式,模拟视频输出为图像增强后输出,便于人眼观察,数字输出为12 bit 量化原始输出,可用于测量,系统可同时满足监视和测量的要求。试验结果表明,系统具有成像质量良好、环境适应性强、功耗低等特点。