数字激光告警系统探测接收前端设计

探测接收前端是激光告警系统的关键部件,针对数字激光告警系统设计激光脉冲探测接收前端.采用宽带、高增益、低噪声的跨导放大方式实现了对最小来袭激光脉冲产生的10 nA,10 ms的微弱窄脉冲电流的放大,采用放大器饱和方式实现信号的整形,把来袭激光脉冲转换、放大成数字系统能处理的数字脉冲,脉冲宽度代表作用能量大小.前端最小可检测来袭激光信号能量达1μW,动态范围达100 dB.该宽带低噪声跨导放大电路很好地处理了电容对窄脉冲的影响,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案.该设计结构简单、成本低廉、易于维护,不仅可用于激光来袭探测,还可用于激光安防系统等.     

基于激光对抗系统的战场应急激光通信技术研究

战场应急通信系统是保证战场指挥及信息畅通的重要手段.针对现代战争中激光干扰、激光告警等激光对抗手段大量应用的现状,采用脉冲间隔调制解调处理技术,将激光干扰光源复用为通信激光,将激光告警系统复用为通信接收端,在保证激光对抗系统原功能的基础上,拓展系统的战场应急通信能力,并提升当前应急通信系统的抗干扰能力.最后,通过仿真和实验验证等方式,表明该方法的有效性.     

基于DSP的光栅衍射型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是一种可对来袭激光性能参数进行实时探测的光电对抗设备。基于光栅衍射效应以及DSP 信号采集及处理系统,设计并实现了激光告警系统,可对激光的波长、方位进行探测、告警。对激光告警系统的硬件和软件的设计与实现进行了研究,建立了入射激光波长以及方位的数学模型,推导了激光波长以及方位角与激光衍射点的数学表达式,并对激光告警系统进行了实验研究。实验结果表明:该系统能有效探测来袭激光波长及其方位,可测波长范围为500~1 100 nm,方位角为13,波长最大偏差10 nm,方位角最大误差1。     

多功能激光告警信号处理技术研究

与传统激光告警设备相比,多功能激光告警设备的信号类型及通道数量大幅增加,信号处理的复杂度增加。为了实现多功能激光告警设备的信号处理功能,对主要信号特征进行了阐述,提出了抗干扰处理、信号通道识别等信号处理技术。通过硬件及软件算法设计,该技术能够满足多功能激光告警设备的技术要求,对工程实践具有重要指导意义。     

基于DSP的光栅衍射型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是一种可对来袭激光性能参数进行实时探测的光电对抗设备。基于光栅衍射效应以及DSP信号采集及处理系统,设计并实现了激光告警系统,可对激光的波长、方位进行探测、告警。对激光告警系统的硬件和软件的设计与实现进行了研究,建立了入射激光波长以及方位的数学模型,推导了激光波长以及方位角与激光衍射点的数学表达式,并对激光告警系统进行了实验研究。实验结果表明:该系统能有效探测来袭激光波长及其方位,可测波长范围为500~1 100 nm,方位角为±13°,波长最大偏差10 nm,方位角最大误差1°。     

卫星激光威胁告警技术

激光威胁告警是一种用于截获、测量、识别、定向敌方激光威胁信号并实时告警的光电侦察技术,是光电对抗技术的重要组成部分。激光威胁告警器能够快速、可靠地识别激光威胁信号,确定威胁源特性和精确方位,判明威胁等级,并迅速产生告警信号,使光学载荷或卫星有足够的时间采取相应的防御措施,保护系统免受激光的致命攻击。本文对卫星激光威胁告警技术进行了探讨,提出了一种基于位置敏感探测器(PSD)的激光威胁方位探测方法。研究结果表明,这种体制的告警技术对于脉宽50 ns以上的激光脉冲,可在±1°范围内,获得优于1 mrad方位分辨力;而且可以通过光学镜头设计,扩大接收视场,满足卫星光学载荷或卫星平台的告警视场需求。     

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.     

光栅衍射激光告警接收机的探测性能分析

灵敏度和信噪比是激光告警接收机两个重要的性能指标,它们直接影响系统的探测性能和抑制噪声的能力.根据信号统计检测理论,提出了一种计算光栅衍射型激光告警接收机灵敏度和信噪比的方法.首先,对激光信号和系统的内、外噪声进行了系统分析.然后,基于阈值探测理论和奈曼一皮尔逊准则,通过引入探测概率因子和虚警概率因子,求解出以激光信号电流为变量的方程,得到了灵敏度和信噪比的一般表达式.最后,结合该方法利用自行研制的基于正弦光栅衍射型激光告警接收机的实际参数对探测灵敏度和信噪比进行了数值模拟和实验验证,得到0.532 μm激光入射时的探测灵敏度计算值为1.95 mW/cm2,实验值为2.55 mW/cm2.不同入射波长之间的信噪比差异较小,表明该分析方法可以对激光告警接收机的信噪比进行评估.     

激光威胁源方向识别技术

针对二极管阵列激光告警系统,介绍了激光告警天线的窗口布局,分析了水平及俯仰方向的激光方位识别原理,建立了激光威胁信号的方向识别模型.利用水平方向识别模型对某典型设备展开分析,深入开展了增大探测窗口视场对告警系统方位分辨精度影响的研究,为激光告警设备水平方向的识别提出了一种新的设计方案.通过对比分析得出结论:该方法在保持...     

光纤延迟线长度编码优化设计

在光纤延迟测向激光告警系统中，光纤延迟线是用来连接光学接收系统和光电转换系统的．起到传输光、延迟光、对光信号进行编码的作用。由于光纤延迟线的长度不同，光学窗口接收到的激光脉冲产生不同的时间延迟．从而实现激光方位信息到时间信息的转变。光纤延迟线的长度对激光告警器的体积、光学损耗、虚警率等因素有着直接的影响，在此利用激光脉冲的相关特性，通过最优化理论对光纤延迟线进行排列组合．提出了光纤延迟线长度编码的优化设计方法，通过对相关理论的分析与计算．得到了一个全向矩阵的排列方式，从而得出了相应的排列原则。按照该原则对光纤延迟线进行排列组合，从理论上得到了最优的光纤延迟线总长度值，为激光测向告警器的优化设计提供了重要的理论依据。     

热障涂层脱粘缺陷脉冲压缩激光红外热成像检测

针对热障涂层热导率低,激光红外热成像检测效果不佳等问题,本文提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法用于热障涂层系统脱粘缺陷的检测。该方法利用频率或周期调制脉冲串激光热源,再通过信号处理将接收到的时域信号压缩成有效峰值高的窄脉冲信号,从而有效增强检测信号的信噪比。首先,建立热障涂层多层结构脉冲压缩激光红外检测有限元数值计算模型,模拟了周期调制脉冲串激光激励下结构内部热流的传播过程以及内部缺陷对温度场分布的影响,研究了不同激励参数对于温度场分布的影响。模拟结果表明,单调递减型且热激励时间为2s左右的脉冲激励形式能获得最佳的检测效果。其次,通过脉冲压缩技术对数据信号进行后处理,得到了更能反映缺陷信息的温度场分布图。最后,通过实验验证了基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法对热障涂层脱粘缺陷检测的有效性,实验结果表明,该方法在一定程度上提高了缺陷检测的灵敏度与信噪比。     

基于信号发生卡的激光编码技术研究

针对目前主要的激光制导信号编码方式,研究基于通用信号发生卡产生特定编码的实现方法。通过研究编码的特点,设计激光编码控制程序,成功实现了精确频率码、脉冲调制码和任意时间码三种主要编码方式的产生。最后,设计了激光编码测试试验,通过激光编码控制程序以外触发方式对激光脉冲进行调制,使目标激光器按照要求输出了特定编码的激光信号。结果表明,本方法产生的激光编码波形稳定,性能优良,可应用性较强。该技术已成功应用到激光制导半实物仿真试验系统中。     

应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率

脉冲相干测风激光雷达距离门内的回波具有中频高、频带宽、采样点稀疏等特点。采用传统的信号处理方法, 雷达频谱分辨率很难提高。在研究无线电雷达信号频谱细化技术的基础上, 采用Zoom FFT 频谱细化结合数字滤波器组的方法, 通过仿真研究验证了该方法对提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率具有良好效果。文章介绍了Zoom FFT 算法和数字滤波器组的原理,对模拟低频和高频信号进行了仿真,并且利用真实风场数据进行了验证,充分证明了该算法对于提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率的有效性。     

基于FPGA的激光定距系统信号处理方案设计

激光近程定距系统根据系统的不同作战环境和需求,应采用相应适合的作用体制．本文介绍了脉冲激光测距机定距体制的基本原理,并分析了该体制的作用要求和测量误差．在此基础上提出了基于FPGA的激光定距系统信号处理电路的设计方案以及功能仿真和硬件电路的实现。     

一种基于脉冲压缩的漏缆传感器定位新方法

漏缆传感器的入侵探测定位系统已广泛应用于国防设施、银行、监狱等重要区域,为提高这种系统的定位精度,提出了一种基于脉冲压缩的漏缆传感器探测定位新方法。该方法将巴克码调制的二进制相移键控信号引入系统作为发射信号,并对接收信号进行滤波相减、相干解调、抽样判决和自相关运算等一系列信号处理,以获得含有入侵位置信息的特征信号。应用MATLAB 和电磁仿真软件CST 对该系统进行了协同仿真分析,并搭建了实验系统进行测试。仿真结果与实测结果吻合良好,验证了新方法探测定位的有效性。新方法的定位精度约为0.9 m,优于目前已报道的同类探测定位系统的定位精度。     

单光子测距系统仿真及精度分析

单光子探测器和时间相关单光子计数技术（TCSPC）被广泛运用于脉冲式激光测距及三维成像系统中。分析影响探测精度的因素有助于提高测距系统的性能。为此,建立了基于TCSPC单光子测距系统的理论模型,讨论分析了影响测距系统测量精度的因素,主要包括激光脉冲强度和回波信号统计波形的脉宽,其中后者由激光脉宽和探测器的时间抖动决定。并且利用蒙特卡洛法对测距系统的探测过程进行仿真,得到了上述因素对测量精度的具体影响情况。最后搭建了单光子测距的实验室实验系统,经过实验在10 m处的测量精度达到4 mm,对相同参数下的仿真结果进行了验证。     

低信噪比下机载平台多脉冲激光测距机目标回波降噪算法

针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

脉冲雷达通用信号处理机LabVIEW实现

为了更形象地演示脉冲雷达通用信号处理流程和精确测试相关性能,介绍了基于虚拟仪器LabVIEW的雷达通用信号处理机仿真测试系统,演示测试脉冲体制雷达系统的通用信号处理算法,包括脉冲压缩PC频域脉压、动目标显示MTI、动目标检测MTD、多普勒通道、恒虚警CFAR等。仿真系统在教学和工程实践中具有实用价值。     

用于采集交通数据的激光扫描器技术研究

针对交通数据采集应用,设计了一种符合一级激光安全等级的中短距离、高速、高精度脉冲激光扫描器(Laser Scanner)。为了解决激光扫描器的快速、高精度测距问题,提出了一种数字化全波形脉冲检波方法。该方法通过脉冲波形前沿拟合判定激光脉冲的达到时刻,以模拟数字转换器(Analog to Digital Converter, ADC)的采样时钟作为计数器,对回波延时进行计算;再根据回波信号的强度对测距结果进行补偿修正,显著减小了测距幅相误差。扫描器的信号处理基于高速ADC和FPGA实现。测试结果显示,激光扫描器的测距频率达到50000点/s,单点测距精度为±4 cm,能够满足车型自动分类、交通流量调查和客流密度检测等系统的数据采集需求。