基于光子脉冲的外差探测高精度测距系统

设计了光子脉冲外差探测系统的系统结构,利用光子脉冲外差原理与光子探测统计理论,建立了基于光子脉冲外差探测系统的测距精度理论模型。根据方波近似条件和光子脉冲外差探测系统的典型参数,研究了噪声和温度参数对测距精度的影响。仿真实验表明,该系统可以实现高精度的测距。     

光子计数技术在激光脉冲探测中的应用

无扫描激光大光场照明时目标处的光强甚弱,通常需要加大激光器的功率和提高探测器的灵敏度.从探测技术角度探讨提高系统探测灵敏度的技术途径,即将光子计数技术应用于激光脉冲探测系统.光子计数探测的动态范围为10-16:10-11 W,回波以离散光子流的形式照射在探测器的光敏面上.当接收系统检测模超过20时,光电子统计近似服从泊松分布规律.对于典型的激光脉冲探测系统,采用最大似然方法估算出探测阈值,并估算出平均探测时间.例如,对10-11W回波,估算的积累时间为0.2 ms.针对脉冲探测情况,采用时间门选通多点采样的数据采集方法和多脉冲预积累相关处理算法.采样周期与激光脉冲宽度相等,时间门宽稍小于激光重复周期.根据探测误差概率的需要,采用Monte Carlo算法估算出探测积累的脉冲数和相关计算的参数.初步估算探测时间至少在10ms量级.     

基于热释电红外传感器探测距离影响因素的研究

为提高热释电红外传感器对目标(行人)的探测距离,对被动式红外传感器探测系统和红外信号进行了研究.由于热释电红外传感器的信号与目标(行人)的感知部位、环境与目标温度差值、透镜的面积和区段数量有关,设计了一种测试红外传感器探测系统感知距离的试验方法.实验结果表明,在考虑了影响探测距离的几个因素后,改进后的红外探测系统探测距离由原来的10m提高到40m,红外信号探测良好.试验方法和结果对其他同类型探测系统的研究有一定的指导和借鉴意义.     

Vernier阳极探测器及其电子读出电路的设计

介绍基于一维游标阳极的紫外单光子计数成像探测系统及其信号预处理电路的原理,重点设计和制作了一维游标阳极探测器的前端电子读出电路,用以探测脉宽100~200 ms,电荷量为1~20 pc的脉冲。通过使用自己实验室搭建的单光子计数成像系统对电子读出电路进行了测试。测试结果表明,电子读出电路能够满足探测系统的成像要求,并在实验中利用电路对掩膜板成像,成功获得了灰度图像。     

基于日盲紫外成像探测器的光子计数算法研究

为了完成对日盲紫外电晕信号的定量分析,本文设计了基于时间域的弥散圆斑光子计数算法来对成像系统所采集的图像进行量化分析.首先阐述了单光子探测的原理以及光子计数原理;然后设计了基于日盲紫外ICMOS的成像探测系统,为了满足荧光屏的余晖响应,优化了CMOS驱动,使得帧频可达390 fps;然后通过分析传统的连通域光子计数算法...     

水下激光探测系统隐蔽性分析

根据水下激光探测系统的光源特性、探测原理和应用背景,分析了可能对激光水下探测系统形成威胁的探测手段及其探测能力.采用Monte Carlo方法对激光水下探测系统的隐蔽性问题进行了计算和仿真研究,结果表明:降低探测光单脉冲能量、选择有一定环境照度的天气条件、加大水下激光探测系统载具的使用深度等手段可以极大地提高水下激光探测系统的隐蔽性与安全性.通过分析得到了不同的探测手段对激光水下探测系统的威胁程度,同时从理论上提出了针对不同探测手段的激光水下探测系统的安全应用深度.     

一种高超音速目标回波快速捕获方案的设计与测试

工作于UHF/VHF频段的双基地雷达探测系统可作为高超音速临近空间目标探测的重要手段之一,为了解决探测系统快速发现与跟踪目标的实时性问题,提出一种基于GPU的临近空间高速高动态目标回波信号的快速捕获方法,给出了捕获方案的设计过程、软件设计思路和原理框图,并选择具有代表性参数的信号,在实际平台上进行测试并给出测试结果,验证了该设计方案的可行性。     

凝视激光探测系统的探测灵敏度测试方法

为了研究凝视激光探测系统的探测灵敏度指标性能,针对凝视激光探测系统的凝视成像特性及探测面元接收激光能量会随视场角的变化而改变的特点,从实验室现有测试条件出发,设计了一套关于其探测灵敏度的室内间接测试方法。分析了测试过程中各环节应注意的问题,给出了相应解决方法,对搭建的模拟激光探测系统在不同的方位角下进行了激光发射、探测实验测试,得出7个不同方位角的探测灵敏度结果,其中,中心视场角探测灵敏度为0.259nJ/cm2,相对误差在3.4%～4.2%范围内,得出该系统最小可探测能量随视场角增大而增大的规律,并定性分析了测试误差。结果表明,该设计方法实际可行,误差精度可以达到规程要求,为进一步研究设计高精度的灵敏度测试系统提供了有益参考。     

基于面阵探测系统的扫描成像信息获取方式研究

为了实现对目标进行高信噪比、高时间分辨率的探测,近年来数字时间延迟积分技术(TDI)逐步应用于面阵探测系统。结合自行研制的CMOS探测器,搭建测试平台,对面阵探测系统的扫描成像方式进行深入研究。重点针对数字时间延迟积分技术(TDI)对面阵探测系统信噪比提高的分析,结合试验研究系统信噪比提高倍数与数字TDI级数M的关系,并对探测系统时间分辨率与数字TDI级数M的关系进行讨论。引入数字TDI及多帧叠加两种图像信息获取方式的对比,分别对特定目标获取图像的噪声特性及非均匀性对比分析。     

机场跑道异物检测系统研究

为了解决机场跑道上的异物对飞机安全造成的极大威胁,在研究了国外现有的跑道异物检测技术的基础上,提出了易于实现的组合式毫米波探测系统及机场布局方法,分析了地杂波对跑道异物检测的影响,采用高距离与方位分辨探测技术实现对地面杂波的抑制,提出了超宽带毫米波线性调频探测单元的构成方法并对高分辨测距的基本原理和实现算法进行了理论分析.针对探测单元以及环境杂波的分布模型进行了仿真研究,仿真结果表明组合式毫米波探测系统对小目标具有较好的分辨能力.     

全天时单光子激光雷达技术进展与系统评价

单光子激光雷达(又称光子计数激光雷达)具有单光子量级的探测灵敏度,相比于传统的线性探测激光雷达,能够获得更远的探测距离,已经成为激光雷达探测技术的前沿和发展趋势。然而,极高的探测灵敏度也使单光子激光雷达在探测中极易受到背景噪声光子的干扰,这在很大程度上降低了其在白天工作的性能,也极大地限制了其适用范围。文中从单光子激光雷达的探测原理出发,简要回顾了其技术发展,分析了全天时工作对单光子激光雷达探测系统的需求,在此基础上,采用一种新型的光谱滤波技术,极大地提升了单光子激光雷达在白天的探测性能。同时,还提出了一种普适性的评价模型,能够极为直观地对各种激光雷达系统的探测性能进行评价。     

基于SiC APD的日盲紫外单光子计数读出电路设计与应用

针对宽禁带半导体SiC APD紫外单光子探测器,本文提出了一种1×8线阵型单光子计数读出电路.根据光强条件并通过合适的时序控制,可选取固定门控或互补门控探测方式,实现宽动态范围紫外光子信号的探测计数.读出电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺制备,测试结果表明,读出电路具备单光子探测功能,性能与仿真分析预期结果吻合.最终,借助微动系统二维转台完成对日盲紫外单波长光子的探测与成像,实现对多个独立紫外光源的准确区分与目标定位.     

基于SPM的光子探测技术

光子探测技术是弱光探测领域的热点,介绍了SPM(硅光电倍增管阵列)探测器件的工作原理、基本结构、性能特点,为了验证SPM探测器的光子探测性能以及光子分辨能力,利用高速跨导放大器设计了SPM光子探测电路,并进行了光子探测实验研究。根据实验结果可以得出结论,SPM探测器具有较好的光子分辨特性。     

Thermal radiation effect in near infrared single photon detector

<正>Aminiaturized near infrared single photon detector is demonstrated by integrating a thermoelectric cooler(TEC), a thermistor, and a planar type In Ga As/In P separate absorption, charge and multiplication structure single photon avalanche diode into a butterfly case. The performance of the device at different temperatures is tested. It can achieve 20.3% single photon detection efficiency and 1.38 k Hz dark count rate when the chip is cooled to 223 K. The test results show that even when...     

硅单光子探测器研制及其在高精度星地时间比对中应用（特邀）

高精密时频比对是实现全社会信息化系统高精度的时空一致性和时频稳定性的关键技术,为国民经济发展的关键领域提供统一的时间保障。硅单光子探测器凭借其高探测效率、低噪声、低时间抖动、易于集成等优势,成为高精度星地时间比对系统中的关键核心芯片。文中分析了硅单光子探测器探测效率、暗计数和时间抖动之间的相互制约关系,在深入分析硅单光子探测器的最新研究进展的基础上,有效地攻克了探测效率和时间抖动之间的相互制约矛盾,研制出光敏面直径为200 μm、室温下探测效率达50%、时间抖动仅为46 ps的硅单光子探测器芯片,最后简单介绍了该芯片在星地时间比对中的应用效果。     

碲镉汞雪崩光电二极管近年研究及应用进展

碲镉汞雪崩光电二极管(HgCdTe APD)因其具有高增益、高带宽、高量子效率、低噪声的优良性能,在主动/被动成像、激光雷达、波前传感和光子计数等低光子探测领域有着广阔的应用前景,国外研究机构在该领域采用不同的技术路线进行了深入研究.本文阐述了APD原理及结构,重点对近年来国外相关研究进展及应用情况进行了介绍,并对国内...     

量子增强星载光子计数激光雷达阈值检测性能

星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理,建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能达到最小检测信噪比的光子,并根据光量子统计规律重构信噪比检测公式,接收端的最小可检测信噪比相对经典光强检测方案进一步降低。同时分析了新型量子阈值检测方案的检测概率与虚警概率,数值仿真的结果表明,基于光子数可分辨探测的量子阈值检测方案的信噪比在少光子到达的条件下优于经典光强检测方案,且利用量子压缩态发射源可进一步增强量子阈值的检测性能。最后,进行了星载光子数可分辨激光雷达测高的仿真实验,结果表明在少量返回光子信号情形下的量子阈值检测方案的性能获得了显著增益。     

基于MPPC阵列的三维单光子成像技术研究

三维成像技术在自动驾驶、航空任务、军事领域等都有着广泛的应用,不同技术体制的成像系统有不同的优点,其中基于多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter, MPPC)的三维成像技术由于其成像速度快、对极弱光敏感等优势具有广阔的发展潜力。然而,由于MPPC阵列发展不成熟,基于MPPC阵列的弱光三维成像探测水平受到限制。利用日本滨松公司研发的具有32×32规模的MPPC阵列S15013系列二维光子计数图像传感器,开发了一套三维成像系统,传感器的每个像素由12个单光子雪崩二极管并联而成,其总探测像素达到1 K以上。基于该系统,分析了阈值电压、镜头光阑等参数条件对三维成像探测结果的影响,对系统探测灵敏度和精度进行了测试,并针对37 m远模拟目标开展了三维成像探测试验。试验结果表明:在回波光子数约1.98 (光子/像素)的暗弱条件下,目标区域测距精度达到0.268 m,三维结构特征明显,达到了接近单光子成像的探测水平。     

论红外探测系统作用距离的比较分析

作用距离是一个描述红外探测系统整体性能的系统级参数。根据有关基本概念,给出了波段光子数平均值的计算方法,讨论了光子数与作用距离的关系,分析了光子数量纲与辐出度量纲之间的联系。探讨了点源目标和扩展源目标作用距离和设计中的有关问题。描述了噪声等效温差以及最小可分辨温差与作用距离的关系。研讨了作用距离的比较问题。指出了系统参数选择例如光学系统F/#、直径和探测器张角等对于作用距离的影响。叙述了对红外探测系统作用距离的理解和体会。     

High sensitivity optical detection method based on photon RF oscillator

Based on the research of optical coherent detection in complex background, a new type of laser superheterodyne detection method was proposed, which based on a photon radio frequency technology. Firstly a system by photon RF oscillation mechanism and mathematical model was constructed. The principle of constructing the system was deduced and analyzed. The correctness of the method was verified by theoretical simulation and experiment. Compared with the traditional technology, the proposed method can improve the sensitivity of optical detection by several orders of magnitude, and can effectively suppress the influence of background dispersion spectrum on target information detection.