布尔混沌调制激光雷达水下目标成像实验研究

在激光雷达的水下目标探测中,浑浊水体中悬浮颗粒对激光的吸收和散射作用,使得激光在水中的传输严重衰减。尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没信号回波。载波调制技术可以有效抑制后向散射,提高目标回波信号的信噪比。文章将布尔混沌信号作为载波调制信号,基于其内禀高频强度调制特性,构建了布尔混沌调制激光雷达水下成像系统,并在实验室水箱环境下,对衰减系数不同的浑浊水体中的目标物体进行了三维成像实验研究,对比了不同水质中的目标物体三维成像效果。     

一种新型的抗干扰高精度混沌激光雷达

提出并研究了一种新型的具有天然抗干扰能力的,高精度混沌激光雷达.此激光雷达基于光反馈半导体激光器的连续波混沌激光的相关特性探测目标距离.数值分析了混沌状态和相关时间对混沌激光δ线型相关曲线特性的影响,表明高维、频谱平滑的混沌激光是理想的雷达光信号.实验验证了基于光反馈半导体激光器的混沌激光雷达测距及其高抗干扰能力,并获得了与测量距离无关且优于9 cm的测量分辨率.     

混沌脉冲激光雷达水下目标探测

海水对光波的吸收和散射,严重制约了激光雷达水下目标探测的性能。通过对激光在海水传输过程中产生后向散射的定量分析,说明了激光回波信号被海水后向散射影响的严重性。分析比较了距离选通技术和强度调制技术抑制海水后向散射的能力,提出了使用自身具有高频强度调制特性的混沌脉冲激光进行水下目标探测,设计了基于相关法测距的混沌脉冲激光雷达水下目标探测方案。通过对后向散射光以及带有不同后向散射强度的回波信号光的时域和频域特性的研究,使用互相关噪声水平算法判定混沌脉冲激光雷达抑制海水后向散射的能力。理论仿真分析表明,当后向散射光强度是混沌脉冲激光强度36倍时,仍能提取出目标信号。     

集群像素激光三维成像雷达能量利用效率分析与研究

激光三维成像雷达技术在近十几年得到了飞速发展,各种新激光雷达体制在新技术的刺激下也日渐成熟.集群像素激光三维成像雷达技术是新型体制的典型代表,其具有用少量探测器就能实现大规模像素阵列探测的能力,并且在相同能量条件下能获取到更高信噪比的回波信号.研究了集群像素激光三维成像雷达的雷达方程,分析了发射系统与接收系统能量利用效...     

正弦调制的布尔混沌生命探测雷达

提出了一种正弦调制的布尔混沌雷达,该雷达采用正弦波调制的宽带布尔混沌信号作为发射信号,基于混沌相关技术和迈克尔逊干涉原理,可同时实现墙后人体定位和生命信号探测。实验结果表明,穿透20 cm厚的砖墙,人体定位的距离向分辨率和动态范围分别为15 cm和50 dB,呼吸、心跳测量的动态范围分别为50 dB和10 dB。此外,电磁仿真研究了该雷达二维空间定位的抗干扰性能,结果表明其对噪声、线性调频信号和布尔混沌信号具有良好的抗干扰性。     

基于LabVIEW平台的高分辨率混沌导波雷达 实现周界入侵探测

提出将混沌相关探测方法与泄漏电缆导波雷达技术相结合,设计实现了一种基于LabVIEW平台的混沌导波雷达样机,用于实现安全防护区域的高分辨率非法入侵探测。该雷达采用宽带布尔混沌信号作为探测信号,利用稀疏编织型泄漏电缆实现混沌信号的发射与接收。基于LabVIEW平台实现雷达系统控制,包括控制数据采集卡采集参考信号与回波信号,对两路信号进行相关计算得到相关曲线,以及对比入侵前后的相关曲线从而确定入侵者沿泄漏电缆的入侵距离。实验结果表明,该雷达不仅可以实时监测入侵过程,还可同时定位多个入侵者,距离分辨率可以达到50ｃｍ,优于现有导波雷达米量级的分辨率,测量的动态范围可以达到35ｄＢ。因此,混沌导波雷达可以为安全防护区域的非法入侵探测提供一种高分辨率、大动态范围的新方法。     

条纹管激光成像雷达水下探测成像研究进展

条纹管激光成像雷达是一种新型的闪光式激光雷达,具有大视场、高分辨率及高探测灵敏度等特性.可直接给出目标的四维像(三维几何距离像+一维强度像),是目前激光水下三维成像的主要技术之一.自主研制了一套单狭缝条纹管激光成像雷达,可实现对远距离目标成像和系统集成.在水质较浑浊的黄海海域,利用此雷迭首先完成了若干水下目标探测实验,获得不同深度及不同表面材质的目标条纹像,最大探测深度为5 m;其次完成了海表面波成像实验,获得重构后的海表面波四维像,可清晰辨别海面粗糙度及波高变化.实验结果表明:条纹管激光成像雷达在水下探测、避障及海洋波谱分析等方面有较好的应用前景.     

激光关联成像雷达研究进展与展望

激光关联成像雷达是一种在凝视探测的条件下通过主动调控光场涨落和单像素探测器接收目标回波信号获取目标信息的计算成像技术,在远距离目标识别、三维成像、要地防御等领域有着重要应用前景,成为近年来的一个研究热点。简述了基于窄脉冲直接探测体制和基于长脉冲外差探测体制的两种激光关联成像雷达的基本原理和特点,并介绍了其近期取得的主要研究进展。进而围绕远距离、高分辨、高速运动目标探测与识别应用,对激光关联成像雷达所需解决的关键问题和发展趋势进行了探讨和展望。     

逆合成孔径成像激光雷达微多普勒特征分析

逆合成孔径成像激光雷达是一种结合将激光信号和逆合成孔径原理相结合的新体制雷达,能实现对运动目标的超高分辨成像,为提取目标的精细微动特征提供了新的途径。研究了基于逆合成孔径成像激光雷达的目标振动微多普勒特征,分析了目标运动时激光信号的高载频和大带宽对目标微多普勒特征的影响,并通过仿真实验对基于逆合成孔径成像激光雷达的目标微多普勒特征和基于微波波段逆合成孔径雷达的目标微多普勒特征进行了比较,证明了逆合成孔径成像激光雷达能够提供足够的分辨率来分析微小目标微动部件带来的多普勒效应。     

EBCCD在凝视测距成像激光雷达中的应用

微光成像器件在微弱光信号下仍具有较高的探测能力和优良的成像质量.介绍了EBCCD在激光主动照明测距成像中的新用途.介绍了基于FM、CW测距原理的凝视测距成像激光雷达的基本原理,和系统基本结构.这种体制激光成像雷达要求微光探测器必须能够实现短波红外微光探测和自混频解调距离信息的双重功能.在对自混频解调实现数学模型简单分析的基础上,讨论了通过调制微光探测器响应度,实现外差混频解调的方法.     

基于InGaAs单光子探测器的线阵扫描激光雷达及其光子信号处理技术研究

随着探测体系的发展,基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注,有效降低了系统对激光功率的需求,广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求,基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统,对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析,配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点,并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法,将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比,单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm,探测器线阵规模可达到128元,激光重频为20 kHz,可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像,作用距离>3 km。经过成像算法处理,该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像,成像目标清晰。     

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

窄带干涉滤波器与YAG调Q倍频激光器的匹配

在机载激光探测海底地貌系统中,窄带干涉滤光片与YAG调Q倍频激光器中心波长的匹配非常重要。介绍了一种滤波器与中心波长匹配的方法。利用这种方法,得到了机载激光测深的实验结果。     

新型多普勒成像激光雷达原理设计与仿真

采用相干多普勒测量手段获取目标面型变化信息具有明显的优势。基于激光多普勒效应,设计一套多普勒成像激光雷达实验系统,同时引入APFFT全相位测相处理思路对外差信号进行时频分析,抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,获取高测量精度信号时频曲线。在MATLAB软件simulink交互式仿真集成环境中进行过程仿真,证明其可以实现对扫描空间高分辨率、高精度的成像。实验结果表明:该系统能够较好还原被测目标表面特性,为激光雷达实现对目标高分辨率与高灵敏度成像提出新的解决思路。     

脉冲调制激光雷达水下成像系统

针对水下目标探测应用场景,给出了相应的532 nm波长激光雷达系统参数,结合条纹管激光雷达和载波调制激光雷达的优点,设计研制了一套水下三维成像增程激光雷达原理样机。相对于常见的微波调制激光产生高频脉冲的方案,该原理样机采取调Q技术压缩激光脉冲,再结合F-P腔的特性产生高频激光脉冲,具有峰值功率高和输出能量高的优点。实验结果表明,该原理样机在清水环境中成像距离优于20 m,能够捕捉到13 m处直径9 mm的目标细节;在浊水环境中的信号处理增程能力达到81.4%,相对距离分辨误差为0.01 m。所获得的实验结果为进一步提升水下激光雷达的成像距离和分辨率进而发展水下成像装备奠定了基础。     

小波变换与匹配滤波耦合的激光雷达弱信号处理

远距离激光雷达回波信号弱,干扰强,处理比较困难。距离越远,得到的有用信号就越弱。为了提高激光雷达检测距离,对弱信号进行数字信号处理就显得很重要。采用一般方法常将干扰信号判断成有用信号,从而影响了激光雷达的工作能力。夺文采用小波变换和匹配滤波耦合的方法对激光雷达弱信号进行处理,既能从强噪声中提取有用信号,又能有效的去掉强干扰信号。采用一台TEA—CO2激光器进行实验,当采样速率达到200MHz时,对于信噪比大于1．2的含噪信号能有效地去掉噪声和强干扰信号,在保持原信号特征的情况下,准确地提取出有效的弱信号。这就有效地提高了激光雷达的工作能力。     

互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用

在微光成像中,距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言,可以通过对目标切片成像,获得不同选通距离的目标图像,进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言,在切片成像的同时,目标的空间位置会发生变化,因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准,而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统,提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置,然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像,并在保证一定的三维精度基础上,逐渐减少激光图像的像幅数,最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比,实验结果表明,互信息配准算法能够有效配准激光图像,互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法,最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像,大大降低了对运动目标三维成像的难度。