面阵激光雷达多通道时间间隔测量系统研制

为解决APD面阵激光雷达多路激光飞行时间测量这一关键技术,研制了多通道高精度并行时间间隔测量系统。系统硬件由研制的4个基本测量单元和1个数据打包单元组成,系统软件采用事件驱动模式编程,利用循环FIFO和中断技术实现与上位机数据通信。被研发的测时系统应用于5×5光纤阵列耦合APD面阵激光雷达试验后,面阵激光雷达所有25个通道最大的距离标准偏差为4.22 cm,测距偏差为-6.41 cm~10.58 cm,达到面阵激光雷达测距精度要求。     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

一种宽频带自跟踪馈源的设计

针对一种高性能宽频带自跟踪馈源的使用需求, 提出了由8路天线单元合成双圆极化和差波束的新型设计思路.介绍了这种天线实现圆极化和差波束的馈电原理, 应用仿真软件Ansoft HFSS对8单元阵列进行了仿真设计, 给出了仿真方向图, 分析了8路馈电信号幅度和相位误差对设计的影响.结果表明, 该馈源在一定幅度相位误差范围内, 实现了1~12 GHz频带范围内单脉冲跟踪, 且具有良好的性能.     

阵列信号频分复用毫米波传输技术

介绍了一种阵列信号频分复用毫米波传输技术.采用分组二次上变频频谱装配频分复用和解复用技术,实现多路阵列信号在一条宽带毫米波链路上进行双向传输.通过设计控制和幅相校正技术保证了阵列信号分量间的良好幅相一致性.完成了30路阵列信号传输设备研制并进行了测试,结果证明了技术方案的可行性.该技术可以应用到多路阵列信号的毫米波传输...     

量热阵列式激光束能量分布测量系统研制

为了实现对高能密度激光束分布的测量,提出了高占空比蜂窝阵列结合分立隔热式能量探头的设计思想,研制出了一种耐激光辐照能力强、测量稳定的激光参数测量系统,该系统主要由蜂窝状阵列板、多路量热探头、多通道高速数据采集单元和相应数据处理软件组成.测量系统空间占空比为62%,光强分布测量不均匀性优于5%,测量动态范围达600倍,总能量测量不确定度优于8.5%.量热阵列测量系统的研制成功解决了大面积、大动态范围激光柬总能量和光强分布绝对测量的技术难题,为激光束能量绝对分布测量提供了一种有效的手段.     

基于叉丝阵列的准分子激光MOPA系统多路光束自动准直

为了实现激光在放大器多程放大及靶面高指向精度,介绍了高效准分子激光系统多路光束自动准直技术的研究工作。提出利用双叉丝阵列像传递光路,分别在输入光路和输出光路上设置叉丝阵列作为近远场基准,解决了光路中无天然准直基准及多路并行准直等问题。搭建了预放大器II的三路双程激光自动准直系统,验证了该方法的可行性,并利用成像系统和反馈控制结构实现了自动准直系统的联调实验。     

基于光纤自适应操控的激光相控阵技术研究进展(特邀)

当前,基于多光束相干合成的激光相控阵技术面临着实际湍流环境下远距离传输的应用需求和挑战,需同时校正系统内部光源噪声和外部动态湍流像差,并解决远距离传输光延迟和系统规模增大导致的有效带宽急剧下降的问题。现有的技术手段如目标在回路技术和延迟SPGD算法无法应对湍流带来的动态倾斜像差,而这一点对在远场目标处获得高质量相干合成光束至关重要。文中介绍了中国科学院光电技术研究所在多孔径激光传输控制技术上的最新研究进展,新技术实现了对光纤阵列激光出射光束倾斜像差的并行和高效校正,并提出了基于主动波前测量的光纤激光阵列外部像差预补偿校正的方法,为光纤激光相控阵技术的实际大气传输应用打下基础。     

分布式阵列雷达基线位置和相位误差的卫星标校方法

在采用相位干涉测角的分布式阵列雷达系统中,系统阵面相位中心位置误差和相位误差对测角精度影响很大,且阵面相位中心位置与物理中心位置通常不一致,因此需要对其进行精细标准补偿。传统的雷达系统误差校正方法通常采用远场辐射源来对雷达进行校正,但是对于单元间距很大的分布式阵列空间目标监视雷达而言,要实现远场辐射校准往往很难。该文提出一种利用多弧段的精轨卫星精密星历对阵面相位中心位置误差引起的相位误差进行白化,然后搜索相位中心坐标和相位差使匹配方差最小的校正方法,无需使用特定仪器测量,且能很好地标定误差;计算机仿真以及实测数据验证了使用该文校正方法后,测角精度得到了显著提升。     

光纤有源内腔激光传感网络技术

提出了一种新的光纤气体传感网络的有源复用系统 ,将锁模激光技术与光纤环形内腔激光气体传感技术相结合 ,提出并实现一套以锁模光纤环形腔激光器为复用基础的光纤内腔激光气体传感网络系统 ,此传感网络系统可同时对多个气体传感单元进行高灵敏度测量     

激光测量技术在天线近场系统中的应用

借助于先进的激光测量技术．可对天线近场测量系统的定位误差进行精确测量并加以校正。基于对扫描架机械误差源的分析，本文叙述了线性激光测量方法，介绍了激光跟踪系统的应用原理及前景，提出了利用激光测量数据进行定位误差校正的基本思路。     

基于线性调频脉冲压缩的激光相干探测技术研究

针对现有的单频率脉冲相干探测激光雷达的高精度测量矛盾,研究采用线性调频脉冲压缩的方式实现相干激光雷达对目标的高精度测距和测速.文中介绍了线性调频脉冲压缩的原理并给出了仿真结果,并结合相干激光雷达系统的特点,并对系统的实现方式问题进行了探讨.     

光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列

为了降低传感器系统的成本及体积,利用光纤激光传感单元的特性,采用光开关选通的光纤激光水听器时分复用技术,构建了实用的基于光开关的4元光纤激光水听器时分阵列。进行了理论分析和实验验证,分析了使用光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列方案的选通脉宽和损耗,指出了各通道光脉冲对干涉信号的采样率的限制因素。结果表明,光开关选通的光纤激光水听器时分阵列可以很好地完成复用信号的采集和复用,实验中4元时分复用水听器相邻通道的串扰为-17dB。     

基于激光雷达脉冲特性的湍流风速估计方法

提出了一种基于激光脉冲距离权重函数的湍流风场速度估计的方法,可以解决多普勒信息探测晴空湍流风场中精细化的风速测量问题。算法以划分的距离门为单位对速度值进行空间平均,将各距离单元速度与激光脉冲距离权重函数进行卷积运算得到风速的局部估计值。并考虑高斯激光脉冲在湍流风场中的有效空间展宽传输特性,根据直接选取距离门中心位置的速度估计方法和快速的线性平均近似方法的处理过程,引入激光脉冲的传输特性来表达湍流径向风速的统计平均值,以实现湍流风速的测量以及激光雷达在探测湍流上的应用。实验结果表明,在有明显湍流条件的风场环境中,脉冲距离权重方法比线性平均方法在保留真实风场属性的前提下具有相对更小的速度标准差,显示出较好的风速修正效果,提高了激光雷达对湍流风场的测速性能。     

一种新型薄型非金属材料群孔加工系统的研究

介绍一种新型的薄型非金属材料群孔的加工系统。这种加工系统实现了群孔的孔径可调 ,孔距可调以及孔的布局排列可调 ,可进行在线动态制孔。该系统采用CO2 激光器和高速振镜作为系统的核心器件。为了实现宽幅面 ,高速制孔 ,采用了高速振镜制孔的光路形式。制孔单元由激光器、光学扩束、振镜和聚焦系统构成。制孔方式方面采用以精密测速单元为核心的位移跟随技术 ,实现在线动态制孔。主控制的硬件系统由工控机及脉冲、数据、D/A转换等接口单元组成 ,并采用配套的控制软件进行制孔控制及校正。同时配备有恒温、水冷系统、排烟系统和安全保障措施等一系列的辅助设计。     

Picosecond optical sampling

A 10-channel optical-sampling technique has been developed to give oscilloscope displays of picosecond laser pulses in a single shot. Pulses with durations of 10-30 ps and powers ranging down to ∼ 1 W have been displayed with this technique. An ultrafast optical gate and a 10-channel multibeam splitter are used to cut out in one laser shot ten samples centered at 4.1-ps intervals from the leading to the lagging edge of the pulse. The ten optical samples are then spaced out at 10-ns intervals by means of an optical fiber array, detected by a fast photomultiplier, and displayed on a real-time oscilloscope. The envelope of the sample pulses represents a display of the laser pulse. This technique could substitute for picosecond streak cameras in certain applications.     

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。     

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ICCD的机载海洋荧光激光雷达模拟研究

机载海洋荧光激光雷达是最有效的海洋环境监测手段之一, 世界上许多国家发展了机载海洋荧光激光雷达系统,并成功的应用于业务化测量。根据国际机载荧光激光雷达系统发展趋势,本文对基于512通道ICCD的机载海洋荧光激光雷达系统进行了实验室实验模拟和计算,对其可行性进行了评估。本文采用单脉冲能量70uJ的355nm Nd:YAG激光器作为激发光源,直径100mm,的透镜收集探测距离5米远荧光信号,信号具有较好信噪比。模拟计算表明,对于同样基于ICCD探测的机载海洋激光雷达,采用20Hz、单脉冲能量80mJ的激光器和200mm口径望远镜在150米探测距离可获得与实验室相当的结果。     

机载激光雷达探测大气气溶胶时人眼安全的数值分析

采用美国ANSI标准,定量分析了机载环境激光雷达进行气溶胶探测时激光脉冲眼睛安全最大阈值能量、激光束发散角及高度的关系;计算了当1064 nm和532 nm激光脉冲能量相等时不同高度上激光脉冲眼睛安全最大阈值能量;同时模拟计算了激光脉冲眼睛安全系数SL与1064 nm和532 nm的激光脉冲能量、高度的关系,为我国第一台机载大气探测激光雷达探测气溶胶提供了激光脉冲能量设置的理论依据.     

卫星激光测高仪在轨检校脉冲探测器的设计、测试及应用

针对我国高精度立体测绘卫星系统中激光测高仪的在轨场地检校的技术需求, 研制了激光脉冲探测器系统。 系统采用高速 PIN 探测单元及高速数据采集电路实现了 ns 级脉宽激光脉冲的定量化采集, 通过集成无线射频模块实 现脉冲探测器的数据远程传输。为保证脉冲探测器的野外应用性能, 系统进行了能量密度测试、能量响应一致性与 稳定性测试、探测器测量视场角测试等。试验结果表明脉冲探测器可以实现 1∼120 nJ·cm−2 的能量范围采集, 能量响 应的一致性优于 5%, 稳定性优于 1.5%, 并且可以实现 ±12◦ 角度范围内的激光脉冲的有效采集。最终探测器成功应用 到我国“高分七号”卫星激光测高仪的在轨检校中, 获得了探测器阵列的有效激光触发数据, 为激光测高仪的在轨检校 试验提供了有效的数据支撑。