基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法

小面阵APD阵列较低的像元数量限制了其三维成像分辨率。提出了一种基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法,用光学相控阵生成与APD阵列像元数量相同且位置匹配的光束阵列并实现扫描。光束阵列中子光束发散角小于APD阵列中单个像元的瞬时视场角,子光束在单个像元视场内扫描实现APD阵列对目标三维信息的多次采集,进而提高APD阵列的分辨率。在Matlab中基于二维标量衍射理论仿真了光束阵列在远场的分布,并分析了子光束发散角与扩展周期数之间的关系。最后采用液晶相位空间光调制器作为光学相控阵器件,结合CCD接收回波信号,进一步验证了提出方法的可行性。     

阵列分束激光三维成像技术

针对现有激光三维成像中使用的面阵APD探测器相邻像元间隔较大,导致激光利用率低从而影响探测距离的缺点,提出阵列分束激光三维成像技术。该技术对激光发射源采用液晶空间光调制器进行衍射阵列分束,将一束激光分成与阵列APD探测器相应的阵列子光束,调整激光发射子光束和阵列APD探测器的位置,使得子光束照射目标后聚焦到阵列APD探测器的像元上,提高了整束激光的利用效率。介绍了阵列分束激光三维成像技术系统组成和工作原理,提出采用液晶空间光调制器的方法实现阵列分束的方案,研制了阵列分束激光三维成像原理样机,利用研制的原理样机对采用阵列分束后的效果进行了验证。实验结果表明,采用该技术后,采用峰值功率10 kW、脉宽8 ns的激光源,填充因子2/3的88 APD,三维成像作用距离达到510 m,同等条件下与不分束相比,作用距离提升39.1%。     

64×64 InGaAs/InP三维成像激光焦平面探测器

针对900~1 700 nm波长无扫描激光三维成像雷达的需求,研制了一种规模为6464的线性模式雪崩焦平面阵列（LM-APD-FPA）,它由InGaAs/InP雪崩光电二极管阵列与CMOS专用读出电路（ASIC）组成。该器件采用飞行时间（TOF）测距的方式工作,APD光敏芯片将脉冲激光信号转化成脉冲光电流,读出电路对其进行放大、阈值比较后实现激光探测并在每个单元获取光脉冲的飞行时间,将其转化成二进制编码信号后串行输出。测试结果表明,6464 LM-APD-FPA有效像元最小可探测光功率值约为400 nW,时间分辨率为1 ns。用该探测器在激光雷达系统上实现了无扫描单脉冲激光三维成像,表明了线性模式激光焦平面探测器可用于激光三维成像领域。     

APD阵列激光成像雷达处理电路的研究进展

基于雪崩光电二极管(APD)阵列探测器的激光成像雷达在高速、高精度成像方面具有重要研究价值,是探测技术的热点研究方向。简要分析了采用APD阵列成像激光雷达的优点,介绍了APD阵列的工作模式和特性。研究了处理电路的结构和测距电路的实现方法,并分析这些方法的优缺点;综述了国内外在APD阵列激光成像雷达应用方面的研究进展,并对未来的发展趋势进行了展望。     

32×32面阵InGaAs Gm-APD激光主动成像实验

近十年来,由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势,使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性,InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的3232像元Gm-APD基础上,搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台,在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下,获得了外场3.9 km目标的轮廓像,在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验,证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好,能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明,1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好,能够实现远距离目标遥感探测,为未来实际应用奠定了良好的研究基础。     

基于APD阵列的闪光雷达光学系统设计

基于雪崩光电二极管(APD)阵列的闪光雷达是一种非扫描3D成像激光雷达,为实现APD阵列非扫描成像,设计了一套正交光栅衍射分光光学系统。利用伽利略望远镜对532nm脉冲激光进行准直扩束;针对APD阵列的特点,使用二维正交光栅和聚焦透镜对扩束光进行衍射分光,光斑经发射-接收分光镜和发射透镜后照明APD像元的瞬时视场;利用发射-接收分光镜使发射光路与接收光路分开。使用ZEMAX软件对准直扩束和衍射分光部分进行了仿真,并对发射和接收透镜进行了理论分析和计算。设计的光学系统符合32×32像元APD阵列成像的要求。     

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。     

阵列激光合成孔径雷达高分辨成像技术研究

激光合成孔径雷达将合成孔径技术应用于激光频段,分辨率不受观测距离的限制,可实现远距离、超高分辨率成像。然而,受激光衍射极限限制,观测视场制约着激光合成孔径雷达对地观测实际应用。该文提出一种阵列激光合成孔径雷达技术体制,通过大功率阵列发射、阵列平衡探测接收、逐脉冲动态内定标实现了激光多路相干收发,成倍地扩大了成像视场。地面转台成像试验表明,成像分辨率优于3 cm(距离)×1 cm(方位),该项技术可为激光合成孔径雷达对地观测应用奠定基础。     

基于盖革模式APD阵列的非扫描激光三维成像雷达研究综述

基于盖革模式APD阵列的非扫描激光三维成像雷达发射单个脉冲即能同时获得目标的二维信息和距离信息,在军事和民用方面都有重要应用.首先简要介绍了非扫描激光三维成像雷达的优点及采用盖革模式APD阵列的优势,然后介绍了单个APD器件的工作原理及基于APD阵列的激光三维成像的工作原理,综述了国内外以盖革模式APD阵列作为探测器的激光三维成像雷达发展现状,最后总结归纳了基于盖革模式APD阵列的激光三维成像雷达的发展趋势,分析了我国未来的发展方向.     

基于APD阵列三维成像激光雷达信噪比分析

基于雪崩光电二极管APD阵列的三维成像激光雷达采用激光单脉冲直接获取三维图像。为了仿真评估系统的性能,主要分析了APD阵列增益对系统信噪比和探测概率的影响,APD阵列的阈值电压对系统探测概率的影响。仿真结果表明,当选取合适的APD阵列增益时,系统的信噪比和探测概率可以达到最大值;APD阵列阈值电压的增大会降低系统的探测概率,并且对系统的探测概率影响很大。     

盖革模式APD阵列在激光雷达技术中应用

激光雷达技术是成像前沿技术之一,基于盖革模式APD焦平面阵列的三维成像激光雷达以其高灵敏度、高距离分辨率、高成像效率而成为国内外研究热点.本文介绍了美国麻省理工学院林肯实验室研发的盖革模式APD阵列的结构和性能.该APD阵列具有单光子探测能力,采用桥接集成技术增加了APD阵列的集成度,每个像素都有独立的计时电路距离信息直接读出.同时文中还给出了APD阵列激光雷达在伪装目标识别、广域地形三维成像方面的最新研究成果.旨在为我国激光雷达技术研究与传感器选择方面提供参考.     

基于线阵APD探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统

介绍了非扫描激光雷达的原理,描述了研制的基于线阵APD雪崩光电二极管的一维非扫描激光雷达系统。该系统使用线阵APD作为探测器,红外脉冲式纳秒激光器作为探测光源,利用飞行时间法实现了目标的一维距离图像的非扫描测量。系统使用了APD多通道并行前置放大电路,并利用模拟开关控制高速继电器进行多通道轮询切换,实现了APD阵列的多通道驱动,并有效地降低了通道间的串扰。进行了多组6 ~18 m的一维距离成像实验,结果表明系统的距离分辨率优于10 cm,各通道的平均测距标准偏差约为8.6 cm。该系统的设计为将来的面阵APD二维非扫描激光雷达的研制奠定了基础。     

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。     

激光窄脉冲信号探测电路的设计与接收

在激光反射层析成像雷达系统中,激光脉宽越窄,系统的成像分辨率越高。而高带宽、无失真的探测接收电路设计起来较为困难。详细分析了雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)模型及其主要性能参数,并选择了合适的探测器。然后对前置放大电路、主放大电路和可控增益放大电路进行了较为详细的分析,并设计了合适的电路结构。GHz级微弱光电信号在被接收时很容易受到外部噪声的干扰,这会导致接收波形产生畸变。采用电磁辐射屏蔽方法消除了干扰,最终无失真地探测和接收到了1 ns窄脉冲激光信号,满足了激光反射层析成像雷达系统的0.15 m成像精度要求。