激光雷达视场角的研究

在激光雷达的研究中,接收机视场角是一个非常重要的参数.作者利用一种改进的半解析Monte Carlo方法对激光雷达接收信号进行了模拟.在作者的模拟中,采用Henyey-Grenstein函数的修正公式、加入权值以及放宽判决门限等方法来增进光子的利用效率.由计算结果可以看出,不同的接收机视场角使得接收信号波形有很大的差异.通过分析,我们认为接收机视场角FOV=20～30mrad时能够获得较佳的接收信号.     

一种激光雷达复合式扫描方法及试验

传统激光雷达系统中,固态激光光源的重复频率和扫描系统的扫描带宽、精度均制约着系统成像。为提高激光雷达的成像精度,首先,在激光光源上采用经EDFA放大后的DFB高重频激光光源。其次,提出了一种PZT与振镜相结合的两级复合式激光扫描方法,利用PZT对小视场范围进行精细扫描,利用振镜对PZT的扫描视场和接收视场进行偏转完成粗扫描,在提高激光雷达扫描精度的同时拥有较大的扫描视场。最后,经试验所设计的复合式扫描激光雷达的方位角为99 mrad,俯仰角为49.5 mrad,角分辨率达到0.1 mrad,测距精度达到0.159 m。     

机载激光雷达双光楔扫描系统设计与实现

介绍了作为大型机载激光雷达关键部件的双光楔扫描系统的模型建立、设计实现以及实验验证。为实现双光楔扫描系统的大尺寸、宽视场和高精度指向,设计了16楔角、320 mm直径的成对光楔,以及对应的高精度PID双轴扫描控制模块,分析了系统误差来源和误差控制方法。在45 m距离的地面测试中,通过每个3.6转动楔镜,累计100次与真值测量比对进行检校和验证,扫描指向误差小于50 rad,通过搭载集成后的机载激光雷达飞行实验,实测扫描视场为32.03,进一步验证了双光楔扫描系统的有效性。     

激光雷达云数据视场交迭异常监测系统

激光雷达扫描得到的点云数据以欧氏距离和交并比作为阈值对异常情况监测。但是，视场交迭异常对这两个二维参数的阈值突破不敏感，因此设计激光雷达云数据视场交迭异常监测系统。运用监测模块分析激光雷达点云数据，获取数据视场交迭系数。利用回声信号采集模块对数据进行高速计数累积和缓存。增加激光雷达云数据视场交迭区域可见光谱的范围，将拷贝的数据传送给数据监控模块。设置激光雷达点云数据监控节点，按照顺序取值划分异常阈值，利用其能够迅速精准捕捉视场交迭异常，实现异常监测。实验结果表明，所设计系统监测精准度高，虚警率与漏警率低，在激光雷达云数据处理领域具有较好的应用前景。     

双波长双视场米散射激光雷达

介绍了一台双波长双视场米散射激光雷达,采用双接收通道分别用于高低层532nm及1064nm的同时探测,每个通道有各自独立的视场,可以兼顾低层大视场角低探测盲区和高层小视场角高探测高度的要求.该雷达系统能够自动连续探测532nm及1064nm大气气溶胶消光系数的垂直廓线和连续分布,并通过分析能够获得大气气溶胶的各种光学参数.对比验证实验表明,双波长双视场米散射激光雷达数据可靠,性能稳定.     

便携式激光通信系统视场角检测装置的设计

为了解决便携式激光通信视场角测量范围小、要求精度高、测量难度大的问题, 采用计算指定通信距离下的链路能量作为视场角测量依据，提出了一种基于便携式激光通信视场角测量的方法和装置，并在此方案设计的高精度测量装置基础上进行了实际试验测量。结果表明，探测器灵敏度为-30dBm时，在1km, 2km, 3km, 4km处测得的激光通信接收视场角分别为1.12mrad, 0.94mrad, 0.87mrad和0.63mrad。该测试方法和装置能够精确测量便携式激光通信的视场角范围，测试装置可以扩展应用于不同领域的小视场高精度测量。     

空间在轨激光成像雷达指标优选宏模型

凝视成像激光雷达技术是空间非合作目标位姿测量重要手段。激光雷达指标选取极大影响航天器载荷,优化选取激光雷达指标,使之既能满足空间任务需求,又能有效减少航天器载荷,减少能源消耗,意义重大。传统解决此问题的方法是通过经验选取,激光雷达指标与目标属性相容性宏模型的提出,可以为激光雷达激光输出功率、分辨率、视场角和测距精度四项指标选取提供理论依据。具体的,利用目标尺度和雷达目标距离计算雷达分辨率和视场角初值,对雷达最大可测距离进行迭代求解,为优化激光雷达发射功率提供依据。充分利用深度共生矩阵二阶参数迭代优化,确定雷达最优分辨率和视场角。最后,通过点云配准算法迭代得出测量该目标的合适的测距精度。实验结果表明,激光雷达宏模型优化选取的雷达指标满足雷达指标选择的需求。     

船载激光雷达测量水体光学参数的仿真模拟研究

激光雷达能够高效获取海洋光学特性的垂直剖面信息,是海洋光学探测的重要手段之一。利用蒙特卡罗仿真方法,基于Gordon(1982)的机载激光雷达测量水体光学参数模型,研究了船载激光雷达在水中的传输过程和水中光场分布。特别研究考虑了接收视场角和望远镜半径等参数的影响,建立了适用于船载海洋激光雷达的模拟系统。在激光雷达的传输等效为太阳光传输后,该模拟系统与常用的HydroLight的模拟进行了比对印证并获得了一致的结果。在此基础上,通过模拟得到的激光雷达回波信号分析了不同激光雷达测量模式及典型水体条件下激光雷达消光系数α和海水光学参数之间的关系。船载激光雷达结果表明,在窄接收视场角情况下,激光雷达消光系数α趋向于水体光束衰减系数c;在宽接收视场角情况下,α趋近于水体的向下辐照度漫射衰减系数K_d。相比机载观测,船载观测的α趋近K_d的速度变缓。在垂直分层水体中,激光雷达在下层水体中测量的α值会向上层水体的α值偏移。该结果为研究海洋激光雷达测量参数与海洋光学参数之间的关系提供了进一步的认知。     

差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。     

宽频偏光棱镜的视场角与设计

本文通过分析偏光棱镜视场角在宽频使用情况下变化关系，提出了从紫外至近红外光频区内偏光棱镜视场角的几种设计方法。     

数字阵雷达天线波瓣图测试方法与试验验证

针对固定式相控阵雷达在中场法或远场法中不能实时得到天线波瓣图的问题,提出了采用扫描波瓣图替代天线波瓣图进行天线测试的方法。从理论上分别推导了和波束与差波束扫描波瓣图和天线波瓣图的解析式,研究了单元波瓣图对扫描波瓣图和天线波瓣图的影响,指出了在单元波瓣主瓣范围内扫描波瓣图和天线波瓣图近似等价。仿真和试验结果 均表明:扫描波瓣图和天线波瓣图在各项性能指标上都是等价的,可用于指导雷达总体依据扫描波瓣图对天线进行验收。     

地基相控阵雷达的天线扫描空间分析

根据相控阵雷达的工作模式和战术要求，研究波束扫描和波束空间分布特点对相控阵雷达合理的资源调度和能量管理非常重要。本文从地基相控阵雷达系统的天线特性、天线扫描空间、波位划分及波束增益空域变化等方面进行了分析和研究。仿真图片体现了相控阵天线的空域扫描特点。本研究可为相控阵雷达合理的资源调度和能量管理提供参考。     

舰载三坐标雷达天线阵面电子稳定方法

本文论述方位机扫、俯仰相控电扫舰载三坐标雷达天线阵面电子稳定方法。通过分析计算证明了采用电子稳定方式的三坐标雷达在大部分情况下不会出现漏空域现象，同时还给出了天线电子稳定三坐标雷达设计时几个关键参数的计算方法：俯仰所需最大相控角度计算方法， 俯仰波束指向水平面的相控角度计算方法，俯仰方向电子扫描所需波位数计算方法，雷达俯仰角度计算方法等。     

一种实波束扫描雷达回波建模方法

提出一种实波束扫描雷达前视成像回波建模方法。使用实波束扫描实现雷达平台正前视区域二维高分辨成像。根据雷达波束掠过成像扇区的时间先后关系,将成像扇区方位向回波数据表征为天线主瓣波束采样序列与目标反射率分布函数沿成像扇区方位向采样序列之间卷积的形式。最后,通过仿真数据验证了本建模方法的有效性。     

低成本风廓线雷达相控阵天线设计

本文针对风廓线雷达相控阵天线波束扫描特点,提出一种利用周期同相馈电法与驻波子阵形式相结合的设计方案。天线系统只需要五个移相器就可以实现相应的五波束扫描,简化了波束控制系统,降低了天线系统的复杂度与成本。     

Conceptual Performance of a Satellite Borne, Wide Swath Synthetic Aperture Radar

A satellite borne synthetic aperture radar can image a wide swath in the order of 700 km with one-look 100-m resolution. If the design meets the ambiguity constraints at the far edge of the swath, the maximum swath width is independent of both radar wavelength and shape of the physical antenna aperture. The antenna pattern can be a pencil beam scanned in the elevation plane, or a fan beam formed by a long antenna. The scanning pencil beam antenna may be a phased array or multiple-feed reflector which may be more practical than a long antenna to image a wide swath. Design performance trade computations are presented involving resolution, swath width, antenna area, average transmitter power and digital data rate.     

相扫天气雷达扫描方式研究

 为了解决现有天气雷达垂直分辨率低和探测周期长的问题,本文旨在分析了雷达的两种采样方式CPS(Contiguous Pairs Sampling)与IPS(Independent Pairs Sampling),设计了基于IPS的交互式波束多路转换扫描方式,这种扫描方式适用于速度谱宽较大的灾害性天气探测,同时对现有多普勒天气雷达体扫模式中的降水模式VCP11(Volume Coverage Pattern)进行了改进,提出了适于相控阵天气雷达在俯仰上采用三波束同时扫描的方案,最后对两种VCP进行了评价.     

基于定标体散射特性的天线极化特性的测量

天线的极化特性是描述天线性能的重要参数,是雷达目标特性测量领域的基础性问题,对于实际的雷达天线而言,其极化特性的外场测量是一项复杂而又艰巨的工作。文章提出了一种基于定标体散射特性的天线极化特性的测量处理方法,建立了雷达波束扫描定标体的接收回波模型,可实现对线极化和圆极化天线极化特性的测量,给出了外场实验布局和测量步骤,实测数据和仿真实验证明了该方法的可行性。该方法能够有效地减少设备量和降低测量成本,提高雷达远场的逼真度。     

Scanning characteristics of ferrite fed microstrip array antenna

A new ferrite fed microstrip scanning array antenna is proposed which is capable of beam scanning in the azimuthal plane as well as in the elevation plane. The antenna consists of eight microstrip arrays, each having six elements in cascade. The antenna is fed with a ferrite loaded rectangular to circular waveguide transition. The coupling between the feed system and diOEerent arrays is achieved through slots cut in the circular waveguide. Theoretical investigations of the proposed antenna exhibit a beam scanning of ±180° in the azimuthal plane with the help of dc bias and 90° in the elevation plane for ±750 MHz deviation. A scan rate of 0:06° MHz^?1 is achieved for each array antenna in the elevation plane, which makes it suitable for radar. Continuous uniform beam shift is observed during scanning.     

Liquid crystal-based optical control of phased array antennas

Nematic liquid crystal (NLC) technology-based optical systems for controlling phased array antennas are presented. These systems can provide low-cost, high-quality (>6-b), phase-based antenna control for very large phased arrays (e.g. 5000 elements). An experiment demonstrating NLC-based antenna phase control is performed, with 0-3π phase shift measured for a 60-MHz carrier. A novel time-multiplexed radar beam scanning approach is introduced to counter the slow response of the NLCs, allowing fast 200 beams/s antenna scanning rates