高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演,在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展,并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。
基于稀疏和冗余表象的鬼成像雷达（Ghost Image via Sparsity Constraints,GISC Lidar）是一种结合光场空间涨落特性和现代信息论的全新雷达成像体制,其成像视场和分辨率无关,由此可在探测时采用大视场凝视成像模式捕捉运动目标以对其进行高分辨率成像探测。与闪光照相雷达需要将目标的反射光信号成像分布在焦平面阵列光电探测器件上相比,GISC雷...
激光雷达合作目标是激光交会对接雷达测量系统重要组成部分。针对激光交会对接雷达系统测量需求,首次采用远近场双合作目标设计方式,实现对激光信号原路返回,用于目标飞行器在远场时快速搜索捕获,近场时精确测量。对于远场合作目标采用了多维阵列构型,通过仿真分析,在有效视场90°×105°范围内最小有效反射面积不低于100 cm^2,保证了对激光信号反...
在非相干多普勒测风激光雷达系统中,激光的线宽与频率的稳定性是影响测量结果准确性的两个重要因素。研制的激光雷达系统采用种子注入方法产生窄线宽脉冲激光,采用碘分子饱和吸收稳频的方法,利用VB语言基于PID算法编写仪器控制程序,将种子激光器的频率锁定在碘分子吸收线1 109线的高波数边缘上,长时间（〉4 h）锁频的精度≤0.5 MHz,频率的长期稳...
研究了基于奇相干叠加态的超分辨量子激光雷达方案。根据量子光学理论,分别推导了基于传统的强度差探测,量子信息中的投影测量和奇偶光子数分辨探测方式的输出信号的表达式并进行了分析和讨论。通过以上的分析和讨论,重点研究了奇偶光子数分辨探测方法。同时借助数值计算展示了基于奇相干态联合奇偶光子数分辨探测的超分辨率激光雷达的两种超分...
合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广,相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。由于传统线性调频模式受制于调频速率和非线性等因素,无法应用于高速运动平台。从合成孔径激光雷达原理出发,结合光通信调制手段,详细推导了强度编码合成孔径激光雷达编码压缩原理公式,并仿真验证了M序列应用于强度编码的压缩性能。通过对模...
提出了一种四Gm-APD单次探测的激光雷达系统,该系统采用2×2的光纤阵列同时接收回波脉冲,利用四通道实时比对得到目标的距离信息。计算了该系统探测概率、虚警概率和测距精度,并与传统单Gm-APD四次累积探测激光雷达系统进行相互比较。结果表明,四Gm-APD激光雷达系统不仅能够使探测速度提高到4倍,其探测性能也都明显优于单Gm-APD四次累积探测的激...
根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理,推导了具有高阶相位误差时线性调频信号经合成孔径激光雷达外差探测后的输出信号表达式。结合参考通道的系统结构和基于锐化函数的相位补偿算法,通过模拟仿真,对比分析了参考通道类型对单点目标成像的影响。通过研究锐化函数的物理含义,对锐化函数相位补偿算法进行了误差分析。指出了锐化函数相位补偿...
为了使空间目标红外成像仿真尽量反应实际在轨工作状态,文中综合考虑目标自发辐射、太阳光辐射、地球辐射和地球反照的影响,结合空间目标在轨单点经纬度姿态数据、材料数据、探测器数据等先验信息,提出了一种空间目标在轨红外成像仿真技术。首先,阐述了空间目标红外成像仿真的理论模型。然后,以某简单立方体卫星为例,进行了在轨红外成像建模与仿...
在高温温度场重建过程中,仍然需要通过温度场的单点温度值来构建整个温度场的温度分布情况。以焊接温度场为例,通过反距离加权法、克里格法和样条函数法三种插值方法,分别对其空间变异和布局进行了分析和重建。结果表明：不同插值方法对预测精度影响不显著,而采样点数量则显著影响了温度场空间分布的重建精度。在温度场重建过程中,25个采样点进...
为推进红外上转换材料的远距离应用,以镱铒共掺硫氧化钇为例,研究红外上转换材料标靶的远距离探测与识别。采用改进的硫熔法合成制备在1.5μm波长附近有较强吸收、在980 nm附近有较强辐射的镱铒共掺硫氧化钇材料,并将该材料涂覆在铝板表面制作900 mm×900 mm的标靶。考虑材料具有转换效率较低,激发荧光寿命长,从而对入射光脉冲具有毫秒级的显著展...
基于积分方程理论建立了黑体腔的结构模型,分析了腔体长径比、孔径比、接收器到腔口的距离、腔体材料本身发射率等参数对腔体发射率的影响,提出了黑体腔优化参数设计,同时,应用有限元分析法分析了不同形状黑体腔腔体对接收器稳态温度、动态响应时间的影响。研究结果表明：黑体腔结构参数的改变直接影响黑体腔发射率、接收器稳态温度、动态响应时...
红外弱小目标的探测与跟踪对运算硬件和算法的性能提出较高的要求。针对传统背景预测算法串行运算耗时较长的问题,以及经典的通用GPU（Graphic Processing Unit）体积与功耗过大难于整合到红外设备中的问题,提出在嵌入式GPU平台NVIDIA Jetson TK1中实现并行分离卷积的方法,利用CUDA（Compute Unified Device Architecture）实时执行背景预测算法...
分析了DMD型红外场景模拟器相较电阻阵型在半实物仿真实验中没有广泛应用的原因。通过分析发现DMD型模拟器的数据传输带宽的大小和外同步触发延时长短对系统的实时性都有影响,并且指出图像接口的数据传输带宽高于有效带宽2倍时才能满足系统仿真的高实时性要求。设计了满足实时性要求的专用千兆网的硬件,具有极小的延时时间并且满足UDP/IP协议的...
提出了一种高精度、低功耗、小面积的电流型CMOS基准电压源以满足非制冷红外焦平面（IRFPA）读出电路对基准电压源模块的要求。设计中采用两种分别具有正负一阶温度系数的电阻,通过对基准电压源的高阶温度系数进行补偿,获得更好的温度系数TC（Temperature Coefficient）。通过使用共源共栅结构代替传统的运放,节约了传统运放和偏置电路的功耗,并...
提出一种简单快速的红外图像显著目标检测算法,算法可以分为三步：首先,对原始红外图像进行预处理以增强目标与背景的对比度;然后,在log频谱中提取预处理后图像的频谱残差,通过相应的反变换及简单的阈值分割,可以得到显著目标的大致区域;最后,采用一个滑动窗口在目标候选区域内进行搜索确定显著目标的准确位置,这个过程采用由目标及其周围区域在...
采用LD端面抽运Nd：YVO4激光器,在声光Q开关重复频率为50 k Hz、LD最大泵浦功率50 W时,获得输出功率26.37 W、脉冲宽度26.28 ns的1 064 nm激光输出。通过该系统抽运键合KTP外腔式光参量振荡器（OPO）,当LD泵浦电流24 A、对应1 064 nm泵浦功率7.36 W时,实现了重频50 k Hz的2.174μm脉冲激光输出,激光平均输出功率为324 m W,激光脉宽为17.8 ns。同...
光整流法是目前产生太赫兹（THz）辐射的重要方法之一。建立了采用脉冲前沿倾斜方法实现相位匹配条件的基于光整流法产生太赫兹辐射的转换效率理论模型,比较了脉冲前沿倾斜方式的不同倾斜角对THz辐射转换效率的影响,定量分析了光整流THz辐射转换效率的主要影响因素及其规律,并讨论了飞秒激光参数和晶体参数对THz辐射转换效率的影响。结果表明：...
随着激光技术的快速发展,推扫相机的激光干扰问题倍受关注。推扫相机一般有较高的角分辨率,口径大焦距长造价高,若按照对等要求进行干扰实验研究,其技术难度大实验费用高。针对激光对推扫相机干扰效果评价的难题,从推扫相机成像原理和激光对推扫相机干扰机理入手,提出了一个推扫相机激光干扰等效缩比模型,并通过实验对该模型进行了验证。实验表...
光学参量过程是产生压缩光的关键环节,为了提高实验中光学参量振荡腔的稳定性,必须将激光与光学参量振荡腔进行模式匹配,并用锁定技术稳定光学参量振荡腔。理论分析了模式匹配效率对压缩度和偏频锁定技术精度的影响。经过模式匹配之后,在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定,并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量。理论与实验结果表明：模...
利用雪崩晶体管作为高速开关器件、根据并联充电、串联放电原理设计了一种串并联相结合的MARX电路,以该电路为基础设计了一种低抖动高压脉冲驱动源,并将其应用于紫外激光脉冲的电光开关削波系统。通过同步调节器调节高压驱动脉冲和激光电光系统的时间匹配度,获得了驱动电脉冲与电光开关耦合的最佳工作状态;对匹配过程中的电光开关工作状态以及激...
利用自行研制的电磁搅拌装置辅助钛合金激光沉积修复,通过有限元软件ANSYS进行数值模拟,并与试验相结合,研究了钛合金激光熔池内“磁-电-力”的相互作用关系。结果表明,在旋转磁场的作用下,激光熔池内的液体表面磁感应强度与激励电流成正比,与频率成反比;激光熔池受到径向力和切向力的作用,但是前者较小,可以忽略不计,液体横截面上电磁力密度最...
建立了激光选区熔化（SLM）加工的多层瞬态热有限元模型,该模型考虑了随温度变化的材料属性,并通过将粉末材料的热物理属性转换为实体材料的热物理属性来模拟粉末-实体的转换过程,有限元分析结果与单熔道实验结果吻合,验证了该模型的有效性。研究了扫描速度（0.2 m/s,0.4 m/s,0.6 m/s）和激光功率（80 W,100 W,120 W）对温度场的影响,并研究了相...
依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实...
连续波发生器的SPASER（Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation）相当于净放大等于零,不能作为放大器使用,文中采用改进的MIM波导结构实现SPASER作为放大器可能性。利用汉密尔顿函数的理论模型得到了放大器激射条件,数值计算表明：采用改进的MIM波导结构实现解决SPASER的内反馈问题和消除SP的净增益问题是可行的;...
传统的自由曲面透镜建模通常需要多个软件共同协作完成,其建模过程繁琐,且由于不同软件之间的不兼容会导致模型在导入光学仿真软件时出现微小形变。提出一种在光学仿真软件中利用Scheme语言直接进行快速建模的LED自由曲面透镜建模方法。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布,采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律,沿经纬方向...
为了解决普通二维光栅在动态干涉术中光能量利用不足的问题,使用标量衍射理论和傅里叶分析法对矩形正交位相光栅和棋盘型位相光栅的衍射效率进行推导,分别对两种光栅的最佳工作级次选择策略进行研究。分析结果表明,当分光器件为矩形正交位相光栅时,应选择（0,±1）级与（±1,0）级作为动态干涉仪的工作级次,光能量利用率达到54.4%;当分光器件为棋...
为了无需定制补偿透镜或者计算全息等就能实现对非球面光学元件的检测,提出了非零位补偿测试非球面的方法。对非零位补偿检验非球面中的部分补偿法、数字样板法和子孔径拼接法的基本原理和基础理论分别进行了分析和研究,建立了合理的数学模型,并对其具体的实现步骤和测试流程进行了分析和规划。结合工程实例,分别利用数字样板法和子孔径拼接法对...
随着LED光源技术及应用的发展,其在汽车照明市场中所占的份额也逐年增大。目前,市场上大多采用多个模组LED光源及其分别的结构设计汽车近光灯和远光灯,再由这些汽车LED近光灯和远光灯组合成不同车型的汽车LED前照灯,这种方法设计的汽车前照灯体积大、功耗大、成本高、适用车型少。提出了一种以单模组LED光源的一体式汽车前照灯系统的光学设计方...
针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差,并且对被测光的空间相干性要求较高,进而影响光谱反演的准确性和复杂性问题,提出了一种新型等效斜楔干涉具,该等效斜楔由两种折射率不同的材料构成,两个反射面完全垂直,干涉的两束光是由同一束光分开而得,因此对光的空间相干性无太高要求,并且可以实现零光程差。理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式...
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