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  • 【期刊】 基于光电目标的激光外差探测系统信噪比分析

    刊名:兵器装备工程学报 作者:李帅 ; 孙华燕 ; 赵延仲 关键词:外差探测 ; 光电目标 ; 信噪比 机构:航天工程大学研究生院 ; 航天工程大学研究生院 ; 中国人民解放军32029部队 ; 航天工程大学光电装备系 年份:2018
    摘要:通过分析外差探测系统和直接探测系统的噪声来源和光电目标的回波功率,建立系统功率信噪比模型,分析了探测距离、离焦量和激光发散角对信噪比的影响,并进行了数值模拟分析,结果表明:离焦量、目标距离和激光发散角的增大会引起信噪比迅速减小,相同条件下外差探测系统的探测距离约是直接探测系统的24倍,信噪比受目标离焦量和激光发散角改变的影响更小。
  • 【期刊】 激光外差探测中高频调制信号解调技术的研究

    刊名:电子器件 作者:杨玮萍 ; 郑宾 ; 张志刚 ; 郭华玲 ; 陈栋 ; 王余敬 关键词:外差探测 ; 测试计量技术及仪器 ; 高频解调 ; 锁相环 ; AD8302 机构:中北大学计算机与控制工程学院 ; 中北大学计算机与控制工程学院 ; 中北大学电子测试技术重点实验室 年份:2016
    摘要:激光外差干涉信号属于宽带高频信号,针对这一特点,提出了一种新型的激光外差干涉信号的高频调制信号解调系统。在AD8302相位解调方法的基础上,锁相环的设计可以消除解调结果中的差频信号。结果表明,相比于MATLAB软件解调和AD8302直接解调,该解调系统可以更准确地解调出样品表面1 MHz的微振动信号。因此,本系统是一种有效可行的相位解调方法。
  • 【期刊】 基于远程脉冲激光外差探测的匹配滤波过程研究

    刊名:光学学报 作者:吴世松 ; 张合勇 ; 王挺峰 ; 郭劲 ; 晏春回 ; 吕韬 关键词:外差探测 ; 遥感 ; 脉冲激光 ; 匹配滤波 ; 蒙特卡罗 ; 载噪比 机构:[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室 ; [1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室 ; [2]中国科学院大学 年份:2018
    摘要:以远程脉冲激光外差探测系统为模型,推导了系统的信号与噪声的表达式,给出了脉冲激光外差探测系统匹配滤波算法流程,对匹配滤波技术在中程导弹与国际空间站目标探测中的详细应用过程进行了仿真,分析了目标距离、散射截面面积、数字采样率对探测能力的影响。仿真结果表明:在100 MHz采样率的数字处理能力下,分别用蒙特卡罗法仿真了500次匹配滤波过程,对于散射截面面积为5m^2、距离为100km的中程导弹,回波信号载噪比为3.29dB,匹配滤波后信号载噪比为25.13dB,信号强度增强了152倍,距离精度为27 m,速度精度为0.17m/s;对于散射截面面积为100m^2、距离为500km的国际空间站,回波信号载噪比为-6.12dB,匹配滤波后信号载噪比为18.49dB,信号强度增强了289倍,距离精度为117m,速度精度为2.1m/s。目标距离越小,散射截面面积越大,数字采样率越高,匹配滤波提取增强信号的能力越强。
  • 【期刊】 基于光子脉冲的外差探测高精度测距系统

    刊名:光通信技术 作者:谢丁龙 关键词:外差探测 ; 光子脉冲 ; 高精度测距 机构:河南大学 ; 河南大学 年份:2014
    摘要:设计了光子脉冲外差探测系统的系统结构,利用光子脉冲外差原理与光子探测统计理论,建立了基于光子脉冲外差探测系统的测距精度理论模型。根据方波近似条件和光子脉冲外差探测系统的典型参数,研究了噪声和温度参数对测距精度的影响。仿真实验表明,该系统可以实现高精度的测距。
  • 【期刊】 粗糙目标光外差探测中回波波前分布特性研究

    刊名:《西安航空学院学报》 作者:党文佳 关键词:光外差探测 ; 波前畸变 ; Pearson定理 ; X^2检验 机构:西安航空学院理学院 ; 西安航空学院理学院 年份:2016
    摘要:由于粗糙目标表面凹凸不平,其轮廓上各点高度随机起伏,导致信号光回波波前产生畸变,很难与本振光完全匹配,对粗糙目标的光外差实验造成困难,设计光学系统装置,采用PhaseView DWCIO00数字波前分析仪,对几种常见的典型粗糙目标回波波前进行测量,使用概率论与数理统计学中的Pearson定理,对每种粗糙面目标回波波前实测数据进行X^2检验与分析。研究表明:粗糙面目标信号光回波波前服从高斯分布。这一结果为设计粗糙面目标的光外差探测系统与接收系统提供定量参考,也对光源参数的选定奠定了基础。
  • 【论文】 湍流对激光啁啾调幅外差探测系统的影响

    作者:白芳 关键词:外差探测 ; 啁啾调幅 ; 耦合效率 ; 大气湍流 机构:西安电子科技大学 ; 西安电子科技大学 年份:2018
    摘要:光外差探测技术以其灵敏度高于直接探测方式几个数量级等诸多优点而广泛应用于激光雷达、激光通信、大气监测、目标探测等领域。基于外差探测的高灵敏度,可以实现目标远距离探测的,高精度的速度和距离测量的激光啁啾调幅外差探测系统被提出,大大提升系统测距的范围。然而,在大气环境下的远距离探测中,大气湍流引起的折射率随机起伏将引起激光束到达角起伏,相干性退化,光强闪烁等,这些都严重影响激光啁啾调幅外差探测系统的探测性能。基于湍流对外差探测影响的理论研究较为成熟,相关的实验研究相对滞后,而在实际大气中进行湍流影响的实验,不仅耗时,成本高,而且实际大气湍流的随机性使得湍流强度可控性差,因此本文基于室内热风式湍流模拟器模拟大气湍流,开展湍流对激光啁啾调幅外差探测影响的实验研究。本文理论上推导了到达角起伏方差和大气相干长度对全光纤外差探测系统的耦合效率影响的公式,并进行了相应的仿真分析。基于湍流下平面波的到达角起伏概率密度分布函数,推导了到达角起伏方差与系统平均耦合效率关系的公式,对其仿真结果表明,当光纤模场半径与耦合透镜焦距比值的平方等于到达角起伏方差时,此时平均耦合效率降至10%左右。同时基于湍流下平面波的复相干函数,推导了大气相干长度与系统耦合效率关系的公式,对其仿真结果表明,当系统接收孔径与大气相干长度的比值等于2时,系统耦合效率降至10%左右。而耦合效率的下降会直接导致系统输出信噪比的下降。本文设计并搭建了一套1.55?m波段的激光啁啾调幅外差探测系统,并采用平衡探测的方法减小本振光引起的散粒噪声,该系统可实现0.3m的距离分辨率,系统最小可探测光功率可达1.47?10~(-13)W。搭建湍流下激光外差探测实验系统,利用室内热风式湍流模拟器大气湍流,实验结果表明,当模拟器内湍流的大气相干长度从0.217m降至0.014m时,湍流强度增强,耦合进单模光纤的光功率下降,多普勒信号信噪比下降约14 dB。同时搭建了湍流下的激光啁啾调幅外差探测实验系统,基于上述同等情况下的大气湍流,多普勒频移信号信噪比下降13dB,而目标距离引起的频移信号信噪比下降11dB。本文不仅测试了室内湍流中不同大气湍流强度对激光啁啾调幅外差探测系统输出信噪比的影响,为后续的理论验证提供了实验基础,同时也为激光啁啾调幅外差探测的应用系统开展湍流下的实验研究以及系统性能的测试提供了参考。
  • 【专利】 一种用于光外差探测的光电检测电路

    作者:张雄星 ; 吕文涛 ; 王伟 ; 陈海滨 ; 王可宁 ; 高明 ; 侯宏录 年份:2018
    摘要:本发明公布了一种用于光外差探测的光电检测电路,该光电检测电路包括:光电转换二极管、跨阻放大电路、一阶RC低通滤波电路,同相比例运算放大电路和级间反馈电路。光电转换二极管将光信号转换为电流信号,并将电流信号输出到跨阻放大电路运放的反相输入端,同相输入端接地,跨阻放大电路的输出接一阶RC低通滤波电路,一阶RC低通滤波电路接同相比例运放电路的同相输入端,级间反馈电路从同相比例运放电路的输出端接电阻,再从电阻另一端反馈到跨阻放大电路的输入端,同相比例运放电路的反向输入端接电阻再接地。该光电检测电路可以实现对光外差探测信号的直流隔离与交流放大功能,从而有效提高光外差探测拍频信号对比度。
  • 【期刊】 弱本振激光外差探测信噪比分析

    刊名:光电技术应用 作者:曹松棣 ; 张合勇 关键词:多像素光子计数器 ; 弱本振 ; 功率谱累积 ; 信噪比 ; 信噪改善比 机构:海军某军事代表室 ; 海军某军事代表室 ; 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室 年份:2012
    摘要:为避免传统激光外差探测中强本振信号带来的散粒噪声影响,着眼于光子级别的弱本振激光外差探测信噪比分析。首先,将脉冲体制弱本振激光外差探测信噪比表达式应用于分段连续弱本振激光外差探测中,获得中心频率为221 kHz外差信号的解析,且信噪比的理论计算和实验值吻合。其次,采用数据段细分功率谱累积技术,在相同的信噪比情况下,所利用的数据量总数降低为传统功率谱累积方法的1/10,提高了数据利用率,且在功率谱累积次数较少时,信噪改善比近似遵守m规律。
  • 【期刊】 基于外差探测的合成孔径激光雷达成像模拟

    刊名:红外与激光工程 作者:张艳 ; 史晓丁 ; 陈涌 ; 赵彬 ; 周鼎富 ; 侯天晋 关键词:外差探测 ; 合成孔径激光雷达 ; 数据图像 ; 目标图像 机构:贵阳学院电子与通信工程学院 ; 贵阳学院电子与通信工程学院 ; 西南技术物理研究所 年份:2013
    摘要:根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理,推导了合成孔径激光雷达外差探测的输出信号表达式。针对点阵目标模拟了条带工作模式时的数据图像,先对距离向进行傅里叶变换后校正剩余视频项,再对方位向进行相关运算,进而实现了目标图像的重构。推导得到了目标图像在距离向和方位向的解析表达式,分析了目标图像在距离向和方位向的强度分布曲线的特点及其对成像的影响。分析了影响图像分辨率的因素和改进方法,为优化算法和系统设计提供了参考。
  • 【论文】 散粒噪声极限低频信号的相敏外差探测研究

    作者:杨鹏 关键词:相敏外差探测 ; 散粒噪声极限 ; 低频振幅信号 ; 低频位相信号 ; 频率合成光 ; 位相调制光 机构:华中科技大学 ; 华中科技大学 年份:2018
    摘要:低频信号(10 Hz及以下频段)的散粒噪声极限测量在引力波探测、磁致真空双折射效应观测等基础物理研究中具有重要的科学意义。相敏外差探测方法对低频信号具有高灵敏探测能力,在散粒噪声极限低频信号探测中有潜在应用前景,近年来引起国内外科研团队的关注。但是,相敏外差探测作为一种新的探测方法,还需要在理论和实验上进一步研究才能在实际科学研究中发挥作用。本文通过Mach-Zehnder干涉仪产生低频振幅信号、Fabry-Perot干涉仪产生低频位相信号,开展散粒噪声极限低频信号的相敏外差探测理论和实验研究。经过理论计算、方案设计、装置搭建、数据采集,处理以及噪声分析,最后得到如下结果:(1)对低频振幅信号的测量在10 Hz频率附近(最低至0.2 Hz)达到了散粒噪声极限,实现了相干态光信号的高灵敏度测量;(2)对低频位相信号的探测在1 Hz频率附近接近散粒噪声极限,主要受限于该频段的电子学噪声。低频位相信号的探测实验方案利用位相锁定的频率合成光实现了Fabry-Perot腔的锁定,在残余幅度调制伺服系统启动时,探测器的噪声水平在0.3-100 mHz的频段降低了2个量级,比传统的位相调制光锁腔技术的噪声低10 dB,此结果获得了国际同行的认可。本文的研究为相敏外差探测方法在低频信号(10 Hz及以下频段)的散粒噪声极限测量中的应用,奠定了理论和实验基础,可望对低频引力波探测等科学前沿研究产生积极影响。
  • 【专利】 一种基于序列重构的单光子计数外差探测方法

    作者:董洪舟 ; 刘水 ; 杨春平 ; 敖明武 年份:2018
    摘要:本发明公开了一种基于序列重构的单光子计数外差探测方法,属于激光雷达探测领域,包括以下步骤:1.用光子计数探测器接收光子,产生光子脉冲序列,并记录脉冲序列时间间隔;2.以脉冲序列时间间隔为基础重构光子脉冲序列,得到重构脉冲序列;3.对步骤2的重构脉冲序列进行傅里叶变换,求得功率谱后,以信号频率段内最大值确定为外差信号频率,本发明解决了现有单光子外差探测技术产生的失配时间间隔干扰光子间隔所对应的外差信号波形,减弱信号振幅强度的问题。
  • 【论文】 粗糙目标对光外差探测信号的退相干效应

    作者:党文佳 关键词:光外差探测 ; 退相干 ; 探测阈值 ; 多普勒效应 ; 粗糙表面 ; 蒙特卡罗方法 机构:西安电子科技大学 ; 西安电子科技大学 年份:2015
    摘要:光外差探测是公认的具有量子探测极限本领的相干探测体制,可以实现对回波信号振幅、频率和相位携带信息的全息探测,在微弱信号探测方面,具有直接探测不可比拟的优点,广泛应用于激光雷达、相干光通信、遥感、工业超精密测量以及激光多普勒测振、测距和测速等众多领域。然而,光外差探测实现条件非常苛刻,除了波前匹配、波矢匹配、模式匹配外,实际应用中,目标表面的粗糙特性也会严重影响回波外差探测效率。本文针对这一问题主要展开以下研究。1.对于光波来说,实际目标基本上都是粗糙的,目标表面粗糙程度的量化,对于定量分析粗糙目标对光外差探测的影响至关重要。通过蒙特卡罗方法,建立高斯型一维、二维随机粗糙面模型,以高度起伏均方根代表粗糙表面的“纵向”变化,以相关长度代表粗糙表面的“横向”变化,对实际粗糙目标表面形貌进行仿真,研究目标表面粗糙程度与这两个参数之间的关系,为粗糙目标光外差性能理论分析奠定基础。2.以蒙特卡罗方法建立的高斯随机粗糙面模型作为目标,对光外差探测系统中信号光回波波前进行一维和二维仿真,对粗糙目标光外差探测中,信号光和本振光波前匹配恶化的现象进行说明。最后,使用波前分析仪,对光外差系统中光源波前、本振光波前、光滑目标信号光波前和粗糙目标信号光波前进行测量,实际测量结果与仿真结果一致,验证信号光波前受粗糙目标表面调制,畸变严重。3.为了深入研究粗糙目标表面引起的“退相干”效应,通过蒙特卡罗方法建立的高斯随机粗糙面目标,对目标回波信号的探测过程进行仿真,研究目标表面粗糙对中频信号的影响,给出归一化中频电流在探测器光敏面上的一维和二维分布。此外,设计了粗糙面和光滑面两组光外差探测实验,验证目标粗糙对中频电流严重的“退相干”效应。实验结果充分说明了理论分析结论。4.由于不同目标,表面粗糙程度不同,对信号光波前的调制效应也不同,实际的“退相干”效应也不同。针对这一问题,通过粗糙面的蒙特卡罗模型,研究了目标回波光外差信号与目标粗糙程度参数——均方根高度及相关长度的相互关联。通过对大量不同粗糙程度目标光外差信号的数值仿真,给出了光外差信号与均方根高度及相关长度的定量关系曲线。最后,使用粗糙度比较样块作为目标,设计光外差实验,验证了仿真曲线。5.粗糙目标表面凹凸不平导致光外差信号随机起伏,如何准确设置探测阈值,正确判决是否存在信号成为难题。传统目标回波光外差探测使用高斯分布等简单模型来描述,这常常导致判决误差。提出一种准确获得光外差信号概率密度曲线的方法,利用多项式对实际目标测量数据进行拟合,给出较准确的概率分布曲线。通过对某装甲车表面样块多组测量数据的统计分析显示,利用多项式拟合来确定判决阈值,比起用简单的高斯分布来确定阈值,可以获得更高的检测概率和更低的误警概率。研究表明:对实测中频信号的统计直方图进行多项式拟合的方法,有利于精确设置探测阈值,可以使检测概率提高6.02%,误警概率降低7.7%。6.目标振动特性是目标识别和激光雷达探测系统设计的关键技术,也是光外差探测技术的一个重要应用。在理论分析目标振动特性测量原理的基础上,设计了一套激光多普勒振动特性测量系统,并且成功应用于实验室内音箱振动测量和室外汽车振动特性测量,得到相应的振动谱,这套系统也可以应用于其他振动目标(如飞机、坦克、舰船等)特性的测量,对精确打击军事目标和精确制导有重要意义,为激光多普勒探测的实用和推广奠定了基础。本文工作深入分析了粗糙目标光外差探测技术及其实际应用。研究了目标表面粗糙程度对光外差探测信号的影响,给出不同粗糙程度目标导致的退相干效应变化曲线,并设计实验验证了理论分析结果。还提出了一种提高探测阈值精度的方法,以装甲车实测中频信号进行说明,证明这种方法可以有效提高检测概率。此外,在外场环境下,使用光外差探测技术成功测量了汽车振动谱。文中所取得的阶段性成果为系统设计提供定量参考,也为探测系统性能评估仿真提供依据。
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