在激光雷达的水下目标探测中, 浑浊水体中悬浮颗粒对激光的吸收和散射作用, 使得激光在水中的传输严重衰减。尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没信号回波。载波调制技术可以有效抑制后向散射, 提高目标回波信号的信噪比。文章将布尔混沌信号作为载波调制信号, 基于其内禀高频强度调制特性, 构建了布尔混沌调制激光雷达水下成像系统, 并在实验室水箱环境下, 对衰减系数不同的浑浊水体中的目标物体进行了三维成像实验研究, 对比了不同水质中的目标物体三维成像效果。

激光雷达已经成为无人智能车必备的环境感知设备。现有基于脉冲测距体制的车载激光雷达极易受到其他车载激光雷达的交叉干扰, 导致雷达虚警和误判, 引发交通事故。文章利用布尔混沌信号调制激光器产生的混沌激光作为雷达探测信号, 结合扫描成像技术, 构建混沌激光成像雷达系统, 实验实现了目标物体的三维成像, 并对其抑制交叉干扰的能力进行了实验测试。实验结果表明, 在不采取任何抑制干扰措施的前提下, 基于布尔混沌雷达波形的正交性, 仍可在高强度干扰下实现探测目标的三维重构, 有效抑制交叉干扰的影响。

外腔反馈半导体激光器产生的混沌具有明显的弛豫振荡特征,低频段能量过低,限制了混沌光时域反射仪(OTDR)的动态范围。提出了一种光纤环结构,用以增大混沌OTDR的动态范围。通过实验和数值模拟,发现混沌光经过光纤环时会发生多光束干涉,并通过延迟自拍频效应提高了混沌信号低频段能量。实验测量结果表明:在200 MHz探测带宽下,基于光纤环的混沌OTDR动态范围增大了5 dB。

海水对光波的吸收和散射, 严重制约了激光雷达水下目标探测的性能。通过对激光在海水传输过程中产生后向散射的定量分析, 说明了激光回波信号被海水后向散射影响的严重性。分析比较了距离选通技术和强度调制技术抑制海水后向散射的能力, 提出了使用自身具有高频强度调制特性的混沌脉冲激光进行水下目标探测, 设计了基于相关法测距的混沌脉冲激光雷达水下目标探测方案。通过对后向散射光以及带有不同后向散射强度的回波信号光的时域和频域特性的研究, 使用互相关噪声水平算法判定混沌脉冲激光雷达抑制海水后向散射的能力。理论仿真分析表明, 当后向散射光强度是混沌脉冲激光强度36倍时, 仍能提取出目标信号。

为了同时检测捆绑成束的电缆以及多芯电缆不同支路上的故障, 提出并实验验证了一种多通道噪声时域反射法。该方法利用多路滤波后的放大自发辐射噪声作为电缆束或者多芯电缆不同支路的探测信号, 基于相关探测技术, 可同时检测不同支路上电缆故障, 且没有相互干扰。实验结果表明该方法可以同时检测位于不同电缆支路上的断路、短路和阻抗失配等故障。当URM43型同轴电缆单个支路的噪声探测信号功率为-9.1 dBm时, 最远探测距离为720 m。此外, 还进行实验证明了该方法可以实现电缆故障的在线检测。

提出了一种基于光纤链路传输的远程超宽带混沌成像雷达系统。该系统包括中心站、光纤传输链路和基站。在中心站，改进型Colpitts振荡器产生超宽带混沌信号，经上变频后作为雷达探测信号。探测信号通过激光器的外调制技术转换为相应的光信号，经光纤链路传输到基站并转换为相应电信号，由宽带天线发射。目标物反射的回波信号经电光转换和下变频在中心站被采集。利用相关运算和后向投影算法，中心站可实现对目标物的二维空间成像。实验结果表明，该系统经过10 km 光纤传输后可对单个和多个目标物进行远程成像。成像的距离分辨率和方位分辨率分别为6 cm 和8 cm。

混沌激光作为激光器输出不稳定性的一种特殊形式，具有类噪声宽频谱的特性。近年来，随着人们对混沌激光特性的掌握和控制，混沌激光应用受到了研究者们的广泛关注。结合国内外研究现状，阐述了混沌激光在高速真随机密钥产生、混沌保密通信和混沌密钥分发、混沌激光雷达和混沌光时域反射仪、混沌超宽带脉冲(UWB)信号产生、相干长度可调谐光源以及混沌计算方面应用的研究热点、研究进展以及未来发展方向。

Chaotic laser radar based on correlation detection is a high-resolution measurement tool for remotely monitoring targets or objects. However, its effective range is often limited by the side-lobe noise of correlation trace, which is always increased by the randomness of the chaotic signal itself and other transmission channel noises or interferences. The experimental result indicates that the wavelet denoising method can recover the real chaotic lidar signal in strong period noise disturbance, and a signal-to-noise ratio of about 8 dB is increased. Moreover, the correlation average discrete-component elimination algorithm significantly suppresses the side-lobe noise of the correlation trace when 20 dB of chaotic noise is embedded into the chaotic probe signal. Both methods have advantages and disadvantages.

实验和理论研究了混沌激光雷达的抗干扰性能。利用光反馈半导体激光器混沌激光雷达样机，分别研究了其对混沌激光信号、连续波调制雷达信号和脉冲雷达信号的抗干扰能力。实验与数值模拟结果表明，在不采取任何抗干扰措施的情况下，混沌激光雷达对同种体制混沌信号干扰以及不同种体制的正弦调制激光信号和脉冲激光信号干扰都有较大容忍限度，具有天然的抗干扰能力，且其测距精度在混沌激光雷达样机量程范围内不受干扰信号影响。分析了利用简单平均算法进一步提高混沌激光雷达抗干扰性能的可行性。

We demonstrate the feasibility of multi-target real-time ranging with a chaotic laser radar. The used chaotic laser is emitted by a semiconductor laser with optical feedback. We design a proof-of-concept experiment based on the correlation detection and realize the range measurements of two targets simultaneously. The range resolution of 9 cm between two targets is achieved, which is limited by the bandwidth of the used real-time oscilloscope. A preliminary experiment of chaotic laser coherence is carried out to verify the high resolution of the chaotic lidar.