1 中国科学技术大学光学与光学工程系，安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
4 上海卫星互联网研究院有限公司，上海 200120
5 上海市卫星互联网重点实验室，上海 200120
在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。
扩频通信 插值重采样 通信测距一体化 深空探测 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706010
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
卫星相干激光通信系统中，信号调制格式以相移键控（PSK）为主，未兼容开关键控（OOK）的相干接收。针对卫星相干光通信接收机不兼容多种调制格式的问题，实验搭建了兼容OOK以及二进制相移键控（BPSK）的相干通信接收装置。在1 Gbit/s的通信速率下，当调制格式为OOK且信号光功率为-54.6 dBm时，误码率（BER）为10-3，接收灵敏度距离散粒噪声极限3.3 dB；当调制格式为BPSK且信号光功率为-57.95 dBm时，BER为10-3，接收灵敏度距离散粒噪声极限4.2 dB。该多体制兼容相干接收机的结构与当前大多数相干接收机的硬件通用，且具有较高的接收灵敏度，证明了卫星相干激光通信多体制兼容技术的可行性，具有重要意义。
光通信 多体制兼容 内差检测 开关键控 相移键控 光学学报
2023, 43(12): 1206002
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
基于相干探测的单像素激光成像雷达是一种结合光场的主动调制和光学相干探测、通过无空间分辨能力的单像元探测器便可以获取目标信息的计算成像技术,在高维信息获取和抗背景光干扰方面具有显著优势。本文简述了近年来发展起来的两种新型相干探测单像素激光成像雷达(合成孔径激光成像雷达和激光关联成像雷达)的基本原理和特点,介绍了近期取得的主要研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
目标微多普勒特征可作为目标识别的依据,其探测往往受到激光雷达自身在激光束方向上振动的影响,并且测量结果受到本地振动的影响。提出了一种利用目标自身参考点来抑制本地干扰的方法,分析了目标待测位置和参考位置的回波与本地振动信号的拍频信号,并进行补偿处理,从而达到抑制本地振动、目标相对运动干扰的目的。实验结果表明,所提方法对本地振动和目标相对运动干扰的抑制具有显著的效果,相对补偿精度小于5%,补偿后得到的微多普勒特征能较好地反映目标真实的微振动形式。
遥感 干扰抑制 微多普勒效应 振动目标 补偿 中国激光
2020, 47(10): 1010001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Laboratory of Space Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
We analyze a feasible high-sensitivity homodyne coherent optical receiver for demodulating optical quadrature phase-shift keying (QPSK). A fourth-power phase-lock loop based on a digital look-up table is used. Considering the non-negligible loop delay, we optimize the loop natural frequency. Without error correction coding, a sensitivity of ?37 dBm/?35 dBm is achieved, while the bit error rate is below 10?9 at 2.5 Gbaud/5 Gbaud rate. For the QPSK communication system, the bit rate is twice the baud rate. The loop natural frequency is 0.647 Mrad/s, and the minimized steady-state phase-error standard deviation is 3.83°.
coherent optical communication quadrature phase-shift keying phase-lock loop loop natural frequency Chinese Optics Letters
2020, 18(9): 090602
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号, 窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明: 当光滤波器保留正二阶调频激光信号时, 获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时, 测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单, 易于实现, 并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。
激光器 线性调频 相位调制 光滤波器 laser linear frequency modulation phase modulation optical filter 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205004
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
A scanning three-dimensional coherent laser radar (ladar) based on the frequency modulated continuous wave (FMCW) is proposed and demonstrated, which can obtain many three-dimensional high-quality images. The system utilizes an electro-optic modulator and an optical filter to output a linear FMCW with a bandwidth of 2 GHz. The flexible and variable rotating double prism is used for beam scanning. The images of flight demonstration are formed by attitude compensation correction. The experiment result validates the performance of our system for airborne three-dimensional scanning imaging.
280.3400 Laser range finder 280.3640 Lidar 100.6890 Three-dimensional image processing 040.2840 Heterodyne Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 092801
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。
成像系统 三维成像 背景光干扰抑制 结构光成像 条纹图像处理
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
为了减小大气湍流引起的星地激光通信系统的性能衰落,采用基于光纤相干合束的多孔径接收方案。针对典型的星地相干激光通信模型,给出了通信系统的灵敏度和误码率随多孔径接收对湍流效应的补偿效果变化的数值仿真结果。同时基于已有的光纤合束方法搭建了一套4孔径接收的相干合束光通信接收装置,测试了2个和4个孔径下系统的锁相带宽。利用旋转相位屏模拟了不同Greenwood频率的大气湍流对光束波前的影响,保证了各路接收光强的不相干性。在此基础上,给出了相干合束前后光纤中的光强相对起伏方差。结果表明该系统能在弱湍流环境中有效地抑制光强闪烁。
大气湍流 多孔径接收 相干合束 控制带宽 闪烁系数
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室, 陕西 西安 710071
针对机载合成孔径激光雷达实测数据成像中旁瓣较高的问题, 提出一种新旁瓣抑制算法。压缩感知理论表明, 稀疏信号恢复重构过程的同时, 信号旁瓣会被压低, 但合成孔径激光雷达图像不是稀疏的。针对这一问题, 提出了一种基于改进SVA(Spatially Variant Apodization)和压缩感知重构SAL图像的旁瓣抑制算法。首先, 利用改进SVA算法将SAL图像变稀疏, 然后再利用压缩感知算法对稀疏图像进行恢复。分别对SAL仿真数据和实际高旁瓣SAL复图像进行抑制旁瓣处理。仿真结果表明: 该算法能够在保证主瓣不被展宽的前提下有效抑制SAL旁瓣。
合成孔径激光雷达 改进切趾滤波算法 压缩感知 稀疏 旁瓣抑制 SAL modified SVA compressed sensing sparse sidelobe-suppression 红外与激光工程
2018, 47(12): 1230005
