1 桂林理工大学 机械与控制工程学院，广西 桂林 541006
2 天津大学 微电子学院，天津 300072
3 桂林激光通信研究所，广西 桂林 541004
激光能量测量中能量计的量程受限，无法兼顾大动态范围能量的测量。在光电法测量的基础上，提出了一种基于APD和PMT光电探测器的激光能量测量方法，该方法通过分析光电探测器的探测性能及其与后续处理电路之间的相互作用关系，可以完成对1 064 nm和532 nm波段的激光能量测量。通过改变可调激光光源的脉宽、重频、泵浦功率，观察电压信号变化，根据跨阻放大电路的放大倍数测试出光电流大小，利用光电探测器灵敏度与激光波长的关系找到对应的探测器灵敏度和光电转换增益以及激光的衰减倍数，测试出激光能量值，同时对比发射激光的脉宽、重频、泵浦功率值，确保该计算方法的真实性。实验证明，所提出的方法可以完成动态范围为nJ～mJ的激光能量测试，且与使用能量计测试误差在nJ以内。
脉冲激光 APD、PMT探测器 能量测试 pulsed laser APD and PMT detector energy test 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20200417
1 桂林理工大学机械与控制工程学院，广西 桂林 541006
2 桂林理工大学广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林 541004
飞行高度1000 m、飞行速度200 km/h的机载激光雷达（LiDAR）在测量海域的海底地形时，需要控制LiDAR中的二维振镜扫描系统，使激光脚点达到探测幅宽350 m以上、扫描网格点密度在1 spots/m2以上的圆锥扫描轨迹。根据二维振镜结构的特性，本文通过改进的Bresenham算法生成控制系统中步进电动机的触发信号，并对由二维振镜系统导致的光束横向偏移误差进行补偿，使扫描角误差降低至0.24 mrad以下。通过仿真实验验证了Bresenham算法可使机载LiDAR的二维振镜扫描系统达到水面激光脚点密度1~5.59 spots/m2和扫描角10°~60°的圆锥扫描，进一步证明了由算法导出的触发信号有效性。
图像处理 激光雷达 二维振镜 圆锥扫描 Bresenham算法 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2312001
1 桂林理工大学 广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林 541006
2 天津大学 微电子学院，天津 300072
3 桂林理工大学 机械与控制工程学院，广西 桂林 541006
4 桂林理工大学 地球科学学院 ，广西 桂林 541006
5 中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西 桂林 541004
LiDAR作为一种测深、水下地形绘制设备已在国外进入商用阶段。而我国LiDAR研制与应用相对缓慢，且主要集中在大型双频测水LiDAR的研制上。笔者所在团队在双频测水LiDAR设计的基础上，针对无人机，设计了单频LiDAR光机系统。首先分别设计了该系统的组成部分，即采用反射式光楔实现圆周扫描的扫描单元、采用Kopilevich模型计算的最佳接收视场角、采用广义开普勒系统设计的接收光学单元，然后集成整机，计算光学系统效率，仿真实验验证扫描效果，波形测试验证设计LiDAR可用性。该系统最佳接收视场角为95 mrad，最佳飞行航高150 m，飞行速度10 m/s，最佳测量水深25 m以内，最大测量水深50 m。该系统采用Kopilevich模型确定LiDAR最佳视场角，提升了LiDAR光机系统性能，并可切换两种不同扫描方式。
激光雷达 水深测量 光机系统 开普勒系统 无人机 LiDAR bathymetry opto-mechanical system Kepler system Unmanned Aerial Vehicle(UAV) 红外与激光工程
2021, 50(4): 20200297
1 桂林理工大学信息科学与工程学院, 广西 桂林 541006
2 桂林理工大学广西空间信息与测绘重点实验室, 广西 桂林 541006
3 天津大学微电子学院, 天津 300072
4 中国电子科技集团公司第三十四研究所, 广西 桂林 541004
浅水激光雷达回波信号中混有高斯白噪声及系统自由振动时产生的固有频率成分,因此较难从较低信噪比的回波信号中获取目标的距离与特征,需要进行降噪处理。根据全波形回波及固有频率的频域特点,提出了一种改进的经验小波变换方法,并将其用于浅水激光雷达信号的降噪。首先对实验室自制的测深激光雷达系统测到的回波信号进行分解,得到降噪后的回波、噪声及固有频率成分,然后针对降噪后的回波信号,进行非线性阻尼最小二乘算法拟合优化,最终得到全波形回波的分解信号并测得水深。利用MATLAB建立信号模型,对比常用降噪算法处理的降噪效果,结果显示,改进的算法在计算时间、信噪比和均方误差等方面有明显优势;对比0.5~3.0 m水深范围内不同降噪算法的实测回波处理效果,经所提方法降噪后,回波信号的测深误差小于0.1 m。
遥感与传感器 浅水激光雷达 全波形回波信号降噪 经验小波变换 固有频率 中国激光
2021, 48(11): 1109001
1 天津大学 微电子学院, 天津 300072
2 桂林理工大学 广西空间信息与测绘重点实验室, 广西 桂林 541006
3 桂林理工大学 机械与控制工程学院, 广西 桂林 541006
4 桂林理工大学 地球科学学院, 广西 桂林 541006
采用公式推导和仿真优化相结合的方式, 设计了一种测量水深的LiDAR光机系统。该系统光源采用532 nm和1 064 nm双频激光器, 设计532、647、1 064 nm三个接收通道, 拟定飞行高度140~500 m, 可变扫描角9°~15°, 发散角小于0.5 mrad, 水面点密度范围约为0.687~4.170点/m2。设计拉曼波段作为水深测量波段, 提高浅水区测量效果, 利用可变扫描角实现了不同高度下幅宽可固定、兼顾高分辨率和大视场角, 以适应不同应用场景。
激光雷达 双频激光 光机系统 水深 LiDAR dual frequency lasers optical-machine system water depth 红外与激光工程
2020, 49(2): 0203006
1 桂林理工大学 信息科学与工程学院，桂林 541004
2 桂林理工大学 广西空间信息与测绘重点实验室，桂林 541004
3 桂林理工大学 机械与控制工程学院，桂林 541004
为了实现阵列激光雷达发射单脉冲激光瞬间3维成像, 解决多路激光距离测量问题，采用并行处理架构设计了25路并行距离测量系统，由4个测量单元和1个复用单元构成1个多核并行处理机。每个测量单元包含8路跨阻放大器和8路高速比较器、1片TDC-GPX芯片和1个STM32处理器；复用单元由现场可编程门阵列实现多路测量数据打包, 并通过USB2.0完成数据上传。结果表明，多路激光测距误差小于25cm；测量系统具有开放性, 测量通道数易于扩展, 子板可互换；并提出了按距离分段的误差校正方法，无须重复测量多次, 可在单脉冲探测下直接校正测距数据。这为研制更高精度的阵列激光雷达系统奠定了一定的基础 。
激光技术 阵列激光雷达 多路激光测距 并行处理架构 距离分段误差校正 laser technique array lidar multi-channel laser ranging architecture of parallel processing TDC-GPX TDC-GPX error correct based on distance
1 桂林理工大学 信息科学与工程学院, 广西 桂林 541004
2 桂林理工大学 广西空间信息与测绘重点实验室, 广西 桂林 541004
3 桂林理工大学 机械与控制工程学院, 广西 桂林 541004
针对当前LED交通诱导屏要求高可靠、高稳定、少维修的特点,本文将整块显示屏分为多个子区域,利用ZigBee无线网络对各子区域进行分布式控制.每个子区域作为一个ZigBee节点由一片CC2530控制实现显示、通信、检测等功能.所有节点硬件设计相同,均含高频核心板与低频底板.主控制模块与远程控制中心通信,生成各子区域的点阵显示数据并传送给协调器.使用Z-Stack协议栈在基于事件处理的多任务构架下设计了用户程序,实现了单播和广播通信,以及基于有限状态机的串口通信.高频核心板+低频底板的结构可降低PCB制板成本并提高电路板通用性和互换性.该设计增加了系统稳定性和可靠性,防止了故障扩散,减少了维修频度,还能将数据吞吐量分担到多个CPU上,使整个系统成为多核并行处理机.
ZigBee网络 分布式系统 底板+核心板 单播 广播 交通诱导屏 ZigBee wireless network distributed system core board and base board point to point communication broadcast communication variable message sign
1 四川大学信息光学研究所, 成都 610064
2 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 成都 610209
从标量衍射理论出发,首先从理论上计算出多台阶二元光学元件发生深度误差时衍射效率的解析式;然后以4台阶和8台阶闪耀光栅为例,对二元光学元件套刻制作中的主要误差及其这些误差之间的相互影响进行了系统的分析和计算机模拟研究,模拟结果给实际制作提供了重要理论指导和实验参数。
二元光学元件 误差分析 计算机模拟 深度误差 对位误关 闪耀光栅
在四氯化碳喇曼盒中得到喇曼移动的基波光束1.115μm,在KDP晶体中倍频变为5575A,它们可用于激光产生等离子体的诊断。
