齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院激光研究所，山东 济南 250103
为满足风场对风速测量的需求，研制了基于FPGA的激光雷达测风系统高速信号采集处理模块，负责对激光雷达回波信号采集、快速傅里叶变换(FFT)及频谱数据累加平均运算。将采集到的1 024点回波数据通过流模式、块浮点结构FFT运算，分别得到单次频谱数据和1 024次累加平均频谱数据，并利用数据传输模块可靠传输至上位机进行显示与分析。通过搭建工作波长为1 550 nm的连续相干激光雷达测风系统，对信号采集处理模块进行指标测试和累加平均滤波算法验证。测试结果表明：该采集处理模块能够在100 MHz时钟下对回波信号实时采集处理，频谱分辨率达到97.66 kHz，将风速测量精度提升至7.57 cm/s。
激光雷达 高速信号采集与处理 FPGA FFT lidar high-speed signal acquisition and processing FPGA FFT 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210467
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250014
2 新南威尔士大学 电气工程与电信学院, 新南威尔士 2052
提出了应用于周界安防的基于后向瑞利散射光空间差分干涉的光纤分布式振动传感监测方案。环境振动信号引起传感光纤的相位变化, 含有相位信息的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪, 实现了后向瑞利散射信号的空间差分干涉, 光纤分布式振动传感监测完成相位信号的解调, 提高了系统的灵敏度。该系统能够实时监测入侵者的行走路线和速率以及模拟挖掘的距离的判断, 实现了15 dB的信噪比以及35 m的探测距离。
分布式振动传感 周界安防 干涉仪 空间差分 distributed vibration sensing perimeter security interferometer space difference 红外与激光工程
2018, 47(5): 0522001
1 山东省光纤传感技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250014
地埋式入侵监测系统具有隐蔽性强、受自然因素影响小、误报率低、识别概率高等特点, 在入侵监测中具有重要作用。介绍了将光纤传感用于入侵监测的主要技术方案, 阐述了光纤分布式振动传感(DVS)系统和光纤布拉格光栅(FBG)振动传感系统的工作原理。对这两种系统进行了人员入侵监测实验。结果表明, DVS系统的有效探测范围可达到10~15 m, 空间分辨率约为20 m; FBG振动传感系统的最大有效探测距离超过75 m。对比和评估了这两种系统的关键性能, 展望了地埋式光纤入侵监测系统的应用方向。
光纤光学 光纤光栅 分布式 地埋式 激光与光电子学进展
2017, 54(1): 010604
山东省科学院激光研究所济南研究中心, 济南 250014
基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器。采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试, 在10~100Hz频率范围内, 传感器灵敏度高于1000pm/g。基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制（PGC）解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统, 实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调, 使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中。
光纤光栅 振动 相位载波调制 安防 fiber optics vibration phase generated carrier perimeter security
山东省科学院激光研究所 济南研究中心,山东 济南 250014
针对高灵敏度的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器的抗冲击可靠性,设计了一种具有限振结构的双悬臂梁型FBG振动传感器,理论分析了结构参数与灵敏度和振动位移的关系,进行了结构优化,确定了限振幅度。制作了限振幅度约为90 μm的传感器样品,对传感器的加速度灵敏、频率响应、抗冲击性能进行了测试,结果表明,传感器的加速度灵敏度达到525 pm/g,谐振频率约为66 Hz,传感器经过50 g反复冲击,频响特性具有良好重复性,表明传感器具有较高的可靠性。
光纤传感器 光纤布拉格光栅 振动传感器 高灵敏 抗冲击 fiber optic sensor fiber Bragg grating vibration sensor high sensitivity shock resistance 红外与激光工程
2016, 45(8): 0822002
1 北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
2 中国科学院化学研究所, 北京 100190
3 北京理工大学光电工程系, 北京 100081
在采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对7种常见危险品进行实验研究并得到它们在0.2～2.6 THz频率范围的特征吸收谱的基础上, 用模糊识别方法对7种常见危险品的太赫兹特征吸收谱进行了训练和识别。 将爆炸物RDX(黑索金)、 γ-HNIW、 DNT(2,4-二硝基甲苯)及毒品MA(甲基苯丙胺)、 氯胺酮等的不同特征吸收峰作为模糊聚类分析数据源, 利用相关系数法建立模糊相似矩阵, 借助传递闭包法获得模糊等价矩阵, 形成标准太赫兹吸收光谱模型库, 采用极差分析进行数据预处理, 计算海明贴近度, 识别待检物品为隐蔽在军服后的RDX和毒品MDA(替苯丙胺)。 研究结果表明, 由分子间相互作用或声子共振模式引起的不同特征吸收是确定危险品类型和种类的依据, 用模糊识别可以实现对不同种类危险物品的识别和鉴定, 为太赫兹光谱技术用于危险品的检测和识别提供了一种新的有效方法。
太赫兹时域光谱 爆炸物 毒品 吸收峰 模糊识别 THz-TDS Explosive Illegal drug Absorption peaks Fuzzy recognition
1 北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
2 北京理工大学光电工程系, 北京 100081
太赫兹波是指频率介于0.1～10 THz之间的电磁辐射, 在电磁波谱上位于微波和远红外光之间。 大多数生物战剂爆炸物在此波段有特征吸收。 与在公共安全领域检测**、生物战剂等危险品的传统方法相比, 太赫兹辐射能量低, 不会产生电离辐射, 对物质可以做到高灵敏、 无损伤和远距离检测。 介绍了国内外太赫兹时域光谱技术在在生物战剂爆炸物检测方面的研究最新进展, 并设计了一种激光雷达光谱探测与实时测量装置, 以傅里叶光学与光信号处理为基础, 使用楔形标准具作为分光镜, 实现背景噪声去除、 激光探测和光谱测量。 测试结果表明, 可探测激光雷达脉冲宽度为10 ns, 并初步探讨了影响实验结果的几种因素, 提出将激光雷达光谱探测技术与太赫兹时域光谱技术相结合, 并采用现代模式识别、信号处理技术是生物化学战剂爆炸物实时光谱检测技术的发展趋势。Spectrum Detection and Terahertz Time Domain Spectroscopy
太赫兹时域光谱 楔形标准具 激光雷达 生化战剂 THz-TDS Wedge interferometer Laser radar Chemical agent
北京理工大学 机电工程与控制国家级重点实验室,北京 100081
研究激光脉冲回波信号特性并建立其数学模型,是应用回波信号处理技术处理回波,生成目标三维激光仿真图像的基础。首先建立了激光器发射脉冲信号能量在时间和空间上的分布模型,然后依据成像目标的激光图像仿真模板,采用累加激光脚印各采样区发射脉冲信号与对应目标散射面单位冲激响应卷积值的方法,生成了探测器接收回波仿真信号,最后分析了影响回波信号仿真精度的因素。通过对激光脚印采样区个数的合理设置实现了激光脉冲回波波形的精确仿真。
信息处理技术 激光成像 激光脉冲 直接探测 回波信号仿真 information processing laser imaging laser pulse direct detection echo signal simulation
北京理工大学 机电工程与控制国家级重点实验室，北京 100081
针对环视扫描式激光成像引信探测存在着需要光机扫描和较高的激光脉冲重复频率等问题，提出了一种线阵推扫式激光成像引信探测模式并分析了其探测机理。以对坦克目标探测为例，设计了线阵推扫式激光成像引信探测系统，该探测系统采用线阵半导体激光器阵列发射脉冲激光，线阵光电探测器阵列并行接收来实现一维扫描，弹的飞行实现另一维扫描，在获取目标距离信息基础上进行成像。在对阵列单元激光脚印尺寸大小计算的基础上，确定了该探测系统的基本参数包括所需线阵元数、生成图像大小、半导体激光器阵列的脉冲重复频率和峰值功率等，为系统的工程实现提供了理论依据和设计指导。
成像引信 激光成像 线阵推扫 阵列探测 imaging fuze laser imaging linear array push-broom array detection
