太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
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 布尔混沌 载波调制 水下目标 三维成像 LiDAR Boolean chaos carrier modulation underwater target 3D imaging
太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
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。
混沌激光雷达 布尔混沌 交叉干扰 三维成像 chaotic lidar Boolean chaos mutual interference 3D imaging
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
3 广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006
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。
测量 混沌光时域反射仪 光纤环 动态范围 多光束干涉 中国激光
2019, 46(10): 1004006
1 北京空间机电研究所, 北京 100094
2 中国空间技术研究院 空间激光信息感知技术核心专业实验室, 北京 100094
3 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
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。
水下探测 激光雷达 混沌脉冲激光 后向散射 underwater detection laser radar chaotic pulse laser backscattering 红外与激光工程
2019, 48(4): 0406004
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室, 山西 太原 030024
电缆网络故障频发会给社会生产与生活造成严重的经济损失和安全隐患,因此需要对电缆网络进行实时监控以确保其正常运行。提出了利用多路宽带准正交的混沌脉冲位置调制信号（Chaotic Pulse Position Modulation, CPPM）结合分布式检测方法进行电缆网络故障检测,通过对构建的Double-Y形网络中的故障进行检测,从而证明该方法的可行性。实验结果表明：该方法不仅能够有效解决单端检测中故障定位模糊的问题,而且能够克服分布式检测中信号相互干扰的问题,准确高效地对电缆网络故障进行定位,并能够进行在线检测,在测量范围达到850 m时,相对误差小于2.3%。
电缆网络 故障检测 CPPM信号 分布式检测 在线检测 cable network fault detection CPPM signal distributed detection online detection
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室, 山西 太原 030024
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。
测量 故障检测 多芯电缆 电缆束 噪声时域反射法 放大自发辐射噪声 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 051205
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所, 山西 太原 030024
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。
遥感 超宽带混沌雷达 远程成像 相关算法 后向投影算法 Colpitts振荡器
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院光电工程研究所, 山西 太原 030024
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。
激光技术 混沌激光 随机数 保密通信 激光雷达 光时域反射仪 混沌超宽带脉冲信号 相干长度 激光与光电子学进展
2015, 52(6): 060005
太原理工大学光电工程研究所, 山西 太原 030024
混沌激光相关法测距技术可用于汽车防撞、光纤及电缆断点检测等, 其中混沌信号的快速采集、存储以及处理是重要的单元技术。基于数据采集卡设计并实现了混沌激光测距系统的数据采集与处理, 利用Visual Basic平台, 开发了采集、存储的控制软件, 并提出和编制了平均离散消除算法以实时地实现混沌信号的高信噪比相关运算。利用该采集处理系统, 实验获得了低于±0.25 m的光纤断点定位精度。
混沌激光 测距系统 数据采集与处理 chaos laser range finding data acquisition data processing
