1 中国科学院 空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
4 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
为了解决周期性跳变引起的相位解调问题, 提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的自动相位解缠算法。采用数据流水线结构, 通过状态机自动寻求跳变周期数, 由跳变周期数实现自动相位补偿, 并对提出的算法进行了理论分析和实验验证。结果表明,在FPGA内设置跳变周期数计数位宽为8位, 能适用256次以下跳变情况; 当增加跳变周期数计数位宽, 可适应更多跳变次数的情况; 自动相位解缠算法几乎不占用存储资源; 能解决因振动调制范围增大引起的反正切相位跳变问题; 相位解调误差在1‰以内, 满足高精度振动检测实时性需求。此自动相位解缠算法为激光多普勒振动测量时反正切相位计算结果存在周期性跳变问题提供了更为简洁的解决方案。
激光技术 相位解缠 自动相位解缠 相位跳变 振动检测 激光多普勒效应 laser technique phase unwrapping automatic phase unwinding phase jump vibration detection laser Doppler effect
1 光场调控科学技术全国重点实验室,成都 610209
2 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室,成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所,成都 610209
4 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
5 中国科学院大学 光电学院,北京 100049
为实现微弱振动信号的实时、高精度解调,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的激光多普勒微弱振动检测及信号处理方法。采用全光纤结构的光学系统,振动信号处理系统则以FPGA为核心设计。改进相位解缠模块,在增大振动测量范围的同时,使其能适用于简谐振动与复杂振动。通过模拟振动实验验证了改进后相位解缠模块,且当振幅在80 μm以内时,测量精度在5‰以内。通过对压电陶瓷实际振动目标测振实验,其频率测量误差在1 Hz以内,振幅与频率的测量精度均在1%以内。实验验证了该振动信号处理方案对于扩大振动测量范围与实现高精度目标振动解调的有效性。
激光技术 激光多普勒测振 现场可编程逻辑门阵列 信号处理 相位解缠 laser technique laser doppler vibration measurement field programmable logic gate array signal processing phase unwrapping
1 中国科学院光电技术研究所空天光电技术事业部, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
高精度脉冲式激光测距的精度与时间数字转换器(TDC)的精度密切相关,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道TDC可有效降低系统的复杂度、提高测量效率。利用Xilinx Kintex-7系列内的CARRY4模块构造延迟链作为细计数,用25位200 M的系统时钟进行粗计数,采用粗细结合的方式,在FPGA芯片内设计并验证了8通道高精度TDC。针对延迟单元的超前进位特性及其受温度电压影响的非线性时延,利用码密度测试法和在线校准法进行校准。实验结果表明,设计的8通道TDC分辨率小于35 ps,精度为36.8 ps,误差峰峰值为157.2 ps,量程为167.77 ms。
时间数字转换器 CARRY4 现场可编程门阵列(FPGA) 延迟链 码密度测试法 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 131203
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
机载海洋激光雷达通常被应用于近海岸区域的水下地形测绘、水质和水底特征参数的勘测，新的应用需求对测绘精度与勘测精度的要求越来越高，因此需要更精确的雷达信号解析式，实现水深测量、水质和水底特征参数的反演。基于Mclean等给出的光束扩散函数和海水介质传递函数，采用傅里叶变换方法，引入多次散射和脉冲时间展宽的影响，推导了发射系统和接收系统共轴的水底反射光和水体后向散射光信号的解析表达式，给出了系统衰减系数的计算方法，分析了脉冲展宽对深度测量误差的影响，在浑浊海港海水中，脉冲展宽可达到数十纳米量级。该数学模型能够更准确地描述机载海洋激光雷达接收信号的特征，能够用于分析机载海洋激光雷达的性能，并为海水深度的归算、水体与水底参数的反演提供一定的理论依据。
海洋光学 海洋激光雷达 光束扩散函数 海水介质传递函数 多次散射 脉冲展宽 光学学报
2013, 33(s1): s128002
1 中国科学院 光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
从硅光电倍增管(SiPM)单个微元的微等离子体电子行为模型出发，分析了SiPM的电子特性， 提出了SiPM前端电子学最优设计方案。阐述了SiPM的工作机理，给出了SiPM的电子行为模型，分析了SiPM应用于水下三维测深的优势。根据水下测深信号的回波特性，设计了高速、高带宽的前置放大器，并对前置放大器进行了交流分析和瞬态分析。 结果表明， 该前置放大电路在带宽内具有很高的增益平坦度，相位裕度大于60°， 基本保证了信号的完整性，同时保持了激光脉冲的波形。分析和测试结果表明，该探测器和电路设计方案完全能够满足水下三维测深的需要。
硅光电倍增管(SiPM) 微等离子体 电子行为模型 三维测深仪 前置放大电路 最优设计 silicon photomultiplier(SiPM) microplasma electrical behavior model depth sounder front preamplifier design optimum design
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院研究生院，北京 100049
3 中国人民解放军 93617部队，北京 101400
为了估计水下激光成像系统的工作距离，根据水下激光成像系统的成像过程，通过分析目标的辐射特性，水体的衰减特性等各因素，建立了水下激光成像系统的信噪比模型。根据识别目标所需要的信噪比阈值、脉冲激光器等器件的性能指标，推导出水下激光成像系统的工作距离公式，并且完成了系统成像距离的计算与仿真。采用 532 nm的 Nd:YAG固体激光器、自组 ICCD相机以及基于 FPGA技术设计的同步控制电路板，进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明：理论模型计算的信噪比与实际图像的信噪比平均误差为 1.37 dB，证实了该模型的合理性。
成像系统 激光器 距离选通 信噪比 imaging systems laser range-gated signal-to-noise ratio
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 华北电网北京送变电公司, 北京 102401
针对浅水目标探测这一难题，设计了一种基于距离选通技术的水下成像系统。系统围绕532 nm NdYAG脉冲激光器和选通式增强型电荷耦合器件(ICCD)摄像机搭建而成，并且采用激光脉冲作为系统同步控制的触发信号。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术设计的同步控制电路，进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明，采用激光脉冲触发同步控制电路的方法，可有效抑制激光脉冲抖动对系统同步控制精度的影响，从而克服水体表面反射和后向散射对成像的影响，提高了成像质量。在有效衰减系数为0.52 m-1的湖泊中，系统的成像深度可达到水下7 m，对于浅水目标的探测、识别非常有效。
成像系统 距离选通 主动成像 同步控制 激光与光电子学进展
2012, 49(5): 051101
中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
为解决高帧频图像传感器应用中存在的显示问题,研制了利用普通工业监视器作为终端的高帧频数字图像制式转换显示系统.介绍了该系统的组成、制式转换的基本工作原理、用FPGA实现的途径、视频混合的方法和实际应用效果,给出了方框图.
视频信号处理 模数转换器 数模转换器 电视制式
