星载微脉冲光子计数激光雷达能够实现对地面目标的高重频、多波束探测，有效提高了激光雷达在轨测量的采样密度和覆盖宽度，满足全球高效高精度测绘的需求。依据微脉冲光子计数激光雷达的工作原理，建立了基于多像元光电倍增管（PMT）的星载微脉冲光子计数激光雷达的探测仿真分析模型，并对典型探测过程进行了仿真分析。结果表明，多像元PMT像元数的增加能够明显降低激光雷达的首光子效应，提高测距精度；激光雷达的测距标准差随地形坡度增大而明显增大；对于复杂地形，增加像元数和回波光子数，光子计数点云能够更准确描述地形轮廓的分布特征。同时，机载飞行试验验证了在复杂地形条件下，多像元PMT能够显著增加有效回波光子计数点，准确有效地反映了被测地形的轮廓特征，实现复杂地形下的高精度光子计数测距，验证了仿真分析结果的正确性。
激光雷达 光子计数 多像元光电倍增管 仿真模型 lidar photon counting multi-pixel photomultiplier tube simulation model 红外与激光工程
2021, 50(11): 20200502
为了避免资源卫星激光测距仪地面真空收发光轴一致性测试过程中损伤雪崩光电二极管(APD), 采用一种新的适用于真空环境下测试方法, 通过平行光管和激光光束分析仪建立测试系统, 穿舱密封光缆连接器引入罐外的1064nm连续光源, 在接收机焦面位置设计光纤匀光器, 产生发散的均匀分布的照明光束, 引出接收机视轴, 多级衰减引出发射机光轴, 对资源卫星激光测距仪真空下不同工况性能进行了实验验证。结果表明, 此方法消除了真空环境下APD损伤风险, 测量精度优于6.47μrad, 满足激光测距仪的测试精度要求。 该研究具有结构紧凑、测试链路少、测试精度高的优点, 为高能激光测距仪真空测试提供了新思路, 具有广泛的应用前景。
激光技术 测距仪 真空 平行度 光纤匀光器 laser technique altimeter vacuum parallelism fiber-optic homogenizer
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
星载多波束光子计数激光雷达能实现高重复频率探测,有效提升了激光雷达在轨测量的空间分辨率,满足测绘和植被测量等应用需求。针对光子计数激光雷达点云的特征,提出了一种用于光子计数激光雷达点云的自适应去噪算法。首先,优化了搜索区域的形状,分析了噪声点邻域密度的分布特征。然后,根据噪声点的邻域密度统计特征自适应确定噪声点识别参数。对机载原理样机获取的点云数据实验结果表明,本算法对屋脊线的测量精度可达到0.13~0.27 m。对多测高波束试验激光雷达机载实验点云的实验结果表明,本算法对冰盖、海面、植被和陆地等典型场景的识别率优于94%,准确率优于90%。这表明本算法具有良好的适应性,可应用于大范围光子计数激光雷达点云的自适应去噪。
遥感 激光雷达 光子计数 空间聚类模型 点云去噪 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1428001
北京空间机电研究所 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
通过建立包含体布拉格光栅波长特性的速率方程模型，模拟了不同泵浦功率、体布拉格光栅中心衍射效率和带宽情况下，激光器的波长调谐特性，包括波长调谐范围、激光光谱、能量和脉冲宽度。实验搭建了以体布拉格光栅作为输出镜的激光二极管泵浦Nd：YAG/Cr4+：YAG激光器，测试了不同体布拉格光栅温度和泵浦功率时的激光波长、线宽、能量和脉冲宽度，实验结果和理论分析结果基本相符。在重复频率为10 kHz，脉冲宽度为40 μs，峰值功率为10.7 W的矩形脉冲泵浦下，通过调整中心衍射效率为70%，带宽为60 pm的体布拉格光栅温度，获得了1 063.77~1 064.48 nm的波长调谐。当体布拉格光栅为50℃时，获得了单脉冲能量为109.5 μJ，脉冲宽度为1.71 ns，中心波长为1 064.432 nm，线宽为38.3 pm，光束质量M2因子小于1.2的激光输出。研究结果可为体布拉格光栅的应用、激光器的光谱分析及设计提供参考。
固体激光器 二极管泵浦 可调谐 Nd：YAG Cr4+：YAG 体布拉格光栅 Solid-state Diode pumped Tunable Nd：YAG Cr4+：YAG Volume Bragg grating
1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
2 北京空间机电研究所,北京 100091
单光子探测激光测距是实现远距离高精度测距的一种重要方法。由于白天的背景噪声约为夜晚的100万倍,传统的单光子探测器白天极易饱和甚至损坏,单光子探测激光测距在白光背景噪声环境中非常难识别微弱的回波信号。本文发展了一种基于FP标准具滤光的单光子探测激光测距装置,采用532 nm窄带干涉滤光片和线宽为10 pm的FP标准具进行二级滤光,并且通过压电旋转台驱动FP标准具,使其中心波长与激光波长锁定,保持最大的透过率。该测距装置有效地降低了白光背景噪声,采用PMT单光子探测器,在532 nm波段实现了白天单光子探测激光测距。在实验中,阳光照度为1.1×104 lx时,背景光噪声计数被抑制到900 kcps,探测距离为14 km时,信噪比可达16 dB。
单光子探测 激光测距 FP标准具滤光 single-photon detection laser ranging FP etalon
针对激光测距仪星载应用环境的特殊性, 研究了星载激光测距仪APD最佳增益控制技术。通过引入星载激光测距仪APD电流信噪比模型, 分析了影响星载激光测距仪APD信噪比的关键因素。针对某星载激光测距仪的具体应用, 展开了APD最佳增益控制技术研究, 设计了温度增益反馈控制电路, 并推导建立了温度增益数字反馈控制算法, 实验验证了控制电路及算法的正确性和良好的温度适应性。实验结果表明, 该控制电路和算法能够使得APD在-25~60 ℃温度范围下保持恒定增益, 适用于星载激光测距仪APD最佳增益控制。
星载激光测距仪 温度补偿 增益控制 space borne laser range finder APD avalanche photodiode (APD) temperature compensation gain control 红外与激光工程
2016, 45(5): 0520001
全波形激光测高仪技术以其高精度和信息含量丰富成为星载激光测高仪发展的重要方向。为了实现星载激光测高仪完整链路的性能评估，对星载全波形激光测高仪仿真分析模型进行了研究，提出了仿真模型的模块组成。根据激光发射模型、地物模型和接收模型，采用空间细分思想，利用激光雷达方程，完成了星载激光测高仪全波形回波信号的仿真，并采用参数提取算法对回波信号的特征参数进行了提取，实现了星载激光测高仪完整链路的仿真与数据分析。在星载激光测高仪系统设计之初即可实现各环节激光回波信号的预估，在系统设计、产品研制和数据处理中可以发挥重要作用。
遥感 回波仿真 全波形分析 星载激光测高仪 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 102801
1 西安建筑科技大学材料与矿资学院, 陕西 西安 710055
2 西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室, 陕西 西安 710072
3 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
用不同能量密度的飞秒激光在不同辅助气压下对TiC陶瓷进行微孔加工，采用扫描电子显微镜（SEM）、微米X射线三维成像仪(Micro-CT)和X射线光电子能谱（XPS）对微孔的形貌和化学键进行了研究。结果表明，在不同能量密度下，微孔入口圆度均不小于99%，微孔出口圆度随能量密度的增加而增大，随后趋于稳定，最大出口圆度为95%。微孔锥度随辅助气压增大而增大，当能量密度为0.51 J/mm2、辅助气压为0.3 MPa时，微孔锥度最佳，其长轴锥度为-0.13°，短轴锥度为0.77°。激光加工过程中，C-C键、Ti-C键断裂，在微孔附近形成包含金属Ti、Ti2O3和TiO2等物质的残渣。最后对激光与材料的作用机制进行了探讨。
超快光学 飞秒激光 微孔加工 TiC陶瓷 能量密度 辅助气压 中国激光
2014, 41(10): 1003010
为了研究不同激光喷丸范围下7050-T7451铝合金小孔构件残余应力场的变化规律, 采用ABAQUS有限元分析软件对激光喷丸过程进行理论分析和数值仿真, 分析了材料激光喷丸后表面及孔壁的残余应力分布。结果表明, 随着喷丸范围的增大, 表面残余压应力范围增大, 冲击区域外围的残余拉应力由52MPa变为344MPa; 孔壁的应力分布随喷丸范围的增加而变差, 中间最差应力由压应力38MPa变为拉应力49MPa; 在一定的喷丸范围内, 激光喷丸范围的增加使表面压应力范围变大而使孔壁应力分布变差。对于激光喷丸强化小孔构件, 应控制喷丸范围, 兼顾板料表面及小孔孔壁的残余应力分布, 以提高小孔构件的抗疲劳性能。
激光技术 喷丸范围 残余应力 小孔构件 laser technique laser peening area residual stress hole specimen
1 同济大学铁道与城市轨道交通学院,上海,200331
2 同济大学电气工程系,上海,200331
根据相关测速的特点,提出了一种快速的二维相关算法,该算法不但可以简化运算,而且该算法所采用的器件相对与传统相关测速所用的器件具有简单,可靠,价格低廉等优点.
图像传感器 相关测速 二维 image sensor correlation speed m easurement two-dimensional
