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
红外与激光工程
2023, 52(1): 20220748
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, 北京 100049
4 中国民用航空飞行学院, 四川 德阳 618300
为了消除激光跳模对调频连续波激光测距的影响, 提出了一种基于重采样信号相位拼接的跳模影响消除方法。该方法利用重采样信号相位展开求导的结果来定位激光跳模发生的时间, 并对重采样信号跳模处两端的峰值进行相位拼接来去除跳模段的重采样信号。通过对相位拼接后的重采样信号进行Chirp-Z变换可以得到不受激光跳模影响的目标距离谱。系统对光程约为21.16m的延时光纤进行多次测量, 实验效果证明此方法可以消除调频激光跳模对距离测量的影响, 并实现了12μm的测距标准差。
调频连续波激光雷达 激光跳模 相位拼接 测距 FMCW lidar laser mode hopping phase splicing ranging
设计了一种新型的高非线性低损耗光子晶体光纤(PCF), 在1.55μm处可获得35.78W-1·km-1的高非线性系数, 损耗为2.5dB/km。提出了一种基于高非线性光子晶体光纤交叉相位调制的波长转换系统, 当泵浦光波长为1565nm、功率为0dBm, 信号光波长为1545nm、功率为10dBm, 滤波器波长为1565.2nm、带宽为0.1nm时, 得到最佳的波长转换效应。
高非线性光子晶体光纤 低损耗 交叉相位调制 波长转换 high nonlinear photonic crystal fiber low loss XPM wavelength conversion
1 西南技术物理研究所，成都 610041
2 陕西省计量科学研究院，西安 710048
3 解放军驻西南技术物理研究所军事代表室，成都 610041
为了加快发展我国机载测风雷达技术，对机载激光多普勒测风雷达的研究及应用情况进行了介绍，对机载激光多普勒测风雷达的基本工作原理、系统组成、应用方式及领域等进行了分析，并对光纤激光器在机载雷达系统中的应用进行了预测。结果表明，采用全光纤相干结构的机载测风雷达具有测量精度高、结果稳定可靠、响应速度快、系统结构紧凑、环境适应能力强、适合多种工作平台等特点，可广泛应用于各型大型飞机提供下视高度详尽的大气风场气象参量，以保障空投空掷作业的准确性与安全性；另外还可以为飞机飞行提供前方航道大气湍流及横切风的预测，保障飞行安全等。
激光技术 机载 激光多普勒测风雷达 大气风场测量 激光器 laser technique airborne laser Doppler wind lidar atmosphere wind field measurement laser
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 中国空间技术研究院, 北京 100094
以天基空间目标探测研究为背景,提出了一种空间近距离非合作目标的光学主被动复合探测系统。该系统由扫描和凝视两套被动成像子系统和一套主动激光雷达子系统组成。两套成像子系统的配合能实现大范围搜索,高精度定向及目标的识别、跟踪,克服了以往空间探测器在设计中存在的大视场与高分辨率的矛盾。激光雷达子系统具有对目标精确测距、测速的能力,再配合被动成像子系统给出的目标方位信息,使整套系统可对空间目标进行球坐标定位,计算其轨道参数。在假定条件下进行了系统设计举例,分析了设计中的各个关键技术,给出了系统相应的关键设计参数。为星载光学探测系统设计提供了一种新思路、新途径。
空间探测器 主被动复合探测 成像系统 激光雷达 space probe active/passive hybrid detection imaging system laser radar
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 中国空间技术研究院,北京 100094
以天基空间目标探测器的研究为背景,对近地空间的光环境进行了研究,并对平面、球面、柱面、锥面近地空间小目标进行光学建模,给出其在一定距离上的光照度与光源、探测器方位角及相位角的普遍关系式。为验证关系式的正确性,在设定条件下对模型进行了仿真分析,得到平面最亮,球面和柱面次之,锥面最暗的结论;同时在暗室中搭建空间小目标成像的模拟实验系统,以增强型电荷耦合器件(ICCD)摄像机进行静态目标成像实验。对采集的图像进行分析,得到了符合仿真结论的实验结果。说明了目标光学模型的正确性及运用微光探测器件对空间目标进行成像观测的可行性。同时也进行了动态目标成像实验,实验结果说明了减小图像噪声对运动目标定位处理的重要性,这一结论为成像器件选型提供了依据。
光学测量 空间目标 探测 光照度 成像
北京理工大学信息科技学院光电工程系, 北京 100081
探讨了适合太阳光抽运的固体激光器工作物质的选择方法,并分析了几种备选工作物质的性质。用Matlab对太阳光谱的现有数据进行了三次样条插值运算,建立了太阳光谱的局部精细离散化模型,并结合红宝石、Nd∶YAG、Yb∶YAG、Nd∶YVO4、Cr∶Nd∶GSGG、掺Nd3+的光学陶瓷和掺Yb3+的石英光纤等激光介质的吸收光谱,进行了太阳光谱与激光介质吸收谱的匹配分析。得出各激光介质所吸收的能量占太阳常量的百分比分别为24.51%,15.98%,2.35%,6.46%,43.91%,15.98%,7.63%。并在一定假设条件下,计算了各介质的阈值抽运功率体密度。综合以上激光介质的材料热特性,选取对太阳光吸收较多,阈值低且热特性好的Nd∶YAG,掺Nd3+光学陶瓷,Cr∶Nd∶GSGG为较适合的太阳光抽运激光工作物质。
激光器 固体激光器 工作物质 太阳光抽运 光谱分析
