苏博家 1,2,3董吉辉 1,2,3,*杨荣 1,2,3陈春利 1,2,3[ ... ]周鼎富 1,2,3
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室，四川 成都 610041
3 中国兵器工业集团有限公司激光器件技术重点实验室，四川 成都 610041
4 北京理工大学光电学院，北京 100081
生物气溶胶极易在大气中传播并引发大范围疾病感染，利用生物荧光特异性的激光诱导荧光（LIF）雷达技术是实现生物气溶胶防区外侦测的有力手段。LIF激光雷达是一种宽光谱系统，受大气能见度和背景辐射的影响与窄光谱系统（如米散射激光雷达）有明显差异。为了评估LIF激光雷达在不同大气条件下的探测性能，利用Modtran5对几种典型的大气能见度和背景辐射（或工作时段）的水平路径上的宽光谱背景辐射与大气传输透过率进行了仿真，进而对不同大气条件下LIF激光雷达的探测性能进行了定量分析。仿真结果表明：在相同的大气能见度条件下，夜间的可探测距离要比白天高出2~4倍，且能见度越好，探测性能差异越大；在相同的工作时段，大气能见度良好时的可探测距离要比大气能见度较差时的高出2~5倍，且夜间探测性能差异比白天大；气溶胶生物性识别的可探测距离要比生物成分识别的可探测距离高出1~2倍，且受大气条件的影响明显。
遥感 生物气溶胶 荧光激光雷达 背景辐射 大气能见度 杨荣 1,2,3董吉辉 1,2,3,*苏博家 1,2,3杨泽后 1,2,3,4[ ... ]周鼎富 1,2,3
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室，四川 成都 610041
3 中国兵器工业集团有限公司激光器件技术重点实验室，四川 成都 610041
4 北京理工大学物理学院，北京 100081
5 北京理工大学光电学院，北京 100081
荧光激光雷达对气溶胶云团进行远程侦测时，常利用决策树法对云团的荧光光谱信号进行识别。当大气能见度较差或背景辐射较强时，激光雷达的信噪比下降，导致分类识别的准确性明显降低。针对这一问题，提出了一种基于特征提取的决策树分类方法，该方法充分利用荧光光谱信号的信息，具有较强的适用性。首先介绍了生物荧光光谱的特点及传统识别算法和改进识别算法的原理；然后实验测试了6种生物溶液的荧光谱，并通过在这6种生物物质的荧光光谱中增加不同强度的噪声，对两种分类识别算法的性能进行了对比分析。结果表明：所设计的基于特征提取的决策树算法的训练时间基本不随噪声大小改变，当光谱信号的信噪比为10时，对6种生物物质的识别准确率基本达到80%以上；对于两种荧光光谱极其相似的生物，具有较强的区分能力，识别准确性优于传统识别算法；抗噪能力较强，提高了生物气溶胶激光雷达的探测识别能力。
遥感 激光雷达 激光诱导荧光 机器学习 决策树 生物识别
为了研究光学参量如何影响测风激光雷达相干效率的问题，结合理论推导与实验验证进行了研究。基于光场叠加理论，讨论了本振光束腰、光纤耦合器芯径、光学系统像差对系统相干效率的影响;开展大气湍流影响实验，测量了不同光学参量的系统在典型天气条件下的信噪比。结果表明，光瞳口径为100 mm、F数为2时，最优束腰半径为3.3 μm，最佳匹配接收光纤芯径为9 μm，光学系统波像差均方根值应不大于0.06λ; 在强湍流作用下，当能见度小于5 km时，雷达探测距离降低60%。此研究对光学参量的优化具有重要参考意义。
激光技术 相干效率 光学参量 仿真实验
为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能, 采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理, 讨论光学天线口径对系统载噪比的影响, 以及光瞳截断比对天线效率的影响;提出光学接收耦合效率的定义, 研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响; 通过搭建实验平台, 测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数, 验证了仿真结果。结果表明, 当远场探测距离在7km~10km范围内变化时, 天线最优口径为100mm, 光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况, 强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。
激光技术 光学天线 实验分析 大气湍流 laser technique antenna experiment analysis atmospheric turbulence
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 通化师范学院 物理学院，吉林 通化 134002
脉冲相干激光测风雷达的信号处理通常采用固定长度距离门来划分时域信号，并对每个距离门做频谱计算得到风速度信息。固定距离门的时域信号划分存在中频信号的非整周期截断问题，导致频谱计算时出现频谱泄露而产生误差，使信噪比降低。文中提出一种基于整周期搜索的自适应距离门划分方法，距离门长度与中频信号频率自适应，可实现对信号的整周期分割，避免了频谱处理中的频谱泄漏问题，提高频率估计精度。采用加噪信号对两种处理方法进行仿真分析，结果表明：自适应距离门方法可实现距离门长度与中频信号的自适应，在信噪比小于1 dB时，该方法得到的中频估计误差是固定距离门方法的38%~62%。应用自适应距离门方法处理激光测风雷达系统获取的转盘和风场回波信号，与使用固定距离门方法的激光测风雷达测量结果进行对比。结果表明：自适应距离门划分方法对转盘速度测量的均方根误差为0.19 m/s，大气风速度测量的距离分辨率在7~11 m之间变化，均优于固定距离门方法，实现了激光测风雷达的距离分辨率和测量精度的提升。
激光测风雷达 整周期搜索 自适应距离门 信号处理 wind lidar full cycle search adaptive range-gate signal processing 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210187
1 海军装备部, 成都 610100
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
3 北京理工大学 物理学院, 北京 100081
差分吸收激光雷达具有探测距离远、灵敏度高、响应时间快等特点, 可用于大范围大气有毒有害气体的遥感监测, 成为近年来大气有毒有害气体激光遥测技术发展的重点。首先阐述了差分吸收激光雷达大气遥测基本原理, 其次从激光器应用和系统平台发展两个方面分析了该技术的技术发展现状, 最后提出了宽光谱、多波长、新探测体制的激光雷达、多平台应用、复合系统将成为未来基于差分吸收激光雷达有毒有害气体遥测发展方向。
激光技术 差分吸收 激光雷达 有毒有害气体遥测 laser technique differential absorption lidar toxic and harmful gases remote sense
1 中国人民解放军海军装备部驻西安地区军事代表局, 陕西 西安 710043
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
3 北京理工大学物理学院, 北京 100081
激光多普勒测风雷达利用光学多普勒效应来实现对大气风场的非接触式测量,具有空间和时间分辨率高、覆盖范围大、探测距离大等特点,适用于可移动式、地基、车载、舰载、机载、星载等多种承载平台,广泛应用于飞行安全、风力发电、气象预报、科学研究、****等领域。针对当前激光多普勒测风雷达的主要体制、技术、国内外最新研究成果及应用进行介绍和分析,对直接探测和相干探测2种测风技术进行比较,并对激光多普勒测风技术的发展趋势、研究热点和应用拓展进行简要总结。
遥感 测风 多普勒激光雷达 风场 激光与光电子学进展
2019, 56(18): 180003
1 成都理工大学 信息科学与技术学院, 成都 610059
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
为了研究时间域上风廓线数据的质量控制问题, 采用后向传播神经网络修正灰色算法残差的方法(BP-GM), 进行了理论分析和实验验证。使用反向传播神经网络训练历史风廓线数据的灰色残差, 取得了风廓线质量控制数据。结果表明, 当相对误差和后验差比值越小、精度越接近1时, 质量控制效果越好;BP-GM法能有效地降低风廓线数据控制残差, 提高精度。这一结果对风廓线质量控制是有帮助的。
激光技术 质量控制 后向传播神经网络 灰色算法 laser technique quality control back propogation neural network grey method
1 贵阳学院 电子与通信工程学院，贵州 贵阳 550005
2 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理，推导了具有高阶相位误差时线性调频信号经合成孔径激光雷达外差探测后的输出信号表达式。结合参考通道的系统结构和基于锐化函数的相位补偿算法，通过模拟仿真，对比分析了参考通道类型对单点目标成像的影响。通过研究锐化函数的物理含义，对锐化函数相位补偿算法进行了误差分析。指出了锐化函数相位补偿算法的适用范围，以及实现高质量的合成孔径激光雷达探测成像需进一步考虑的问题。
合成孔径激光雷达 外差探测 相位误差 参考通道 锐化函数 目标图像 synthetic aperture ladar heterodyne detection phase error reference channel sharpen function object image
1 贵阳学院电子与通信工程学院, 贵州 贵阳 550005
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
概述了生物/化学战剂激光遥测主要技术的原理和特点，分析了国外利用差分激光雷达技术、拉曼光谱技术和激光诱导荧光技术对生物/化学战剂进行激光遥测的发展现状，重点介绍了光声光谱、拉曼荧光复合探测、量子级联激光器和红外焦平面阵列等新兴技术在生物/化学战剂激光遥测中的应用，指出了生物/化学战剂激光遥测技术的发展趋势。
测量 生物/化学战剂 激光遥测 差分激光雷达 拉曼光谱技术 激光诱导击穿光谱技术 激光与光电子学进展
2014, 51(3): 030002
