中国电子科技集团公司第十一研究所固体激光技术重点实验室，北京 100015
为了解决静态目标高重复频率远距离激光相干测距过程中出现的多盲距点和距离模糊问题，对激光测距发射波形、本振波形以及解算方法进行研究。对发射波形和本振波形进行不同斜率的线性调制，将最远可测目标信息调制到本振光端，探测器对回波相干信号进行探测，采集卡进行数据采集。采用高精度的脉冲压缩数据处理方法得到匹配滤波结果，并进行距离解算分析。仿真和实验结果表明，该测距方案可以有效解决因高重复频率产生的距离模糊问题，同时避免因脉冲发射时刻光泄漏带来的多点盲距问题。在重复周期、脉宽发射信号和重复周期连续调频本振光条件下，实现模拟29.0525 km目标（延时光纤58.105 km）的探测。该方案可满足高重复频率远距离脉冲激光相干测距无模糊、无间断的测量要求。
遥感 高重复频率 本振调制 距离模糊 盲距
1 华北光电技术研究所 固体激光技术重点实验室，北京 100015
2 中国航空研究院，北京 100029
为实现雷达远距离动目标实时跟踪探测，单脉冲线性调频脉冲压缩算法和 V 型啁啾调频脉冲压缩算法为快速获得运动目标的距离速度信息提供算法基础。结合脉冲压缩算法优势以及两种波形脉压算法的弊端，利用V型啁啾调频脉冲发射波形，提出采用三角调频滤波处理方法，以解决目标的距离、径向速度值及速度方向信息同时获取的难题，为单脉冲实现速度矢量信息的隐蔽探测提供解决方案。通过搭建脉冲激光相干测量实验平台，在接收镜头后连接17.618 km延迟光纤以延长目标往返距离，对转速从−3.67~3.67 m/s的转盘进行速度距离测量。在40 MHz调制带宽， ${\text{4}}{\text{.096 μs}}$调制脉宽，2.5 GS/s采样率条件下成功实现单脉冲距离速度多维信息获取，并对测速准确性进行评估，距离测量精度达到0.33 m，速度测量精度为0.061 m/s。
激光雷达 径向速度 啁啾调频 相干测量 lidar radial velocity chirp frequency modulation coherent measurement 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230294
1 华北光电技术研究所 固体激光技术重点实验室，北京 100015
2 上海羽宸光电技术有限公司，上海 200333
在激光雷达远程测距中，雷达接收机需要在接收信号信噪比较低的背景下，对其中的有用信号进行识别、提取和判决。因此，为保证雷达系统的探测距离和精度，在激光发射功率一定的前提下，需在信号接收处理的各环节中设法提高信号的信噪比。当前外差式激光雷达接收机在变频时将本振光和信号光直接混频，导致镜像频率噪声与有用信号叠加，致使解调信噪比恶化。针对激光雷达接收机提高信号信噪比的需求，提出了一种在信号解调过程中对镜频干扰进行抑制，从而提高解调信噪比的方法。采用光电联合I/Q下变频，首先参考Hartley结构，在光信号的解调过程中对镜频处的噪声进行抵消，随后采用I/Q支路不平衡补偿算法对潜在的双支路不平衡量进行矫正，最后使用数字正交下变频将中频信号解调至基带。仿真和实验表明，该方法能够有效消除调频信号变频过程中引入的镜像频率噪声，相较于传统激光相干雷达接收机方案，该方案解调得到的基带信号信噪比提升了约3 dB。
相干激光雷达 镜频抑制 正交解调 雷达接收机 coherent laser radar mirror frequency suppression quadrature demodulation radar receiver 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230172
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
2 西安理工大学 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 西安 710126
3 中国电子科技集团有限公司第十一研究所 固体激光重点实验室, 北京 100015
为了研究激光散斑对目标探测的影响, 采用物理光学近似方法, 进行了平面波激光照射在粗糙球体和圆锥体目标时对散射场统计特性的理论分析, 推导了粗糙体目标散射场量的二阶统计矩,数值计算了粗糙球体和锥体的非相干散射分量比随粗糙度、散射角、半径及目标材料的变化情况。结果表明, 散射角的变化对粗糙球体散射非相干分量比有影响, 粗糙度变大, 目标的非相干分量占总散射分量的比重越大; 随着粗糙球体半径变小, 球体表面越粗糙; 圆锥体目标散射非相干分量比的峰值位置随粗糙度变化而不同, 但其峰值均位于镜反射方向上; 金属类材料比非金属抛光铝材料的非相干分量比小, 且半径变化与非相干分量比成正比。该研究结果可为更复杂目标激光散射特性和激光散斑探测、识别的研究提供一定的参考价值。
散射 粗糙面散射 粗糙体目标 非相干分量比 散射强度 scatterings rough surface scattering rough target incoherent component ratio scattering intensity
华北光电技术研究所 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
针对现有激光三维成像中使用的面阵APD探测器相邻像元间隔较大, 导致激光利用率低从而影响探测距离的缺点, 提出阵列分束激光三维成像技术。该技术对激光发射源采用液晶空间光调制器进行衍射阵列分束, 将一束激光分成与阵列APD探测器相应的阵列子光束, 调整激光发射子光束和阵列APD探测器的位置, 使得子光束照射目标后聚焦到阵列APD探测器的像元上, 提高了整束激光的利用效率。介绍了阵列分束激光三维成像技术系统组成和工作原理, 提出采用液晶空间光调制器的方法实现阵列分束的方案, 研制了阵列分束激光三维成像原理样机, 利用研制的原理样机对采用阵列分束后的效果进行了验证。实验结果表明, 采用该技术后, 采用峰值功率10 kW、脉宽8 ns的激光源, 填充因子2/3的8×8 APD, 三维成像作用距离达到510 m, 同等条件下与不分束相比, 作用距离提升39.1%。
阵列分束 激光三维成像 空间光控制器 面阵APD探测器 array beam laser 3D imaging spatial light modulator array APD detector 红外与激光工程
2019, 48(6): 0606001
1 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
2 华北光电技术研究所, 北京 100015
比较了几种无扫描激光三维成像技术的优缺点, 提出一种基于双通道接收的强度调制型无扫描激光三维成像技术, 该技术具有成像速度快、精度高、可靠性好、距离远的特点。采用大功率脉冲激光器作为激光照射源, 两路ICCD同时接收, 双通道分光系统将接收回波分到两路ICCD, 通过两路ICCD强度信息反演出目标各点距离信息。重点介绍了该项技术工作原理和实现方法, 研制了原理样机, 进行了成像实验, 对成像结果进行了分析, 实现了作用距离5.1 km、作用距离30 m时距离分辨率0.25 m的技术指标。
无扫描激光三维成像 强度调制 双通道接收 增强电荷耦合器件 scannerless laser three dimensional imaging instensity modulation multi-channel receiving ICCD 红外与激光工程
2016, 45(12): 1206008
中国电子科技集团第十一研究所, 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
研究了一种基于多普勒效应测速的光频率调制连续波相干激光雷达测速方案。该方案采用全光纤结构，效率高、体积小、功耗低、性能稳定可靠，具有良好的机动平台挂载适应能力。对雷达原理、结构、数据处理算法等部分进行了详细讨论。另外，还给出了直升机飞行挂飞实验结果：最大测量速度为150 m/s,作用距离大于3 km，最大测量误差为0.08 m/s。
测量 相干探测 光频率调制 光纤激光 激光多普勒测速 中国激光
2013, 40(12): 1208007
1 电子科技大学 光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川 成都 610054
2 中国电子科技集团公司第十一研究所,北京 100015
针对多激光光束风场位移测量系统中对激光后向散射信号的采集和处理,设计了具有高速数据采集的多激光光束风场位移测量系统,并集成了大动态范围内快速变化的低信噪比(SNR)信号的实时接收提取、空间滤波、精密延时和精确波门控制等技术。系统主要由脉冲YAG激光器、雪崩光电二极管(APD)探测器、级联增益放大器、模数转换电路、现场可编程门阵列(FPGA)处理芯片及其外围电路、单片机控制系统和数据传输电路等组成,其中FPGA芯片成功地通过仿真,达到了设计要求。最后进行了实地风场测量实验,结果表明系统能够有效地检测出风场中不同距离处的散射回波信号,从而计算出风场的速度并通过分析得到风向。
测量 风场测量 激光后向散射 多激光光束 高速数据采集 现场可编程门阵列 激光与光电子学进展
2010, 47(8): 080101
时论了激光水下目标成像探测手段的性能、优点、国外发展及应用,分析了系统工作方式和分类,并展望了今后该领域的技术发展方向.
激光水下测激光水下成像 新进展
1 西安电子科技大学技术物理学院,西安,710071
2 华北光电技术研究所,北京,100015
推导出不同距离、水质和探测参量情况下激光脉冲在水中传输的时域展宽表达式,并提出光波门选通法来代替传统的脉宽检测方法,计算结果与实际相符,对水下激光探测应用有重要的实际意义。
: 激光技术 时域展宽 波形分析计算 实验验证
