115～180nm远紫外临边成像光谱仪信噪比分析与验证

115～180nm远紫外临边成像光谱仪原理样机是针对电离层探测而开发的预研空间光谱仪器。由于远紫外波段的特殊性,仪器所能接收到的信号非常微弱,因此灵敏度和信噪比就成为了衡量性能的重要指标。该文根据信号统计检测理论,在阈值理论的基础上,提出了计算这种仪器的灵敏度和信噪比的方法。首先分析了接收信号和系统噪声的概率分布,然后引入探测概率和虚警概率因子,从而推导出仪器的灵敏度与信噪比的计算表达式。根据灵敏度计算和电离层中探测粒子辐射波长的亮度范围,可知仪器的灵敏度能够满足探测需求。之后对仪器的信噪比进行了理论计算,并建立了相关的实验系统进行验证,结果表明,由该方法计算出的结果和实验结果之间的误差在允许范围内,因此是合理的。     

一种提高激光告警器性能的自适应方法

激光告警是激光对抗的重要前提和基本手段，如何在复杂背景噪声下识别来袭激光信号，进而准确报警是激光告警面临的首要问题。该文分析了激光告警设备检测概率与信噪比的关系，从关系式可以看出，为了提高激光告警设备的检测概率，需要增加激光信号的信噪比。提出了一种最大信噪比的自适应算法，进行了算法分析，并利用矩阵变换作出了算法简化，从而保证了系统信噪比的最佳化。最后对最佳权向量的求解这个问题，给出了适用于工程化的最佳权向量求解的简单迭代算法。     

激光告警系统中小型静态傅里叶变换光谱仪的研究

相干激光告警接收机较光谱识别型激光告警接收机有着不可比拟的优点,在相干激光告警中实时可靠地获取敌方来袭激光的光谱细节具有重要意义。文章介绍的基于等效斜楔干涉具和线阵CCD的小型静态傅里叶变换光谱仪,是相干激光告警接收机的重要组成部分,其光学部分由一个等效斜楔干涉具和柱面镜组成,内部不含扫描部件,具有体积小、成本低、结构简单、性能稳定、光谱检测速度快等优点,可以满足脉宽大于等于10 ns脉冲激光信号光谱高速探测的要求。该光谱仪波长范围从400到1 100 nm,波长分辨率小于10 nm。文中详细介绍了该光谱仪的设计方法和关键光学元件的设计原理,进行了相关的性能分析,构建了实验系统,应用该实验系统对7个中心波长分别为635,650 nm等的半导体激光器进行了光谱测试,并将测试结果与使用日本Advantest公司的Q8344A型光谱仪测得的结果进行了比较,得到中心波长平均误差为0.269 nm,绝对平均误差为0.919 nm。波长分辨率最小为1.170 nm,最大为8.845 nm,且有较高的信噪比。     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...     

脉冲串互相关方法在远程激光测距中的应用

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性,提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化,然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号;通过处理不同信噪比的回波信号,来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明,该方法能够有效提高回波信号的信噪比,信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92,从而扩展了激光测距系统的测程,有效降低了探测系统的探测虚警率,提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。     

激光告警中的信号探测研究

分析激光告警中的噪声电平，研究信噪比与探测概率，最后研究距离方程与动态范围。     

智能型多功能激光防护镜与自动探测告警复合装置

设计研制智能型多功能激光防护镜与自动探测告警一体化复合装置,主要用于各类激光辐射人眼损伤的防护和预警。对防护镜和探测告警系统及智能化复合防护技术进行研究和性能测试,利用防护镜与告警装置的信号互联和联动作用,使防护镜双镜复合,并发出告警信号。结果表明,当激光防护告警复合装置探测到激光入侵时均能以不同方式发出各种告警信号和复合防护响应,包括不同颜色灯光闪烁、音响和振动告警,驱使两个防护镜单元镜组复合,对532 nm、1 064 nm、470 nm、808 nm和700～2 000 nm特定波长激光和超连续谱激光进行有效防护,可通过无线信号互联实现集群联动告警和防护。该激光防护镜与探测告警复合装置具有智能化、模块化、多功能集成的特点,各项性能符合设计要求。     

激光多普勒测速仪中散射光特性的研究

后向散射光特性与多普勒信号的质量密切相关。为了设计高性能的激光多普勒测速仪,运用散斑理论详细分析了激光多普勒信号的强度与散射光斑大小的关系,结合泛函理论给出了计算多普勒电流的散斑表达式,并通过实验的方法研究了回波信号的偏振特性及其强度分布。理论分析与实验结果表明,激光多普勒信号的强度与接收器件光敏面的直径成正比,与光斑的直径成反比;选用光斑较小的圆偏振激光束,并用光敏面尺寸较小的探测器在镜面反射方向上接收信号光,可以大大提高多普勒信号的信噪比,增强系统的探测能力,为提高系统的测量精度创造有利的条件。     

极化3He系统核磁共振FID信号的激光探测

极化率测量装置是极化³He系统的重要组成部分之一.本文介绍了一套在极化³He系统上搭建的激光探测自由感应衰减核磁共振（FID NMR）信号的实验装置,该装置有望为³He极化率的高精度实时测量提供新的途径.激光探测法的原理是法拉第旋光效应,该方法使用一束线偏振光探测极化³He磁矩绕主磁场进动的FID信号,实验结果表明相较于拾波线圈探测方法,激光探测方法的信噪比提高了106%,对³He的极化率测量更精确.该探测方法有望替代传统的拾波线圈,广泛地应用于³He极化系统的极化率测量或精密测量实验中.     

基于信噪比的紫外红外复合告警系统模型

提出一种将红外告警与紫外告警相复合的全新的告警模式。该模式能够在保证探测精度、探测距离的前提下大大降低系统虚警率,提高平台的战场生存能力。参考目前流行的设计方法,针对所提出复合告警模型,我们采用了一种基于信噪比的方法进行了模型的建模,并分析了大气透过率、探测器性能、探测信噪比以及目标背景辐射之间的关系,确立了系统探测距离和所需光学孔径的关系以及系统分辨率和光学系统焦距的关系。经过分析和测试该模型完全满足系统设计的需要,对后续的光学和机械伺服参数的确定起着重要的作用。     

太阳对成像型天基激光告警系统的影响

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题,通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明:太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射,地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光|反射太阳光辐照在探测器像面上的最大能量密度为0.97 mJ/cm2,反射太阳光背景下,攻击激光成像信噪比在103以上,信标激光信噪比小于1,反射太阳光对攻击激光检测没有影响,对信标激光成像是强背景干扰|直射太阳光辐照探测器是系统不可避免的情况,太阳成像光斑功率密度最大时约20 W/cm2,将导致探测器像元饱和甚至损坏|太阳成像光斑特征与入射激光相似,会造成系统严重虚警.     

高灵敏度激光吸收光谱中的微弱信号处理

可调谐二极管激光频率调制吸收光谱（FM-TDLAS）技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH₄为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器（double balanced mixer）为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微弱信号的调制解调高频相敏探测器。在对高频相敏探测器进行具体设计和分析的基础上, 结合实验,利用CH₄气体在1653nm附近的近红外吸收光谱,对整体电路的性能进行了测试,获得了具有较高信噪比的二次和一次谐波信号,检测灵敏度可达10×10^-6。     

激光干扰红外成像系统的噪声等效温差及信噪比分析

噪声等效温差(NETD)和信噪比(SNR)是衡量红外成像系统性能的重要指标之一,它与探测器的多种性能参数有关。分析了激光辐照干扰红外探测系统及不同材料类型红外探测器性能参数变化。通过理论定量计算分析,比对YAG激光(波长1.06 μm)干扰前后系统噪声等效温差、信噪比曲线,得到了激光损伤后的NETD比损伤前NETD大2至3个数量级,同时,激光干扰后的信噪比相对激光干扰前信噪比小2个多数量级,进一步推导出激光干扰对红外探测系统的影响。     

可调谐二极管激光吸收光谱射流强化

可调谐二极管激光吸收光谱分析技术(TDLAS)是近年来兴起的一种痕量气体分析方法。因其高分辨率、高分析速度、非接触测量、可实时在线监测等优点,受到人们广泛青睐,已经广泛应于科研和工业自动化等领域的气体检测中。为了满足分析仪器测量灵敏度和精度的要求,对于很低浓度和信噪比较小的痕量气体浓度测量,往往需要较长的吸收光程和复杂的数据处理算法,这增加了分析仪器的软硬件成本。本文提出利用高压气体射流产生的减压作用,在不改变TDLAS分析仪器软硬件设置的条件下提高TDLAS的分析能力。对于安装于样气压力为0.3～0.5 MPa和排气压力为219.3 kPa的TDLAS分析系统,实验结果表明,通过射流强化的方法,可以使信噪比提高24倍,探测灵敏度提高一个数量级,测量精度提高6.3倍。     

A fiber micro-vibration sensor based on single-mode fiber ring laser

A new micro-vibration sensor based on single-mode fiber ring laser is put forward. The Mach-Zehnder interferometric （MZI） detection technique is presented for interrogating laser frequency shift due to the measurand （piezoelectric transducer （PZT） is used to simulate the micro-vibration） induced laser cavity strain from both single- and multi-mode lasers. In the experiment, compared with multi-mode laser sensors, the single-mode laser sensor is proved to be a sensor with high resolution. When the PZT is driven by the analog signal （0.03 rad near 2 kHz）, the signal-to-noise ratio （SNR） of output signal from the single-mode laser sensor is close to 55 dB and the sensitivity of the sensor is about 5 ×10^-5 rad/Hz1/2.     

Signal enhancement of a novel multi-address coding lidar backscatters based on a combined technique of demodulation and wavelet de-noising

Multi-address coding (MAC) lidar is a novel lidar system recently developed by our laboratory. By applying a new combined technique of multi-address encoding, multiplexing and decoding, range resolution is effectively improved. In data processing, a signal enhancement method involving laser signal demodulation and wavelet de-noising in the downlink is proposed to improve the signal to noise ratio (SNR) of raw signal and the capability of remote application. In this paper, the working mechanism of MAC lidar is introduced and the implementation of encoding and decoding is also illustrated. We focus on the signal enhancement method and provide the mathematical model and analysis of an algorithm on the basis of the combined method of demodulation and wavelet de-noising. The experimental results and analysis demonstrate that the signal enhancement approach improves the SNR of raw data. Overall, compared with conventional lidar system, MAC lidar achieves a higher resolution and better de-noising performance in long-range detection.     

Detection of multi-frequency weak signals with adaptive stochastic resonance system

Aiming at the poor detection rate of multi-frequency weak signals under a strong background of noise, a novel method based on adaptive stochastic resonance (SR) theory is proposed in this paper. The optimal parameters can be obtained automatically via measurement by establishing an adaptive SR system model and using the reverse location method. After passing through the adaptive SR system, the spectrum values of all eight signals greatly improve, the largest spectrum value gain increases from 12.41 to 2033 when the frequency is 0.01?Hz, which is an improvement of a factor of 162.8, and the signal-to-noise ratio (SNR) gain of the whole system is 10.3134?dB. Under the condition of different input noise intensities and signal amplitudes, the mean SNR of the system increases from –13.1136 to –2.7614?dB, which is a 78.9% increase, and the largest SNR gain is 13.4702?dB when the noise intensity D?=?1.2 and signal amplitude A?=?0.11. Compared to the single optimal spectrum value, when defining multiple optimum spectrum values as the SNR criterion, the detection sensitivity is less than 0.35 when the input noise intensity is between 0.5 and 2.5, and the sensitivity value is 6.29 times higher when D?=?2.5. The system successfully realizes the adaptive detection of twelve weak signals, and the SNR gain is 7.9743?dB, which improves the channel capacity of signal detection. The experimental results demonstrate the high efficiency and strong applicability of the system, improving the signal processing efficiency and speed of signal transmission.