激光雷达在军事及民用中的应用

 早在1917年爱因斯坦就提出了激光的理论基础---受激辐射光放大,1960年美国加州休斯实验室的梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器。激光作为新型光源,具有方向性好、单色性好、相干性好以及高亮度、大功率等特点,从而成为科学研究的新手段,促进了科学技术的发展。激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术的完美结合,主要由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。与传统的微波雷达相比激光雷达具有独特的优点:极高的角、距离、速度分辨率,抗干扰能力强,体积和重量小,这使其在国民经济、科技、军事等领域发挥了重要的作用,受到世界各国的关注。     

固体相干成像激光雷达实验

采用单块非平面环形激光器的本地振荡器、种子注入高重复频率Q开关Nd∶YAG激光器的功率振荡器、振镜扫描偏转和光学接收装置、控制和显示等部件构成固体相干成像激光雷达实验装置.利用该装置对目标进行了距离成像和速度测量实验.在图像分辨力为64×64时,获得了成像速度为8 fps的目标距离图像.速度测量平均误差为6%.     

激光微多普勒探测系统中降低相位噪音影响的方法研究

相干微多普勒激光雷达具有探测灵敏度高、探测信息量大等特点,特别适合于动目标探测、目标特征识别等应用.本文从线宽和探测距离两个方面讨论了模场相位随机起伏（相位噪音）对于测速准确度的影响,实验证实了相位噪音对激光微多普勒探测的影响,并探索出解决上述问题的方法——光纤补偿法.实验中,以输出波长为1.064 μm单块非平面环形腔激光器为光源,利用光纤补偿方法,并结合时频变换的算法,用外差探测的方式成功观测到了微多普勒频移,在传输距离为11 km时,系统最低探测速度达到了0.5 mm/s,速度分辨率达到了mm/s量级,频率分辨率达到了kHz量级,为微多普勒激光雷达的实际应用奠定了良好的实验基础.     

从雷达到激光雷达

 雷达技术是正在迅速发展的一项高新技术,属高科技领域,它的应用十分广泛,涉及科学研究、军事工程和国民经济许多部分.本文就有关雷达技术特别是激光雷达技术的发展情况、性能特点及应用领域进行必要的论述.     

功率合成全固态脉冲源外场目标探测试验

 为给冲击雷达提供理想的发射源，利用功率合成技术，将多个数kV，ns级的固态脉冲源合成为MW量级的高功率脉冲源；为研究冲击雷达目标特性，设计了一套由功率合成的全固态脉冲发射机、超宽带平面TEM喇叭发射天线阵、超宽带开槽接收天线阵、正交解调采样接收机、主控计算机组成的冲击体制雷达目标探测系统；采用增大收发天线、目标与地面的距离以及在目标回波中加时间窗的方法，成功探测到2 km处在光学区RCS为0.01 m²的目标；采用16个发射单元的目标回波信号比采用8个发射单元时明显，这表明功率合成在采用较多发射单元时效果更为明显。     

微波-光波变电长度缩比条件下目标雷达散射截面相似性研究

利用光源体积较小且容易实现的特点,提出了将微波大尺度缩比到可见光波段,采用光源辐射产生的光波缩比测量目标在微波频段雷达散射截面的思想,讨论了由此带来的原型系统中目标几何尺寸不能缩得很小而导致的必须变电长度缩比问题,深入研究了在这种非等比的非精确相似条件下目标雷达散射截面的相似性关系,以及符合这种相似性关系的微波-光波变电尺度缩比仿真雷达散射截面的约束条件和补偿方法.研究成果为在实验室等较小场地实现大型电磁系统缩比仿真测量实验提供了新思路.     

用于激光雷达的相干合成光束研究

提高激光雷达对空间小目标探测能力的重要手段是增大发射到目标上的光强,激光相干合成是在目标上获得较大光强的有效途径.为了评价相干光束在目标上的合成效果,引入了适合空间小目标探测的相干合成效果评价参数(合成效果因子),在此基础上讨论了光束相干合成效果的影响因素.研究表明: 合成效果因子随合成光束束腰间距的增大呈周期振荡变化,振荡幅度逐渐减小;达到理想合成效果需要的光束传输距离随光束间距的增大而增加,这对设计相干合成系统光束束腰间距具有参考意义.同时,还研究了光束的相位控制精度与合成效果之间的关系. 结果表明:当相位控制精度达到π/4时,合成效果可以达到理想效果的80%;当相位控制精度为π/2时,合成效果降为理想效果的50%.研究还表明,激光偏振方向不平行对合成效果的影响不明显. 关键词： 相干合成 激光雷达 合成效果     

多普勒效应与多普勒雷达

1 引言 多普勒效应是指当波源和接收器之间有相对运动时,所接收到的频率不等于波源振动频率的现象.这一现象是1842年由奥地利物理学家多普勒(Christian Doppler)首先在声学上发现的.1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围,1950年左右研制出了第一代多普勒雷达.下面简要介绍多普勒效应及其在雷达中的应用.     

相干多普勒激光测风雷达系统研究

大气中风速和风场分布的精确测量具有重要的军用和民用价值。近20年来,相干激光雷达对风场的遥测被经常用于大气边界层风场的精确测量。首先介绍了相干激光测风雷达的工作原理;然后对其相关的指标体系进行了详细的分析和论证,主要包括工作波长、探测灵敏度、测速精度以及作用距离与发射功率的关系等技术指标;最后给出了目前较优的相干激光测风雷达系统的技术方案和技术途径。在此基础上,采用1.5μm窄线宽激光光源设计了一套全固态、小型化激光相干测风实验装置,并进行了相关实验。     

基于大气分层的激光测风雷达回波模型

从相干激光测风雷达原理入手,论述了激光雷达回波特性和多普勒效应在测风雷达中的应用。基于大气分层模型,考虑到激光束的传播及其与大气之间的相互作用,建立了激光测风雷达回波模型,模拟回波信号在大气中的传输过程,为激光测风雷达回波信号的模拟提供了理论基础。     

聚束非相干合成孔径激光成像雷达研究

反射层析激光成像雷达只能获得目标的二维轮廓像,不能对平面目标进行成像。报道了聚束模式下的非相干合成孔径激光成像雷达实验,在这种成像模式下,可以对二维平面目标进行图像重构。采用侧视观察的模式获取目标的角度-距离-强度信息,然后通过滤波反投影实现平面目标的图像重建,并进行了计算机仿真,证明了实验结果的正确性。该系统作为非相干合成孔径激光雷达的一种,实现了区别于目标轮廓的二维成像,具有一定的实际意义和使用价值。     

激光雷达改进设想一周视扫描装置的论证

本文论证了一种新型的激光雷达周视扫描装置,这个装置的核心部件称为棱镜扫描盘,它可对发射波束和接收机同时扫描。一、前言激光雷达的优点(也是它的缺点)之一就是激光波束很窄。窄波束雷达的辐射强度大,测量精度高和隐蔽性好。其不足之处是不易跟踪和瞄准目标,特别是搜索目标很困难。所以,激光雷达要用微波     

1.57μm半导体激光器长期频率稳定性研究

为满足星载二氧化碳激光雷达对种子光源频率长期稳定的需求,基于自由空间体吸收池结合频率调制光谱技术的方法建立了激光稳频理论模型,通过仿真优化系统设计参数搭建了一套稳频激光器,研究了体吸收池引入的多光束干涉噪声,通过调整调制频率为吸收池干涉条纹自由光谱范围整数倍的方法抑制了干涉噪声的影响,实现了激光器频率抖动峰峰值约为150kHz,长期频率稳定度在10000s时低于1×10~(-11),满足了星载激光雷达的应用需求。     

谱线和耦合系数对光纤激光器相互注入锁定的影响

相互注入锁定是相干合成技术中最具发展前景的方案之一. 在两个光纤激光器相互注入锁定的基础上,利用可调节光纤光栅改变其中一个激光器的中心谱线和利用不同的分束器改变两个激光器间的耦合系数,同时监测两个激光器的远场光斑和谱线,判断激光器谱线和耦合系数对相互注入锁定的影响. 通过理论和实验得到：提高耦合系数可以提高锁定的频率差;两个激光器的谱线越接近锁定的效果越好,当激光器的谱线超过一定范围时,两个激光器将不能被锁定. 关键词： 光纤激光器 相干合成 相位锁定     

太赫兹目标RCS缩比测量技术

论述了国外基于微波上倍频、激光下变频、THz时域光谱三种典型太赫兹波目标雷达散射截面(RCS)缩比测试系统的构成、技术特点和应用范围。采用固态器件、基于微波上倍频技术集成研制了宽带太赫兹低频端目标RCS测量系统,采用基于扫频的时域法RCS测量技术和小角度旋转目标雷达合成孔径（ISAR）成像方法对小目标进行了电磁散射特性测量,获取了目标RCS和二维散射成像信息。     

相干激光雷达中望远镜的优化及探测性能分析EI北大核心CSCD

利用脉冲能量为110μJ、重复频率为20 k Hz及脉冲宽度为300 ns的光纤激光器设计了一套工作波长为1.55μm的相干测风激光雷达,给出了系统的性能参数。根据后向传播本振的原理计算出当望远镜对发射高斯光束的截断比为最优值0.823时,激光雷达的天线效率达到最大值0.422。在最优截断比条件下分析了望远镜口径对相干激光雷达载噪比的影响,优化了望远镜设计。从理论上计算出激光雷达的探测性能指标:探测距离大于3 km,风速测量范围为±62 m/s,距离分辨率为84 m,风速测量精度优于0.1 m/s,时间分辨率为0.5 s。     

1.06 μm相干激光雷达动目标多普勒信号探测

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子,注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源,实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法,利用转速0～60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标,回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后,经采样率为2.5 GS/s的A/D采样,输送到基于LabVIEW信号处理系统中,从而测量不同转速下的多普勒频移,各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析,并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.     

微波屏蔽材料及其性能

微波吸收材料是反雷达侦察的一种武器.同时,在提高雷达的性能方面,它也起着重要的作用.它可以屏蔽雷达机身、机架以及雷达天线附近一切干扰微波发射的物体,使雷达更灵敏、更准确地发现敌方目标.因此,随着雷达技术的发展,微波屏蔽材料的研究日益受到了人们广泛的注意[1-3]。 微波屏蔽材料与微波暗室用的吸收材料有很大的不同.屏蔽材料应该是重量轻、厚度薄,经得起恶劣的自然条件的考验:如在-45℃-+60℃的温度范围内,在相对湿度为98%的条件下,材料对雷达电波的吸收性能的变化应不超过允许值.有时还要求材料有更高的使用温度或某些机械性能如耐…     

混沌光通信与混沌激光测距的研究进展

激光器的不稳定性是一个普遍现象,而混沌是激光器不稳定性的一个重要特例。近年来,基于混沌激光的一些应用技术相继被提出及完善。结合国内外研究现状,简要介绍了混沌激光在通信及测量领域的应用,包括混沌保密通信、混沌激光雷达和混沌光时域反射仪等技术,并指出了混沌光通信与混沌激光测距的发展趋势。     

基于接收端量子增强的深空雷达接收体制研究

本文针对地基深空雷达对超高接收灵敏度的需要,重点开展了基于接收端量子增强的方案研究,提出了可行技术路径,凝炼出关键技术。该体制不改变传统发射结构,仅在接收端对极微弱回波做量子增强检测处理,借助低噪声低温电子、稀释制冷和先进超导探测器件等,利用微波量子提升雷达的远程感知能力,与光波段不同,理论上能够全天时、全天候、超远距离探测目标,在近地小行星探测、空间目标监视等领域有较大应用前景。