距离千米级双望远镜的空间碎片激光测距

以上海天文台收发分离的21cm/60cm口径卫星激光测距系统为例,利用高精度计时器、光电探测器等设备,对发射/接收系统的时延分别进行测量与标定,测量地面靶目标所得到的发射/接收系统的总时延与常规地面靶目标测量方法的测量均值相比,时延标定误差为400ps。在此基础上,利用高精度时钟系统,并在解决远距离望远镜回波信号探测距离门控制问题的条件下,实现了相距2.5km的双望远镜系统对距离大于1000km的空间碎片目标的测量,验证了远距离接收空间碎片目标激光回波信号的能力。     

基于精细地形的星载激光测高仪回波波形仿真

针对当前我国星载激光测高仪地面载荷性能分析和在轨检校等迫切需求,本文从星载激光测高仪在轨工作环境出发,对激光全链路工作原理进行深入研究,设计了一套基于精细地形的星载激光测高仪回波全链路仿真方法与流程,并详细推导了星载激光测高仪的回波仿真模型;通过精细化地形实现激光分束处理,完成高精度回波仿真.以目前全球唯一具备回波记录的对地观测激光测高仪GLAS为试验对象,利用高精度机载点云精细地形数据,选取平坦和山地地形试验区域进行全链路回波波形仿真与试验分析.结果表明:平坦地形区域仿真波形与真实波形相似度达到0.985,山地地形区域仿真波形与真实波形相似度为0.921.本文方法能实现两类典型地形的星载激光回波波形高精度仿真.     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

四象限元件的应用

四象限元件在脉冲激光跟踪系统和跟踪辐射能的窄脉冲系统中已经取得了广泛的应用。本文介绍四象限元件用于接收高频调制光源的信号,省掉以前在制导中所用的复杂基准信号,实现了数字化误差检测。     

用于神光Ⅲ原型装置精密物理实验的时标激光系统

用与大型激光装置输出主激光脉冲同步的梳状脉冲作为时间标尺,标定强激光与靶丸作用的过程,对强场物理实验测量及模拟实现精密化具有重要的意义.报道了一种电光调制结合光学方法产生与主激光精确同步的多频率时标激光脉冲的光纤系统.采用电光调制产生150 ps快光脉冲,通过光纤堆积产生1053 nm的基频梳状脉冲信号,经过放大和倍频输出527和351 nm的绿光及紫外倍频梳状脉冲激光. 系统可稳定地为神光Ⅲ原型装置提供精密物理实验所必需的各种频率的时标激光,并且可根据物理实验需要灵活地调整梳状脉冲间隔和幅度,具有很好的适应性. 关键词： 激光聚变驱动器 时标光 光纤激光系统     

基于星载激光测高数据的植被冠层高度反演

星载激光测高系统在应用于冠层高度反演时,由于光斑尺寸较大、地表环境复杂等因素,导致无法准确地从回波信号中提取地面位置。针对该问题,设计了一种分类地面波形,计算有效候选峰加权高程的地面返回位置提取和植被冠层高度反演方法。采用该方法对佛蒙特州西北地区的GLAS回波数据进行了处理,实现了地面高程提取和冠层高度反演,以同时期机载Lidar测量数据进行精度验证,并与高斯分解法的反演结果进行比较。结果表明该方法提取的地面返回位置与机载雷达采集的地面点云的分布非常接近,且地面提取精度优于高斯分解法;GLAS冠层高度反演结果RMSE为2.82 m,相关系数为0.81,与机载激光雷达测量结果具有较好的一致性,且优于高斯分解法的冠层高度反演结果。     

星载激光测高系统的大气折射延迟改正模型研究

星载激光测高仪通过测量从卫星平台发射的激光脉冲在卫星与地面激光脚点之间的渡越时间计算两者之间的距离。由于光束经过大气层时发生的折射,导致卫星激光测高系统典型的与大气延迟相关的测距误差在数米量级。讨论了大气折射延迟修正的理论与方法,分析比较了各种大气折射率模型,以全球首个对地观测星栽激光测高仪系统GLAS系统为例,给出了各种折射率模型的计算偏差,发现在常见温度和湿度范围内Owens375模型是一种精度较高的简化折射率模型;计算了GLAS系统高度角偏离天顶方向不超过10°的情况下,使用简单映射函数与CfA2．2映射函数模型的值,发现其差异不超过0．5mm。     

非标定波长调制吸收光谱气体测量研究

为消除可调谐激光调制吸收光谱气体测量技术对于标定过程的依赖,研究了二次谐波信号的非标定波长调制气体测量方法.通过对测量的二次谐波线型进行分析,给出相同工况下二次谐波模拟信号,并利用测量与模拟二次谐波信号进行线性拟合直接计算气体浓度.实验室内采用非标定波长调制气体测量方法,利用 6336.24 cm^-1处特征吸收谱线对10 cm长气体吸收池内的CO₂进行了测量.结果表明,非标定波长调制气体测量方法可适应各种不同条件,适合于现场气体在线测量.当调制系数在1.8—3. 关键词： 波长调制 二次谐波 吸收光谱 半导体激光器     

激光大足印多目标距离信息提取与验证技术

针对星载对地观测激光高度计大足印回波信号中多目标相对高程信息提取的问题,采用基于最小二乘的高斯分解算法对波形数据进行多目标分离,设计了全波形采集系统,并开展了地面多目标分离的算法验证实验。实验结果表明,该算法可有效分离回波信号中的多个目标,目标间相对距离偏差小于0.03m,验证了激光大足印全波形采集系统进行多目标相对距离信息提取的可行性,对星载对地观测激光高度计的系统设计及数据处理算法的研究具有重要借鉴意义。     

基于综合光学调制技术的光纤无线双向通信系统设计

提出并研究了一种使用单光源的光纤无线双向传输系统.该系统只需在中心站配置一个可调谐激光器,以产生频率恒定的激光光源,通过综合光学调制(频率调制、强度调制)技术将基带信号调制到光载波上,最终形成60 GHz毫米波下行信号;同时,相同的光我波在基站被重用,作为上行链路传输光源.系统结合光载波重用技术和综合调制技术特点,合理...     

基于足印探测的激光测高仪在轨标定

高精度的地表目标三维观测结果需要卫星激光测高仪对其系统误差进行定期的在轨标定工作,这包含系统误差的估计和校正以及标定结果的精度检验,现有方式分别通过姿态机动法和足印探测法予以实现.然而,姿态机动方式不适用于我国的卫星平台,传统足印探测方式没有针对系统误差的估计模型,仅能用于标定结果的精度检验.本文推导了基于足印探测方式的激光指向角系统误差估计模型,使得足印探测法能完成包含在轨误差校正以及精度检验的工作闭环,同时对用于激光足印获取的地面能量探测器进行了改进设计.通过设计仿真实验对所推导的误差估计模型进行验证,并量化分析了探测器阵列激光入射角度、标定场地表粗糙度及探测器布设间距等因素对系统误差校正精度的影响.结果表明,若要实现1.8 m的水平定位精度(对应0.6 arcsec激光指向精度),探测器阵列间距达到20 m即可,探测器阵列面的入射角需高于3°,标定场地表粗糙度需小于10 cm.以上结论对我国未来发射GF-7号光学/激光立体测绘卫星具有重要参考价值.     

基于伪随机码调制和单光子计数的星载测高计仿真

为使星载激光高度计实现高空间分辨率,提出了一种联合采用伪随机码调制光纤激光器和单光子计数的测距方法.讨论了此方法的实施方案,推导了此方法用于测高时的信噪比公式.对方案中的激光发射功率、接收望远镜口径对信噪比的影响进行了数值模拟.对系统参数进行分析,得到了相关参数的关系和优化的参数.结果表明接收望远镜口径为0.8～1 m,激光出射功率约为10 W,伪随机码调制宽度为600 μs,调制速率为1 GHz时,基于伪随机码调制和单光子计数的星载激光测高计能够使系统信噪比达到10,距离分辨率达到15 cm.     

波长可调谐激光雷达系统设计

以OPO激光器为光源,设计了一台激发波长在192~2 750nm范围内连续可调谐的激光雷达系统.分光系统由可旋转光栅和小孔光阑构成,通过调节光栅的衍射角,实现不同波长回波信号的有效接收.光电倍增管用于紫外和可见光波段回波信号的光电转换,InGaAs探测器用于红外波段回波信号的光电转换.后续数据采集及处理由专用采集系统和PC机完成.利用美国标准大气模型对系统在不同波段的探测能力进行数值仿真,验证了系统的可行性.该系统实现了激光雷达激发波长的大范围扩展,对精细反演近地表气溶胶微物理特性具有重要的研究意义.     

脉冲激光测距回波信号时间选通处理技术

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率,提高测距性能,对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片,产生激光调制脉冲,并根据被测距离3.33 μs～33.33 μs时间选通方波信号,驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门,有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲,该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明:在脉冲回波信号60 dB的动态范围内,可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲,极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统,使系统测距精度提高12.6%。     

激光混沌串联同步以及混沌中继器系统理论研究

提出混沌通信中继器设想，建立半导体激光器激光混沌全光中继器物理模型，理论证明了激光混沌中继器系统的同步.数值实现了发射系统、中继器系统、接收系统的混沌同步，分析了系统反馈系数和同步误差以及同步时间的关系.模拟了中继器系统在激光混沌保密通信中的应用，分别给出了具有正弦信号调制频率0.2GHz和数字信号0.2Gb/s速率的混沌通信以及同步误差分析，表明混沌中继器系统确能改善和提高激光混沌通信的解码质量.分析了中继器系统的带宽和20Gb/s高速率数字信号混沌通信以及同步误差，给出了具有正弦信号调制频率0.1—2 关键词： 混沌 同步 激光器 中继器     

用双光子荧光法测量六束激光的时间同步

在多束激光辐照靶的实验中,时间同步是十分重要的。我们用双光子荧光(TPF)法测量了六束钕玻璃高功率激光系统(6×10~(11)W)的时间同步。测量时间同步的光源是该激光系统中的主被动锁模Nd~(3+)∶YAG振荡器,脉宽是20ps。 相对辐照的二束激光的时间同步测量,采用了在靶位处放置一个四面通光的双光子荧光盒,而正交辐照的二束激光的时间同步测量,采用了在靶位处放置一个半透膜板和一个双光子荧光装置。时间同步测量简便、直观。 给出了用双光子荧光法测量时间同步的误差。两束激光相对辐照时,同步误差为4ps,两束激光正交辐照时,同步误差为5ps。六束激光时间同步误差为10ps。     

面向光学器件透反射率测量的声光调制型激光功率稳定系统设计

在各类光学系统设计过程中,由于实验系统对于光学器件的透反射率要求不同,需要确定光学器件的透反射率。本文设计了一种对光学器件的透反射率进行精准测量及标定的系统,该系统通过对激光光源进行声光调制,使得激光输出功率的稳定度显著提高,避免了测量时光源不稳定带来的较大误差。实验结果表明,该系统能够稳定光源输出功率,稳定度维持在0.05%/h,甚至更高的水平,满足了光学器件透反射率测量的误差小,精度高等要求。     

基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法

提出了一种基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法,利用米勒矩阵对其进行了理论推导和误差分析。测量光路包括激光器、起偏器、光弹调制器、被测波片、检偏器和光电探测器,利用探测信号的归一化基频分量和二次谐波分量精确计算出被测波片的相位延迟量。该方法能测量紫外到红外光谱范围内任意相位延迟量的波片,误差分析表明其误差小于0.05°。实验验证了该测量方法的有效性,波片相位延迟量的重复测量精度为0.0048°。     

基于电吸收调制晶体(EAM)的超短光脉冲特性研究

数值模拟了两种形式的基于电吸收调制晶体(EAM)的超短光脉冲源(单EAM)和级联EAM形式)的输出脉冲宽度及消光比与外加反向偏压、射频信号幅度之间的变化关系.数值模拟结果表明,在重复率为10GHz情况下,对于单EAM形式,可以获得的最小脉宽大约为13ps,其消光比大于20dB,脉冲波型接近sech2孤子波型;对于级联EAM形式,我们得到了小于5ps的超短脉冲,消光比也较单EAM形式有较大的提高.因此,单EAM形式的超短脉冲源可以满足20Gb/s的OTDM系统需求,也同样适合于超长距离的光孤子通信系统;级联形式EAM可以满足40Gb/s的OTDM系统光源需求.     

有机气溶胶的微脉冲荧光激光雷达水平近场探测研究

微脉冲激光雷达技术是大气气溶胶观测的重要手段,当使用紫外激光光源时,可利用激光诱导荧光信号探测环境中的有机气溶胶。建立了微脉冲荧光激光雷达水平探测有机气溶胶的仿真模型,并对回波光子数及信噪比进行了数值仿真计算。根据仿真结果设计并搭建了一台微脉冲荧光激光雷达,通过对系统进行几何重叠因子标定,减小了近场荧光回波信号的强度误差。以营养肉汤溶液为气溶胶样本对该激光雷达系统开展了测试实验,实验表明该MPFL系统空间分辨率为7.5m,实验最大探测距离达到200m。同时与另一台低重频高脉冲能量的荧光激光雷达进行了对比实验,对比结果显示,两型激光雷达接收的荧光信号强度变化趋势具有很好的一致性,相关系数达82%以上。在相同的累加时间下,MPFL荧光信号变化率矩阵标准误差小于0.02%,具有更好的抗干扰性能,能够实现对有机气溶胶准确探测,验证了系统有效性和实用性。