基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像

介绍了一种线阵快扫描三维激光雷达成像仪,给出了线阵激光雷达的系统结构和工作原理.从阵列探测器中的某一单元出发,在分析激光光束发射与接收光路的基础上,利用光学原理和解析几何推导了线阵激光雷达成像严密的计算方程,并分析了影响激光雷达成像质量的内部和外部因素.外场测试实验表明,在30 m的距离,该仪器原理样机的距离分辨率可以达到5 cm,能够探测到直径在8 cm以上的目标,平面拟合后的残差的标准偏差在5 cm左右.     

Optimization of the idler wavelength tunable cascaded optical parametric oscillator based on chirp-assisted aperiodically poled lithium niobate crystal

We present the numerical results for the optimization of the pump-to-idler conversion efficiencies of nanosecond idler wavelength tunable cascaded optical parametric oscillators(OPO) in different wavelength tuning ranges, where the primary signals from the OPO process are recycled to enhance the pump-to-idler conversion efficiencies via the simultaneous difference frequency generation(DFG) process by monolithic aperiodically poled, magnesium oxide doped lithium niobate(APMg LN) crystals. The APMg LN crystals are designed with different chirp parameters for the DFG process to broaden their thermal acceptance bandwidths to different extents. The idler wavelength tuning of the cascaded OPO is realized by changing the temperature of the designed APMg LN crystal and the cascaded oscillation is achieved in a single pump pass singly resonant linear cavity. The pump-to-idler conversion efficiencies with respect to the pump pulse duration and ratio of OPO coefficient to DFG coefficient are calculated by numerically solving the coupled wave equations. The optimal working conditions of the tunable cascaded OPOs pumped by pulses with energies of 350 μJ and 700 μJ are compared to obtain the general rules of optimization. It is concluded that the optimization becomes the interplay between the ratio of OPO coefficient to DFG coefficient and the pump pulse duration when the idler wavelength tuning range and the pump pulse energy are fixed. Besides, higher pump pulse energy is beneficial for reaching higher optimal pump-to-idler conversion efficiency as long as the APMg LN crystal is optimized according to this pump condition. To the best of our knowledge,this is the first numerical analysis of idler wavelength tunable cascaded OPOs based on chirp-assisted APMg LN crystals.     

远程激光诱导击穿光谱技术进展

远程激光诱导击穿光谱技术(Remote LIBS)是一种利用高能激光和聚焦手段实现远距离分析物质元素组成的光谱探测技术,是远程探测的一种重要手段。本文对远程LIBS的三种探测方式(开放路径式、光纤光路式和便携式探针式)及相应的系统结构做了总结和分析。传统的开放路径式对激光器、光学系统和检测系统的性能和规格要求严格,一直是远程LIBS的研究热点;光纤光路LIBS优点主要体现在系统光学聚焦结构的简化和等离子体光的有效接收。本文综述了远程LIBS新技术的研究进展,着重分析了飞秒成丝远程LIBS技术及与Raman光谱探测相结合等远程LIBS新技术的特点和优势。新技术大大提高了探测距离,增强了物质识别能力,为扩大远程LIBS的应用做出巨大的贡献。同时,论文详细介绍了远程LIBS技术在深空探测、危害物质检测、工业冶金、文物检测修复等领域的研究现状和应用新进展。远程LIBS技术随着激光技术和光谱检测技术的发展以及对LIBS定标反演的研究,探测距离和应用范围不断扩大,检测精度和准确度也在提升。     

激光制导目标方位探测系统的光学设计

根据激光制导目标方位探测系统技术指标,分析了系统光学设计的特点,选定了光学系统的结构形式,探讨了激光回波光斑大小与四象限探测器光敏面大小之间的相互关系及其对目标探测跟踪的影响,并利用ZEMAX软件进行了系统参数优化,设计结果满足了使用要求。     

机载扫描激光雷达的研制

研制了一台机载三维激光雷达系统,它采用Nd:YAG高重频激光器作为光源,检流计和摆镜构成扫描机构,C30659-1060-R8B雪崩激光二极管作为望远镜回波探测,si的PIN管作为发射光触发脉冲的探测,时间间隔测最卡用来探测距离.探测的距离精度35 cm,振镜摆动频率:50 Hz(光学角±10°),20 Hz(光学角±25°);振镜摆动角度:机械摆角±12.5°(实现光学摆角±25°);回波强度8 bit;高重复频率累加可以得到三维的距离和强度信息.     

嫦娥三号激光三维成像系统全链路误差分析与仿真

针对嫦娥三号激光三维成像系统的单脉冲激光发射、多元探测器并行接收的二维振镜摆扫复杂结构的误差分析与控制问题,提出一种多元激光成像系统的全链路误差分析与仿真方法,建立了测距链路系统性误差因素、测距链路偶然性误差因素和振镜测角链路等成像全链路的误差模型.同时针对嫦娥工程激光精避障探测20 cm的测距精度要求,实现了其成像链路中系统误差参数项和随机误差参数项对成像质量影响的仿真与误差分解.结果表明,测距固定延时误差、振镜编码器误差、视准轴误差和水平轴误差等因素是影响激光三维成像精度的主要系统因素,并对不同误差因素提出了有效的控制方法.     

脉冲式激光测距体制设备动态距离模拟器的研究设计

地面检测星载激光测距体制设备的性能时,需要提供稳定且随机可调的高精度仿真距离光脉冲,于是提出了动态距离模拟技术。设计了一套集激光接收、延迟控制、高精度信号延迟、激光器等单元于一体的动态距离模拟系统,模拟高精度的动态距离信息。实验证明,该系统的最小模拟距离达到15 m,模拟精度优于0.15 m,可以满足目前各种星载激光测距体制设备地面检测的要求。     

基于DDS的啁啾调幅技术在激光雷达中的应用

对传统调频雷达测距原理进行了改造,提出了一种适用于激光雷达系统的啁啾调幅技术。该技术在低成本,短距离的激光雷达应用中性能优势明显。详细介绍了啁啾调幅激光雷达的工作原理,完成了基于DDS技术的啁啾信号生成及处理模块的设计。     

对“嫦娥”一号激光高度计数据的外部标定

在利用“嫦娥”一号绕月卫星激光高度计LAM载荷数据获取月面高程时,测量数据在月球质心固连坐标系中的径向误差是主要的观测误差来源之一．数据分析表明,“嫦娥”一号探测器和LAM载荷的使用了两级晶体振荡器,它们的独立工作导致的星．地时间同步和飘移将给激光测高数据带来误差．本文对激光高度计LAM数据中存在的时标漂移、卫星轨道径向误差以及LAM晶体振荡器地面定标的系统整体偏差等进行了分析和修正,实现了对激光高度计数据的外部标定,三类误差来源的大小范围分别是0．7—1．2m,～10m,一145m．在此基础上得到了新的360阶次的地形模型CLTM—s03．利用新得到的地形模型发现菲兹杰拉德一杰克逊盆地和南极区域的阿门德森一甘斯温特盆地是月面II型质量瘤区域．     

短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学系统设计

提出了一种基于棱镜-光栅-棱镜分光器件的短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由离轴三反射式望远物镜、准直镜、棱镜-光栅-棱镜和会聚镜组成,光谱覆盖950～2 500 nm,空间视场达到22.5°.在实现宽视场、宽波段设计的同时,优化设计了棱镜-光栅-棱镜分光器件的各个参量.通过偏斜会聚镜光轴和棱镜-光栅-棱镜光轴在光谱维...