差分吸收相干激光雷达中偏振分集技术研究

为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对 回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中 的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构 建的装置,利用平衡探 测,分别采用PDT和一般外差探测完成多组次实验,应用单频检测方法得到20m光程下吸收 气体不同浓度下相干中频信号的振 幅值,并由此求解出on光和off光回波信号功率。对回波信号功率值差分信息与由HITRAN得 到的参考差分信息比较 发现:应用PDT能使探测分辨率提高4倍,对应到2km距离内,可以探测到3.5×10－6ppm的CO₂浓度变化,满足了 气候研究所需的优于1％的精度要求,验证了PDT消除偏振衰落以及提高相干DIAL分辨精度的 作用。     

延时反馈双环掺铒光纤激光器互注入系统中的混沌同步研究

分析了延时反馈双环掺铒光纤(EDF)激光器互注入 系统的动态特性,并引入一种量化时间序列复杂度的评 价方法——排列熵(PE,permutation entropy),对激光器输出状 态和混沌同步质量与复杂度的关系进行讨论。研究表明,通过调节反馈 延迟时间和反馈强度可控制系统的输出状态,使系统输出为周期态和混沌态,而且利用PE熵计算激光器 输出信号的复杂度相对于分岔图同样能直观准确的反映出系统动态行为;在激光器独立工作 情况下,输出 信号的混沌区域内夹杂有较多的周期态,而在互注入情况下,混沌区域增宽且较为平坦,同 时输出信号复 杂度的PE值较高,互注入系统有利于参数选择的范围和提高混沌通信系统的安全性;提 高注入强度可 得到高质量的混沌同步,两个激光器在同步和不同步时输出信号的复杂度是 不同的,可见 研究激光器输出信号的复杂度可成为分析混沌同步质量的一种参考。     

基于扫描激光雷达的列车速度测量系统

针对传统列车速度测量装置存在量程小、调试复杂等问题,基于扫描激光雷达技术,设计了一套适用于高速列车动态限界测量的列车速度测量系统。将扫描激光雷达固定在距列车10m 左右的位置上,根据激光脉冲飞行时间测距原理,沿列车行驶方向对进入扫描范围内的列车车身逐点扫描,获得由测量点组成的车身轮廓信息;通过最小二乘拟合车厢测量点,得到列车行驶轨迹,确定列车行驶方向;采用分段线性差值确定相邻两次测量周期内列车行驶的距离,完成列车速度的测量。结果表明:该测速系统操作方便,量程可达600km/h,测速误差控制在1.2%以内,可以满足高速列车速度测量需求。     

白噪声激励下双稳态压电发电系统的响应分析

研究了白噪声激励下双稳态压电发电系统的响应特性。首先利用蒙特-卡罗法模拟高斯白噪声;然后利用数值模拟和实验的方法分别分析了噪声强度、负载阻抗和初始值对系统响应特性的影响。得到了噪声强度的增加会减少双稳态系统两个稳定平衡点之间的跳跃时间。通过给出大幅运动的吸引域说明初始值会影响系统的运动状态,从而影响输出功率,当电阻为19.1kΩ时,输出功率最大。     

基于分段线性正电阻的蔡氏电路设计

为了简化蔡氏二极管的设计,提出了一种分段线性正电阻的设计方法。将设计的分段线性正电阻转换成分段线性负电阻,该分段线性负电阻用于设计新的蔡氏电路,通过EWB仿真和硬件电路测试表明新的蔡氏电路能有效地产生混沌行为。无论是从产生的混沌行为还是从电路的结构来看,均具有现有蔡氏电路所不具备的一些优点,结果表明电路设计是有效的。     

对地观测星载激光测高系统高程误差分析

星载激光测高系统通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波,计算卫星与地表的距离;结合卫星轨道和姿态数据,生成激光脚点精确地理位置和高程结果.其高程误差主要受器件、环境和目标参数影响,目前还没有完整描述对地观测星载激光测高系统平面和高程误差的数学模型.简化并完善了针对固体地表的激光测距误差模型,建立了完整的激光脚点平面和高程误差模型.利用高程精度和空间分辨率更高的机载Lidar数据评估了星载激光测高系统GLAS实测数据的高程偏差,评估结果符合所建误差模型.在较平坦的冰盖表面,GLAS系统高程精度可以达到设计值约15 cm.研究内容对测高系统高程误差评估和系统参数设计具有参考意义.     

60km车载瑞利测风激光雷达研制

目前我国尚缺乏25~60 km大气风场实时探测手段,为此研制了60 km车载瑞利测风激光雷达。介绍了系统总体结构,对分系统的研制做了详细描述。为提高风场反演的精度,设计了标准具通过率函数校准系统。提出了标准具通过率函数校准方法,并开展实验对标准具通过率函数进行了校准。校准结果表明,接收机性能稳定,各参数测量标准差均小于0.06。该系统在德令哈地区对15~60 km大气风场进行了观测,获得了水平风场的测量结果,并与当地探空气球的探测结果进行了比对,30 km以下一致性较好。对风速、风向测量误差进行了计算,40 km以下,风速测量误差4 m/s,风向测量误差6,40 km以上,风速测量误差8 m/s,风向测量误差18。该系统设计合理,性能稳定,能够实时探测10~60 km大气风场。     

基于位运算的动态多混沌图像加密算法

针对现有的图像加密算法存在运算成本大,算法复杂等问题,提出了一种基于位运算的动态多混沌图像加密算法。该算法运用Logistic和Chebyshev两种不同的混沌映射,对原始图像像素进行位置置乱和灰度值替换。在灰度值替换过程中,加入了位运算和动态选择行向量环节,使加密算法在安全性上更加可靠。实验表明:文中提出的图像加密算法,既可以很好地提高加解密的速度,又可以保证成功抵御统计分析等各种攻击操作,具有很强的鲁棒性和抗枚举攻击的能力。对一幅标准的256×256的Lena图像来说,加密时间约为5s,解密时间约为5.2s,能够满足现实需求。     

基于混沌粒子群算法的多目标调度优化研究

针对当前车间调度多目标优化研究存在收敛速度慢、精度低的问题,提出了混沌多目标粒子群优化算法。在算法中,设计了一种新的叠加Logistic扰动的Tent混沌映射算子,通过该算子周期性地更新种群以保证种群的多样性;对收缩粒子群算法进行了扩展使其能够快速收敛到Pareto前沿。通过标准测试问题与实际应用对所提方法进行了验证,实验结果显示混沌多目标粒子群优化算法无论在收敛速度还是在优化精度上都优于其它典型多目标进化算法。     

多波长水汽探测激光雷达回波仿真及误差分析

大气水汽含量随海拔升高急剧减小,为准确获得水汽浓度随高度的分布,设计多波长发射水汽探测星载距离分辨差分吸收激光雷达(DIAL)。选取波长相差较小,水汽吸收截面不同的4个发射波长:其中3个吸收截面较大的波长作为信号光束,第4个吸收截面较小的波长作为参考光束,分3组对不同海拔高度处的水汽浓度进行分段探测。对4个发射波长的回波信号进行了仿真模拟,为验证其水汽探测能力,在白天和夜晚对3组波长水汽浓度探测的相对误差进行分析讨论。结果表明,在相对误差小于20%的情况下,该多发射波长星载距离分辨差分吸收激光雷达系统可以实现白天对流层(小于12 km)、夜晚平流层底以下(小于15 km)水汽浓度的探测。理论上初步证实了该多波长星载距离分辨差分吸收激光雷达能全天时精确地探测对流层水汽浓度分布。