盖革APD激光雷达高空间分辨率三维重构方法研究

盖革模式阵列APD激光雷达由于像元数的限制导致重构的三维距离像分辨率低,严重限制了对场景信息的感知识别能力。为此,提出一种基于改进图像引导的盖革模式阵列APD激光雷达超分辨三维图像重构算法。主要研究基于配准后的盖革APD低分辨距离图像、增强电荷耦合器件(ICCD)相机高分辨强度图像和马尔科夫随机场模型,建立具有距离保真项和正则化项约束的全局能量函数,最终对优化模型的最优化求解实现高分辨强度图像对低分辨距离图像的超分辨引导重构。实验结果表明,相较于现有算法,文中算法在提升重构三维图像分辨率的同时,也使图像的边缘更加锐利。该研究对于盖革模式阵列APD激光雷达的目标探测、识别和跟踪具有重要意义。

纳秒–连续组合激光辐照硅基APD探测器电学参数变化研究

硅基APD探测器是一种高灵敏度,适用于弱光探测的光电探测器,在激光对抗等领域广泛使用。本研究通过实验研究了纳秒–连续组合激光对硅基APD探测器的电学参数的影响,旨在为激光辐照光电探测器及光电对抗领域研究的发展提供理论指导和实验依据。实验使用1064 nm (波段内)的纳秒、连续双光束组合激光对硅基APD探测器进行了辐照。实验结果表明,随着连续激光功率密度的增加,硅基APD探测器的输出电流“平台期”增长,恢复时间增加,响应度和暗电流呈现出逐渐增加的拐点现象。通过计算发现硅基APD探测器受激光辐照后,实测的光谱响应度与实际的光谱响应度变化趋势相反,实际的光谱响应度会随着探测器损伤程度的加深而逐渐降低直至为0,此时的硅基APD探测器完全损伤。

基于单光子线性APD的信息提取算法研究

针对新型单光子线性APD器件获得信息维度多、灵敏度高的特点,提出了一种基于单光子线性APD的微弱回波信号距离信息提取算法。首先利用微弱信号的泊松分布特性对回波信号进行建模,随后对每纳秒内的回波光子数进行统计,利用与脉宽等宽的距离窗进行滑窗求和,将最大值位置作为信号脉冲接收时刻,进而反算距离信息。设计了跟踪前的目标搜索策略和稳定跟踪后的距离门匹配算法,有效降低了背景光干扰和计算资源消耗,在回波光子数分别为200、10、5个时分别获得了100、9993、9658的计算正确率。对单光子量级信号设计了脉冲积累算法,单个光子信号回波的计算正确率为995。同时对静止目标通过算法迭代实现了信噪比为0dB甚至负dB的信息提取,对003个光子信号回波探测的计算正确率为961。仿真结果表明该算法可以综合应用单光子线性APD的强度信息以及单光子灵敏度,实现了在极限灵敏域下的距离信息提取。

第24届国际水利与环境工程学会亚太地区大会(第24届IAHR-APD大会)中国·武汉2024年10月14-17日

国际水利与环境工程学会亚太地区大会(以下简称“IAHR-APD”大会)是亚太地区极具影响力的水科学技术国际学术交流平台,由国际水利与环境工程学会亚太分会发起并主办,每2年举办一次,自1978年首次召开以来已成功举办23届。第24届IAHR-APD大会以“水与不断变化的未来(Water for a Changing Future)”为主题。

Analysis of Quenching Resistor Effect to Improve Stability of TIA Circuit for APD-A Secondary Publication

In this paper,since the Avalanche Photo Diode(APD)for Light-to-Voltage LTV conversion uses a high voltage in the operating range unlike other Photo Diodes(PD),the quenching resistor must be connected in series to prevent overcurrent when using the Transimpedance Amplifier(TIA).In such a case,quenching resistance may affect the transfer function of the TIA circuit,resulting in serious stability.Therefore,in this paper,by analyzing the effect of APD quenching resistance on the voltage and current loop transfer function of TIA,we proposed a loop analysis and a method for determining the quenching resistance value to improve stability.A TIA circuit with quenching resistance was designed by the proposed method and its operational stability was verified through simulation and chip fabrication.

MBE脱氧条件与InGaAs/InP APD性能的相关性

InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)对近红外光具有高敏感度,使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂,厚度尺寸从量子点到几微米不等,性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延(MBE)技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As薄膜和APD结构材料。实验结果表明,As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势,可获得陡直明锐的异质结界面,降低载流子浓度,提高霍尔迁移率,延长少子寿命,并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此,As脱氧可以有效提高MBE材料的质量,这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。

卫生列车上的APD模块冲击及随机振动分析

目的:探讨卫生列车在运行途中冲击和振动对ICU车厢的自动化腹膜透析(automatic peritoneal dialysis,APD)模块的影响。方法:以卫生列车ICU车厢的APD模块为研究对象,根据IEC 61373:2010《铁路应用铁道车辆设备冲击和振动试验》,利用ANSYS软件对卫生列车上的APD模块进行模态分析和谐响应分析,校核整个模块结构的强度、刚度和稳定性,并对薄弱环节进行优化处理。根据IEC 61373:2010选取功率谱密度作为激励,通过随机振动试验和设备冲击试验验证模块设计的合理性。结果:模态分析结果显示,优化后APD模块的固定支架简化模型的固有频率整体提高,第3阶、第4阶、第5阶、第6阶的固有频率分别为156.45、166.35、268.85、285.45 Hz;谐响应分析结果显示,APD模块的减振平台振幅较低,不超过2.2 mm。冲击及随机振动试验结果显示,APD模块未发现明显的结构变形和开裂现象,机械性能和外观正常。结论:APD模块设计合理,可在卫生列车实车ICU车厢加装使用。

基于SPT-APD-DDA的砂土液化评价方法研究

传统的规范法在建立经验判别准则过程中存在大量不确定性因素,工程中亟需针对复杂场地液化判别方法的综合性研究。通过对上海市包头路段沉管抢修项目49组砂土土样的研究,在标准贯入试验法(SPT)定性评价的基础上采用提出的绝对差值百分比法(APD),划分出35组判别结果精确及14组存在判别误差的土样。借鉴判别分析理论思想,将平均粒径D50、不均匀系数Cu、比贯入阻力Ps、标准贯入点深度ds、地下水埋深dw和标准贯入锤击数N63.5等物理力学参数加入液化评价,利用精确土样建立适宜研究区工程地质特性的距离判别分析模型(DDA),对14组存在判别误差或失误的土层进行定量评价。研究结果表明:建立的砂土液化综合评价体系对研究区具有较强的针对性与适应性,从多角度全面、客观地评价了研究区砂土液化情况。最终通过合理的抗液化沉陷措施,保障了后续工程的稳步进行,为类似地质条件场区的砂土液化稳定性评价提供参考和借鉴。

1064 nm连续激光辐照硅基APD探测器热效应损伤的研究

通过设计合理的实验方案,研究了1064 nm连续激光照射硅基APD探测器热效应对输出电流特性的变化规律。实验研究了硅基APD探测器在不同偏置电压、不同功率密度、不同作用时间条件下,其表面温度以及输出电流的变化规律。发现随着激光功率密度的增大,硅基APD探测器的表面温度逐渐升高,输出电流的恢复时间逐渐增大。说明硅基APD探测器的温度在激光作用过程中会影响硅基APD探测器输出电流的变化,并对输出电流的影响机理给出了合理的解释。

基于盖革APD阵列的单通道激光雷达信号读出电路设计

随着测量技术的发展,激光雷达技术成为研究的热点,选取工作在盖革模式下的集成APD阵列雪崩二极管作为激光雷达的光电探测器,在探测距离为100~200 m范围内,选择上升沿为5 ns的激光脉冲,则接收带宽在70~88 MHz范围内,在此范围内APD探测器将接收到的回波信号转化为电信号,用TIA跨阻放大器反向放大模式将电流信号转化为电压信号,并将信号有效放大,输入至时刻鉴别电路,时刻鉴别电路用电压比较器来实现,最终可输出COMS逻辑电平信号;用TINA仿真软件进行仿真,仿真结果表明在接收带宽范围内TIA放大器的增益动态范围达到了54 dB,总体电路延迟约为10 ns。

西门子7SJ622微机综合保护器实现备自投(APD)

介绍一种集保护、监控于一体的西门子微机综合保护器应用于继电保护和“APD”装置,它是一种新型的、可监视的、动作成功率极高的“APD”装置,值得推广应用。

基于盖革模式APD的多脉冲激光雷达探测电路的设计

阐述APD在盖格模式下,对直接探测多个激光脉冲回波信号,分析返回光子数的统计特性,从而计算出目标的距离信息,设计获得准确的最大探测距离的探测电路。

线性APD混合飞行时间测距模型及读出电路设计

混合飞行时间测距基于间接飞行时间测距的原理,同时结合直接飞行时间测距的概念,可以实现高精度、高范围的脉冲激光测距。采用两相采集方式,建立了背景光抑制的两段两相混合测距模型,并通过对模型的误差分析确定了电路的相关参数。采用在线性模式下工作的雪崩光电二极管(Linear-Mode APD,LM-APD)作为探测器,设计了与混合测距模型适配的50μm中心距的像素电路以及5×5阵列结构。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器结构,输出信号包括模拟信号和低压差分信号。在对APD探测器20 MHz的调制频率下,输出电压达到99.8%以上的线性度,在108.75 m测距范围内达到4.415 cm的平均误差,11.355 cm的最大误差。仿真表明:混合测距兼顾精度和测量范围,适用于激光雷达三维成像领域。

基于机器学习的复杂环境下APD最优偏置电压补偿方法

雪崩光电二极管(APD)在激光雷达探测系统中的信噪比受工作距离和背景辐射的影响较大,传统探测方法通过离线式或事先根据外界环境影响因素进行预补偿,不能在线动态调节,难以适应复杂环境。一种基于机器学习的APD偏置电压最佳补偿方法,可以准确判断APD当前的工作状态,对偏置电压进行二分补偿,使APD工作在最优状态。通过比较多种机器学习模型,选用准确率维持在98%以上的随机森林算法来判断APD工作状态。在不同距离下测试,该方法可保证偏置电压始终处于最优工作电压下,提高激光雷达探测系统的性能。

激光测距中APD阵列探测信噪比分析

APD阵列可提高光子探测效率,然而在回波探测概率提高的同时提高噪声探测概率,因此需合理选择阵列单元数以提高探测信噪比。根据回波和噪声在距离门内的分布情况,结合光子探测概率,建立了盖革模式下APD阵列探测信噪比随阵列单元数的变化模型。讨论了回波光子数、背景噪声强度、回波在门控内位置、占空比等因素对探测信噪比的影响。分析结果表明,提高回波光子数、探测器占空比、轨道预报精度有助于增加APD阵列的探测信噪比;4元APD阵列适用于回波光子数小于0.1、门控内噪声光子数小于1的观测情况,而回波和噪声强度较强时,25元APD阵列能够取得相对较优的探测信噪比。建立的APD阵列探测信噪比模型有助于快速选择APD阵列单元数以达到较高探测信噪比。

星载激光测距仪APD最佳雪崩增益控制技术研究

针对激光测距仪星载应用环境的特殊性,研究了星载激光测距仪APD最佳增益控制技术。通过引入星载激光测距仪APD电流信噪比模型,分析了影响星载激光测距仪APD信噪比的关键因素。针对某星载激光测距仪的具体应用,展开了APD最佳增益控制技术研究,设计了温度增益反馈控制电路,并推导建立了温度增益数字反馈控制算法,实验验证了控制电路及算法的正确性和良好的温度适应性。实验结果表明,该控制电路和算法能够使得APD在-25~60℃温度范围下保持恒定增益,适用于星载激光测距仪APD最佳增益控制。

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。

一种高带宽NP型CMOSAPD的研究

提出了一种高带宽的硅基CMOS雪崩光电二极管(APD)器件。该器件在N阱/P衬底基本结构的基础上,增加一个N型深掩埋层,并在该掩埋层单独加上电压,以减小载流子的输运时间。通过理论分析确定了器件的结构参数,通过器件性能的仿真分析对相关参数进行了优化设计。仿真结果表明:采用标准0.18μm CMOS工艺,所设计的APD器件的窗口尺寸大小为20μm×20μm,在反向偏压为16.3 V时,器件的雪崩增益为20,响应度为0.47 A/W,3 d B带宽为8.6 GHz。

基于4元APD阵列的激光测距技术研究

提出了一种基于盖革模式(Geigermode)下雪崩二极管(APD)阵列作为接收器件的激光测距新技术。盖革模式下的APD阵列具有单光子探测能力,能够对微弱的激光回波信号实现探测,并能够实现高精度的起始点判别,从而准确地确定激光飞行时间,最终计算出目标距离。实验结果证明相比传统的测距技术,新的测距技术可以实现低激光发射功率下的高精度,远距离测距,为激光测距技术的发展提供了一条新思路。

蜜蜂表皮蛋白apidermin(apd)基因家族3个新成员的特性鉴定及昆虫APD家族序列特征的分析

Apidermin(APD)蛋白家族是一个新的昆虫结构性表皮蛋白家族。本研究结合生物信息学和RT-PCR扩增,对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称"意蜂")的apd-1-like,apd-3-like和中华蜜蜂Apis cerena cerena(简称"中蜂")的apd-2等3个新的apd基因的结构特征和表达进行了分析,并分析了昆虫APD蛋白家族的序列特征。结果显示,在西方蜜蜂Apis mellifera(简称"西蜂")中,apd基因家族的6个成员串联排列在基因组序列第4号连锁群上,它们在A.m.ligustica雄蜂头部中的转录水平差异明显,且其启动子序列所含顺式元件也不同。中蜂apd-2和意蜂apd-1-like都含有3个外显子和2个内含子,而意蜂apd-3-like则由4个外显子和3个内含子组成。蛋白序列分析结果显示,目前已知的10条APD蛋白序列N末端均具有相似的信号肽序列,其成熟蛋白分子量为6.0～37.0kD,pI为6.2～10.8。其中西蜂的APD1-3、APD-like和东方蜜蜂Apiscerena的APD-2等5条较短的多肽中疏水氨基酸残基达52%～67%,且Ala含量最为丰富(占25%～34%);而丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis的APD1-3和西蜂APD-1-like,APD-3-like等另外5条APD多肽富含Gly(21%～30%),其序列中疏水氨基酸残基含量为35%～41%。多肽序列多重比对和系统进化分析结果显示,APD家族可划分为2个亚家族。亚家族Ⅰ含有西蜂APD1-3和东方蜜蜂APD-2等4条较短的多肽序列,其N末端为一个长33aa的保守基序;亚家族Ⅱ由另外6条相对较长的多肽序列组成,其N末端保守基序长50aa,C末端保守基序长16aa。本文所描述的APD蛋白家族序列特征有助于以后从其他昆虫中鉴定新的apd基因。