上海软X射线自由电子激光单脉冲成像定时的设计与实现

上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是我国首台X射线自由电子激光用户装置,目前建有2条波荡器线、2条光束线以及5个实验站.装置可提供2—15 nm波长(80—620 eV)的X射线脉冲,用于高时空分辨的前沿科学研究.利用XFEL高亮度、短脉冲和全相干的特性实现单脉冲相干衍射成像,可以有效地减轻辐射损伤,提高图像的空间分辨率.SXFEL设计重复频率为50 Hz,实现单脉冲成像的关键在于通过定时系统能够精确地控制X射线脉冲到达样品点的时间,以确保只有一个脉冲被选中用于成像.同时,还需要与成像系统的触发进行同步,以确保成像系统在正确的时间采集X射线脉冲与样品作用后的图像.本文介绍了SXFEL单脉冲成像定时的设计与实现.通过单脉冲成像的结果表明该定时方案能满足在50 Hz的SXFEL开展单脉冲成像的需求.

合成孔径激光雷达成像技术研究进展

合成孔径激光雷达成像技术是一种能够突破光学系统衍射极限的主动光学成像技术,其概念来自工作在微波波段的合成孔径雷达,相比于合成孔径雷达,合成孔径激光雷达具有成像速度快、成像分辨率高以及能获取符合人眼感知的图像的优势,在远距离目标感知与识别中具有很高的潜在价值。本文从合成孔径激光雷达的工作原理出发,回顾和梳理了合成孔径激光雷达的主要关键技术的主要进展,包括合成孔径激光雷达的系统模型和基础理论、系统设计与架构、激光相位噪声抑制、运动补偿技术以及成像算法;同时对国内外重要的外场实验进展进行了总结。最后探讨了后续实现工程化所需面对的困难和挑战。

成像探测相干激光雷达技术研究进展

相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制,具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点,介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合成孔径激光雷达(ISAL)研究进展,讨论了相干激光雷达波形选择、偏振选择、信号处理方法、扩束下的作用距离方程和探测性能、探测器形式和系统灵敏度等问题,在此基础上进一步分析了基于衍射光学系统的激光雷达的特点和激光/红外复合成像探测的需求,并展望了相干激光雷达的应用前景。

脉冲相干激光雷达对运动目标成像模拟

针对运动目标 ,在考虑激光雷达方程、信噪比和自动增益、成像指标、噪声、图像处理等模块的基础上 ,对脉冲相干成像激光雷达进行了运动目标的成像模拟。

脉冲扫描成像激光雷达信号模拟器的研制

随着激光雷达技术的发展,对激光雷达信号模拟器提出了迫切的需求。文中首先分析了脉冲成像激光雷达的信号特点,以及各种模拟方法的优缺点,提出了采用数字与模拟相结合的方案来实现相干脉冲激光扫描成像雷达信号模拟器的研制。总体方案分为数字部分和模拟部分。数字部分通过软件建立仿真所需的目标,并根据 MIT 的统计噪声模型依据所要求的信噪比对仿真目标实时加噪,生成实时目标的强度像和距离像;模拟部分将此目标的强度像和距离像实时生成相干脉冲激光扫描成像雷达信号回波的时间序列,完成模拟回波信号的产生;最后,在激光成像雷达上进行了成像实验,初步验证了文中研制的激光雷达信号模拟器的可行性。

脉冲相干激光雷达的散斑成像模型

本文推导出了脉冲相干激光雷达的散斑成像模型 。

利用双通道激光雷达验证低信噪比反演算法

针对相干测风激光雷达(LiDAR)在低信噪比(SNR)下反演算法的可靠性和精度难以验证的问题,搭建了一种双通道的脉冲相干测风LiDAR系统,可以同时获取高、低SNR的2组数据,并使用高SNR通道的结果作为真值,比较利用不同的算法在低SNR通道进行矢量风速估计的结果。该系统避免了使用其他观测设备作为真值时难以配准或观测目标不统一的问题。本文研究利用雷达获取的观测结果验证了各个算法的有效性,并在各个算法间进行了横向对比。最终,依据各个算法的性能表现和计算复杂度,指明了各个算法具有优势的使用场景。该结果对于充分利用现有系统、使用新算法提高低SNR下的数据获取效率,或在指定探测指标的前提下降低激光能量等硬件要求、实现系统小型化有一定意义。

激光雷达相干成像原理及其研究的若干问题

总结了激光雷达相干成像技术研究现状和进展,根据激光相干成像一般原理,针对2种最新激光雷达即距离高分辨多普勒和合成孔径相干成像技术,给出其系统技术框架和成像效果。分析了激光雷达相干成像特点及系统设计所必须解决的技术难点,指出解决问题的方案和注意问题,为我国进一步开展空间、空中和地基平台激光雷达相干成像试验研究和理论仿真奠定预先技术支持。

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8fps的目标距离图像.速度测量平均误差为6 %.

脉冲相干激光雷达信号正交采集的计算模拟

应用计算机模拟了脉冲激光相干探测、正交检波接收的过程 ,根据模拟结果 ,分析了正交I、Q通道两路间存在的相位误差对于信号接收幅度的影响。

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统实验研究

偏频锁定技术广泛应用于激光的外差探测、激光雷达等方面,具有重要应用价值。介绍了自行设计的适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统的工作原理,并进行了偏频锁定实验研究,分析了影响本系统鉴频正确性的因素。结果表明对中心频率为80MHz、脉冲宽度约为40ns的外差信号进行的偏频锁定实验,系统很少失锁,锁定精度为±5MHz。

CO_2激光相干成像雷达在巡航导弹导航及战术弹道导弹末制导中的应用

论述了CO2激光相干成像雷达发展历程及工作原理,讨论了该雷达系统在巡航导弹导航以及战术弹道导弹末制导中的应用。

基于恒比鉴别和小波变换的脉冲激光雷达成像

为了提升脉冲激光雷达的成像性能,减小杂波对雷达成像的影响,本文提出了一种将恒比鉴别算法和小波变换算法相结合的复合算法。利用由激光脉冲发射、杂波干扰、激光脉冲接收和生成目标图像构成的仿真模型,分别使用恒比鉴别算法,小波变换算法,恒比鉴别和小波变换的复合算法生成激光雷达图像。同时为了进一步提高新复合算法的性能,提出了一种基于新型的阈值函数的小波变换算法与恒比鉴别结合,生成激光雷达图像。仿真分析的对比结果表明,基于恒比鉴别和小波变换的复合算法的雷达图像的均方误差为9.5508,基于恒比鉴别和改进小波变换的复合算法的雷达图像的均方误差为7.9065,均方误差小于其他算法,从而证明了新复合算法在杂波识别方面具有更好的性能。

脉冲压缩技术在相干激光雷达中的应用研究

脉冲压缩技术在微波雷达、无线通讯领域有着广泛的应用,但在相干激光雷达特别是相干激光测距领域应用较少。本文将脉冲压缩技术应用于相干激光雷达系统中,对脉冲压缩相干激光雷达进行理论分析和性能分析,分析可见脉冲压缩技术可显著提升相干激光雷达的性能。

新型双频相干脉冲压缩测速测距激光雷达

激光雷达具有抗干扰能力强、分辨率高、隐蔽性好等优点,已被广泛应用于精密测量、侦察监视、火控、制导等领域。针对远程激光测速测距中回波信号微弱难以检测的现实情况,提出了一种新的双频激光测速测距方法,采用脉冲压缩技术实现信号检测。通过实验,本文对该方法的原理进行了分析与验证。结果表明,该方法可以实现对运动目标的测速与测距。

逆合成孔径成像激光雷达实包络成像算法

逆合成孔径激光成像雷达受激光调制技术以及回波相位信息易受大气湍流破坏的限制,采用常规的相位相干积累类方法得到目标二维高分辨图像很困难.针对这一情况,提出了一种基于逆Radon变换的实包络成像算法.利用回波距离脉冲压缩后的实包络信息,实现方位向的非相干积累,最终得到二维高分辨图像.通过该算法,成像系统可以使用非相干激光信号,在脉冲重复频率较低且存在大气湍流的情况下,也可以获得高质量的成像结果.仿真实验验证了此算法的有效性和优越性.

主动成像激光雷达

主动成像激光雷达由系统本身提供照明,不必再依赖太阳角,可全天候工作,具有远距离、高分辨率、三维成像能力。特别是具有目标探测、识别和辨识等方面的超强能力,战场上在预警、信息获取、目标监视和侦查方面有很重要的应用。介绍了两种不同体制主动成像激光雷达:一种是采用相干成像合成孔径红外激光雷达,另一种是采用孔径平面散斑强度信息成像激光雷达。阐述了两种不同体制主动成像激光雷达的原理、特点和研究现状,并对其关键技术和应用前景进行了简要的分析。

激光雷达信号相位误差对合成孔径成像的影响和校正

针对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL),分析了信号相位误差对合成孔径成像的影响。建立了激光信号模型,分析了激光信号相干性对SAL方位分辨率的影响,给出通过本振信号延时处理保证相干性的解决方案。分析了LFM信号非线性失真对距离分辨率的影响,为同时解决激光LFM信号调制放大过程引入的脉冲间随机初相位问题,提出一种基于参考通道的LFM信号非线性失真和脉冲间随机初相位定标校正方法。给出了实验和仿真数据处理结果。

激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题

逆合成孔径成像激光雷达是成像雷达体制的创新和拓展,是逆合成孔径技术和激光雷达技术的创造性结合,以其理论上优异的成像性能和在军事、民用领域的应用前景引起了人们的关注。结合国外典型的逆合成孔径成像激光雷达系统,介绍了该技术的研究进展和现状,理论上分析了激光波段逆合成孔径成像技术相比于微波波段的优势和瓶颈,该技术具有方位向分辨率高、相干积累时间短等优点,但其较大的多普勒频移致使运动补偿相位校正十分困难,讨论了激光雷达逆合成孔径成像技术发展面临的关键问题,诸如激光光源频率稳定性需求、相干探测条件、运动补偿和大气传输补偿等。为进一步对激光雷达逆合成孔径成像技术进行深入理论和实验研究打下了基础。

星对星激光雷达反射层析成像技术探讨

以星对星激光雷达成像为应用背景,提出了一种基于啁啾脉冲信号的反射层析成像处理方法,该方法通过激光雷达多角度回波非相干累积实现高分辨率的图像重构;分析了星对星反射层析成像的实现条件,包括成像分辨率、工作模式及成像时间.研究结果表明,采用本文所提出的成像方法,通过同轨道面的伴星探测方式可以满足激光雷达反射层析成像多角度探测的要求,在观测角度范围大于60°时能够得到0.1m目标分辨率,角度范围越大,分辨率越高,且成像时间与卫星轨道半径和两星距离有关.实验验证了该方法的有效性和星对星反射层析成像的可行性.