基于多脉冲探测模式的激光三维成像性能研究

以Geiger模式探测器为基础的单光子探测技术因灵敏度高、精度高、体积小等特点而适用于激光三维成像系统。本文通过理论分析与数值仿真,证明了多脉冲探测模式能有效提高单光子探测的探测概率、降低虚警概率。且随着噪声强度的增大,多脉冲探测模式对激光三维成像系统在探测概率、虚警概率方面的性能提升更为明显。

光子计数技术在激光脉冲探测中的应用

无扫描激光大光场照明时目标处的光强甚弱,通常需要加大激光器的功率和提高探测器的灵敏度。从探测技术角度探讨提高系统探测灵敏度的技术途径,即将光子计数技术应用于激光脉冲探测系统。光子计数探测的动态范围为 10^(-16):10^(-11)W,回波以离散光子流的形式照射在探测器的光敏面上。当接收系统检测模超过20时,光电子统计近似服从泊松分布规律。对于典型的激光脉冲探测系统,采用最大似然方法估算出探测阈值,并估算出平均探测时间。例如,对10^(11)W 回波,估算的积累时间为0.2ms。针对脉冲探测情况,采用时间门选通多点采样的数据采集方法和多脉冲预积累相关处理算法。采样周期与激光脉冲宽度相等,时间门宽稍小于激光重复周期。根据探测误差概率的需要,采用 Monte Carlo 算法估算出探测积累的脉冲数和相关计算的参数。初步估算探测时间至少在10 ms 量级。

基于小波分析的脉冲探测与幅度捕获方法

基于高斯脉冲成形,讨论了辐射探测信号的幅度测量方法。在脉冲探测算法中,除传统的阈值(Threshold)判别外,最小脉冲宽度(Min Width)和最大有效脉冲宽度(Max Width)判别标准的存在,降低了有效脉冲误判和漏判的概率。利用高斯成形滤波器的线性相位特征,直接在快滤波器探测到的脉冲到达时间点tpeak上捕获慢滤波器的输出,就可以得到脉冲幅度的测量值,简化了幅度捕获过程。

高重复频率激光等离子体软X光脉冲探测

研制了一种高重复频率小型激光等离子体软Ｘ光脉冲探测装置，给出其设计原理和性能参量，采用光谱学诊断方法研究了光源的软Ｘ射线辐射特性。

激光多脉冲探测的计算机模拟与实验研究

对激光多脉冲探测理论进行了分析,在考虑了影响探测的各种噪声及其分布特性的基础上,得到了激光多脉冲探测信噪比与脉冲积累次数的定量关系。利用计算机仿真模拟多脉冲探测,其结果与理论分析相符;在实验室条件下对多脉冲探测进行了研究,实验结果表明,在脉冲叠加数较少时,实验与理论符合得很好,当脉冲叠加数较多时,实验数据明显小于理想的数值,分析了出现这种偏差的原因及解决方案。激光多脉冲积累探测可以有效地提高激光探测的信噪比,应用积累探测的方式能有效地将激光探测的弱信号从强噪声背景中检测出来。

卫星激光测高仪在轨检校脉冲探测器的设计、测试及应用

针对我国高精度立体测绘卫星系统中激光测高仪的在轨场地检校的技术需求,研制了激光脉冲探测器系统。系统采用高速PIN探测单元及高速数据采集电路实现了ns级脉宽激光脉冲的定量化采集,通过集成无线射频模块实现脉冲探测器的数据远程传输。为保证脉冲探测器的野外应用性能,系统进行了能量密度测试、能量响应一致性与稳定性测试、探测器测量视场角测试等。试验结果表明脉冲探测器可以实现1∼120 nJ·cm^(−2)的能量范围采集,能量响应的一致性优于5%,稳定性优于1.5%,并且可以实现±12°角度范围内的激光脉冲的有效采集。最终探测器成功应用到我国“高分七号”卫星激光测高仪的在轨检校中,获得了探测器阵列的有效激光触发数据,为激光测高仪的在轨检校试验提供了有效的数据支撑。

用于激光探测,可极大降低虚警率的光脉冲探测系统

本系统可降低虚警率，尤其是可消除探测器自身产生的虚假脉冲而达到上述目的。为此，它配有一个或更多并置的光通道，可覆盖整个视场。每个光通道与一对探测元件结合，形成２个探测通道。在探测通道里经过放大和阀值比较之后，产生这两个通道的相关性，可消除虚假脉冲，而只选出其中同时出现在两通道中有用的信号。附１４项专利申请声明，５张图纸。

c轴倾斜的BiCuTeO薄膜的制备及其脉冲光探测

BiCuTeO是近年来新发现的一种P型热电材料.本文利用脉冲激光沉积技术在LaAlO_(3)单晶衬底上制备了c轴10°倾斜的BiCuTeO薄膜,研究了生长温度对薄膜物相和表面形貌的影响,基于横向热电效应测试了其脉冲光探测特性.结果发现:380℃生长的薄膜晶体质量最优;在308 nm脉冲激光辐照下,输出电压灵敏度达到9.5 V/mJ、上升时间为68 ns,该灵敏度优于相同晶系的BiCuSeO及横向热电效应研究的许多材料,表明该薄膜在高灵敏、快响应的紫外脉冲光探测领域具有重要的应用潜力.

折射率调制脉冲射线探测技术原理验证

为验证折射率调制的脉冲射线束探测技术,建立了原理验证系统。该系统基于平行平板干涉原理,测量传感介质的折射率在射线激发下的瞬时变化。传感介质为GaAs,探针光为1310nm单模激光,外界激发射线源平均能量为300keV,脉宽为20ns。使用带宽775kHz的近红外InGaAs光电探测器,观测到了GaAs晶体在脉冲射线激发下的折射率变化。初步理论分析表明,射线脉冲在GaAs中产生的非平衡载流子浓度为1014 cm-3量级,折射率变化为10-6量级。折射率变化的实验结果与理论计算在量级上是符合的。实验结果表明,基于折射率调制的脉冲射线束探测技术基本可行,利用该系统可进一步发展高时间分辨的脉冲射线束探测技术。

基于光纤信号传输的核电磁脉冲场探测仪的设计与实现

介绍了基于光纤信号传输的核电磁脉冲场探测仪的原理、设计研制及达到的技术性能指标。采用快速傅里叶变换技术,对核电磁脉冲信号进行频谱截断分析,确定核电磁脉冲测量所需的最小带宽,在此基础上设计了激光器电路、探测器电路。核电磁脉冲场探测仪的研制对核电磁脉冲场的防护技术研究提供了器材保障,对提高我国电子信息设备核电磁脉冲场的防护研究水平具有重要意义。

衰减片提高多脉冲Gm-APD激光雷达的探测性能

从Gm-APD的泊松统计的雪崩探测模型出发，在长死时间情况下，提出了一种提高Gm-APD激光雷达探测性能的方法。利用衰减片控制信号和噪声的强度，实现了多脉冲探测Gm-APD激光雷达的探测概率、虚警概率和测距误差的提高。研究结果表明：随着衰减片透过率的变化，探测概率存在最大值，测距误差存在最小值，将衰减片透过率控制在0.33~0.20之间，探测距离为1.5 km时，探测概率能提高1倍，测距误差可以从m量级提高到cm量级。

脉冲激光探测平面目标特性对测距分布的影响

针对脉冲激光近程探测系统平面目标特性影响测距分布的问题,推导了平面目标脉冲响应方程和脉冲激光回波方程,分析了不同平面目标倾斜角、激光发射发散角和激光发射脉宽对激光回波展宽的影响.基于脉冲激光回波方程和恒阈值时刻鉴别方法,推导了平面目标的测距概率密度函数解析式,并理论仿真分析了不同平面目标倾斜角、激光发射功率、激光发射发散角及阈噪比对测距统计特性分布的影响.运用蒙特卡罗算法进行全波形模拟测距实验;搭建脉冲激光测距实验环境,进行20 m测距实验.实验结果表明:理论仿真、蒙特卡罗模拟实验与实际实验的测距概率密度分布基本一致,随着平面目标倾斜角的增大,测距均值和测距方差增大;当倾斜角度为0°,20°,40°,60°时,回波信噪比高于阈噪比,测距分布呈现高斯分布;当倾斜角度为70°时,回波信噪比低于阈噪比,分布不再呈现高斯分布,呈现上升沿缓下降沿陡的分布特性.研究结果为研究目标平面特性对脉冲激光探测测距分布的影响提供了理论依据.

基于LabVIEW的脉冲辐射探测器灵敏度标定系统

针对传统的脉冲辐射探测器灵敏度标定实验中存在数据量少、人为和统计误差较大等不足,利用LabVIEW软件开发平台,通过GPIB-USB卡控制Keithley 6517A静电计,搭建了一套脉冲辐射探测器灵敏度标定系统。该系统实现了探测器输出电流的实时采集、处理和存储,同时实现了探测器灵敏度的实时计算、实验条件和实验结果的规范化存储等。实验测试结果表明:该系统运行稳定可靠、测量与控制精度高,实现了预期功能,提高了脉冲辐射探测器灵敏度标定精度。

辐射致折射率变化用于MeV级脉冲辐射探测的初步研究

MeV级脉冲辐射的高时间分辨测量是惯性约束核聚变诊断领域迫切需要解决的难题,国际上尚无成熟的解决方案.利用脉冲辐射对半导体折射率的超快调制效应,有望建立新的解决方案.为研究体材料半导体折射率对MeV级脉冲辐射的响应规律,分析了系统输出与入射辐射强度的对应关系,分析了基于半导体折射率变化测量MeV级脉冲辐射系统的时间分辨的影响因素.基于自由载流子折射率调制原理,建立了半导体材料在MeV级脉冲辐射作用下折射率调制测量系统,整个系统的时间分辨<1 ns.在最大能量为0.2 MeV的电子束和X射线束轰击下,本征GaAs折射率恢复时间约30 ns,比可见光激发下要长,分析其原因是高能激发下GaAs内部陷阱参与了载流子复合过程.X射线光子束轰击下,折射率建立时间比电子束轰击下长,光子沉积能量产生过剩载流子的时间过程可达到ns量级.基于建立的系统和分析方法,可对其他半导体在伽马脉冲辐射或电子束辐射作用下折射率变化开展系统的研究,为建立实际的可用于MeV级脉冲辐射测量的快响应探测系统奠定了基础.

定向起爆部脉冲激光方位探测引信系统时间空间匹配特性

根据定向起爆部对引信提出的时间匹配和空间匹配的要求,针对弹目交会相对运动环境,在惯性坐标系下3个相互垂直的2维平面内,建立了弹目相对速度下脉冲激光方位探测引信系统的最佳起爆延时和最佳起爆方位角模型,并对相关时间匹配和空间匹配特性进行了量化及数值仿真分析。结果表明:模型与弹目交会角、目标初始方位角、发射激光束与弹丸速度夹角、引信中心至目标尾部距离、目标外型参数、目标速度、破片飞散速度、弹丸内部结构参数、弹丸速度等目标区环境信息有关。

脉冲激光探测方位角磁电检测技术

针对常规弹药脉冲激光周向探测系统无法精确获取目标方位信息的问题,设计了基于磁电检测的单光束激光引信全向方位角探测方案.对磁电检测系统进行建模,建立圆柱形永磁体转动磁场模型,推导出磁阻传感器所测位置磁场的解析式,验证所测磁场为一正弦磁场信号.依据此正弦信号,设计了上升沿阈值周期检测算法,并运用FPGA与TDC-GP21对激光回波出现时间与电机转速信号周期进行高准确度时间间隔测量实现方位角的解算.依据方案设计原理样机并编写上位机程序,进行方位角探测实验.实验结果表明:磁电检测系统采用多重屏蔽方法,能有效抑制电磁干扰;并能实时监测电机转速,实现方位角解算,方位角解算误差在±2°以内.满足激光引信方位角测量的高准确度、抗干扰能力强等要求.

脉冲辐射探测技术

脉冲辐射探测是探知核反应过程特征信息的主要途径之一,是核反应过程特性研究、核装置设计、运行、监测与控制不可或缺的技术手段。由核探测器、探测方法和应用技术等构成的脉冲辐射场探测技术,已成为科学研究、核技术应用、核材料分析、裂变/聚变研究和天体物理等相关核科学研究的必备技术元素。文章介绍了我国发展的瞬态核裂变、核聚变反应过程释放的脉冲中子、伽马混合辐射场探测系统和测量技术。

脉冲中子、伽马探测系统性能表征与设计技术

探测系统是获取辐射场特征信息的核心器件,是实施脉冲辐射探测的关键和技术基础,其性能直接决定测试数据的质量和测试方法的选择。对影响脉冲辐射探测的性能指标进行系统描述、表征是探测系统设计、研制、实际应用和综合性能评价的基础。用于复杂能谱脉冲中子、伽马混合辐射场时间谱、强度谱测量的探测系统,主要性能包括探测灵敏度、时间响应、能量响应、线性电流和中子、伽马分辨能力等指标参数,这些参数的获得与实现,需要根据中子、伽马射线与物质相互作用的基本原理,构建相应的探测结构和技术原理。在设计上,综合权衡能量收集和电荷收集方式选择、几何效率完备和高信噪比结合、信号响应和直照响应分离、探测效率与时间特性兼顾、综合性能与使用可靠性一致等设计原则,综合应用这些原则构成了探测系统设计方法。

移相式脉冲光探测器在脉冲激光研究中的应用

介绍一种新型的移相式脉冲光探测器,移相式脉冲光探测器是一种多功能脉冲光探测器,具有高速脉冲光探测、移相、计数、脉冲合并等功能,在脉冲激光研究中具有广泛的应用。