32×32 Si盖革模式激光焦平面探测器

为了满足350 nm~1100 nm波长范围内远距离及微弱激光3维成像探测的需求,提出了一种规模为32×32的盖革模式硅激光焦平面阵列探测器,它主要由硅雪崩光电二极管阵列、读出电路芯片、微透镜阵列、半导体制冷器、引脚网格阵列壳体等元件组成。硅雪崩光电二极管焦平面阵列采用拉通型N^(+)-Π_(1)-P^(-)-Π_(2)-P^(+)结构,工作在盖革模式下,通过Si片背面抛磨减薄及盲孔刻蚀技术,实现了纤薄光敏区的加工;读出电路采用主动模式淬灭设计,使电路单元的死时间控制在50 ns以内,并利用一种带相移技术的时间数字转换电路优化方案,在满足时间分辨率不大于2 ns的同时,降低了读出电路芯片的功耗。结果表明,在反向过偏电压14 V、工作温度-40℃的条件下,该探测器在850 nm的目标波长可实现20.7%的平均光子探测效率与0.59 kHz的平均暗计数率,时间分辨率为1 ns,有效像元率优于97%。该研究为纤薄型背进光Si基激光焦平面探测器的研制提供了参考。

空间引力波探测干涉仪探测模式比较研究

为了实现毫赫兹频段的引力波信号测量,基于激光干涉体制的空间引力波探测计划要求干涉系统硬件本底噪声低于星间散粒噪声极限,这对光机设计及相应干涉载荷提出了严苛的工程指标。本文从探测模式选择的角度出发,推导了在单探测器模式和平衡模式下读出噪声和杂散光噪声在干涉信号中的表达形式,并就科学干涉仪的弱光干涉过程进行了详细讨论。结果表明,平衡模式可以跨量级的抑制激光功率涨落和后向杂散光引起的干涉相位噪声,但其抑制能力受限于合束器的不等比分光性质。为此引入相对增益因子来补偿合束器的不等比分光特性,进一步的分析表明,电子学手段的增益补偿只能消除不等比分光对两者之一的影响,不能同时兼顾,需要在激光功率涨落噪声和杂散光噪声的抑制之间平衡选择增益补偿。即便如此,平衡模式下的跨量级的噪声抑制能力,仍然可望降低对激光功率涨落和望远镜杂散光的工程指标要求。

异步传输模式下电路探测激光回波信号增强

激光回波信号是电路探测传输的常用信号,信号强度是保障集成电路探测效果的关键,因此提出大数据异步传输模式下的电路探测激光回波信号增强方法。利用多权重混合分布模型消除激光回波信号的背景噪声;根据异步传输模式的通信方式,建立激光回波信号接收机,接收保留完整信号信元;利用整形脉冲信号处理方法完成信号累积和自适应匹配滤波,实现大数据异步传输模式下电路探测激光回波信号的增强。实验结果表明,所提方法的信号增强结果在任意波长处的能量和光谱强度均较高。

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。

不同高度和不同地磁扰动期间热层大气密度模式值与探测值的显著差异

热层大气密度是空间大气环境的重要参数，经过多年的研究已开发了多种大气模式，但其误差普遍较大，尤其在磁暴期间偏差值甚至超过100％．本文利用中国星载大气密度探测器和CHAMP卫星加速度计在轨获得的连续探测数据，针对近10年（2003--2014）中多次强磁暴事件和多次中等强度扰动事件，即2003年11月、2004年7月和2005年8～9月多次强磁暴事件（Kp值均达到9），2006年4月、2012年4月的两次中等强度磁暴事件（Kp值分别达到7和6），分析和比对不同强度磁扰事件期间不同高度全球大气密度就位探测值与模式值（NRLMSISE00）之间的差别．在2005年8月24日强磁扰事件中，560km高度中国卫星就位探测值上涨幅度约2～3倍，扰动区中的增变比高达5．7倍，375km高度CHAMP卫星就位探测值上涨幅度约0．8倍，扰动区中增变比达4．0倍，期间大气密度模式值不仅没有出现明显的涨落，更没有出现强烈的区域扰动；在2003年11月和2004年7月的强磁扰事件中，CHAMP卫星就位探测值均有显著涨变和强烈扰动变化，而模式值无明显扰动变化；在中等强度磁扰事件中，高度560km附近就位探测值在北、南半球高纬地区显著上涨，远高于模式值，高度350km附近就位探测值在地球阴影区域显著上涨，上涨幅度也大于模式值．分析结果表明现有大气模式对地磁扰动（尤其是强磁暴事件）期间全球热层大气密度的响应并不明显，需要进一步改善．

三维成像激光雷达线阵探测模式分析

以三维成像激光雷达对地面车辆目标探测为应用背景,采用线阵光电探测器并行接收的新体制来提高对目标成像的速度和实时性。按照对目标照射的激光辐射形式,总结出两种线阵探测模式:一种是激光多束发射模式,另一种是激光泛光发射模式。对这两种模式的机理、实现方式及优缺点进行了分析,并分别建立了两种模式下的激光雷达探测方程。采用信噪比和测距精度来分析两种模式的探测和测距性能。分别推导出了两种模式下信噪比与距离,发射功率与距离的关系表达式并进行了仿真。仿真结果表明,在相同距离和发射功率下,激光多束发射模式的回波信噪比更高;在相同距离和测距精度下,激光泛光发射模式需采用更高的发射功率。

大气背景下盖革模式APD激光雷达探测性能计算

盖革模式工作的雪崩光电二极管,以其灵敏度高著称,广泛应用于天文观测、粒子物理学、激光雷达以及通信领域.但是由于雪崩光电二极管易受到噪音的影响,特别是在背景光较亮的白天,背景噪音对探测有很大影响.本文针对白天大气背景噪音的情况,建立了盖革模式雪崩光电二极管的探测统计模型,通过设定不同探测器阈值和噪音值进行仿真计算,分析了探测阈值与噪音对虚警率的影响,给出了提高最远探测距离的途经与方法.通过限制滤光片带宽、减小探测器开启时间等方法可以将背景噪音光子数减小到2,在900km处的探测成功率为96.6%.对雷达散射截面为1m2的非合作目标,探测成功率为70%.

盖革模式APD激光雷达探测性能与虚警抑制研究

对基于盖革模式APD(GM-APD)探测器的激光雷达的探测性能和虚警抑制方法进行了研究。从系统原理与探测时序出发,研究了长死时间、回波脉宽大于时间数字转换器(TDC)分辨时间情况下目标探测概率与虚警率分布,分析了回波强度、脉宽、噪声与回波位置对目标探测概率与虚警率的影响;利用双探测器结构的探测模型,研究了双探测器结构在提高系统探测性能中的作用。研究结果表明:回波越强,脉宽越窄,噪声越低,回波位置越靠前,目标探测概率越高,虚警率越低,系统探测性能越好;对于双探测器结构,与逻辑可很好地抑制虚警;或逻辑可提高目标探测概率;使用与逻辑和或逻辑相结合的双探测器结构,可以获得更高的目标探测概率和更低的虚警率。

基于门控制模式的单光子探测电路设计

基于门控制模式的雪崩抑制方法,对工作波长为1.31μm的单光子探测器件InGaAs/InP雪崩光电二极管的高压电源和单光子信号检测电路进行了设计,同时对设计中所涉及的关键问题进行了分析。通过巧妙设计脉冲发生器的单稳态电路等效地实现了直流电平叠加脉冲的"光子门",通过使用跨阻前置放大器和精密比较甄别器等能在一定程度上提高探测的灵敏度。

基于图像探测的早期火灾烟气模式研究

烟气是火灾过程中的重要物理现象。为改进早期火灾探测和预警，需要对基于图像探测的火灾烟气模式加以研究。以不同应用背景为依据，对烟气模式提出分类研究的思想。并以提高图像探测的可靠性和灵敏度为目的，对烟气的图像信息特征进行分析，提出了建立早期火灾烟气模式的设想。

载人小行星探测的飞行模式

基于载人小行星探测的任务背景,根据其基本的飞行阶段及任务特点,对其探测任务的飞行模式进行分析,其中包括探测器逃逸地球的飞行方式、小行星表面探测方式、返回与再入的飞行方式,重点研究小行星表面探测方式。对运载能力、技术难度、探测器质量规模进行了分析与比较,得出基于着陆对接口概念的近地+对接着陆+直接再入的较优的飞行模式,并将该模式进一步划分为9个飞行节点及6个主要飞行阶段,对其飞行过程进行了详细的描述。

基于盖革模式APD的光子计数激光雷达探测距离研究

最大探测距离是表征光子雷达性能的重要参数,本文利用盖革模式雪崩光电二极管阵列对直接探测脉冲光子雷达的最大探测距离进行了研究。从激光雷达方程出发,根据盖革模式雪崩光电二极管阵列探测像元中回波激发初始电子数的泊松统计模型和系统最小可接受探测概率条件,建立了光子雷达的最大探测距离理论模型。利用光子雷达系统设计参数,研究了对最大探测距离产生影响的五个主要因素。研究结果表明发射激光脉冲能量越高,噪声越小,回波位置在距离门中越靠前,大气传输系数越大,目标反射率越高,获得的最大探测距离越大;使用脉宽为5 ns,脉冲能量为50μJ的激光脉冲,最小可接受探测概率为0.9时,可获得大于1 km的最大探测距离;同时,选择合适的系统最小可接受探测概率对系统探测性能的改善十分重要。

单站电离层探测系统自动跳频探测模式的设计与实现

结合定频和扫频探测的特点,提出了一种新的探测模式——跳频探测,它可以用于对电离层局部频率精细结构的研究,也可以用于全频段电离层概貌的获取。单站电离层探测系统利用跳频探测模式实现的探测结果表明:在自动跳频探测模式设计中,采用的多线程技术可以很好地实现探测系统硬件控制、数据处理、信息提取与显示、人机交互和自动探测功能,满足探测的实时性要求。同时,采用Matlab引擎技术完成跳频探测数据的处理和显示,使软件获得强大的数据处理和显示能力,并具有开放性,易于升级。

邯邢式铁矿深部探测技术及综合找矿模式研究——以河北省沙河市白涧铁矿床为例

邯邢式铁矿是中国著名的铁矿类型之一。近年来,在邯邢地区采用深钻对白涧铁矿低缓磁异常区进行了验证,在孔深592.74～1040.52m处发现了厚度大、埋藏深、规模大、品位高的隐伏邯邢式铁矿,表明该区具有深部找矿的巨大潜力。通过对白涧矿区的综合找矿探测方法技术的应用研究和对白涧铁矿深部隐伏铁矿的预测分析,证实了高精度重、磁方法相结合是寻找该类铁矿最有效的方法。EH-4电磁测深方法通过探测深部隐伏岩体的起伏变化,进而预测和发现盲矿体,是一种间接预测隐伏矿分布的有效方法。针对邯邢地区地表及地下均存在不同程度的重、磁、电干扰,该研究加强了实地干扰源的详细调查和室内资料的相关滤波、圆滑处理、位场的转换、异常正反演解释的研究工作,认为加强赋矿地层、构造、岩浆岩、围岩蚀变和重、磁综合异常"五位一体"的深部综合找矿模式,是寻找邯邢式铁矿深部矿体的有效方法。

风廓线雷达探测模式分析与设计

通过对风廓线雷达回波信号原理和回波特点的介绍,分析了雷达信号与数据处理流程,根据雷达工作参数的取值对探测性能的影响,提出了风廓线雷达工作参数选择的顺序和原则:(1)根据高度分辨率和高度探测范围的要求确定脉冲宽度和脉冲重复周期;(2)根据对最大不模糊多普勒速度大小的分析,结合已选定的脉冲重复周期,确定相干平均次数;(3)根据测速精度的分析要求,结合已确定的最大不模糊多普勒速度值,确定谱分析时的快速傅里叶变换点数;(4)根据时间分辨率的要求,确定谱平均数。最后,设计了对流层风廓线雷达探测模式一览表,并介绍了实际应用效果。

高分辨率大面阵相机航天测绘应用立体探测模式分析

针对大面阵相机成像特点,分析提出了在高分辨率对地观测条件下航天测绘应用的两种立体探测模式,即高分辨率交向立体摄影测量模式和小基线立体摄影测量模式。分别对两种模式的基本原理进行了阐述,分析了各自存在的优势和不足,以及主要的应用方向。通过理论和仿真分析对两种应用模式进行了原理验证。最后对大面阵相机航天立体测绘两种模式的应用特点进行了对比,指出了进一步研究的方向。

基于探测车技术和多级模糊模式识别的道路交通状态评价方法

提出了一种新的多因素道路交通状态评价方法,利用探测技术获取的探测车平均速度、拥堵系数、停车时间比例、加速度噪声和平均速度梯度作为交通拥堵表征量,采用VISSIM仿真方法确定出交通拥堵表征量的阈值,并应用多级模糊模式识别方法实现道路交通状态的评价过程。仿真结果表明:利用探测车技术和多级模糊模式识别方法可以准确方便地实现道路交通拥堵状态的评价,并且能够反映出评估时段内道路交通状态的变化。

天文探测卫星定点观测模式外热流变化规律分析

针对天文探测卫星定点观测模式下的特定姿态,结合相关科学观测约束、整星能源和热控设计约束及轨道特点,进行了多约束条件下的外热流变化规律分析,对比了有、无遮阳挡板情况下,卫星外热流的差异,并通过虚拟热沉温度,分析了卫星各个舱板的散热能力。基于有、无遮阳挡板的外热流分析结果,从热控角度建议在定点观测模式下,对卫星的观测姿态进行约束,对有低温需求的天文探测器建议加设遮阳挡板,可为天文探测卫星的热控设计提供参考。

机载预警雷达牵引模式的IRST探测效能分析

机载预警雷达牵引红外搜索跟踪系统(IRST)探测是同平台多传感器协同的一种重要工作模式。为定量评估该模式对IRST探测效能的影响,以IRST探测概率作为评估指标,建立多个瞬时视场下的成功牵引概率数学模型,计算在不同雷达工作模式下满足一定成功牵引概率的IRST搜索视场范围,推导IRST的探测概率与作用距离、脉冲积累之间的关系式。仿真结果表明,在保证成功牵引概率为0.99的前提下,雷达在高精度测量模式下的牵引效果最佳,使IRST的搜索区域缩小为原来的1/180,时间节约效率为99.4%,加快了对目标的截获过程。节余的时间可用来对目标进行脉冲积累,当积累2个脉冲时,在其最大作用距离处所对应的探测概率由无积累时的0.5提升到0.985 3,从而显著提升其探测效能。

电离层垂直探测中扰动观测模式研究

电离层高频反射回波的多普勒频移观测是研究电离层扰动的一个重要方法。利用电离层垂直探测中的组合脉冲控制和回波相位测量分析方法,开发并实现了一种电离层扰动观测模式。实验观测表明,新开发的观测模式在电离层高频反射回波为窄带信号的情况下,可实时获得高精度多普勒频高图,并给出电离层扰动速度的时空变化曲线,能够满足电离层扰动观测研究的需要。