光子计数激光测距技术研究 被引量：25

1

作者 侯利冰 黄庚华 +2 位作者 况耀武 陈凯 舒嵘 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第18期5186-5190,共5页

光子计数激光雷达采用了灵敏度极高的单光子探测器,能够将激光雷达系统的灵敏度提高2—3个数量级,具有极大的发展潜力和技术优势。介绍和分析了光子计数激光测距技术的基本原理和优点。设计了光子计数激光雷达实验系统,采用盖革模式的... 光子计数激光雷达采用了灵敏度极高的单光子探测器,能够将激光雷达系统的灵敏度提高2—3个数量级,具有极大的发展潜力和技术优势。介绍和分析了光子计数激光测距技术的基本原理和优点。设计了光子计数激光雷达实验系统,采用盖革模式的雪崩二极管(Geiger-mode APD),开展了测距验证实验。实验结果表明,采用光子计数激光测距能够在单光子灵敏度和强噪声背景条件下,获取目标的距离信息,距离测量精度达到6.23 cm。 展开更多

关键词 激光测距 光子计数 单光子探测器

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短波红外高光谱成像仪背景辐射特征研究 被引量：8

2

作者 王跃明 祝倩 +1 位作者 王建宇 庄晓琼 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期279-283,共5页

文章指出背景辐射对短波红外高光谱成像仪辐射精度、信噪比是有影响的.给出了色散型短波红外光谱仪的背景辐射定量计算模型,分析了温度及温度变化与辐射精度的关系,并通过实验数据进行了验证.在背景辐射特征分析的基础上,分析总结了小... 文章指出背景辐射对短波红外高光谱成像仪辐射精度、信噪比是有影响的.给出了色散型短波红外光谱仪的背景辐射定量计算模型,分析了温度及温度变化与辐射精度的关系,并通过实验数据进行了验证.在背景辐射特征分析的基础上,分析总结了小相对孔径冷屏、高精度温控、冷光学、经常性标定等几种减小背景辐射影响的措施.本文的研究工作对于提高高光谱成像仪研制的定量化水平具有参考价值. 展开更多

关键词 短波红外 高光谱 背景辐射 辐射精度

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光子计数激光雷达时间-数字转换系统 被引量：11

3

作者 侯利冰 郭颖 +1 位作者 黄庚华 舒嵘 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期243-247,共5页

时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精... 时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精度的时间测量,通过实验分析,研究了TDC系统的性能及其应用于光子计数激光雷达后的效果.实验结果表明,TDC系统的时间分辨率达到29 ps,测时精度37 ps,能够实现9通道的高精度事件计时功能,用于光子计数激光雷达后,整个激光雷达系统的测时精度为421 ps,达到6.3 cm的距离测量精度,能够实现高精度高分辨率的激光三维成像. 展开更多

关键词 时间-数字转换系统 延迟线内插 光子计数 激光雷达

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少光子灵敏度精密激光测距方法及验证 被引量：9

4

作者 刘鸿彬 李铭 +2 位作者 舒嵘 胡以华 黄庚华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期93-99,共7页

针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点,提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)作为回波探测器,并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距... 针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点,提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)作为回波探测器,并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距精度进行分析。搭建了实验验证系统,实现了在激光波长为532 nm、能量为10 nJ的条件下,对107.86 m处的面目标进行测距。实验结果表示,系统的噪声为随机分布,且噪声幅度不超过3个像元同时响应量级,鉴别阈值略大于该值时,即可清晰地分辨出信号和噪声;对于包含32个光子的回波信号,探测器中发生雪崩像元的个数约为4个,此时系统测距精度达到3σ=3 cm。 展开更多

关键词 激光测距 少光子 SIPM 高精度

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一种推扫式光子计数激光雷达点云滤波算法及其验证 被引量：9

5

作者 李铭 郭颖 +1 位作者 杨贵 舒嵘 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第9期53-58,共6页

提出一种用于推扫式光子计数激光雷达点云滤波方法。定义了一种线性径向基函数,利用这种基函数可以计算密度点密度值;基于此实现了一种粗滤波和精去噪结合的点云滤波算法,经过两个步骤的滤波之后能够对诸如植被等分层地物进行精细滤波... 提出一种用于推扫式光子计数激光雷达点云滤波方法。定义了一种线性径向基函数,利用这种基函数可以计算密度点密度值;基于此实现了一种粗滤波和精去噪结合的点云滤波算法,经过两个步骤的滤波之后能够对诸如植被等分层地物进行精细滤波。使用NASA的机载激光雷达MABEL的实际飞行数据对这种滤波算法进行了验证,并与中值滤波算法的效果进行了对比。结果表明算法能有效滤除与地面非常接近的噪声点,适合低密度地物目标点云的滤波处理,能够很好保留细节,其中植被滤波精度90.26%,地面点滤波精度96.11%。 展开更多

关键词 激光雷达 光子计数 推扫 点云滤波

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资源有限FPGA的多通道时间-数字转换系统 被引量：8

6

作者 吴军 王海伟 +4 位作者 郭颖 洪光烈 何志平 徐卫明 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期1208-1217,共10页

基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构,每个测时通道由... 基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构,每个测时通道由3个物理测时链路组成,最后通过三模冗余增强抗单粒子翻转能力。并应用了通道均匀性校准修正技术,解决了多通道测时均匀性问题。实验结果表明,系统测时精度达到62.9 ps,通道一致性较好,满足激光雷达三维成像要求,同时该技术方案具有低功耗、轻量化等特点。 展开更多

关键词 激光三维成像雷达 时间-数字转换系统 空间应用 资源有限 三模冗余

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宽调谐激光雷达亚毫米级距离分辨的实现方法 被引量：7

7

作者 张琨锋 洪光烈 +2 位作者 徐显文 胡以华 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第10期2674-2679,共6页

分析了单相干通道的宽调谐激光雷达虽具有超大带宽但不能实现符合理论值的距离高分辨率的原因,以及导致非线性调频相位误差的因素。构建了解决这一难题的双相干通道宽调谐激光雷达系统,啁啾带宽在THz量级,引入了具有固定延时的参考通道... 分析了单相干通道的宽调谐激光雷达虽具有超大带宽但不能实现符合理论值的距离高分辨率的原因,以及导致非线性调频相位误差的因素。构建了解决这一难题的双相干通道宽调谐激光雷达系统,啁啾带宽在THz量级,引入了具有固定延时的参考通道,采用了有效的信号处理方法,从参考通道中提取出相位误差,再利用此相位误差数据自适应地补偿掉目标通道中的相位误差。实验结果证明,该系统将距离分辨率由米级提高到了200μm左右,接近理论值120μm,实现了低至100 pW的最小可利用回波功率。且即使目标通道和参考通道的延时不相等时,该方法仍有效。 展开更多

关键词 相位误差补偿 激光雷达 距离 亚毫米级 参考通道

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基于CompactRIO的直流无刷电机控制系统 被引量：6

8

作者 徐惠 肖功海 亓洪兴 《电子设计工程》 2011年第11期128-131,共4页

为提高机载多光谱扫描仪的集成化程度,提出了一种新型的直流无刷电机转速控制系统。该系统基于CompactRIO(坚固型可重新配置I/O)的嵌入式PID算法,根据电机时序要求,产生PWM波,经过H桥功放后直接驱动电机。笔者还详细描述了H桥功放的工... 为提高机载多光谱扫描仪的集成化程度,提出了一种新型的直流无刷电机转速控制系统。该系统基于CompactRIO(坚固型可重新配置I/O)的嵌入式PID算法,根据电机时序要求,产生PWM波,经过H桥功放后直接驱动电机。笔者还详细描述了H桥功放的工作原理及自举电路元器件参数的选取规则。文章的结尾部分,对电机控制系统进行了实验测试。在不同的设定转速下,进行实际转速的记录,结果显示,转速控制稳定度达到±1.5%。 展开更多

关键词 直流无刷电机 坚固型可重新配置I/O H桥功放 PID控制

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一种红外引导激光指向双模复合探测技术研究 被引量：5

9

作者 张冰娜 张亮 +2 位作者 黄庚华 舒嵘 王建宇 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期227-232,共6页

随着红外光电系统由扫描型发展为凝视型,搜索范围大大增加,但仅得到目标的二维信息,如能与激光主动探测结合,得到角度-角度-距离的三维信息,可实现两者优势互补。提出了一种基于压电倾斜镜(PFSM)的具有指向功能的激光主动探测技术,与凝... 随着红外光电系统由扫描型发展为凝视型,搜索范围大大增加,但仅得到目标的二维信息,如能与激光主动探测结合,得到角度-角度-距离的三维信息,可实现两者优势互补。提出了一种基于压电倾斜镜(PFSM)的具有指向功能的激光主动探测技术,与凝视型红外相机实现双模复合探测,对目标进行精密跟踪。对其视场、线性度进行了分析和系统测试,所得结果与计算结果相符。 展开更多

关键词 图像处理 凝视红外成像 激光主动探测 压电倾斜镜 线性度

原文传递

基于模拟自相关方法的微弱激光脉冲信号检测 被引量：5

10

作者 程鹏飞 黄庚华 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第10期2844-2847,共4页

激光测距以其高空间分辨率、高灵敏度、全天候等优良特性在主动遥感领域倍受青睐。激光测距仪的灵敏度(最大测程)主要取决于激光发射能量、有效接收光学孔径和系统信噪比。在激光发射能量和有效接收光学孔径受到限制的情况下,如何降低... 激光测距以其高空间分辨率、高灵敏度、全天候等优良特性在主动遥感领域倍受青睐。激光测距仪的灵敏度(最大测程)主要取决于激光发射能量、有效接收光学孔径和系统信噪比。在激光发射能量和有效接收光学孔径受到限制的情况下,如何降低系统噪声,将微弱的激光脉冲信号从噪声中提取出来,成为至关重要的问题。从激光测距的原理出发,分析了各种微弱信号的检测方法,得出相关法是一种简单实用的方法。通过自相关与互相关的对比,决定采用模拟自相关法来进行微弱激光脉冲信号的检测。给出模拟自相关法检测电路并对其进行了试验。试验结果表明,使用模拟自相关法的最小信噪改善比为4.5,灵敏度为未经过模拟自相关检测的3.16倍。 展开更多

关键词 模拟自相关 脉冲信号 灵敏度 信噪改善比

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机载红外激光雷达监测天然气管道泄漏技术 被引量：5

11

作者 李正文 亓洪兴 +3 位作者 肖功海 方抗美 杨一德 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第12期2398-2402,共5页

为了解决日益凸显的天然气管道泄漏问题,提出了机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达技术,介绍了该系统的基本工作原理,提出了衡量系统探测性能的噪声等效浓度的定义。在分析了机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达系统技术方案的基础上,... 为了解决日益凸显的天然气管道泄漏问题,提出了机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达技术,介绍了该系统的基本工作原理,提出了衡量系统探测性能的噪声等效浓度的定义。在分析了机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达系统技术方案的基础上,根据噪声等效浓度的定义,引入了相关检测技术以提高系统的探测灵敏度,讨论了相关检测技术原理以及相关检测技术在该系统中的具体应用,通过机载探测试验验证了相关检测技术在提高系统探测灵敏度方面具有决定性作用,使机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达系统更具有工程实用性。 展开更多

关键词 机载 天然气泄漏 相关检测 噪声等效浓度

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高灵敏度APS CMOS图像传感器光谱探测技术研究 被引量：5

12

作者 郎均慰 王跃明 王建宇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期121-127,共7页

主动像元型(APS)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的成像性能已经接近电荷耦合器件(CCD)的成像性能,在光谱成像领域有很好的应用前景。讨论了CMOS器件用于光谱探测的若干问题,建立了光谱成像系统的噪声模型并进行了实际噪声测试,... 主动像元型(APS)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的成像性能已经接近电荷耦合器件(CCD)的成像性能,在光谱成像领域有很好的应用前景。讨论了CMOS器件用于光谱探测的若干问题,建立了光谱成像系统的噪声模型并进行了实际噪声测试,分析了基于CMOS探测器的成像光谱仪的灵敏度水平;结合CMOS器件的结构和特性给出了图像的校正方法。搭建了包括光学、电子学的完整光谱成像系统,进行了光谱成像试验,验证了灵敏度分析和光谱校正方法。结果表明,CMOS探测器可以满足高光谱成像的灵敏度要求,可用于高光谱探测。 展开更多

关键词 遥感 成像光谱仪 主动像元型互补金属氧化物半导体 光谱探测 灵敏度

原文传递

多波束激光雷达的高精度收发配准方法的实验验证 被引量：4

13

作者 李铭 候佳 +1 位作者 周成林 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期47-55,共9页

针对三维成像多波束激光雷达系统微弧度量级激光发散角和多元并行收发条件下极高配准精度要求,进行了收发配准技术的研究和验证。提出了多波束激光雷达系统收发配准的方法,实现了一套基于光纤光学的收发光学系统分离的高精度收发光学系... 针对三维成像多波束激光雷达系统微弧度量级激光发散角和多元并行收发条件下极高配准精度要求,进行了收发配准技术的研究和验证。提出了多波束激光雷达系统收发配准的方法,实现了一套基于光纤光学的收发光学系统分离的高精度收发光学系统;发射激光的单元发散角达到了近衍射极限的20μrad,接收视场达到60μrad,实现了1 064 nm近红外波段51元的线列并行收发,收发配准精度达到10μrad以下。实验验证结果显示,该收发配准的方法具有较好的可行性,配准的精度能达到理论分析要求。经过温度等环境因素的分析,系统在一定的温度范围内具有较好的稳定性,该温度范围较易控制,能够满足多波束激光雷达系统的工程应用要求。 展开更多

关键词 收发配准 激光雷达 多波束 光纤光学 光子计数

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TDC-GP2芯片在脉冲激光测距系统中的应用 被引量：4

14

作者 宋盛 郭颖 洪光烈 《红外》 CAS 2014年第11期10-14,共5页

脉冲激光测距系统在各个领域均有广泛应用,而时间测量精度决定了距离测量精度。传统的时间测量方法都存在自身缺陷,难以实现精度高且响应灵敏的脉冲时间间隔测量,因此详细介绍了一款时间数字转换芯片——TDC-GP2芯片。该芯片利用逻辑门... 脉冲激光测距系统在各个领域均有广泛应用,而时间测量精度决定了距离测量精度。传统的时间测量方法都存在自身缺陷,难以实现精度高且响应灵敏的脉冲时间间隔测量,因此详细介绍了一款时间数字转换芯片——TDC-GP2芯片。该芯片利用逻辑门延迟来实现高精度时间测量,其配合粗值计数器使用时的最大测量范围为4ms。基于TDC-GP2芯片的测量范围1可实现典型分辨率为50 ps（均方根值）、测量范围为0-1.8μs的高精度时间间隔测量。该研究在各类测时方法中处于领先水平。 展开更多

关键词 TDC-GP2 时间测量 脉冲激光测距系统

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实用化机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达 被引量：4

15

作者 李正文 亓洪兴 +3 位作者 肖功海 方抗美 杨一德 舒嵘 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期184-188,共5页

针对日益严重的天然气管道泄漏问题,研制了一台基于吸收光谱技术的实用化机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达.介绍了该仪器的工作原理,论述了该仪器的系统构成、设计方法,探讨了高精度激光稳频,实时定标系统等关键技术.地面试验和机载... 针对日益严重的天然气管道泄漏问题,研制了一台基于吸收光谱技术的实用化机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达.介绍了该仪器的工作原理,论述了该仪器的系统构成、设计方法,探讨了高精度激光稳频,实时定标系统等关键技术.地面试验和机载试验数据的分析结果证明了该仪器的工程实用性. 展开更多

关键词 天然气管道泄漏 机载 吸收光谱技术 高精度激光稳频 实时定标

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脉冲式激光测距体制设备动态距离模拟器的研究设计 被引量：4

16

作者 李真珠 亓洪兴 +4 位作者 黄庚华 叶道焕 姚波 闫志欣 舒嵘 《科学技术与工程》 北大核心 2012年第14期3470-3474,共5页

地面检测星载激光测距体制设备的性能时,需要提供稳定且随机可调的高精度仿真距离光脉冲,于是提出了动态距离模拟技术。设计了一套集激光接收、延迟控制、高精度信号延迟、激光器等单元于一体的动态距离模拟系统,模拟高精度的动态距离... 地面检测星载激光测距体制设备的性能时,需要提供稳定且随机可调的高精度仿真距离光脉冲,于是提出了动态距离模拟技术。设计了一套集激光接收、延迟控制、高精度信号延迟、激光器等单元于一体的动态距离模拟系统,模拟高精度的动态距离信息。实验证明,该系统的最小模拟距离达到15 m,模拟精度优于0.15 m,可以满足目前各种星载激光测距体制设备地面检测的要求。 展开更多

关键词 激光测距体制设备 动态距离模拟器 精度

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基于梯度投影算法重构的压缩成像实验及质量评价 被引量：3

17

作者 汪磊 马彦鹏 +3 位作者 姚波 王义坤 韩贵丞 亓洪兴 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2016年第12期116-124,共9页

压缩成像方式既可以避免在红外波段追求大面阵器件,又可以解决图像获取时难以消除的自身非均匀性,信噪比低,航空航天成像应用中的图像采集、传输、存储成本越来越高等问题。详细分析了该成像系统的原理模型,搭建成像原理样机,采用梯度... 压缩成像方式既可以避免在红外波段追求大面阵器件,又可以解决图像获取时难以消除的自身非均匀性,信噪比低,航空航天成像应用中的图像采集、传输、存储成本越来越高等问题。详细分析了该成像系统的原理模型,搭建成像原理样机,采用梯度投影算法进行图像重构的成像实验。在重构图像的质量评价中引入了信号子空间分析方法,估计重构图像的信噪比。实验结果表明,该信噪比估计方法更加准确有效。 展开更多

关键词 成像系统 压缩成像 梯度投影算法 图像质量评价 子空间分析

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高精度激光动态测试技术研究 被引量：3

18

作者 叶道焕 黄庚华 程鹏飞 《红外》 CAS 2016年第5期7-9,16,共4页

在星载激光测距仪的研制过程中,如何通过地面检测方法对测距仪的各项性能指标进行测试,是一项重要的工作内容。根据脉冲式激光测距仪的工作原理,设计了一套基于光电延时法的高精度动态测试系统,并对影响系统精度的系统误差进行了分析,... 在星载激光测距仪的研制过程中,如何通过地面检测方法对测距仪的各项性能指标进行测试,是一项重要的工作内容。根据脉冲式激光测距仪的工作原理,设计了一套基于光电延时法的高精度动态测试系统,并对影响系统精度的系统误差进行了分析,最终实现了对激光测距仪测距精度的测量。与传统的测试方法相比,该方法具有模拟距离动态范围大、精度高等特点。实验结果表明,这种测试系统的模拟距离范围可达15 m^30 km,模拟精度优于0.15 m。由于操作简易且实用性强,该系统可以满足目前各种激光测距仪的测试需求。 展开更多

关键词 激光测距 动态测试技术 距离模拟 高精度

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基于液晶光阀调制的赝热光源制备技术研究 被引量：3

19

作者 秦洁心 刘世超 +1 位作者 黄庚华 舒嵘 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期40-47,共8页

高质量赝热光源的制备是强度关联成像技术中一个非常重要的内容。采用赝热光作为光源是因为一般的热光源相干时间极短,常用的探测器无法响应,且亮度低。利用激光照射旋转的毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光源可以解决上述问题,是目前常... 高质量赝热光源的制备是强度关联成像技术中一个非常重要的内容。采用赝热光作为光源是因为一般的热光源相干时间极短,常用的探测器无法响应,且亮度低。利用激光照射旋转的毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光源可以解决上述问题,是目前常用的一种方法。提出一种采用液晶光阀(LC-SLM)对激光束进行控制来获得赝热光场的方法。利用该装置产生的赝热光场不仅可以极大程度地模拟真实热光场的热涨落,且光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布,更重要的是该系统没有机械转动,光场的时间和空间相干性可以完全分开对待,产生的散斑场结果可以重复,并研究了应用该方法产生的动态散斑场的各种特性。 展开更多

关键词 强度关联成像 赝热光源 液晶光阀 散斑

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用于大动态范围厘米精度激光测距的孔径光阑自动调整技术 被引量：3

20

作者 张冰娜 黄庚华 +1 位作者 舒嵘 王建宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1788-1792,共5页

在深空或空间小目标的探测中,需要利用脉冲式激光雷达测量与目标之间的距离。当距离目标由几十千米到几十米范围变化时,探测器接收到的光通量动态范围达60 dB以上。要确保在整个量程范围内信号不饱和,需要采用复合型的自动增益控制技术... 在深空或空间小目标的探测中,需要利用脉冲式激光雷达测量与目标之间的距离。当距离目标由几十千米到几十米范围变化时,探测器接收到的光通量动态范围达60 dB以上。要确保在整个量程范围内信号不饱和,需要采用复合型的自动增益控制技术。除了采用电子学的自动增益方法外,提出了一种自动调整接收光学通光口径的方式,通过对直流电机驱动的电动镜头光圈调整环的逐级调整,实现各级之间2倍光通量的变化。设计并实现了光圈、焦距、聚焦均由直流电机控制的电动镜头的驱动及控制电路,并搭建光路对孔径光阑进行标定,结果表明可以分为8级,且具有很好的重复性,使得全量程范围内准确度达厘米精度测距功能的实现成为可能。 展开更多

关键词 深空探测 激光主动探测 高精度测距 孔径光阑 电动镜头

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