1.55 μm全光纤相干多普勒激光测速雷达系统研究

设计并实现了一种结构简单的全光纤1.55μm相干多普勒激光雷达系统.该系统以窄线宽高功率的分布反馈式光纤激光器为光源,偏振无关的光纤环行器为光开关,由光纤准直器和透镜组成收发合一的天线.利用PIN光电二极管为光电探测器,对取得的外差电信号进行快速傅里叶变换后,得到了带有固体目标纵向运动速度信息的多普勒频谱信号,改变目标的运动速度,明显观察到多普勒频谱信号频率也随之改变.     

微多普勒效应激光平衡外差探测特性研究

面向远距离微多普勒效应探测,建立了激光平衡外差探测输出信噪比的数学模型,并在此基础上仿真对比了平衡外差探测和一般相干探测的信噪比,分析出在合理设置探测器结构参数情况下,平衡外差探测方法在提高信噪比上有明显优势特性。经过实验验证分析,接收信号经时频分析后较一般相干探测可读性更强,减小了特征提取误差,适用于远距离微动探测。研究为目标微动的实际遥感探测提出了一种高效可行的接收方法。     

Tm,Ho:YAP种子注入激光多普勒测速实验

报道了一台二极管泵浦种子注入Tm,Ho:YAP激光器。在重复频率100 Hz时,获得了单脉冲能量2.8 mJ、脉冲宽度289 ns的2.13 m单频脉冲激光输出。利用该种子注入Tm,Ho:YAP激光器作为发射光源,以一个最大标称线速度20.4 m/s、直径10 cm的风扇作为模拟探测目标,通过外差式相干探测的方法进行了激光多普勒测速实验。利用本振光与信号光的激光拍频信号,得到包含模拟探测目标速度信息的多普勒频移,通过数据处理计算出了风扇不同转速条件下模拟探测目标的速度,并与模拟目标的实际速度进行了比对,测量速度误差小于1 m/s。     

伪随机序列调制的激光外差探测

在激光外差探测中,为了增强在频谱密度上对多普勒频移峰值的识别能力,提升对目标的探测概率,提出一种采用伪随机序列对连续激光进行调制的外差探测方法.应用伪随机序列的M序列码对发射激光和本振光同时进行频率调制,接收信号光和经时间延迟后的本振光相干叠加形成拍频信号.其特点是二进制码调制同时作用于发射信号光和本振光,使外差信号频...     

Study and simulation of vibrating target's motion states based on Doppler lidar

激光雷达微多普勒效应在对目标探测、识别中测量精度高、抗干扰能力强,比传统微波雷达拥有更高的空间分辨率和灵敏度.本文基于激光探测,从理论上分析了振动物体在行进过程中产生的多普勒和微多普勒效应.建立典型运动模型,通过目标信号的频移图和频谱图可以很好地观测物体运动状态、分析振动特性.最后,在simulink下进行过程仿真并验证其有效性,对目标的识别和运动特性提取起到积极的作用.     

Chirp强度调制与近红外激光合成孔径雷达距离向处理

合成孔径激光雷达是利用同一孔径(望远镜)与目标作相对运动并采用信号处理方法来模拟孔径阵列,获得高方位(横向)分辨率的相干成像雷达.采用窄线宽的单频光纤激光光源和相干探测方法;发射光波被啁啾信号作幅度调制,接收后进行距离向脉冲压缩;激光雷达和目标相对运动引起的回波相位变化,由相关运算实现相位补偿和累加(孔径合成),以提高方位向分辨率.提出了新的工作体制:距离向啁啾信号调制在发射光波振幅(强度)上,方位向多普勒频移反映在回波光波相位(频率)上,便于解决距离向与方位向之间的耦合模糊问题.报道了中期实验成果:Chirp 射频信号调制激光强度,实现合成孔径激光雷达距离向的压缩.     

本振调制型高重复频率远距离脉冲激光相干测距

为了解决静态目标高重复频率远距离激光相干测距过程中出现的多盲距点和距离模糊问题,对激光测距发射波形、本振波形以及解算方法进行研究。对发射波形和本振波形进行不同斜率的线性调制,将最远可测目标信息调制到本振光端,探测器对回波相干信号进行探测,采集卡进行数据采集。采用高精度的脉冲压缩数据处理方法得到匹配滤波结果,并进行距离解算分析。仿真和实验结果表明,该测距方案可以有效解决因高重复频率产生的距离模糊问题,同时避免因脉冲发射时刻光泄漏带来的多点盲距问题。在64μs重复周期、2μs脉宽发射信号和512μs重复周期连续调频本振光条件下,实现模拟29.0525 km目标（延时光纤58.105 km）的探测。该方案可满足高重复频率远距离脉冲激光相干测距无模糊、无间断的测量要求。     

线性调频步进信号雷达微动目标成像方法

旋转和振动是最常见的微动形式.目标微动会产生微多普勒效应,微多普勒特征对于目标识别与分类具有重要意义.微多普勒的存在使得目标主体的ISAR像受到污染,严重时无法识别.微多普勒对雷达分辨率极其敏感,因此宽带信号下的微多普勒研究十分必要.在线性调频步进信号体制下,引入相消处理的思想,在精分辨谱图域分离并提取微动目标的微多普勒信息,得到较为清晰的目标ISAR像,仿真验证了方法的有效性.     

运动目标微多普勒效应的激光雷达相干探测及特征提取

在建立口径为200mm,波长为1550nm的全光纤型激光相干雷达探测系统的基础上,展开对运动目标微多普勒效应的实验研究。对实验获取信号进行频谱分析和时域-频域联合分析的结果表明,时间-频域联合分析方法可有效地提取运动目标的微多普勒效应特征,从而得到目标在20～2000Hz的振动特征。利用这些特征可区分和识别不同运动目标,为目标的探测、分类和识别提供了一条有效的途径。     

脉冲激光雷达的改进

本专利详细叙述了一个探测运动目标并测量目标速度的光雷达系统。在一般的电磁探测系统中,装置选取运动目标并测定目标速度都是基于探测接收信号和发射信号之间的频率差,由于目标相对于雷达有位移,故利用“多普勒”效应来实现,这就是多普勒雷达。这种工作在高频或微波段的雷达的缺点是目标定位和测速精度受到限制,例如测速精度是10％数量级,角分辨率是1°数量级。若使用相干光源(如激光器)作为发射源,则可大大增加发射束的锐度和雷达的工作频率,从而明显地改进了测量精度。     

全光纤相干多普勒连续激光多普勒风速仪研究

介绍了一套全光纤相干连续激光多普勒风速仪,该激光风速仪使用了1.5um光纤激光器作为激光光源,其输出能量为~1W,利用保偏环形器、耦合器等器件搭建了一套同轴收发的风速仪系统。利用距离望远镜~5m的转盘对系统进行了校准实验,实验结果表明系统的速度分辨率和测量与转盘实际速度的线性拟合系数分别为0.021m/s和0.99。该系统还成功实现大气风速的测量（~25m处的大气）。     

微弱目标积累检测的包络移动补偿方法

利用长时间信号积累来提高低信噪比对微弱运动目标检测的性能是一种有效方法.在积累过程中目标回波有可能越距离单元走动,因此包络时延补偿是实现信号积累的首要问题.本文利用相控阵雷达可提供的波束驻留方式,提出一种基于距离拉伸和时频分析的包络移动补偿方法.该方法利用距离拉伸将不同单元中的目标回波作为暂态信号,通过时频联合处理来进行运动补偿和匹配相参积累,适用于存在越多普勒分辨单元走动的情况.给出了检测器的实现框图并进行了性能分析.仿真结果及对实测数据的处理验证了该方法的有效性.     

复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置

为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出,进而获得窄线宽的高频微波信号,设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出,采用200 m长单模光纤作为增益介质,同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构,采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构,利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择,使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明:通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生,线宽为38 kHz;通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长,可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐;通过稳定性测试,产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内,峰值功率变化在±0.8 dB内,稳定性良好,满足实际应用需求。     

像素binning技术在高速弱点目标探测中的应用研究

弱点目标探测系统要求系统具备高的探测灵敏度和高空间分辨率,实现弱点目标的稳定探测、目标的精准定位以及多目标伴飞时的精细分辨。光电跟瞄系统一般分为目标捕获和目标跟踪两个阶段。在目标捕获阶段,由于速度估计偏差,目标高速飞行的同时,若采用长积分时间进行探测,易出现目标能量跨像元的现象,难以实现目标探测信噪比的提升。为了解决目标高速运动导致的探测灵敏度降低的问题,本文提出了一种基于滑窗像素binning的高速弱点目标探测跟踪技术。像素binning模式提高了初始捕获阶段的探测灵敏度和探测稳定性,当跟瞄系统完成目标的稳定跟踪时,可以采用长积分时间和高分辨率模式完成目标的高灵敏度和高分辨率探测。本文对像素binning模式的信噪比增强效果进行了分析。分析表明,像素binning模式有利于提高高速弱点目标探测的信噪比和探测稳定性。     

基于双天线回波互相关的切向运动目标检测

常规雷达探测仅处理单一天线回波,难以通过径向多普勒频率对相对于雷达切向运动目标进行检测 和速度估计,为解决这一问题,文中提出了一种基于双天线回波互相关的切向运动目标检测方法,首先计算多周期 不同接收天线互相关后得到的相位变化信息,后利用选带快速傅里叶变换(Zoom Fast Fourier Transform, ZFFT)获得 两天线回波波程差的变化频率,然后通过该频率较为精准地估计了切向运动目标速度,最后用恒虚警率检测器实现 对目标的检测。为验证算法检测精度,仿真实验了有无噪声环境、不同目标数目的情况,并进行了实际场景测试。 实际测试使用载频10 GHz 的雷达对垂直雷达波束运动的切向运动目标进行检测,检测结果表明对目标的速度估计 误差小于0. 5 m/ s。     

基于AM-LFM分解的微动信号提取

该文针对微多普勒信号与目标主体回波信号分离的问题,分析了包含微动结构的雷达回波模型,指出目标主体信号分量多普勒频率是固定的,而微多普勒信号的多普勒频率是时变的,且可用分段的线性调频信号拟合。在此基础上,提出了一种基于调幅-线性调频(AM-LFM)分解的微动信号分离算法,该算法根据调频率来判定各调幅-线性调频分量的对应结构,实现微多普勒信号提取。仿真及实测数据处理结果验证了算法的有效性。     

熔锥平行排列3×3单模光纤耦合器的研究

平行排列 3× 3单模光纤耦合器在光开关、光缓存器、光谐振腔、光滤波器等方面有很重要的应用 ,偏振态的演化和波长特性是耦合器应用中的关键问题。利用模耦合理论对平行排列 3× 3单模光纤耦合器的输出性能进行了详细分析 ,得出了光纤引线对耦合器的输出偏振态演化起主要作用 ,而耦合区的影响则比较小 ;通过理论推导模耦合系数 ,分析了耦合器的分光比随波长的变化关系 ,得出了输出分光比比较稳定的耦合器所需要的合适芯间距(对于我们研制的为 12 .5 μm)。并采用可移动火焰实际研制出了具有长耦合区的平行排列 3× 3单模光纤耦合器 ,测试表明输入光波长在 1 5 0 0～ 1 5 75 μm范围内变化时 ,耦合器的输出分光比变化不大 ,理论与实验结果基本相符     

典型复杂微动目标的建模和检测

针对战场典型复杂微动目标的检测问题,提出了一种基于能量聚焦的微动目标检测方法。首先对3种复杂微动目标雷达回波的微多普勒特性进行了建模和仿真,分析了回波多普勒的频域和时频域特性,提取了雷达回波多普勒时频分析数据的能量聚焦特性,并提出了一种基于能量聚焦的广义似然比微动目标检测器。数值仿真表明,在不同的信噪比和虚警概率条件下,该检测器均可实现对3种复杂微动目标的有效检测。     

一种新的高速运动目标成像方法

提出了一种基于相位编码信号的高速运动目标逆合成孔径成像的新方法。相位编码信号在距离维和速度维具有良好的分辨力,属于多普勒敏感信号,因此在进行脉压前一般需要补偿多普勒相位。当目标高速运动时,还要考虑回波信号包络展缩的影响。研究了相位编码信号逆合成孔径成像的运动补偿方法,即采用宽带相位编码信号和窄带线性调频信号结合的方式,窄带信号用来完成目标检测和测速,宽带信号用来提高测速精度和成像。仿真结果表明该算法的有效性。     

A scannable detector of microwave-modulated light

The development of coherent light sources has made possible new optical radar systems in which target information should be determined with a far greater accuracy than would be possible with a conventional microwave radar system. However, the same factors which make the improved resolution possible impose difficult requirements on the optical receiver. Presently available image detectors have very limited frequency response and are not suitable for use in a Doppler or ranging system. This paper describes the design and experimental evaluation of an image detector with an instantaneous bandwidth of 4 Gc/s. This photodetector is capable of providing simultaneous target velocity and target position information when the Doppler shifted frequency is in the range of 0 to 4 Gc/s. The device consists of an image dissector electron gun and a traveling-wave output coupler. The scanning of an optical field of view for microwave-modulated light signals was demonstrated experimentally by a direct modulation-demodulation experiment with a modulation frequency of 10.7 Gc/s.