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相似文献
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1.
阐述了差分吸收激光雷达探测低空CO2浓度的原理,分析了系统的信噪比,对一种DS系列的OPO激光器用于探测低空CO2进行了仿真.激光脉冲能量为2ml,重复频率为10KHz,5×104(5Sec)个脉冲积累,探测器采用InCaAs/InP - APD,量子效率大于10%,得出结论:不考虑背景噪声情况下(夜间工作),在高度10km处信噪比约为10:1,因此夜间可探测10km以下的CO2浓度;考虑背景噪声情况下(白天工作),采用1.5nm的窄带滤波器,在高度6.7km处信噪比约为10:1,因此白天可探测6.7km以下的CO2浓度.从仿真结果看,该系统探测距离远,所需积累时间短,有利于激光雷达探测低空CO2性能的提高.  相似文献   

2.
针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低,提取困难的问题,提出了脉冲编码技术,以改善系统信噪比,增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理,理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层模型仿真生成了相干激光雷达时域回波信号。基于Golay码解码原理得到了脉冲编码系统的风速结果,仿真结果表明,时间分辨率为1s,距离分辨率为60m的情况下,使用Golay编码脉冲作为相干激光雷达的探测脉冲,在0~5.3km范围,风速误差小于3m·s~(-1)。在相同的测量时间内,相比于传统脉冲相干激光雷达,基于脉冲编码技术的相干激光雷达将探测距离提高了2.5km,提高了远场弱信号的信噪比。  相似文献   

3.
大气CO_2相干探测激光雷达系统性能分析   总被引:2,自引:0,他引:2  
探测大气CO2浓度对气候环境的研究具有重要意义.采用相干探测较非相干探测具有更高的信噪比.目前1.5 μm波长由于在人眼安全、系统设计简单廉价等方面存在一定优势,使1.5 μm可能成为未来探测大气分子或气溶胶激光雷达的主流波长.阐述了激光雷达相干探测大气CO2的原理,设计了1.5 μm相干探测激光雷达系统,并对系统的信噪比进行了估算,得出结论:1.5 μm相干探测CO2是可行的,经过3 min的脉冲积累,在3 km处仍具有高于10的信噪比值.该激光雷达相干探测系统也可用于大气风场探测.  相似文献   

4.
张庆国  贺健 《激光技术》2008,32(2):171-173
为了分析激光雷达探测热层氦浓度的回归信号和信噪比,采用理论分析和计算机模拟的方法,得到了峰值有效后向散射截面的数量级约为10-17M2的结果;在忽略背景噪声和考虑背景噪声的情况下,数值模拟研究了其回归信号的大小。结果表明,目前探测系统的信噪比是比较小的,要提高系统的信噪比,就要降低分辨率范围Δz和延长积分时间τ。这一结果对激光雷达探测热层氦浓度有帮助。  相似文献   

5.
差分吸收激光雷达探测大气CO_2精度分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
为减小距离差分吸收激光雷达探测大气CO2浓度的探测误差,理论分析了探测精度,对差分吸收探测系统误差进行了数值分析,对基于1.6 μm光纤激光器相干探测CO2系统进行了仿真计算.结果表明:差分吸收截面越大,空间分辨率越低,回波信噪比越高,气体浓度的探测误差越小.当大气CO2的差分吸收光学厚度т为0.55时,相干探测系统具有最小误差变化百分比,此时探测精度最高.随着探测高度增大, 1.6 μm光纤激光相干探测系统精度逐渐降低,在1 km高度以内可以探测到34 ppm的大气CO2变化.  相似文献   

6.
直接探测激光雷达模型及其性能模拟   总被引:11,自引:3,他引:8  
讨论了决定直接探测激光雷达性能的信噪比方程和探测概率。开发了基于Monte Carlo方法的激光雷达回波信号模拟软件,给出了典型小脉冲激光雷达性能的模拟结果,表明:在能见度为5km的大气条件下,采用1mJ激光脉冲能量探测距离可达到5km。  相似文献   

7.
自适应滤波在拉曼激光雷达数据处理中的应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
在拉曼(Raman)激光雷达探测CO2实验中所采集的拉曼回波信号具有比较大的统计误差,有效减小统计误差,获得较高的探测精度是非常重要的工作.利用自适应滤波器对拉曼回波信号分段进行数据处理,可得到在分段的各个空间间隔内的随距离几乎不变的CO2混合比统计误差,经过自适应滤波器对信号进行处理后,Raman激光雷达对合肥地区夜晚CO2气体浓度探测达到比较高的测量精度,在1.5~5 km高度范围内,CO2浓度统计误差最大为2.5%,5~8 km统计误差最大为5%,8~10 km统计误差最大为10%.利用此技术也可以量化估计在较高的空间分辨率下满足探测精度要求的激光脉冲数.  相似文献   

8.
新型光纤激光雷达的结构理论分析与作用距离计算   总被引:1,自引:1,他引:0  
为了改善当前激光雷达存在的对振动敏感,体积庞大,对人眼不安全等问题,综合国内外激光雷达研究现状的基础上.给出了一种新型光纤激光雷达的结构.该雷达利用光纤激光器作为光源,光路中大量采用了光纤器件,使得系统体积大大减小.采用相干探测的原理,根据激光雷达作用距离方程,给出了信噪比与光纤激光雷达作用距离的关系.根据所选的器件参数,通过理论计算,在探测概率为0.9,虚警概率小于10-4的情况下,得到了2 km的最大作用距离.所设计的光纤激光雷达体积小,结构紧凑、新颖,具有良好的探测能力.  相似文献   

9.
设计了一台探测大气温度和气溶胶的瑞利-米散射激光雷达。对不同参数的大气后向散射回波信号信噪比进行了数值仿真计算,讨论了激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、望远镜口径、空间分辨距离以及窄带干涉滤光片的带宽和透过率对激光雷达回波信号信噪比的影响。根据仿真结果,设计的激光雷达在白天时,气溶胶的米散射信号采用1 nm带宽的干涉滤光片时探测高度最高,达到了10.6 km;中层大气温度的瑞利散射信号采用0.2 nm带宽的干涉滤光片时探测高度最高,达到了47.1 km。  相似文献   

10.
目标特性对机载激光雷达接收带宽影响的数值仿真   总被引:3,自引:1,他引:2  
为了提高激光雷达的接收灵敏度,分析了其照射到目标上的激光功率的时空分布特性,对不同时刻返回的激光回波功率进行积分求和,数值计算出激光回波脉冲信号波形,并在系统分析非相干探测激光雷达系统噪声特性的基础上,仿真分析了地面大目标对激光回波脉冲的展宽效应及其对接收带宽的影响.仿真结果表明:根据激光回波脉冲的展宽特性在信号频谱与噪声频谱上的差异,采用最佳接收带宽法可以有效地抑制背景噪声,大幅度地提高激光雷达的信噪比,实现激光雷达以较小的发射功率获得较大的探测距离的目的.  相似文献   

11.
光强闪烁激光雷达的背景噪声分析   总被引:1,自引:1,他引:0  
介绍了光强闪烁 激光雷达回波信号中背景噪声的分类,通过某次实验中实验条件的变化,获得了采集卡本底噪声、放大器本底噪声、PMT本底噪声、自然背景光噪声和散粒噪声等不同背景噪声叠加在一起的大小和方差信息,以及不同噪声各自本身的方差信息。通过不同噪声之间的比较,发现在未接收激光大气散射回波信号时,放大器本底噪声占主导,自然背景光噪声相对于其他噪声是小量;在接收散射回波信号时,近距离内(低层通道2km,高层通道4km)散粒噪声占主导,远距离上处于弱势。实验结果确定了不同噪声对总背景噪声的贡献程度,为光强闪烁激光雷达从散射回波信号中提取大气湍流信息提供了依据,也为消除噪声对有效信号的影响提供了指导。  相似文献   

12.
为了提高超短脉冲激光的信噪比,研究了钕玻璃在800nm波段附近的饱和吸收特性,通过速率方程计算得到了组合钕玻璃系统的非线性透射率与归一化能量密度的关系曲线.对任意一800nm激光脉冲,利用放大自发辐射脉冲、调制脉冲等噪声与激光主脉冲在频谱特性方面的差异,采取了对不同类型的钕玻璃材料进行组合的方法,对材料的掺杂浓度、厚度等综合数据进行优化,合理设计了组合钕玻璃系统的吸收谱.计算模拟结果表明,该研究有效抑制了噪声,能实现较高幅度的高信噪比.  相似文献   

13.
探测低空大气CO2浓度分布的近红外微脉冲激光雷达   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
提出了用来探测大气CO2分布、基于光纤1.6um波长的微脉冲激光雷达,对其性能进行了数值模拟.微脉冲激光雷达的发射机以半导体激光器加光纤放大器为核心,饱和输出功率37dBm;接收机采用了近红外光电倍增管和光子计数器,量子效率1%;一种偏正无关性纤维光学环形器作为发射/接收转换器,分波/合波器、隔离器、滤波器、耦合器都采用光纤器件,使系统更牢固.该系统的特点是发射脉冲能量低20uJ、重复频率高20KHz、小型化.(18×106个脉冲累加)它对近地面4.7Km高度内的探测信噪比在10∶1以上.光电倍增管的暗计数2×105/s限制了系统探测距离的增加.吸收倍增分离的InGaAs/Si雪崩光电二极管将会改善雷达的性能.  相似文献   

14.
This work investigates the noise properties of O-15 water positron emission tomography (PET) images in an attempt to increase the sensitivity of activation studies. A method for computing the amount of noise within a region of interest (ROI) from the uncertainty in the raw data was implemented for three-dimensional (3-D) PET. The method was used to study the signal-to-noise ratio (SNR) of regions-of-interest (ROIs) inside a 3-D Hoffman brain phantom. Saturation occurs at an activity concentration of 2.2 mCi/l, which corresponds to a 75-mCi O-15 water injection into a normal person of average weight. This establishes the upper limit for injections for human brain studies using 3-D PET on the Siemens ECAT 921 EXACT scanner. Data from human brain activation studies on four normal volunteers using two-dimensional (2-D) PET were analyzed. The biological variation was found to be 5% 1-ml ROIs. The variance for a complete activation study was calculated, for a variety of protocols, by combining the Poisson noise propagated from the raw data in the phantom experiments with the biological variation. A protocol that is predicted to maximize the SNR in dual-condition activation experiments while remaining below the radiation safety limit is: ten scans with 45 mCi per injection. The data should not be corrected for random or scatter events since they do not help in the identification of activation sites while they do add noise to the image. Due to the lower noise level of 3-D PET, the threshold for detecting a true change in activity concentration is 10%-20% lower than 2-D PET. Because of this, a 3-D activation experiment using the Siemens 921 scanner requires fewer subjects fur equal statistical power  相似文献   

15.
基于波叠加法近场声全息的基本原理,分析了使用波叠加法进行声场重建时结果不准确的原因。研究了重建距离、重建频率、等效源的数目、等效源的半径及信噪比等参数变化对重建精度的影响。研究结果表明,与空间傅里叶变换法的平面近场声全息相比,波叠加法近场声全息拓展了重建距离的适用范围;波叠加法近场声全息对5 kHz以下声源的重建效果较好;等效源半径最好选为辐射体半径的0.8倍以下。  相似文献   

16.
为了准确测量皮秒量级超短脉冲的信噪比,扩大测量仪器的可测动态范围,针对高功率超短激光脉冲在相关过程中产生参量荧光的问题,研制了一台重复频率扫描测量的三阶相关仪,并在皮秒域短脉冲光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)抽运源上开展了测量技术研究。研究实验表明,通过采用大角度非共线匹配方式,消除了参量荧光对测量过程的影响,进而通过结构优化降低了背景噪声的影响,使可测动态范围达到107左右。由于互相关技术的非对称性,该测量系统可同时提供时间波形的分析功能。测量结果显示,激光脉冲前沿与双曲正割(sech)型曲线比较吻合,而脉冲后沿与高斯型曲线吻合得比较好。  相似文献   

17.
雷达脉冲信号检测及参数估计新方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
基于信号包络的信号检测是从信号与噪声能量差异的角度来区分两者,因此在信噪比较低的情况下包络检测效果不好。针对这个问题,提出利用信号的特征值——奇异谱斜率来区分信号和噪声,并从脉冲宽度角度来检测信号。在低信噪比环境中该方法可以有效地检测脉冲信号的有无,而在较高信噪比时该方法可以估计脉冲信号的到达时间和脉冲宽度。仿真试验证明了新方法在信号检测和参数估计方面的优越性。  相似文献   

18.
Nonreturn-to-zero (NRZ) and return-to-zero (RZ) signal formats are experimentally and numerically compared for single-channel long-distance transmission in an in-line amplifier system with dispersion management providing average zero dispersion and local nonzero dispersion at an interval equal to the in-line amplifier spacing. Among a 20-ps RZ signal, a 40-ps RZ signal, and an NRZ signal transmitted in 10 Gb/s straight-line experiments, the last signal achieves the longest transmission distance of 6000 km while the others are limited to 4400 km. Numerical simulations explain these results well and show that, along with linear amplified spontaneous emission (ASE) accumulation, signal waveform distortion due to the combined effect of higher order group-velocity dispersion (GVD) and self-phase modulation (SPM) dominates the performance. Nonlinear optical noise enhancement is not obvious because of the fiber dispersion arrangement. Signals with large pulse widths are less affected by the combined effect, while small-width signals yield superior initial signal-to-noise ratio (SNR) as determined by optical noise. A detailed simulation indicates that a pulse width of about 60 ps is optimum for long distance transmission under the fiber dispersion arranged in this paper  相似文献   

19.
We examine the potential of CO2laser preamplifiers for sensitivity enhancement in low-level, direct-detection 10.6-μm receivers. For the condition in which a gain-dependent competition exists between the background noise and amplifier spontaneous emission noise (assuming negligible thermal noise), the analysis predicts an optimum useful SNR enhancement of only 6 dB for a blackbody background field of 300 K and 4.1 dB for a background of 260 K, when the amplifier gain bandwidth perp-line is 100 MHz and the infrared (IR) filter bandwidth is 0.10 μm. Based on preselected choice of gain and bandwidth, a two-stage, water-cooled, flowing-gas amplifier of optimized design was constructed. A maximum gain of 3.12 dB was attained forP(20)with a He : CO2: N2mixture of 5.0 : 1.0 : 0.6 at a coolant temperature of 285 K and a slow gas refresh rate of 0.2 volumes/s. Using a fast-flow system with 12-volume/s refresh rate, we measured an amplifier gain of 3.9 dB, close to the design estimate of 4.1 dB. With a calibrated HgCdTe detector,f/4cold shield, and narrow-band (0.25 μm) cold filter, a spontaneous emission flux density ofsim 1.0 times 10^{14}photons/ cm2. s was measured at the 3.12-dB gain level, in close agreement with the theoretical estimate. Excess noise resulting from amplifier discharge was undetectable above the basic detector noise.  相似文献   

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