距离选通成像系统关键性能的实验

对距离选通成像系统的关键性能参数选通长度进行了理论分析和实验研究。运用激光波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd:YAG激光器和ICCD系统搭建了一套距离选通成像系统。在改变选通信号宽度和选通延迟时间条件下,通过对视场内不同距离处的白板成像,获得了一系列实验图像。基于白板图像强度分析了选通信号宽度和延迟时间对距离选通成像系统选通长度的影响,并测量了当选通信号宽度为10 ns时,该选通成像系统的有效选通时间长度为35 ns。     

一种改进的基于DSP的激光距离选通成像系统

采用激光束主动照明,是对远距离暗目标进行成像探测和精确跟踪的有效途径.从激光距离选通成像系统的成像关系出发,分析了距离选通方式和非距离选通方式下的激光距离选通成像系统的信噪比,从理论上说明了采用距离选通技术可以有效地抑制后向散射等背景噪声.讨论了激光距离选通成像关键技术,分析了传统的激光距离选通成像系统的缺点,提出了一种改进的基于数字信号处理(DSP)的激光距离选通成像系统.该系统利用快速DsP控制器完成测距和距离延迟,产生纳秒级的选通脉冲选通ICCD摄像机,实现距离选通.该系统克服了传统的激光距离选通成像系统需要已知距离,需要精确测量激光器的传输时间延迟等缺点,可以获得目标的距离信息和距离选通图像.     

脉冲调制激光雷达水下成像系统

针对水下目标探测应用场景,给出了相应的532 nm波长激光雷达系统参数,结合条纹管激光雷达和载波调制激光雷达的优点,设计研制了一套水下三维成像增程激光雷达原理样机。相对于常见的微波调制激光产生高频脉冲的方案,该原理样机采取调Q技术压缩激光脉冲,再结合F-P腔的特性产生高频激光脉冲,具有峰值功率高和输出能量高的优点。实验结果表明,该原理样机在清水环境中成像距离优于20 m,能够捕捉到13 m处直径9 mm的目标细节;在浊水环境中的信号处理增程能力达到81.4%,相对距离分辨误差为0.01 m。所获得的实验结果为进一步提升水下激光雷达的成像距离和分辨率进而发展水下成像装备奠定了基础。     

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。     

基于高重复频率脉冲激光的水下全选通成像雷达

在水下高重复频率距离选通成像系统的基础上,设计了一种全选通成像系统。在空间域中,可将整个探测区域划分为多个相互叠加的改进选通切片,一帧图像积分时间内的激光脉冲按照一定规律分布到各个改进选通切片中;在时间域中,在一帧图像积分时间内按照一定规律实现宽选通门对不同激光脉冲回波的等时差移动,使得一帧图像中包含所有距离的目标信息,实现了全选通实时成像。实验对比了连续光成像系统、传统距离选通成像系统和全选通成像系统的成像质量。实验结果表明,全选通成像系统同时具有连续光成像系统探测范围广和距离选通成像系统探测距离远的优点,探测距离大于4.5 H(H为衰减长度),输出视频的帧率为20Hz。     

距离选通水下激光成像系统设计及实验

针对浅水目标探测这一难题,设计了一种基于距离选通技术的水下成像系统。系统围绕532nm Nd…YAG脉冲激光器和选通式增强型电荷耦合器件(ICCD)摄像机搭建而成,并且采用激光脉冲作为系统同步控制的触发信号。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术设计的同步控制电路,进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明,采用激光脉冲触发同步控制电路的方法,可有效抑制激光脉冲抖动对系统同步控制精度的影响,从而克服水体表面反射和后向散射对成像的影响,提高了成像质量。在有效衰减系数为0.52m-1的湖泊中,系统的成像深度可达到水下7m,对于浅水目标的探测、识别非常有效。     

激光距离选通成像同步控制系统的设计与实现

针对传统的激光距离选通成像系统需要已知距离及精确的激光器传输时间延迟等先决条件,设计并实现了一种基于DSP的激光距离选通成像系统,并对其同步控制方法进行详细地探讨。该方案利用快速DSP控制器完成测距和距离延迟,产生纳秒级的选通脉冲选通ICCD摄像机,有效地实现了距离选通及精确的图像清晰度控制,在无需任何先决条件的情况下,可以获得目标的距离信息和距离选通图像。     

距离选通式半导体激光夜视系统

距离选通式半导体激光夜视系统是采用高功率脉冲半导体激光器作为夜视系统的照明光源、以微光管作为接收传感器的主动成像夜视系统。介绍了半导体激光夜视系统中所采用的高质量脉冲半导体激光光源技术及距离选通技术。其中光束准直整形技术和改善光场均匀性技术是脉冲半导体激光夜视系统的关键技术。距离选通式激光夜视系统消除了脉冲激光带来的后向散射及杂散光的干扰,提高了接收信噪比,可获取清晰的夜视图像。实验证明采用距离选通式半导体激光夜视系统可在很差的气象条件下工作,并可获得清晰图像,作用距离达5 km。该系统不仅用于军事领域也可用于边防、公安、搜救、监控等其他领域。     

距离选通成像实现过程中若干问题的探讨

距离选通成像是解决水下激光微光成像后向散射噪声行之有效的方法之一.距离选通成像系统中蓝绿激光光源的脉冲特性、单脉冲能量及选通成像器件的选通性能将决定距离选通成像的距离分辨、探测距离等性能;距离选通成像过程中选通控制器与选通像增强器的直接电连接,将产生严重的干扰脉冲,影响距离选通成像的实现.在分析距离选通成像机理及距离选通水下成像系统方案的基础上,研究确定了蓝绿激光光源和选通成像器件的性能要求及技术指标;提出了激光脉冲同步距离选通成像方法,有效解决了距离选通成像中的干扰现象.在由国产蓝绿激光光源及选通像增强器构成的水下激光微光成像实验平台上实现了稳定的距离选通成像.     

水下高重频距离选通成像雷达盲区消除方法

水下距离选通成像雷达能够有效消除水体对光源的后向散射,提高水下成像作用距离,但由于系统信号处理固有延迟的影响,成像盲区限制成为这种方法的主要缺点之一。提出了一种基于激光脉冲异步控制的方法,在高重频和低重频两种系统上进行对比实验。研究表明,采用异步控制方法在水下高重频距离选通成像系统上能够成功消除成像盲区限制,但在低重频系统上会带来图像亮度抖动的缺点。这也是水下高重频距离选通成像系统优于低重频系统的原因之一。     

一种基于FPGA水下激光成像系统的同步控制器

为了实现水下激光距离选通成像系统中激光脉冲与像增强型CCD之间的高精度同步控制,提高图像分辨率,提出了一种基于现场可编程门阵列水下激光成像系统的同步控制器。控制器利用现场可编程门阵列的高集成度和灵活性,用锁相环作为全局时钟,用进位链作延时单元,使门控脉冲的延时和门宽精度达亚纳秒级,解决了常规控制电路由于分离元件所带来的延时精度低,不稳定的问题。结果表明,这种同步控制器可解决门控成像系统的精确定时问题,能满足稳定、实时应用的要求。     

一种全天候激光成像系统的研制

针对恶劣天气条件下普通成像设备成像距离较短 、清晰度不高的缺陷,研制了一种基于距离选通同步控制技 术的全天候激光成像系统,并进行了系统可视空间深度试验及 目标观测的实验室和外 场试验。结果表明,可视空间深度的实验值与理论值随激光脉冲宽度增大而增加,且受激光 器脉宽和像增强器门宽 展宽的影响,实验值略大于理论值;在漆黑的夜晚观测1200m和4700m处的目标最小分辨率约 为5cm和10 cm,在 薄雾条件下观测1900m目标图像较模糊的,分 辨率为20～30cm。     

距离选通水下激光成像系统信噪比分析与计算

距离选通水下激光成像系统是一种基于时间标记原理的水下光电成像系统,它能够有效抑制水体后向散射光的干扰,提高目标探测距离,具有较高的军事和民用价值。在距离选通水下激光成像系统中,ICCD可能接收到的光信号包括水体后向散射光、目标反射直射光、以及目标反射光的前向散射光。建立了ICCD接收信号光能量的几何模型,在给定开门时刻和选通门宽参数条件下,给出了通过点扩散函数计算ICCD像元上所能接收到的目标反射光的直射光及其所引起的水体前向散射光能量的方法,以及通过水体分层计算水体后向散射光的方法,定义了距离选通水下激光成像系统信噪比,分析了目标距离对信噪比的影响并给出了仿真结果。     

大气条件下的激光主动成像仿真研究

基于距离选通的激光主动成像能够克服被动成像的缺点在低光照的条件下对目标清晰成像。根据成像的基本过程和模块化思想,建立了激光成像链路的7个数学模型,分别是激光发射模型、目标模型、目标和平台的运动模型、大气模型、接收光学系统模型、ICCD成像模型和噪声模型,研究了目标反射激光能量在各环节的传递情况,仿真得到了大气条件下的激光图像,通过对比分析实验图像,验证了模型的正确性。     

激光水下距离选通成像门控实验研究

激光水下距离选通成像系统要想获得有效的目标图像,必须精确地给出合适的触发信号和控制接收器ICCD的门控延迟时间和选通门宽等门控参数。针对这一关键问题,设计了不存在成像距离盲区的激光器电源提供源触发信号的外触发方式,并应用二分查找的方法确定成像系统的门控参数,利用实验确定的门控参数,获得了5至23m水下不同深度的有效目标激光图像48张。获取的水下激光目标图像的信噪比可达10dB以上,可满足目标探测的实际应用要求。     

无扫描激光雷达距离选通同步控制电路的设计

无扫描激光雷达距离选通成像系统中同步控制装置的研究设计是系统的关键技术之一,直接关系到能否实现距离选通,能否得到目标的选通图像。在成像系统对同步控制装置的性能要求基础上,论文基于复杂可编程逻辑器件CPLD实现了脉冲激光器与选通ICCD摄像机的同步工作。通过VHDL语言设计出了具有纳秒量级的距离选通同步控制电路。此电路可以方便地进行脉冲宽度和延迟时间的选择,从而提高系统的成像质量和作用距离。     

High Accuracy and Real-Time Gated Viewing Laser Radar

A gated viewing laser radar has an excellent performance in underwater low light level imaging,and it also provides a viable solution to inhibit backscattering.In this paper,a gated viewing imaging system according to the demand for real-time imaging is presented,and then the simulation is used to analyze the performance of the real-time gated viewing system.The range accuracy performance is limited by the slice number,the width of gate,the delay time step,the initial delay time,as well as the system noise and atmospheric turbulence.The simulation results indicate that the highest range accuracy can be achieved when the system works with the optimal parameters.Finally,how to choose the optimal parameters has been researched.