激光雷达信号相位误差对合成孔径成像的影响和校正

针对合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar,SAL）,分析了信号相位误差对合成孔径成像的影响。建立了激光信号模型,分析了激光信号相干性对SAL方位分辨率的影响,给出通过本振信号延时处理保证相干性的解决方案。分析了LFM信号非线性失真对距离分辨率的影响,为同时解决激光LFM信号调制放大过程引入的脉冲间随机初相位问题,提出一种基于参考通道的LFM信号非线性失真和脉冲间随机初相位定标校正方法。给出了实验和仿真数据处理结果。     

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...     

外差探测系统的相位匹配研究

从外差探测系统设计的基本要求出发.分析本振光与信号光的相位匹配技术.表明当目标回波聚焦像斑与本振光聚焦腰斑不重合时,像斑大小直接影响信号幅度,波长越短,相位匹配越困难.系统发射的探测光束发散角较大时,信噪比较差,且光束扫过点目标可能出现条纹状信号过程.分析所得主要结论得到了实验验证.     

弱本振激光外差探测信噪比分析

为避免传统激光外差探测中强本振信号带来的散粒噪声影响,着眼于光子级别的弱本振激光外差探测信噪比分析。首先,将脉冲体制弱本振激光外差探测信噪比表达式应用于分段连续弱本振激光外差探测中,获得中心频率为221 kHz外差信号的解析,且信噪比的理论计算和实验值吻合。其次,采用数据段细分功率谱累积技术,在相同的信噪比情况下,所利用的数据量总数降低为传统功率谱累积方法的1/10,提高了数据利用率,且在功率谱累积次数较少时,信噪改善比近似遵守m规律。     

激光外差实验研究

利用激光外差探测原理实现综合孔径激光雷达探测越来越受到关注。通过二极管泵浦固体激光外差探测实验,实现了实验平台上接受目标反射微弱回波信号的外差探测,得到了信号光功率与本振光功率之间数量级差别的阈值范围,总结了实现激光外差探测应用于综合孔径激光雷达领域的条件。     

本振功率对目标微动激光平衡外差探测的影响研究

面向远距离目标微多普勒效应的探测,建立了本振光功率变化对激光平衡外差探测回波信噪比影响的数学模型,并进行了仿真分析。通过搭建的1 550 nm激光平衡外差探测实验平台测试了由于本振功率变化对于目标微多普勒特征提取效果的影响。研究结果表明,对于平衡外差探测,由于两光电探测器量子效率不可能完全匹配,考虑到散粒噪声、热噪声和本振相对强度噪声的影响,将存在一个最佳本振功率值使探测信噪比达到最大。当选取该本振功率进行探测时,获得的目标微多普勒特征可读性更强,提取误差更小。     

0.85μm近场相干探测的光学系统研究

通过对散斑场及扩展光源相干扰的分析，提出信号的非相干程度与散斑数有一对应关系。信号的这种非相干性对外差效率的减弱可以用散斑数对其产生的影响表示，即在本振场为单一模式情况下，外差信噪比与散斑散的１／２次方成反比关系。     

锐化函数对合成孔径激光雷达成像图像的影响

根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理,推导了具有高阶相位误差时线性调频信号经合成孔径激光雷达外差探测后的输出信号表达式。结合参考通道的系统结构和基于锐化函数的相位补偿算法,通过模拟仿真,对比分析了参考通道类型对单点目标成像的影响。通过研究锐化函数的物理含义,对锐化函数相位补偿算法进行了误差分析。指出了锐化函数相位补偿算法的适用范围,以及实现高质量的合成孔径激光雷达探测成像需进一步考虑的问题。     

湍流大气中光外差接收中频信号电流几率分布特性

给出晴空大气湍流中光外差接收系统接收中频信号电流几率密度函数的表达式。分析了光外差系统在本振散粒噪声限下,中频信号振幅为对数正态分布,相位为高斯相位扰动时,中频信号电流的几率分布特性,并进行了数值计算。     

合成孔径激光成像雷达距离向等延时的信号处理结构和算法

 合成孔径激光成像雷达中啁啾激光光源的非线性会严重降低距离向成像分辨率。国外已发展了建立参考通道的非线性啁啾补偿算法。本文证明了等延时抑制非线性啁啾和非同步触发初始相位误差的原理,提出了一种具有三种本振延时产生方案的接收信号处理结构及算法体系,包含：建立等臂目标本振通道,建立参考通道及两次外差变频、建立参考通道及相移计算。建立了该算法的一般性数学流程,以星载合成孔径激光成像雷达为模型进行了计算机仿真,验证了算法的可行性。最后对三种方法的优缺点进行了讨论。     

基于光锁相环的载波捕获环路设计

在相干光通信系统中零差探测技术相比外差探测技术具有更高的探测灵敏度,载波恢复技术为零差探测技术的核心。文章对光学锁相环中的科斯塔斯锁相环进行了研究,通过对其进行理论分析,建立了其数学建模,设计了基于压控振荡器的跟踪锁相电路。当信号光采用BPSK调制方式,平衡探测器输出的I、Q两路信号的相位差保持90°时,本文设计的锁相电路可以实现本振光对信号光相位的跟踪锁定。通过实验对本文设计的基于科斯塔斯锁相环的载波恢复系统进行了测试,结果表明该系统可以较好地解调出信号光中携带的基带信号。     

空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统

由于激光外差干涉测量系统光机平台无法模拟多普勒频移,并且商用信号发生器无法实现多种类、高复杂度的星间外差干涉信号模拟,不能对空间引力波探测的相位计进行全面测试。通过分析外差干涉信号的特性,研究信号模拟系统的实现原理及方法,设计了空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统。首先,应用直接数字合成器（DDS）模拟外差干涉信号。其次,通过频率偏移方式模拟多普勒效应,应用混合同余算法生成散粒噪声并调制到外差干涉信号中。最后,基于FPGA搭建系统硬件平台,通过示波器及频谱分析仪分析生成信号的时频特性。实验结果表明,信号模拟系统在2~20 MHz的频率范围内杂波抑制度为?53 dBc,谐波（二次）抑制达到?47 dBc,生成信号的时频特性符合理论预期,满足空间引力波探测相位计的地面测试需求。     

基于APD的电外差技术在无合作目标激光测距中的应用

在无合作目标相位式激光测距中,为了提高测程和改善信噪比,提出一种基于雪崩光电二极管的电外差测量技术.在该方法中,雪崩光电二极管通过电注入法可直接被作为混频器,它接收到的回波光信号在转换成电流信号时直接和一本振信号混频产生低频信号.实验结果表明,该方法可有效改善雪崩光电二极管输出信号的信噪比,提高无合作目标相位式激光测距的测程.     

相干激光雷达平衡外差探测方法的数值仿真

建立了相干激光雷达平衡外差探测的理论模型及其数学描述,包括响应电流模型和信噪比模型.在两个模型的基础上,对平衡外差探测与一般相干探测进行比较,分析出它在消除本振相对强度噪声、提高信噪比和充分利用本振光功率上的优势.最后利用MATLAB数值仿真,着重研究了平衡外差探测方法的信噪比,验证了其在相干激光雷达探测上的优越性,并...     

一种抑制相位噪声的多通道变时延下变频全双工收发方法

相位噪声会限制全双工(FD)收发机的自干扰抑制能力,恶化有用信号解调性能,即使全双工收发机采用发射机、接收机共用本振的结构,也无法消除相位噪声的限制作用。为了降低多径自干扰(SI)分量中相位噪声的影响,该文提出一种多通道变时延下变频全双工收发方法,具体包括可以补偿相位噪声的全双工收发机设计和能够抑制残余相位噪声的自干扰抑制算法。多通道变时延下变频全双工收发机采用多条通道接收同一天线的信号,各接收本振信号为经过不同延时调整的发射本振信号,可以在下变频时补偿多径自干扰中的相位噪声。自干扰抑制算法利用不同接收信号估计相位噪声参数,进一步降低残余相位噪声的影响。此外,该文推导了这种全双工收发方法的自干扰抑制能力,并给出了其随发射功率、接收通道数量的变化关系。分析与仿真结果表明,当接收通道数量高于自干扰信道强径数量时,多通道变时延下变频全双工接收方法不受相位噪声影响。     

基于连续线性调频激光器的测距方法

提出了一种基于线性调频激光器的外差测距实验理论,设计了一个较为具体的测距方案,利用延时光纤将两束特性相同、但进行了延时的线性调频激光进行混频,测出其拍频后的频率值,进而得到其中包含的频率信息,并用Matlab-Simulink仿真对此方案进行了仿真测试和实际光纤延时验证,通过模拟线性调频信号和线性调频外差测距的实验过程,分别对300、600、900 m处的线性调频激光回波信号和本振信号进行外差拍频,得到相应的拍频值,其结果与理论计算结果基本吻合。     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。     

腔内CdTe电光调QCO_2窄脉冲激光外差信号特性分析

较详细地研究了腔内CdTe电光调QCO2 窄脉冲激光及其外差信号的时域频域特性,发现它的激光脉冲时域波形有很长的拖尾,拖尾持续时间与CdTe晶体外触发电压开关宽度有关,触发宽度越宽拖尾越长,反之则短。进行了调QCO2 脉冲激光微弱信号检测实验,即将脉冲激光衰减到用直接探测方法无法检测的程度,此时再用外差检测方法,在脉冲包络之内及其拖尾部分观察到了较强的外差中频信号,从实验上验证了外差探测灵敏度远远高于直接探测。根据该激光脉冲拖尾持续时间部分可控的特性,从理论上讨论了CO2 连续激光本振和窄脉冲主振激光外差中频信号频率跟踪和偏频锁定的可行性     

CO2脉冲外差激光成像光学系统中高斯光束光路的设计

为提高CO_2脉冲外差激光成像光学系统的外差探测效率,在出射光为基模高斯光束的本振光路的设计中。根据光束经过光学系统的变换与传输特性,采用离焦式扩束望远系统,调节本振高斯光的束腰位置,使之与置于成像物镜焦平面的探测器的光敏面重合,实现高斯光束的本振光与从目标反射的平面波信号光位相的最佳匹配。     

基于阵列探测器的空间失配角匹配外差探测研究

空间失配角是影响外差探测的主要因素之一,很小的角度失配就会导致中频信号极为微弱。通过分析提出,外差信号的振幅可以视为探测器量子效率分布函数的傅里叶变换,基于此提出一种单元增益可调的阵列探测器接收方法。该方法通过设置阵列中探测单元的增益系数,使阵列有效量子效率分布函数的频谱特性匹配信号光与本振光形成的干涉光场,以此提高存在失配角时的中频信号的强度。通过对有效量子效率分布函数的调整,匹配不同角度入射的信号光,即可达到高速扫描探测的目的。