Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Aerospace Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Aiming at coherence degradation during target detection, a suppressing method based on frequency-modulated continuous wave coherent lidar is proposed. Combined with a random iteration algorithm, a long-pulse echo signal with coherent degradation is matched with random phase noise of a certain frequency and achieves coherence restoration. Simulation and field experiment results show that this proposed method can recover the intrapulse coherence in long-pulse echo signals. In addition, for the real target echo signal at 4.2 and 19.8 km, the peak signal-to-noise ratio processed by this method is increased by 0.35 times and 4 times after pulse compression, respectively.
coherent lidar long-pulse signal coherent degradation frequency modulation continuous wave Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071201
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Aerospace Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
An optical phase locking method based on direct phase control is proposed. The core of this method is to synchronize the carrier by directly changing the phase of the local beam. The corresponding experimental device and the supporting algorithm were configured to verify the feasibility of this method. Phase locking can be completed without cycle skipping, and the acquisition time is 530 ns. Without an optical preamplifier, a sensitivity of is obtained, and the bit error rate is for 2.5 Gbit/s binary phase-shift keying modulation. The measured standard deviation of the phase error is 5.2805°.
space coherent laser communication direct phase control optical phase-locked loop IQ modulation Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 060601
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
针对相干激光雷达在低空、远距离、高动态目标探测等应用场景中存在的弱信号探测问题，基于调频连续波相干激光雷达，采用多脉冲频域相干累积方法提高激光雷达弱回波信号的信噪比。结合调频连续波理论，分析了信号幅度起伏和相位起伏对多脉冲频域相干累积信噪比效果的影响，实验结果表明，经过M脉冲周期的频域相干累积，微弱回波信号对数信噪比可提升10lg M dB，并且信号幅度起伏、相位起伏可导致多脉冲相干累积信噪比低于理想相干累积信噪比，对于均值分别为2.25×10-4、1.65×10-4和相对起伏幅度分别为0.69、0.93的回波信号而言，相位补偿后的回波信号在50脉冲周期内相干累积信噪比的误差因子最大为0.57%、0.3%，该多脉冲频域相干累积方法对相干激光雷达在远距离目标探测、微弱信号接收方面的应用具有重要意义。
遥感 调频连续波 多脉冲频域相干累积 动态目标 弱信号探测 相干激光雷达 幅度相位起伏
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
相比于传统的强度调制的相位式激光测距技术,基于载波相位调制的相位式激光测距技术在之前的研究中展现出了很大的优势,如调制和解调比较简单、能同时实现高精度的测距和测速等。为了使该测距系统能在外场条件下工作,对系统进行了一些改进,包括采用收发分离的光学系统、采取外差探测的方式,提出了可行的提高灵敏度的算法。外场实验中,改进系统实现了对75.5 m处的目标的测量,测距和测速的精度分别为0.93 m和5.48×10 -4 m/s,对应的测相精度为0.22°。在正对太阳的情况下,系统测量精度也几乎不受影响。
测量 激光测距仪 相位式测距仪 相位调制 外差探测 测距测速 中国激光
2021, 48(24): 2404001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号, 窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明: 当光滤波器保留正二阶调频激光信号时, 获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时, 测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单, 易于实现, 并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。
激光器 线性调频 相位调制 光滤波器 laser linear frequency modulation phase modulation optical filter 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205004
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。
成像系统 三维成像 背景光干扰抑制 结构光成像 条纹图像处理
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光通信与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在自由空间相干光通信的精跟踪系统中, 利用光纤章动或快反镜章动探测角度误差具有降低损耗、简化系统结构等优势, 但这两种方法都需要引入机械运动部件。为此, 提出了利用声光偏转器实现无机械扫描的信号光角度误差的提取方法, 建立了提取角度误差的理论模型, 分析了可能的误差来源, 搭建了一套验证探测角度误差的系统, 测量精度优于1/10信号光发散角, 不会影响后续的相干解调。
光通信 相干 精跟踪 章动 角度误差 声光偏转器 中国激光
2018, 45(10): 1006001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
本振增强直视合成孔径激光成像雷达(SAIL)发射两束同轴且偏振正交的光束,采用外差接收方式接收回波信号,在数据处理过程中对两束偏振正交回波光束携带的目标信号自差,以达到消除大气扰动、运动平台振动和雷达系统本身产生的相位扰动的目的。对该雷达系统的二维成像实验装置进行了描述,并给出了该雷达系统对二维目标成像的信号获取过程和数据处理过程。实验实现了3.6 mm×3.6 mm的分辨率,并对两个二维点阵目标进行成像,取得了良好的成像对比度,证明了该雷达对二维目标成像的可行性。
遥感 传感器 激光雷达 合成孔径雷达 相干探测 匹配滤波 激光与光电子学进展
2018, 55(6): 062802
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
进行了1.8 km和3.4 km的直视逆合成孔径激光成像雷达外场实验,给出了远距离成像模式下考虑相位延时的非线性校正算法。实验中,目标为放置在无人机上的角锥和包裹有反射纸的无人机。通过交轨向包络对齐和顺轨向相位补偿算法,先后得到了不同成像距离下的角锥目标图像和1.8 km成像距离下的无人机图像。成像距离为1.8 km时二维分辨率达到了7.2 mm×5.8 mm,成像距离为3.4 km时二维分辨率达到了12.7 mm×9.2 mm。
大气光学 直视逆合成孔径 激光成像雷达 空间相位调制 外场实验
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光通信与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
本文开展了多通道宽幅度合成孔径激光成像雷达(SAIL)收发装置的优化研究,提出了一种实现远场瞬时宽幅式的成像方法,并给出了多通道宽幅度SAIL收发装置的结构图。重点对发射光路进行了研究,分析了光纤阵列器中发射光束排布的特点,并给出了光纤阵列器中发射光纤的倾斜排布方案。而后,对发射光纤排布方案进行了优化,建立了多通道宽幅度SAIL发射装置的发射光束排布模型,给出了光纤阵列器中发射光束排布的最佳方案并进行了分析。最后,给出了多通道宽幅度SAIL接收装置中阵列探测器的结构图。这对远距离高分辨率宽幅度的机载SAIL研究具有重要的意义。
遥感 激光雷达 光纤排布 优化模型 多通道
