Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, 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 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
1 中国科学院空天创新信息研究院,北京 100094
2 中国科学院大学光电学院,北京 100049
根据外差激光多普勒测振过程的物理原理,分析了其在目标存在低频高速运动情况下测量高频低速振动的过程。在这一过程中,因杂散光而产生的测量噪声表现出啁啾特性,该研究还阐明了这种噪声的影响和表现形式、特点。针对此啁啾噪声,提出了一种微分预处理解调方法,理论分析表明这种解调方法有明显的啁啾噪声抑制效果,并进一步进行了仿真和实验验证。搭建了存在杂散光的外差激光多普勒测振系统,对目标振动进行了测量,分别通过常规解调方法和微分预处理解调方法进行解调,实验结果验证了啁啾噪声的存在和微分预处理解调方法抑制啁啾噪声的有效性,该方法可使啁啾噪声功率下降约81.8%,可有效降低杂散光对测量结果的影响。
信号处理 激光多普勒测振 啁啾噪声 杂散光 微分预处理
1 广州市突发事件预警信息发布中心, 广东 广州 511430
2 广州市气象台, 广东 广州 511430
3 广州市黄埔区气象局, 广东 广州 510700
4 广州市气象局观测预报处, 广东 广州 511430
5 安徽蓝科信息科技有限公司, 安徽 合肥 230031
6 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
7 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230000
精确观测大气风场在气象、**、航空航天等领域具有十分重要的意义。相干测风激光雷达能够实时有效地进行大气矢量风场探测。为此研制出一款基于多普勒原理的相干测风激光雷达,并进行外场观测验证了其性能。该系统可探测垂直上空45~3000 m的水平风场以及垂直气流,最大可探测风速为60 m/s。分析比对了该雷达于2021年10月16日08:00―20日00:00在广州市黄埔区气象局观测的数据与同时段同地点微波风廓线雷达的观测数据,结果表明二者具有良好的一致性。重点分析了2021年10月18日10:00―20日00:00的典型观测数据,进一步验证了该相干测风激光雷达所测数据的准确性。该雷达在风场探测上的应用将为气象参数监测和预报精度的提高以及极端灾害性天气的预警提供实时数据支撑。
激光雷达 多普勒 相干测风 风场比对 lidar Doppler coherent wind measurement wind profile comparison
1 中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院,山东 青岛 266100
2 北京航空气象研究所,北京 100085
3 青岛镭测创芯科技有限公司,山东 青岛 266100
4 崂山实验室,山东 青岛 266237
5 中国海洋大学海洋高等研究院,山东 青岛 266100
为了提升大气物质边界层高度(AMBLH)的识别准确性,基于2020年11月至2021年11月在青岛开展的大气边界层(ABL)观测实验,提出了一种基于相干多普勒激光雷达(CDL)信噪比数据的AMBLH的综合反演方法,并应用此方法反演得到了青岛地区的AMBLH,其与探空仪反演结果的相关度为0.93。分析了青岛一年内的AMBLH发展情况,发现各月份AMBLH均有日变化特征,其中6、7月特征相对较弱,推测这与夏季来自海洋的东南风盛行有关。AMBLH月均值在全年呈起伏波动趋势,在冬末至春初、夏末至秋初的阶段逐步增大。AMBLH月均中位数4月最高、6月最低,AMBLH季度发展程度由高到低的顺序为春季、冬季、秋季、夏季,其中春季和冬季高度相近。AMBLH各季度日变化中抬升趋势出现的时间为夏季早于春季,秋季与春季相近并早于冬季。
大气光学 相干多普勒激光雷达 大气物质边界层高度 综合反演方法
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2 中国科学院重大科技任务局,北京 100864
3 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
4 中国科学院大学,北京 100049
利用激光可以在非接触、远距离的情况下实现语音信号的探测。激光远距离语音探测技术在侦听、多模监控、入侵检测、搜救、激光麦克风等领域具有广泛的应用前景。从激光远距离测振系统和探测信号的分析处理方法两个方面综述了激光远距离语音探测技术的研究进展,并展望了该技术的未来。
激光语音探测 微振动探测 激光多普勒测量 语音增强 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500007
1 中国航空工业集团公司 西安飞行自动控制研究所,西安 710065
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
3 中国科学院大学,北京 100049
为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1 μs探测器死时间、1 ms采集时间下,分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换,从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明,随着光子计数率的增加,相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳,当接近饱和计数率时,在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量,谐波频率间距与光子计数率数值基本相等,受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。
相干探测 光子计数 外差探测 多普勒 测速 Coherent detection Photon counting Heterodyne detection Doppler Velocity measurement
Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China
2 Shenzhen Key Laboratory of Intelligent Optical Measurement and Detection, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
A new electronic speckle pattern interferometry method is proposed to realize in situ deformation measurements. The feature of the method is the combination of a high-speed camera and multiple laser Doppler vibrometers (LDVs) for synchronous measurements. The high-speed camera is used to record and select effective interferograms, while the LDVs are used to measure the rigid body displacement caused by vibrations. A series of effective interferograms with known shifted phase values are obtained to calculate the deformation phase. The experimental results show that the method performs well in measuring static and dynamic deformations with high accuracy in vibrating environments.
speckle pattern interferometry laser Doppler vibrometers in situ deformation measurements Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011202
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of Multidimensional Information Processing, East China Normal University, Shanghai 200241, China
2 Engineering Center of SHMEC for Space Information and GNSS, East China Normal University, Shanghai 200241, China
A sub-Nyquist radar receiver based on photonics-assisted compressed sensing is proposed. Cascaded dictionaries are applied to extract the delay and the Doppler frequency of the echo signals, which do not need to accumulate multiple echo periods and can achieve better Doppler accuracy. An experiment is performed. Radar echoes with different delays and Doppler frequencies are undersampled and successfully reconstructed to obtain the delay and Doppler information of the targets. Experimental results show that the average reconstruction error of the Doppler frequency is 5.33 kHz using an 8-μs radar signal under the compression ratio of 5. The proposed method provides a promising solution for the sub-Nyquist radar receiver.
compressed sensing dictionary learning sub-Nyquist radar microwave photonics Doppler frequency Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013902
光子学报
2023, 52(12): 1201001