强激光与粒子束
2024, 36(4): 043008
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 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
路径积分差分吸收（IPDA）激光雷达可装载于飞机或卫星上探测大范围大气CO2浓度，具有全天时和探测精度高的优势。全球云的平均覆盖率可达60%，因此在激光穿透大气射向地面的探测过程中，除了地面和海洋回波信号，还有很多云层回波信号。结合机载大气探测激光雷达（ACDL）信号采集特点，针对复杂的云层回波信号，提出一种基于中位数绝对偏差的离群值筛选法提取信号，可分离多层云回波信号及云层与地面回波信号同时存在的信号。分析云信号的探测能力，并利用云层回波信号积分值反演云上CO2柱浓度，结果与原位测量仪测量结果变化趋势一致，二者偏差为2.8 μL/L。
遥感 差分吸收激光雷达 二氧化碳柱浓度 云回波信号 差分吸收光学厚度 大气遥感 中国激光
2023, 50(23): 2310001
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 长春大学 电子信息工程学院, 长春 130022
针对传统米散射激光雷达结构复杂和设计成本高的缺陷, 提出一种用来探测大气气溶胶的便携式米散射激光雷达系统。首先设计了收发同轴的光学系统结构, 然后对光电探测器进行了独立设计, 最后基于系统结构搭建了可移动式米散射激光雷达实验平台, 对大气气溶胶进行了初步探测。实验结果表明: 采用设计的电源滤波器滤波后, 开关电源原始纹波电压幅度从0.1 V降低到了0.01 V内, 噪声幅值控制在0.1 V左右; 系统在白天、夜晚的斜程探测距离分别为4.5、6 km, 可以对特定区域的气溶胶进行实时监测。
大气气溶胶 激光雷达 系统设计 回波信噪比 atmospheric aerosol lidar system design echo signal-to-noise ratio
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220406
中电科技集团 重庆声光电有限公司，重庆 401332
针对激光测风雷达回波信号极其微弱，直接快速傅里叶变换(FFT)后无法得到回波信号频域幅值的问题，该文提出了嵌入现场可编程门阵列(FPGA)的数字中频信号处理方法，有效地提取了回波信号频域幅值。激光测风雷达的回波信号是相干激光脉冲信号经过空气中气溶胶后向散射的信号，由于空气中气溶胶浓度小以及激光发射功率限制，回波信号微弱，首先将模拟回波信号经过中频放大器进行信号放大，再进入模数转换器(ADC)采样，然后采用补零FFT和FFT频谱累积等数字中频信号处理方法，提高微弱回波信号的信噪比，从而有效识别了回波信号中含有风速信息的频域幅值。结果表明，经过试验可得2 km内稳定的风速，精度可达0, 1 m/s。
激光测风雷达 相干 回波 输入功率 多普勒频移 频谱累计 coherent laser wind lidar coherent echo signal input power Doppler frequency shift spectrum accumulation
1 桂林理工大学信息科学与工程学院, 广西 桂林 541006
2 桂林理工大学广西空间信息与测绘重点实验室, 广西 桂林 541006
3 天津大学微电子学院, 天津 300072
4 中国电子科技集团公司第三十四研究所, 广西 桂林 541004
浅水激光雷达回波信号中混有高斯白噪声及系统自由振动时产生的固有频率成分,因此较难从较低信噪比的回波信号中获取目标的距离与特征,需要进行降噪处理。根据全波形回波及固有频率的频域特点,提出了一种改进的经验小波变换方法,并将其用于浅水激光雷达信号的降噪。首先对实验室自制的测深激光雷达系统测到的回波信号进行分解,得到降噪后的回波、噪声及固有频率成分,然后针对降噪后的回波信号,进行非线性阻尼最小二乘算法拟合优化,最终得到全波形回波的分解信号并测得水深。利用MATLAB建立信号模型,对比常用降噪算法处理的降噪效果,结果显示,改进的算法在计算时间、信噪比和均方误差等方面有明显优势;对比0.5~3.0 m水深范围内不同降噪算法的实测回波处理效果,经所提方法降噪后,回波信号的测深误差小于0.1 m。
遥感与传感器 浅水激光雷达 全波形回波信号降噪 经验小波变换 固有频率 中国激光
2021, 48(11): 1109001
1 国防科技大学 电子科学学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 气象海洋学院，湖南 长沙 410073
在激光雷达的水下应用中，由于水体对光的吸收和散射作用使得激光在水下的传输复杂多变，尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没目标回波，导致水下激光回波检测面临挑战。副载波调制技术可以有效地改善激光雷达系统水下探测性能，提高目标回波信号的信噪比。基于Monte Carlo方法提出了改进的副载波调制脉冲激光雷达水下传输模型，研究了海水衰减系数和通频带等因素对于系统性能的影响。仿真结果表明：相比于传统激光雷达，水体环境参数、滤波过程中的通频带选择对于系统水下探测性能影响较大；副载波调制技术可以提高目标回波信噪比和测量精度，有效改善系统性能。
水下激光雷达 副载波调制技术 Monte Carlo方法 目标回波信噪比 测量精度 underwater lidar sub-carrier modulation technology Monte Carlo method target echo signal-to-noise ratio measurement accuracy 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200185
在航迹起始领域,针对复杂电磁环境下大量杂波剩余造成的虚假航迹问题,提出了新的剩余杂波处理方法。该方法是基于自适应提升(AdaBoost)算法,将杂波抑制问题转化为AdaBoost决策树分类。首先,训练基学习器,得出一个粗略的分类结果;在此基础上,组合多个基学习器的结果进行更全面的分类,解决了弱学习器在特征不明显的杂波点迹上表现不佳的问题。实验结果表明,提出的方法相较于传统的SVM和KNN分类器更加有效地抑制了剩余杂波点迹,减少了剩余杂波对航迹起始的影响。
复杂电磁环境 雷达回波信号 剩余杂波 集成学习 complex electromagnetic environment radar echo signal residual clutter ensemble learning AdaBoost AdaBoost
红外与激光工程
2020, 49(5): 20190467
中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
针对箔条微动对回波信号调制的问题, 提出一种单根箔条回波构建方法。首先建立单根箔条的典型微动模式的运动学方程, 然后基于散射中心对该微动模式下的单根箔条回波进行仿真, 最后通过时频方法对单根箔条回波信号的微动变化规律进行分析。仿真结果表明, 建立的单根箔条微动模型能够有效地反映箔条回波信号的微动特性, 为精确建立箔条云回波模型提供了技术支撑, 并为有效识别箔条干扰、改善雷达性能提供了理论依据。
单根箔条 回波信号 时频方法 微动特性 single chaff echo signal time-frequency method micro-motion characteristics 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(1): 30
