中山大学（珠海校区）国家航天局引力波研究中心 天琴前沿科学中心 天琴中心&物理与天文学院 “天琴计划”教育部重点实验室，广东 珠海 519082
为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力，设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W），0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面，分析了白天天光背景噪声强度，并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率，重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面，固定望远镜俯仰角（E=50°），旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列，并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声，开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到，白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W，夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力，将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。
卫星激光测距 平均功率 探测能力 天光背景噪声 satellite laser ranging average power detection capability skylight background noise
空军工程大学防空反导学院，陕西 西安 710051
以无人机（UAV）集群为研究对象，针对空天红外探测系统对UAV集群的探测能力进行分析。将UAV集群飞行过程划分为三个阶段并对其红外辐射特性和成像特性进行建模分析；对于探测距离模型建模过程中对目标成像的弥散特性考虑较少的情况，建立了基于弥散系数的噪声等效通量密度（NEFD）点目标探测距离模型。为验证所提出的探测距离模型的有效性，采用不同建模方法、不同弥散系数对比的方法分析探测距离随目标的信噪比（SNR）和速度的变化情况。仿真结果表明所提模型的探测距离优于其他建模方法，探测距离随着目标飞行速度的增加而增大，随着信噪比的增加而增大，同时弥散系数随着探测距离的变化而变化，所建立的弥散系数求解方法得到的探测距离优于其他方法。
测量 无人机集群 探测能力 红外探测系统 探测距离 弥散现象 噪声等效通量密度 光学学报
2022, 42(18): 1812002
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210067
分布式光电解决了传统光学系统大视场与高分辨率成像的矛盾,在**侦查、安全监控、天文观测等领域具有广泛的应用。分布式光电系统通过图像拼接和超分辨重建等处理手段提升图像质量,从而提升系统探测能力和识别能力,但目前仍缺乏系统性的性能评估方法。建立了分布式光电系统性能量化评估方法。首先对分布式光电系统理论及图像处理算法进行了基础研究,通过分析图像空间分辨率、信噪比、信息熵等参数,对重构后图像质量进行评价,最后从光电系统和图像质量两个角度出发,对分布式光电系统的探测能力、识别能力进行了理论分析。该研究为分布式光电技术的发展提供了重要理论支撑。
成像系统 光电探测 分布式系统 超分辨 探测能力 识别能力 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811026
1 山东大学空间科学研究院山东省光学天文与日地空间环境重点实验室, 山东 威海 264209
2 中国科学院国家天文台国家航天局空间碎片监测与应用中心, 北京 100101
针对不同口径的光电探测设备组合设计两种扫描方式,建立多光电设备组合探测能力的评估模型。从望远镜的扫描方式、排列方式和口径等方面对模型进行仿真分析,并对仿真结果进行能力评估。仿真结果表明:针对选择已编目的空间碎片数据集,在仿真时间段,单仰角区域扫描的探测结果优于多仰角区域扫描;相同视场下,4台28 cm口径的望远镜组合的探测碎片数比15 cm口径的望远镜组合仅提高2.4%(单仰角区域扫描)和3.6%(多仰角区域扫描)。若观测需求为维持现有空间碎片的编目,建议选择性价比更高的15 cm口径的望远镜组合,若观测需求为能够探测更小尺寸的空间碎片,建议选择28 cm口径的望远镜组合。
探测器 光电设备 空间碎片 探测能力评估模型 观测策略 光学学报
2020, 40(15): 1504002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光电探测部, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
为了深入研究可行的中高轨成像技术, 本文从探测能力角度(用最低发射激光功率表示)深入分析和比较3种主动干涉合成孔径成像技术--傅立叶望远镜(又称为相干场成像或条纹场扫描成像)、成像相关术(又称为强度相关成像)和剪切光束成像。本文利用光电倍增管的信噪比模型和激光作用距离方程, 较为细致地分析每种技术在满足单次信噪比(SNR=5)条件下的极限探测能力。通过仿真分析得出：傅立叶望远镜、成像相关术和剪切光束成像所需的最低单光束单脉冲能量分别为114 J、073 MJ和31 MJ。最终得出傅立叶望远镜是上述3种主动成像技术中在目前技术水平下最适合中高轨目标(约36 000 km)高分辨成像的可用技术的结论。
成像系统 探测能力 傅立叶望远镜 成像相关术 剪切光束成像 imaging system detection capability Fourier telescopy imaging correlography sheared-beam imaging
1 航天工程大学研究生院, 北京101416
2 航天工程大学电子与光学工程系, 北京 101416
地基光电探测系统是获取空间目标信号的重要探测手段,而曝光时间是影响其探测性能的主要参数。以空间目标的光学特性为基础,计算出系统的极限探测距离、最小可探测尺寸和极限探测星等,分析了其与曝光时间等影响因素的定量关系。结合空间目标的像移模型,得到动态条件下,系统探测能力随曝光时间的变化关系,并进行仿真研究。研究结果表明:目标相对静止时,系统探测能力随曝光时间延长而增加,变化趋势趋于平缓;目标相对运动时,系统探测能力随曝光时间延长先增加后减小,并存在一个最优曝光时间,且与目标相对角速度有关。仿真结果可为地基光电探测系统曝光时间的设定提供一定的优化可行性。
光学器件 空间目标 曝光时间 地基光电探测系统 探测能力 光学学报
2018, 38(11): 1123001
1 陆军工程大学(石家庄校区) 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 酒泉卫星发射中心, 甘肃 酒泉 732750
3 解放军31648部队, 广西 崇左 532200
针对恒虚警工作方式下, 噪声、信号及倍增因子之间相互作用的问题, 分析了倍增因子、背景辐射对APD探测系统性能的影响以及恒虚警补偿方式的工作原理, 建立了恒虚警下背景辐射与倍增因子的关系模型。通过求取有、无背景光时系统可探测到的最小信号功率, 建立了APD性能的评估模型, 设计实验对模型进行了验证, 利用该模型分析了不同噪声对APD探测性能的影响。结果表明, 随着背景光增强, 其对APD的性能影响逐渐增大, 且增大速率逐渐减缓; 暗电流噪声较小时, 背景光对APD作用较为明显, 随着暗电流噪声的增大, 背景光对系统影响迅速减小, 最终趋于平稳; 背景光对APD的影响随热噪声、放大电路噪声的增大而均匀增大。
背景辐射 雪崩光电二极管 恒虚警率 探测能力 评估方法 background radiation avalanche photodiode constant false alarm probability detection capability evaluation method
1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 酒泉卫星发射中心, 甘肃 酒泉 732750
3 解放军31648部队, 广西 崇左 532200
针对恒虚警下雪崩光电二极管输出信号、噪声与倍增因子相互影响的问题, 分析了雪崩光电二极管自身噪声、背景辐射对其探测性能的影响及恒虚警补偿方式的原理, 建立了背景辐射与恒虚警下倍增因子的关系模型.对模型进行了实验验证, 并通过仿真分析了不同虚警概率、阈值电流、噪声电流下背景辐射与倍增因子的关系.结果表明：倍增因子会随背景辐射的增大而减小, 且减小速率逐渐减缓; 当背景辐射不变时, 虚警概率或阈值电流的增大都会使倍增因子增大; 热噪声与放大器噪声有效值之和对倍增因子影响较大, 而暗电流对倍增因子的影响较小.
光电子 探测器 雪崩光电二极管 背景辐射 恒虚警概率 探测能力 雪崩增益 Optoelectronics Detectors Avalanche photodiode Background radiation Constant false alarm probability Detectivity Avalanche gain 光子学报
2018, 47(10): 1004003
1 中国科学院上海天文台, 上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
地面激光测距站向空间目标发射激光信号后, 其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围, 通过设置多台望远镜接收信号, 有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率, 分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统, 通过双望远镜同时接收卫星的回波信号, 研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统, 单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能, 双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力, 验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数, 使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。
激光测距 多望远镜接收信号 测量系统 探测能力 laser ranging multi-telescopes receiving signal measuring system detecting ability 红外与激光工程
2018, 47(9): 0906002
