基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像

介绍了一种线阵快扫描三维激光雷达成像仪,给出了线阵激光雷达的系统结构和工作原理.从阵列探测器中的某一单元出发,在分析激光光束发射与接收光路的基础上,利用光学原理和解析几何推导了线阵激光雷达成像严密的计算方程,并分析了影响激光雷达成像质量的内部和外部因素.外场测试实验表明,在30 m的距离,该仪器原理样机的距离分辨率可以达到5 cm,能够探测到直径在8 cm以上的目标,平面拟合后的残差的标准偏差在5 cm左右.     

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率.为解决这一问题,提出一种新体制雷达--逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像.分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案.仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像.     

钠激光雷达对中间层顶大气温度和风场的探测

中高层大气温度和风场是研究中高层大气波动的重要参数.钠高光谱分辨率激光雷达能够对中间层顶(80-105km)大气温度和风场进行高精度观测.2011年中国科学技术大学成功研制了我国首台高光谱分辨率钠测温测风激光雷达系统.文中对该激光雷达系统进行了详细介绍,其中包括探测的基本原理,发射机,接收机和采集控制部分的设计.给出了钠测温测风激光雷达于2011年12月9日晚同时探测的大气温度、纬向风、经向风和钠原子密度的结果.结果发现中间层顶区域大气温度、纬向风、经向风变化范围较大,分别是175K~235K,-70~60m/s,-100~110m/s,有明显的半日或周日潮汐振荡的成分.探测结果表明中国科学技术大学钠测温测风激光雷达可对中间层顶区域温度和大气风场进行高时空分辨率的探测,其探测数据对于研究中高层大气动力学具有重要的意义.     

基于分段动态变迹技术的超声成像方法

在超声成像系统中,单一幅度变迹技术只能在一定的距离范围内获得较好的成像分辨率,该距离范围外,分辨率明显降低。而使用分段动态变迹技术就可以弥补这一缺点,在研究多种单一幅度变迹函数的波束3dB等值线后,观察得到各函数最佳成像分辨率对应的距离范围。通过分段引入对应的变迹函数,从而得到了分段动态变迹技术的一种实现方法,然后绘出波束3dB等值线以及仿真成像。证明该方式的分段动态变迹技术相比单一幅度变迹技术能够改善缺点,提高图像质量。     

基于编码超表面的三维孔径编码成像研究

针对雷达系统在微波频段对静止目标成像分辨率低的问题,基于超材料和孔径编码成像体制设计了一套三维成像系统,同时提出了一种三维成像的优化算法. 系统将立体目标所在场景划分为4个成像平面上的成像网格,利用编码超表面在不同编码时辐射特性的不相关性构造测量矩阵,实现了在Ka波段对静止目标的高分辨成像. 仿真结果表明,此成像系统能够对2 m距离内的静止目标实现准确重构,方位向分辨率为20 cm,距离向分辨率为10 cm.      

激光雷达在大气探测中的应用浅析

激光雷达具有波束定向性强、探测波长短、能量密度高等特点,在大气探测中能够发挥空间分辨率高、探测灵敏度高等优点。文章分析了激光雷达大气探测的基本原理,介绍了激光雷达的类型,探讨了激光雷达在大气探测中的具体应用,并提出一些观点以供参考。     

车载距离探测技术比较

比较了超声波、无源红外线、激光雷达、连续波雷达、脉冲雷达、电容式距离传感器及视频成像系统的主要参数；讨论了追尾碰撞报警／避免系统对距离探测技术的限制，要求及其在实际应用时所受的主要影响因素，结果表明激光雷达、连续波雷达，单脉冲雷达及视频成像距离探测技术可应用于追尾碰撞报警／避免系统中。     

一种探测大气的激光雷达研究

本文主要介绍用于探测大气光学参数的激光雷达基本工作原理及其主要技术指标，并对大气探测激光雷达的探测精度简要分析。与其他测量手段相比，大气探测激光雷达具有测量范围大，空间和时间分辨率高，测量精度高，实时性强等优点。尤其是它能够直接测量可见或红外波长的大气水平能见度和透过率。     

大气探测激光雷达的分类和特征

激光雷达被广泛地应用于云、气溶胶、大气成分、温度和风速的探测当中.应用于大气探测的激光雷达种类繁多，通常会使用不同的分类方法对激光雷达进行归类，使得同一台激光雷达可能会被赋予不同的名称，而被归类于同一类型的激光雷达之间又可能存在显著差异.按照激光雷达的测量角度和测距方式、光谱特征、探测目标、搭载平台等多种分类方法对现有的大气探测激光雷达进行了归纳，描述了各种不同类型激光雷达的特征，并介绍了不同类别激光雷达之间的联系.在实际科研和业务中，需要结合各种激光雷达的优、缺点，根据探测目标、数据质量要求和预算来选择最适合的激光雷达类型来进行大气探测.     

激光雷达回波信号及处理方法分析

本论文针对大气探测激光雷达的数字信号处理,进行了研究。通过分析大气探测激光雷达回波信号,回波信号中的噪声主要包括背景噪声、电噪声以及大气扰动噪声等,并对部分噪声的抑制提出了降噪方案。通过距离校正,得到探测距离。使用MTI法去除物理杂波噪声。设计滤波器,选取合适的截止频率,消除由接收系统各环节电子器件引起的高频电噪声。     

循环步进延时距离选通水下微光三维成像

为消除水下主动成像背向散射效应的影响,提高水下成像的作用距离,同时扩大成像探测的范围,提高水下目标的探测与识别概率,在研究距离选通水下主动成像探测的基础上,提出了循环步进延时控制距离选通同步脉冲产生机理,使同步选通脉冲循环延迟时间序列与拟探测区域的距离序列相匹配,实现不同距离情况下水体的扫描成像,再通过三维图像生成实现水体的三维成像显示;研究了循环步进延时控制的机理,设计了基于循环步进延时同步控制的距离选通水下微光三维成像装置.实验表明:与常规距离选通成像方式相比,该方法扩大了成像探测的范围,提高了目标的探测与识别概率.     

平流层飞艇机载风速测量方法

 风场数据是平流层飞艇实现长时驻空和飞行控制的重要参数。针对平流层空气稀薄、传统机载压力式测风速方法测量精度低等问题,提出一种利用激光雷达直接探测技术的平流层飞艇机载风速测量方法。设计了基于直接探测原理的多普勒激光雷达测风速系统,构建了分别以FPI（Fabry-Perot干涉仪）和MZI（Mach-Zehnder干涉仪）为鉴频器的条纹成像技术的风速反演数学模型,并进行了数值仿真分析。结果显示,在355 nm波长出射激光和20 m/s径向风速条件下,FPI-条纹成像技术与MZI-条纹成像技术的径向风速测量误差分别为11.0%和6.5%,测量分辨率分别为1.90 m/s和1.62 m/s,表明该方法能够满足平流层飞艇机载风速测量要求。     

75 ps精度GM-APD阵列像素读出电路设计（英文）

提出了1种用于激光3D成像的中等规模盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列的像素读出电路.根据时间飞行(TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(AQC)和时间数字转换器(TDC).所采用的TDC是两段式粗细结合的架构,成功实现了时钟频率和时间分辨率的折中.基于内插技术,动态范围提高到了19 bit,而时钟频率降低为预计的1/5,显著降低了设计和应用的难度.采用延时线技术实现的4 bit细TDC将精度提高到75 ps.电路采用SMIC 0.18μm工艺设计.后仿结果显示达到了75 ps的高精度时间分辨率,对应3 km测距范围内的距离分辨率为1.125 cm.另外,总功耗为1.08 m W,且电路面积小于95×95μm~2.     

3D非扫描成像激光雷达距离精度的Cramer-Rao下限

利用参数估计的方法进行了3D非扫描成像激光雷达距离精度的研究,根据数理统计的理论,分析了距离估计方差的Cramer-Rao下限（CRLB）,推导出了3D非扫描成像激光雷达距离估计方差的CRLB计算公式。 利用Monte Carlo仿真结果证明了推导的距离估计方差的CRLB具有有效性。 通过推导的距离估计方差的CRLB,对3D非扫描成像激光雷达的距离精度影响因素进行了分析,结果表明,减小脉宽、增加脉冲强度、提高采样速率、降低系统噪声、增加探测器量子效率都可以有效提高目标距离精度。      

大气探测激光雷达的进展研究

激光雷达是以光频工作的雷达,与普通雷达相比,它具有较高的速度及角度分辨率、较高的测量精度以及较强的抗干扰能力。文章综述了激光雷达的分类、发展简史、发展动态及其在大气探测领域的应用,并重点介绍了我国大气探测激光雷达系统的应用及研究成果。     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据,通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系,利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计,并进行湿度订正;通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系,进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明,卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86(PM2.5)和0.59~0.78(PM10),估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34μg/m3(PM2.5)和24.64~91.64μg/m3(PM10),表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品,因其更高的空间分辨率,更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

关键词

大气探测激光雷达 近日记者从中国科学院获悉,为突破激光雷达时空连续性限制,该院武汉物理与数学研究所激光雷达研究团队已成功研发出一种新型的全高程、全天时大气探测激光雷达,实现从近地面直到约110公里的全高程探测,并实现对部分低中层和全部高层的全天时（昼夜连续）探测。     

仿CT扫描模式扩散荧光层析成像方法

为了实现高灵敏度、高空间采样密度的扩散荧光层析成像,提出了一种基于光子计数技术的仿CT扫描模式的成像方法．光源经过准直后入射到仿体上,光电倍增管探测得到光源同一水平面101．25°～258．75°均匀分布的8路探测信号．按照与CT相似的方式,系统旋转仿体以实现对仿体的0°～360°扫描,采用光子计数方式采集多个光源入射角下多个探测位置的光子数信息,获得的大量数据可降低重建过程的病态性,使重建结果更加准确．仿体实验证明,对于荧光剂Cy5．5的探测可以达到2nmol／L左右的浓度和边对边距离5mm的空间分辨率,增加空间采样密度可以提高系统的灵敏度和分辨率．     

基于二维指数脉冲压缩变换的SAR成像算法

传统的合成孔径雷达(SAR)系统一般采用经典的匹配滤波器实现距离维和方位维的二维脉冲压缩变换,其基于匹配滤波器的系统带宽导致系统分辨率是有限且固定的.当对输出信噪比和目标时延分辨率有不同要求时,具有可变指数的指数滤波器可根据具体需求在充分保证输出信噪比的情况下产生高于匹配滤波器的目标分辨率.本文基于指数滤波器将距离维和方位维上的二维指数脉冲压缩变换应用于SAR成像算法,即先后将信号通过距离维和方位维指数滤波器,以实现SAR高分辨率成像.仿真结果表明,该算法在距离维和方位维两个维度都具有比传统SAR算法处理结果更窄的主瓣宽度和更低的旁瓣高度,有效提高了距离维和方位维的分辨率.     

星载合成孔径雷达实时快视成像系统

给出了一种基于多数字信号处理(DSP)并行处理技术的星载合成孔径雷达(SAR)快视成像系统设计,比较了多种星载SAR成像算法.针对某星载SAR参数提出了优化的实时算法流程,系统实现了对L波段星载SAR距离向1/4降分辨率和方位向四视实时成像处理.通过仿真和实测数据,分析和验证了系统成像结果.