LED光源气溶胶探测雷达光学准直结构优化设计

针对LED光源气溶胶探测光学雷达光能利用率偏低的问题,设计一种新型的雷达结构。它由双自由曲面准直匀光透镜和带有非球面镜的Kepler系统二级准直系统构成。准直透镜和Kepler系统前组单透镜使光聚焦于光阑处,再由带有非球面镜的透镜组准直出射。设计的仿真结果表明:光束发散角控制在3°以内,光能利用率达到43.027%,机械总长为207mm,与现有结构相比,光能利用率提高了12%,结构更为紧凑。     

折反式LED光源准直系统设计

利用光学传播原理,结合LED光源的发光特点,经过二次光学设计,设计出由透镜和反光杯构成的LED光源准直系统。基于TracePro软件,分析出当折反组分临界角在45°～55°之间,折反系统组装尺寸只有2 080 mm3;并且分析得到,对于此系统,当光源面积采用1 mm×1 mm的LED芯片时,光束发散半角小于3°。分析结果表明,该准直系统,弥补了LED照明光源发散的缺点,设计结构紧凑,准直效果良好。     

半导体脉冲激光光斑整形方法研究

针对激光近炸引信的小型化激光发射系统中激光光斑过大、探测距离偏近的问题,该文在分析半导体激光器的发射光束特性和脉冲激光定距性能的基础上,设计了激光定距系统的发射透镜,使得激光光束得到准直整形。仿真结果表明,准直后的激光束发散角被压缩至1.5m rad,且远场光斑呈圆对称形状,中心辐照亮度增加到41.04 W/cm2,使原有小型低功耗的系统探测距离从8 m提高到21 m。     

小型米散射激光雷达系统设计

为了探测对流层内大气气溶胶和卷云的光学特性以及大气水平能见度等,在阐述了大气气溶胶探测原理及信号处理方法的基础上,利用二极管激光泵浦的Nd:YAG固体激光器的二倍频波长(532 nm)激光为光源,设计了一台小型微脉冲米散射激光雷达,并利用标准大气模型对系统进行了仿真计算。仿真结果表明,在探测误差小于10%条件下,系统在白天和夜晚的探测高度分别为6 km和13 km。该系统还具有对人眼安全、能全方位扫描探测等特点,可应用于城市及特定场合(如厂区,大型公共场所)的大气环境监测,也可用于沙尘暴探测及其预警预报技术的研究。     

波形对气象雷达探测的影响研究

对于雷达系统来说,发射波形决定了雷达系统的信号处理方式,因此发射的波形对于雷达系统来说十分重要。常规的气象雷达波形单一,在气象探测中存在不足;基于这个问题,从改变气象雷达波形的角度出发,研究波形对气象雷达探测的影响。分别从脉冲压缩后主旁瓣比、波形对雨量的衰减程度以及多普勒效应方面对三种波形进行仿真和分析,得出当降雨强度为中雨以上和小雨时分别采用线性调频波形信号和13位巴克码波形信号进行探测较为理想,当降雨强度在短时间内变化较大时则采用组合波形信号探测较为合适。     

新型空间光学阵列LED紫外固化光源系统研究

大功率紫外LED是一种新型半导体光源,具有体积小、发热量小、光电转化效能高等优点。但是单管UV-LED存在功率小、辐射发散角大等缺陷,无法满足实际现场应用要求,制约了该型光源的拓展性推广使用。鉴于存在的问题,提出了针对多管UV-LED的空间合理阵列排布光学设计方案,以实现空间能量累加且控制辐照面的光斑尺寸、辐照度、后工作距离等光学指标,经过Light-Tools软件的优化设计与光学仿真模拟分析,证明了文中给出的点、线、面光固化光源系统设计方案合理、可行,为大功率UV-LED的拓展性应用研究提供了可靠的实验依据与可行性分析。     

基于自由曲面设计的LED光源系统光束准直研究

为了提高LED灯具效率和照明系统光效,提出了一种对光源光束进行准直设计的自由曲面透镜设计方法。基于LED的朗伯型光强分布特性,采用MATLAB进行全内反射(TIR)透镜自由曲面的数据计算,将获得的样条曲线导入SolidWorks中生成三维TIR结构,最后利用TracePro对TIR透镜进行光线追迹。准直模拟结果表明,光源的能量利用率在90.5%以上,光束的发散半角控制在±1.9°以内,得到了较好的准直效果,实现了较高的能量利用率。     

基于光线追迹非同轴激光雷达重叠因子影响因素的分析研究

重叠因子是影响激光雷达系统探测近距离大气的一个关键因素,对其进行精确计算有利于获得更准确的探测结果. 为此,提出了一种通过光线追迹获得非同轴激光雷达系统重叠因子的仿真方法. 该方法利用ZEMAX分别对载入真实机械结构的发射系统和望远镜接收系统进行光线追迹,确定出同一距离处激光强度分布和望远镜的视场函数分布,通过计算重叠区域被望远镜视场函数加权后的激光强度占激光总强度的比例,可得到该距离处的重叠因子,最后通过不同距离处的重叠因子拟合出完整的重叠因子廓线. 此外,利用此方法对一套激光雷达系统进行了几何因子廓线仿真,并分析了系统轴间距、光轴失调角度、激光发散角、望远镜视场角以及次镜机械遮挡对系统重叠因子廓线的影响. 仿真结果表明当激光光轴偏离望远镜光轴的角度等于望远镜视场角和激光发散角差值的1/2时,远场的重叠因子不能达到1,这对激光雷达系统的设计和安装提出了更高的要求.      

弯曲LED矩形阵列的光斑特性

引入弯曲度的概念建立了弯曲LED矩形阵列的模型,利用非相干光的叠加原理推导出计算弯曲LED矩形阵列的光斑半径公式、发散角公式和照度公式。研究了弯曲度对照度峰值、光斑半径、发散角的影响;通过计算得出:当弯曲度为0时照度峰值为158.3 lx,随着弯曲度的增加照度峰值逐渐增大,当弯曲度增加到0.25时照度峰值增加为168.74 lx;当弯曲度为0时,光斑半径为1.847 m,随着弯曲度的增加光斑半径逐渐减小,当弯曲度增加到0.25时光斑半径减小为1.775 m;当弯曲度为0时发散角为19°,随着弯曲度的增加发散角逐渐减小,当弯曲度增加到0.25时发散角减小为18°;计算结果表明阵列面的弯曲对照度、光斑半径、发散角都有明显的汇聚作用;结果的获得在理论上和方法上为利用弯曲LED矩形阵列来实现照明设计提供依据,弥补了之前在研究LED阵列中阵列面仅限于平面的不足。     

线性调频连续波雷达双通道距离改进系统

线性调频连续波雷达的差拍中频信号包含被探测目标的距离信息.为了更好地从线性调频连续波雷达的同波中提取出较远距离的目标信息,从电磁波在空间传播衰减情况以及脉压信号能量的大小与回波延时时间的关系两个方面,仿真论证了影响线性调频连续波雷达的探测距离的原因,并基于仿真结果提出了一种以DDS为线性调频信号源的双通道线性调频连续波雷达系统.通过用MATLAB软件进行仿真,得到在相同的工作环境下雷达探测距离从传统线性调频连续波雷达系统的45km提高到双通道系统的135km,超出传统线性调频连续波雷达系统距离的2倍以上,对工程实践具有指导意义.     

EBPSK调制脉冲雷达信号的探测性能

研究了EBPSK(extended binary phase shift keying)调制脉冲雷达信号的探测性能.首先分析了该雷达系统信号在几种情况下基于CFAR(constant false alarm rate)的目标检测概率,表明在未知目标距离情况下,EBPSK调制雷达信号的探测性能优于传统LFM雷达信号的探测性能,在短波信道中,EBPSK脉冲雷达信号不存在多普勒频扩.该信号的模糊函数是对称的,所以不存在距离-多普勒耦合效应.其次,EBPSK调制雷达系统的调制器灵活多变,可根据要求设置不同的调制参数以改变信号的测距精度与目标探测性能.最后,通过仿真实验验证了理论分析的合理性,在较大脉冲回波时延估计误差的前提下,EBPSK信号的脉冲压缩性能高于LFM的脉冲压缩性能,且获得相同的探测性能,当时延大于0.05μs时,EBSPK脉冲雷达信号所需SNR比LFM脉冲雷达信号要少;当时延为0.5μs时,EBSPK脉冲雷达信号所需SNR比LFM脉冲雷达信号少25 d B.     

雷达信号处理建模与仿真及其GUI的动态实现

文章针对现代雷达信号处理的主要方式,建立了雷达信号处理仿真的数学模型,其中包括数字化正交解调、脉冲压缩技术、动目标检显示、动目标检测以及恒虚警处理等。根据数学模型．用Matlab软件对某脉冲压缩雷达信号处理系统进行了仿真,得到了雷达系统中各个处理点上的具体信号形式,并用图形用户界面（GUI）来动态显示雷达信号处理过程,使仿真结果表现得更直观。     

一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析

基于空间光通信中的卡塞格伦光学天线的重要性,文中介绍了一种典型的卡塞格伦光学天线设计,利用CODE-V软件进行了仿真,并分析了发散角（半角）为2.8263o的点光源在卡塞格伦光学天线中传输的特点。最后,利用MATLAB软件仿真了发射光束发散角与点光源偏离焦点距离之间的关系图。     

超高频雷达基于河流回波的通道校准算法

针对河流探测的超高频雷达系统,提出了一种利用河流回波信号校准阵列通道的算法.单站超高频雷达垂直于河道方向的径向流速为0m/s,其回波信号对应多普勒谱图的布拉格频点处,利用该频点可以对通道进行校准.这里研究了利用布拉格频率处的回波谱对超高频雷达系统进行通道校准的方法,实测数据处理结果表明,该方法对空间谱估计性能的改善十分明显,大幅提高了信号到达角估计的准确性.     

基于探地雷达的粮仓探测技术研究

针对粮仓的特殊应用环境,从雷达探测品质因子出发,根据粮仓仓底散射截面特性,结合粮食介质的衰减因子,推导出雷达最大探测深度计算公式,并对影响探测深度的因素进行了仿真分析.依据本文的计算方法选取合适的雷达系统和发射频率进行了探仓实验,准确地探测了储粮深度.     

强电磁脉冲对雷达接收机的天线耦合分析

针对强电磁脉冲可以通过天线、线缆及孔缝耦合方式进入雷达系统并造成威胁的问题,对强电磁脉冲经由"前门"耦合进入雷达系统的干扰机制进行了分析,给出了电磁脉冲对雷达天线的能量耦合公式,设计了雷达接收系统,并就强电磁脉冲对雷达接收机的干扰影响进行ADS仿真分析,最后提出了相应的抗电磁脉冲的防护措施.     

基于互补序列码的超宽带搜救雷达信号处理

根据超宽带雷达目标特性建立了人体探测模型,并利用互补序列码编码的超宽带脉冲串信号对人体模型进行探测仿真.通过对比编码信号与非编码信号的探测结果和不同信噪比下互补码的探测结果,得出经互补序列码编码的超宽带雷达脉冲信号具有很好的抗噪声能力,是超宽带搜救雷达发射脉冲串的理想编码方式.     

基于OPAC的典型环境中气溶胶组分的光学特性分析

利用基于Mie散射理论的云和气溶胶粒子的光学特性软件(OPAC)在不同激光雷达探测波段对一般大陆(典型气溶胶组分:水溶性、不溶性和烟尘气溶胶)、沙漠(典型气溶胶组分:水溶性、核模态矿物、积聚模态矿物和粗模态矿物气溶胶)和洁净海洋(典型气溶胶组分:水溶性、积聚模态海盐和粗模态海盐)3种环境下的气溶胶光学参数(散射系数、光学厚度和激光雷达比)进行了仿真研究,分析了各环境中光学参数随气溶胶组分数浓度的变化规律以及各组分对光学特性的影响.结果表明消光系数和光学厚度在不同激光波段、不同环境下均随组分数浓度线性递增,在上述环境中对消光系数和光学厚度影响最大的组分依次为水溶性气溶胶、积聚模态矿物气溶胶和积聚模态海盐气溶胶.激光雷达比变化规律十分复杂,受探测波长及气溶胶组分的双重影响,一般大陆环境中非水溶性气溶胶在2个波段上的影响占主导地位;沙漠环境中,不同波段上积聚模态矿物气溶胶对激光雷达比的影响最大;洁净海洋环境中,积聚模态海盐气溶胶对激光雷达比的影响最强.     

可见光通信中白光LED 阵列光源的光功率分布研究

本研究提出了一种在考虑室内反射光影响条件下白光LED阵列光源的辐射模型,并对光辐射功率分布进行软件仿真,仿真结果表明室内一次反射脉冲和二次反射脉冲对光功率分布的影响是很大的。继而在考虑反射光的情况下,通过计算和仿真,给出了白光LED阵列的内部LED灯的分布和阵列之间的最佳位置分布。     

Raman-Mie激光雷达探测西安地区夏季气溶胶光学特性

采用Raman-Mie激光雷达探测了西安地区夏季气溶胶的光学特性,分析了消光系数、后向散射系数和雷达比在不同天气条件下的变化规律。实验结果表明,强降雨后,气溶胶消光系数在2~5km范围内递减,并在5km以上趋于稳定;相对于降雨前,降雨后低层气溶胶消光系数明显增大,而3km以上高度范围内雷达比减小。这可能是由雨后气溶胶沉降、底层水汽密度增加所引起的。统计结果表明,晴天无云时,2~3km范围内气溶胶的消光系数和雷达比均比较稳定,消光系数在0.2~0.3km-1之间,雷达比的平均值约为50sr;3~5km范围内消光系数和雷达比均随高度递减;5~8km范围内,消光系数和雷达比逐渐趋于稳定,消光系数和雷达比的平均值分别约为0.05km-1和20sr,表明此范围内仍有微量的气溶胶粒子存在。实验期间,水云的雷达比约为17sr。