收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于1.5μm单光子探测的机载偏振激光雷达

裘家伟  
【摘要】:自1971年偏振激光雷达诞生以来,其在大气探测中一直发挥着重要的作用。由于偏振激光雷达的双路探测属性,相对于普通大气探测激光雷达如能见度雷达和云雷达,它需求更高的系统稳定性。传统偏振激光雷达采用增加激光出射功率、增大望远镜接收面积的方法来提高探测信噪比,但由于技术和工艺限制,现阶段已达极限。本文采用1.5μm单光子探测的方案,提升系统的探测效率,降低探测噪声,大幅提升探测信噪比。并且利用1.5μm波段能够使用全光纤光路的优势,将偏振激光雷达进行小型化设计,研发机载平台雷达系统,旨在提升激光雷达可重部署能力,解决地基激光雷达视野受限的问题。本工作涉及三套1.5μm单光子探测激光雷达系统的研发:1、基于多模InGaAs/InP单光子探测器的气溶胶和云探测激光雷达;2、基于超导纳米线单光子探测器的偏振激光雷达;3、无人机载偏振激光雷达。本文的主要工作如下:1.研发了基于多模InGaAs/InP单光子探测器的气溶胶和云探测激光雷达。优化设计了InGaAs/InP单光子探测器的工作参数;提出了死时间和后脉冲几率修正算法,提升了动态响应范围和信噪比。多模探测器搭配商用150mm 口径望远镜,实现了大气气溶胶和云的高时空分辨率连续探测。数据显示多模系统具有穿透多层云进行探测的能力。对比实验中,使用了同一发射机,单/多模InGaAs/InP单光子探测器的接收机。对比结果显示:基于多模InGaAs/InP单光子探测器的雷达接收机可提高信噪比约5倍。2.研发了世界首台基于超导纳米线单光子探测器的1.5μm偏振激光雷达。该雷达充分发挥了超导纳米线单光子探测器的优点,实现了合肥市连续48小时大气气溶胶的浓度和退偏比高时空分辨率探测。实验中利用全光纤的优势,在接收机中搭建了时分复用模块,仅采用单通道探测器实现偏振雷达的正交回波信号的分时探测,消除了双路探测器效率波动带来的误差的同时节省了成本。此次实验成功记录了 2016年冬天合肥市发生的一次空气污染过程,并且监测到了建筑工地排放建筑扬尘的过程,证明了系统的污染源识别能力。3.研发了无人机载平台偏振激光雷达。该雷达采用全光纤光路和结构紧凑的发射接收机,搭配精密设计的机械、电学和热学模块,实现了重量23kg,尺寸60厘米×50厘米×45厘米的小型化封装。为了实现光学稳定性,该雷达的望远镜从选材、结构设计、温度控制方面进行了综合优化,保证了轻量化和稳定性。为了验证雷达对目标的偏振识别性能,该雷达首先在地面扫描平台上实现了大楼的强度和退偏振成像,角分辨率达1/800度。为了验证其目标识别性能,对多种典型空中障碍物进行退偏比探测实验。之后与北航无人直升机研究所合作,进行了雷达平台稳定性试验,改进磨合了无人直升机与偏振激光雷达的机械结构,解决了振动等难题。2019年春于河北廊坊进行了外场飞行扫描实验。无人直升机驱动雷达实现了水平扫描,获得了不同高度处、直径12km的大气气溶胶分布图像,并且通过退偏比识别出了多种空中障碍物,展现了该雷达在城市污染监测和保障飞行安全方面的能力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 ;最简结构实现最优性能,我国激光雷达研究引国际关注[J];传感器世界;2017年09期
2 田晓敏;刘东;徐继伟;王珍珠;王邦新;吴德成;钟志庆;谢晨波;王英俭;;大气探测激光雷达网络和星载激光雷达技术综述[J];大气与环境光学学报;2018年06期
3 卢乃锰;闵敏;董立新;郭建平;牛涛;刘洪利;毕研盟;王新;陈林;吴雪宝;;星载大气探测激光雷达发展与展望[J];遥感学报;2016年01期
4 宋跃辉;时丽丽;王玉峰;鲁雷雷;华灯鑫;;气溶胶激光雷达比的迭代反演[J];中国激光;2016年01期
5 郭商勇;胡雄;闫召爱;程永强;郭文杰;;国外星载激光雷达研究进展[J];激光技术;2016年05期
6 熊兴隆;李猛;蒋立辉;冯帅;庄子波;;多次散射的卷云激光雷达比反演方法研究[J];光电子.激光;2014年06期
7 张亚宜;赵嶷飞;;反演卷云激光雷达比的新方法[J];光电子.激光;2013年09期
8 曹开法;汪少林;王珍珠;谢军;苏嘉;赵培涛;胡顺星;;激光雷达常数的测量研究[J];激光与红外;2008年05期
9 王向川,饶瑞中;大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达比[J];中国激光;2005年10期
10 杨洋;激光雷达在大气测量中的应用[J];现代物理知识;2001年03期
11 傅便翔;;激光雷达有利于环境研究[J];激光与光电子学进展;1992年09期
12 张鸿喜;赵世明;;激光雷达传感器功能仿真方法研究[J];舰船电子工程;2019年12期
13 洪光烈;李嘉唐;王建宇;李虎;王一楠;孔伟;;0.94μm差分吸收激光雷达地基工作的进展[J];红外与激光工程;2019年12期
14 郝哲;;十九年深耕 国产激光雷达比肩巨头——访北科天绘总经理张智武[J];中国测绘;2019年09期
15 ;大陆固态3D闪光激光雷达推向商用车市场[J];汽车与配件;2019年21期
16 刘群;刘崇;朱小磊;周雨迪;乐成峰;白剑;贺岩;毕德仓;刘东;;星载海洋激光雷达最佳工作波长分析[J];中国光学;2020年01期
17 徐沛拓;陶雨婷;刘志鹏;刘群;崔晓宇;周雨迪;刘崇;刘东;;海洋激光雷达实验与仿真结果的对比[J];红外与激光工程;2020年02期
18 李发帝;吕长彬;钱尼文;;大气环境遥感监测激光雷达产品技术浅析[J];科技风;2020年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄建平;;激光雷达对气溶胶和云辐射效应的探测研究[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
2 陈玉宝;柴秀梅;高玉春;;云气溶胶激光雷达研制[A];第31届中国气象学会年会S1 气象雷达探测技术研究与应用[C];2014年
3 杨辉;赵雪松;孙彦飞;王铁栋;薛向锋;庆丰;;多波长偏振激光雷达重叠系数的校正[A];第十六届全国光学测试学术交流会摘要集[C];2016年
4 白建博;;可实现实时的三维数据采集的激光雷达[A];上海市激光学会2015年学术年会论文集[C];2015年
5 赵弋峰;韩香娥;王芳芳;;基于扫描振镜激光雷达的运动目标定位与跟踪[A];国防光电子论坛第二届激光雷达成像探测技术及应用研讨会论文集[C];2015年
6 陈晓清;庄钊文;马君国;付强;;相干激光雷达距离像距离反常的机理及抑制方法[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
7 李琦;夏志伟;丁胜晖;王骐;;一种基于非局部均值的激光雷达距离像去噪算法[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 夏志伟;李琦;王骐;;基于卡尔曼滤波的相干激光雷达距离像复原仿真研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
9 周明;李琦;王骐;;几种激光雷达强度像边缘检测算法性能评价[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 赵朝方;李晓龙;马佑军;齐敏珺;;多通道海洋激光雷达机载实验初步分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 裘家伟;基于1.5μm单光子探测的机载偏振激光雷达[D];中国科学技术大学;2020年
2 郑朝阳;地基激光雷达网数据质量控制方法的研究[D];中国科学技术大学;2020年
3 张欣婷;激光雷达三维形貌测量系统关键技术研究[D];长春理工大学;2015年
4 刘钊;无人车2D激光雷达结构化环境感知技术研究[D];国防科学技术大学;2013年
5 满其霞;激光雷达和高光谱数据融合的城市土地利用分类方法研究[D];华东师范大学;2015年
6 刘秉义;车载测风激光雷达性能优化和风场反演[D];中国海洋大学;2008年
7 贾晓东;1.55μm相干测风激光雷达样机的研制[D];中国科学技术大学;2015年
8 韩飞;皮米级带宽滤光技术及其在全天时瑞利测风激光雷达中的应用[D];中国科学技术大学;2020年
9 王强;基于激光雷达数据与多角度遥感模型的森林参数反演研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
10 王宏;煤矿机器人激光雷达与惯性传感器导航理论及实验研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高爱臻;扫描激光雷达的系统研制及应用研究[D];南京信息工程大学;2015年
2 刘岩;车载激光雷达的建模及应用研究[D];吉林大学;2020年
3 胡鹏;增益调制成像激光雷达弱信号检测的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 龙强;基于激光雷达的低层大气光学特性探测研究[D];南京信息工程大学;2012年
5 何姜;增益调制型无扫描成像激光雷达的原理与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 陈骁;成像激光雷达目标特征提取与识别方法研究[D];国防科学技术大学;2015年
7 李丹;基于地基扫描与机载成像激光雷达的森林参数反演研究[D];西南林业大学;2012年
8 张小雪;提高星载激光雷达海面风速探测精度的研究[D];中国海洋大学;2012年
9 高峰;成像激光雷达系统仿真及实验研究[D];长春理工大学;2012年
10 杨超;双通道动态三维成像激光雷达的系统研究[D];浙江大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 丁媚英;3D可视型激光雷达[N];中国环境报;2015年
2 苗珊珊 张铁柱 本报记者 付毅飞;他弃文从理,研制出中国首部激光雷达[N];科技日报;2020年
3 全媒体记者 解友财;走航监测+激光雷达助力污染防治攻坚[N];日照日报;2020年
4 记者 唐益 缪晓剑;“激光雷达+无人机”锁定污染区域[N];中山日报;2019年
5 南方日报记者 郜小平;自动驾驶企业在中国遇冷?[N];南方日报;2019年
6 记者 孙江宇 曲原;我市启用激光雷达走航车[N];营口日报;2020年
7 本报记者 刘晓慧;应从国家层面尽快启动“激光雷达计划”[N];中国矿业报;2020年
8 特派两会记者 许勇;应尽快部署和实施“激光雷达计划”[N];中国黄金报;2020年
9 实习记者 卢子建;激光雷达成探测海洋更深处的“眼睛”[N];科技日报;2020年
10 记者 杜兰;北汽新能源研发固态激光雷达[N];首都建设报;2019年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978