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多参数激光告警中光功率测量电路设计

激光杂志 2024年第9期45卷 19-25页

作者：牛家麒张瑞张卓奇武振涛王志斌李孟委中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心太原030051

为了实现多参数激光告警中激光在不同波长、不同方向下光功率的准确测量,设计了一种光功率检测电路。该电路主要由光电探测模块和A/D采集模块两部分组成。光电探测模块由光电二极管和运放OPA2846组成,A/D采集模块是由AD9220模数转换电路... 详细信息

为了实现多参数激光告警中激光在不同波长、不同方向下光功率的准确测量,设计了一种光功率检测电路。该电路主要由光电探测模块和A/D采集模块两部分组成。光电探测模块由光电二极管和运放OPA2846组成,A/D采集模块是由AD9220模数转换电路和FPGA接口电路共同构成的。来袭的连续激光经过光电探测模块将光信号转化为电压信号,电压信号经过A/D采集模块后转换为数字信号,通过接口电路传到FPGA,FPGA再根据激光告警系统获得的来袭激光波长和方向对光功率进行修正和显示,同时用光功率计进行定量标记,在满足光电二极管的线性响应范围内,可得出光功率与采集到的电压值之间呈线性关系。在不使用外置光衰减片的条件下,该电路实现了不同入射角在400 nm~1700 nm光谱范围内、0~60 mW功率范围内对光功率的测量,与标准功率计测得的结果对比误差小于0.5 mW。

关键词：光电二极管 OPA2846 AD9220 光功率计

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基于卡尔曼算法的激光告警自适应控制系统

激光杂志 2024年第5期45卷 62-68页

作者：张卓奇张瑞牛家麒薛鹏李孟委王志斌中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院太原030051

针对二维激光告警系统在极端环境下成像质量差的问题,设计了一种基于卡尔曼算法的自适应控制系统。采用两个InGaAs焦平面阵列探测器分别对来袭激光的角度进行精测和粗测,对卡尔曼算法进行推导优化和仿真验证,同时,基于改进后的卡尔曼算... 详细信息

针对二维激光告警系统在极端环境下成像质量差的问题,设计了一种基于卡尔曼算法的自适应控制系统。采用两个InGaAs焦平面阵列探测器分别对来袭激光的角度进行精测和粗测,对卡尔曼算法进行推导优化和仿真验证,同时,基于改进后的卡尔曼算法,通过FPGA实现两个探测器的自适应积分控制,达到系统输出自适应控制的目的。结果显示,精测的卡尔曼预测平均误差为0.56%,粗测的卡尔曼预测平均误差为0.78%,在532 nm的模拟光源照射下,自适应控制系统在极端光强下减少了欠曝和过曝的干扰,在不同光强下光斑大小稳定在55个像素左右。实验表明,自适应控制系统提高了激光告警系统在不同光强下的成像稳定性,对激光告警系统在恶劣环境下工作具有重要意义。

关键词：二维激光告警卡尔曼算法 FPGA 光电探测

基于FPGA的双目高精度宽波段激光告警系统

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计算机测量与控制 2024年第4期32卷 279-286页

作者：张卓奇张瑞牛家麒王志斌中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院太原030051

针对传统二维激光告警系统的光斑中心提取误差大、角度测量精度差和分辨率低的问题,设计了一种基于FPGA和InGaAs焦平面阵列探测器的高精度宽波段激光告警系统,对传统的Otsu(最大类间方差法)阈值分割算法进行了推导和优化,同时,基于改进... 详细信息

针对传统二维激光告警系统的光斑中心提取误差大、角度测量精度差和分辨率低的问题,设计了一种基于FPGA和InGaAs焦平面阵列探测器的高精度宽波段激光告警系统,对传统的Otsu(最大类间方差法)阈值分割算法进行了推导和优化,同时,基于改进后的算法,通过FPGA实现了光斑中心坐标提取以及方位角、俯仰角等参数的计算,并将结果传输至上位机实时监测;实验结果显示,相较于传统的阈值分割算法,改进后的Otsu算法使光斑中心提取精度达到了0.06个像素,改进后的激光告警系统角度测量平均误差为0.03°,角度分辨率达到0.05°;实验表明,双目高精度宽波段激光告警系统达到了实际应用的要求,提高了系统测量的角度分辨率和精度,对光电探测和激光告警领域的工作具有一定的意义。

关键词：二维激光告警 Otsu FPGA 光斑中心提取光电探测

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高精度激光告警参数提取算法

应用光学 2023年第6期44卷 1258-1264页

作者：张子暄张瑞张卓奇牛家麒郝瑞昌王志斌李孟委中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

激光告警系统通过提取来袭激光的相关参数进行告警定位,其角度定位精度直接与战场生存能力相关。为了有效提高激光告警系统的角度定位精度,基于光栅衍射型激光告警原理,提出一种高精度测量来袭激光参数的算法。对激光告警系统进行标定,... 详细信息

激光告警系统通过提取来袭激光的相关参数进行告警定位,其角度定位精度直接与战场生存能力相关。为了有效提高激光告警系统的角度定位精度,基于光栅衍射型激光告警原理,提出一种高精度测量来袭激光参数的算法。对激光告警系统进行标定,用高斯拟合法精确提取出衍射光斑标定图片的0级光斑中心,将来袭激光角度与对应角度的光斑中心进行拟合,根据拟合结果确定任意角度的光斑衍射图像对应的来袭激光角度参数。实验结果表明,方位角测量误差优于0.29°,俯仰角测量误差优于0.38°。该算法有效提高了激光告警系统的测算精度。

关键词：激光告警参数提取高斯拟合法曲面拟合

基于FPGA的激光告警中激光脉宽测量系统研究

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激光杂志 2022年第10期43卷 51-55页

作者：石金张瑞程亚昊吴琼杜伟豪牛家麒王志斌中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院太原030051 中北大学南通智能光机电研究院江苏南通710065

激光脉宽作为二维激光告警系统中的一个重要参数,便捷准确获得激光的脉宽信息在光电测量技术的研究中变得越来越重要。高速光电探测器的响应时间以及时间数字转换电路(TDC)的分辨率等参数指标直接影响着激光脉宽测量系统的测量精度和灵... 详细信息

激光脉宽作为二维激光告警系统中的一个重要参数,便捷准确获得激光的脉宽信息在光电测量技术的研究中变得越来越重要。高速光电探测器的响应时间以及时间数字转换电路(TDC)的分辨率等参数指标直接影响着激光脉宽测量系统的测量精度和灵敏度。针对微小型二维激光告警中对于军用激光脉冲宽度测量的需要,设计了高速光电探测电路,并且基于Xilinx Artix-7系列现场可编程门阵列(FPGA)芯片设计了以进位链为延时单元的皮秒级别分辨率的时间间隔测量系统来实现激光脉冲信号时间间隔的测量,该系统分别测量了脉冲激光器发出的从50 ns到2 000 ns的脉冲宽度,测量精度达到纳秒级别,测量波段800 nm~1 700 nm,时间数字转换电路最小延时单元66 ps。最后,通过与其他激光脉冲宽度测量方案对比体积小、结构简单,且该系统稳定性和脉宽测量精度均能达到了实际应用要求,可应用于微小型二维激光告警系统。

关键词：脉宽测量时间数字转换电路光电探测激光告警