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平动小目标光子探测回波特性及测距误差研究

物理学报 2022年第7期71卷 154-160页

作者：侯阿慧胡以华方佳节赵楠翔徐世龙国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037 国防科技大学安徽省电子制约技术重点实验室合肥230037

针对远距离运动目标的光子测距问题,建立了运动目标的光子探测回波概率分布模型,给出了适用于任意目标的光子探测蒙特卡洛模型.通过实验对比,验证了蒙特卡洛仿真模型的正确性.进一步分析了一个探测周期内的平动小矩形目标激光回波和光... 详细信息

针对远距离运动目标的光子测距问题,建立了运动目标的光子探测回波概率分布模型,给出了适用于任意目标的光子探测蒙特卡洛模型.通过实验对比,验证了蒙特卡洛仿真模型的正确性.进一步分析了一个探测周期内的平动小矩形目标激光回波和光子回波概率分布变化规律,讨论了光子测距误差与目标平动速度间的关系.结果表明:光斑直径为2.5 m、目标尺度为1 m时,距离漂移在速度为25 m/s取到极大值6.72 cm,是扩展目标距离漂移的1/2倍;随着平动速度的增加,以出光斑为界,距离漂移先增大后保持稳定不变.本文提出的方法可进一步扩展到其他形状、材质、姿态、运动目标的光子探测,研究结果为运动目标的光子测距的校正和性能的提升提供了理论依据.

关键词：光子测距运动目标距离漂移蒙特卡洛

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低信噪比条件下光子探测回波信息恢复方法研究

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中国激光 2023年第10期50卷 186-191页

作者：赵楠翔胡以华侯阿慧方佳节孙万顺国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 国防科技大学电子制约技术安徽省重点实验室安徽合肥230037

受光子探测概率和探测器死时间的影响,多次累积得到的光子探测概率分布信号相对于真实目标回波信号往往会产生畸变,影响准确目标信息的提取。为此开展低信噪比条件下光子探测回波信息恢复方法研究,基于光子探测回波模型,提出基于局部退... 详细信息

受光子探测概率和探测器死时间的影响,多次累积得到的光子探测概率分布信号相对于真实目标回波信号往往会产生畸变,影响准确目标信息的提取。为此开展低信噪比条件下光子探测回波信息恢复方法研究,基于光子探测回波模型,提出基于局部退火的目标回波粒子群优化算法。仿真结果表明,不同信噪比条件下目标回波信号恢复性能的稳定性较好,在仿真条件下,算法得到的回波信号与真实回波信号的差异度控制在0.005以下,测距误差保持在3.4 cm以下。实验结果表明,该算法也能较好地恢复纵深目标信息,得到的目标纵深距离信息误差为3.45 cm。

关键词：遥感光子探测信息恢复波形畸变测距误差目标回波

193 nm激光对MgF_(2)窗口材料的损伤特性研究

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Journal of Central South University 2023年第5期30卷 1469-1476页

作者：王玺李欣赵楠翔胡以华李刚邹路玮周喻 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology College of Electronic CountermeasureNational University of Defense TechnologyHefei 230037China Anhui Laboratory of Advanced Laser Technology College of Electronic CountermeasureNational University of Defense TechnologyHefei 230037China Institute of Solid State Physics Hefei Institutes of Physical ScienceChinese Academy of SciencesHefei 230031China School of Physics and Electronics Central South UniversityChangsha 410083China Hunan Key Laboratory of Nanophotonics and Devices Central South UniversityChangsha 410083China Powder Metallurgy Research Institute and State Key Laboratory of Powder Metallurgy Central South UniversityChangsha 410083China

随着光刻技术和低温硅退火等大能量、高功率紫外激光系统的发展,激光装置中窗口材料面临的紫外激光诱导损伤的问题越来越得到重视。MgF_(2)窗口是紫外波段难以替代的光学窗口材料,具有比CaF_(2)更优的紫外透光率、更低的折射率和更高的... 详细信息

随着光刻技术和低温硅退火等大能量、高功率紫外激光系统的发展,激光装置中窗口材料面临的紫外激光诱导损伤的问题越来越得到重视。MgF_(2)窗口是紫外波段难以替代的光学窗口材料,具有比CaF_(2)更优的紫外透光率、更低的折射率和更高的硬度等优点,因而在高功率紫外激光器、深紫外探测器、光电探测和对抗领域具有重要的应用。研究激光对MgF_(2)窗口材料的损伤机制对推动其在光学领域的应用至关重要。本文通过扫描电镜分析MgF_(2)窗口材料在193 nm紫外激光(2.8 J/cm^(2))辐照下出现的裂纹和凹坑等损伤形貌,随着激光脉冲数和能量的增加,MgF_(2)窗口材料的后表面损伤程度呈指数级增加,窗口材料的后表面损伤程度比前表面更加严重。利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法对193 nm激光辐照MgF_(2)窗口材料内部的激光电场分布进行了计算。模拟发现无论缺陷在前表面还是后表面,电场强度的峰值都出现在后表面附近,后表面更容易被损伤,这与实验结果吻合;缺陷在激光辐照过程中会导致光场的局域调制,增强吸收,同时降低材料表面的机械强度。

关键词： 193 nm准分子激光器 MgF_(2)窗口激光诱导损伤三维时域有限差分法

基于激光雷达通道线扫描特点的单光子去噪算法

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激光与光电子学进展 2022年第12期59卷 106-112页

作者：魏硕赵楠翔胡以华李敏乐孙万顺国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037

光子计数激光雷达数据中噪声点云过多的问题严重制约了光子雷达的实际应用,为了解决该问题,针对推扫式光子雷达探测体制和光子点云数据分布的特点,提出一种去噪方法。首先根据点云数据集的空间分布设定密度阈值进行粗去噪;然后计算探测... 详细信息

光子计数激光雷达数据中噪声点云过多的问题严重制约了光子雷达的实际应用,为了解决该问题,针对推扫式光子雷达探测体制和光子点云数据分布的特点,提出一种去噪方法。首先根据点云数据集的空间分布设定密度阈值进行粗去噪;然后计算探测激光束的斜率,将剩余数据划分成不同区间,再结合最大密度点设定距离阈值,对各区间进行进一步去噪;最后针对部分区间使用统计滤波进行最终去噪。实验结果显示,所提方法对试验区目标点云的识别率达98.2%,去噪率达93.8%,可以有效地去除光子数据中的噪声点云,较为完整地保留信号点云。

关键词：图像处理激光技术光子雷达去噪统计滤波推扫式

2.79μm中红外激光对CMOS图像传感器的辐照效应研究

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红外与激光工程 2023年第6期52卷 386-392页

作者：王玺赵楠翔张永宁王毕艺董骁邹岩雷武虎胡以华国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 国防科技大学电子对抗学院先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 电磁空间安全全国重点实验室天津300308 北京航天控制仪器研究所北京100094

研究中红外波段激光对CMOS图像传感器的辐照效应,对探索空间态势感知系统光学成像器件的激光干扰和损伤条件具有重要军事意义。开展了不同重频下2.79μm中红外激光对CMOS图像传感器的干扰与损伤实验。观察到CMOS图像传感器的饱和、过饱... 详细信息

研究中红外波段激光对CMOS图像传感器的辐照效应,对探索空间态势感知系统光学成像器件的激光干扰和损伤条件具有重要军事意义。开展了不同重频下2.79μm中红外激光对CMOS图像传感器的干扰与损伤实验。观察到CMOS图像传感器的饱和、过饱和以及损伤产生的绿屏、彩色条纹、黑屏、亮线等一系列干扰损伤现象。同时测量了传感器各种辐照现象相对应的2.79μm中红外激光干扰损伤阈值,研究了图像传感器辐照效应与激光重频之间的内在关系,分析了2.79μm中红外激光对CMOS图像传感器的干扰损伤机理。研究表明,CMOS图像传感器的激光损伤主要以材料的热熔融为主,热效应明显。在激光重频10 Hz的辐照下,饱和干扰阈值为0.44 J/cm^(2)、过饱和阈值为0.97 J/cm^(2)、损伤阈值为203.71 J/cm^(2)。研究表明CMOS图像传感器具有很好的抗干扰和抗损伤能力,实验测得的相关阈值数据在空间激光攻防领域具有重要的参考价值。

关键词：中红外激光辐照效应 CMOS图像传感器损伤阈值

全光纤差分吸收激光雷达大气成分探测精度分析

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光学学报 2014年第3期34卷 14-18页

作者：高坡胡以华赵楠翔王勇李政解放军电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室电子制约技术安徽省重点实验室安徽合肥230037

为了提高全光纤差分吸收激光雷达的探测精度,研究近距离探测条件下使用光环形器的差分吸收激光雷达,这对提高气体探测精度具有重要的意义。分析了差分吸收激光雷达的探测精度与激光回波能量测量的关系,发现近距离条件下的气体探测精度... 详细信息

为了提高全光纤差分吸收激光雷达的探测精度,研究近距离探测条件下使用光环形器的差分吸收激光雷达,这对提高气体探测精度具有重要的意义。分析了差分吸收激光雷达的探测精度与激光回波能量测量的关系,发现近距离条件下的气体探测精度将会受到环形器"串音"的影响,分析了不同探测高度下串音对探测精度的影响程度。结合CO2浓度探测的实例并通过仿真计算,得到了信噪比与探测相对误差随探测高度的变化曲线。结果表明,环形器中存在的"串音"会干扰激光回波信号,对探测信噪比与精度产生严重影响。该研究对设计与完善全光纤差分吸收激光雷达系统具有重要的借鉴意义。

关键词：大气光学探测精度差分吸收环形器串音

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激光遥感成像信号与目标细特性关系研究

红外与激光工程 2006年第2期35卷 226-229页

作者：赵楠翔胡以华电子工程学院安徽合肥230037

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了激光遥感成像分辨率的影响因素,说明了传统处理方法仅利用回波时延和强度信息,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差。通过对激光遥感成像信号与地表目标细特性的... 详细信息

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了激光遥感成像分辨率的影响因素,说明了传统处理方法仅利用回波时延和强度信息,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差。通过对激光遥感成像信号与地表目标细特性的时空调制关系分析,探讨了地表高度分布与反射率分布特性对回波波形的不同影响,得到激光合成回波数学模型。分析信号反演方程的可解性,利用最小均方误差法得到地表细特性分布的反演结果。通过与传统分析方法得到的成像结果比较,证实该分析方法可以有效提高成像分辨率和成像精度。其中,关于目标细特性的分析提取方法是对激光遥感成像信号处理的开拓性研究。

关键词：激光遥感成像遥感信号处理反演

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激光遥感成像多回波合成算法

红外与激光工程 2008年第4期37卷 667-670,682页

作者：赵楠翔胡以华电子工程学院光电系

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了该成像分辨率的影响因素,说明了仅利用回波时延和强度信息的传统处理方法,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差。通过对激光遥感成像回波信号模型研究和沿飞行路... 详细信息

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了该成像分辨率的影响因素,说明了仅利用回波时延和强度信息的传统处理方法,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差。通过对激光遥感成像回波信号模型研究和沿飞行路径的多回波信号关系分析,得到了多次回波关系方程组。利用激光光斑子区域划分和多回波方程组求解,从合成回波信号中提取出子区域回波信息。对子区域回波通过波形分解拟合算法得到子区域地表高度分布信息。通过与传统分析方法得到的成像结果相比,证实该分析方法可以有效提高成像分辨率和成像精度。

关键词：激光遥感成像遥感信号处理反演

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基于激光雷达回波的飞机尾涡参量提取

光子学报 2013年第1期42卷 54-58页

作者：徐世龙胡以华赵楠翔脉冲功率激光技术国家重点实验室电子制约技术安徽省重点实验室(电子工程学院) 合肥230037

为了实现对飞机尾涡的有效监测,解决机场飞行安全与跑道容量受限的问题,提出了一种基于激光雷达回波的飞机尾涡参量提取算法.从尾涡的物理模型出发研究飞机尾涡的涡旋环量、径向速度分布等参量,对尾涡结构进行描述.依据尾涡参量的性质,... 详细信息

为了实现对飞机尾涡的有效监测,解决机场飞行安全与跑道容量受限的问题,提出了一种基于激光雷达回波的飞机尾涡参量提取算法.从尾涡的物理模型出发研究飞机尾涡的涡旋环量、径向速度分布等参量,对尾涡结构进行描述.依据尾涡参量的性质,给出了参量提取算法的设计流程,即对回波信号进行分解除噪等处理;通过选取门限确定正负速度包络,进而得到径向速度分布;利用径向速度分布反演得到涡核半径、涡核位置及涡旋环量等尾涡参量.最后以某型飞机的激光雷达探测实验数据为例进行了实例计算并与模型仿真结果进行对比,验证了该算法的有效性.

关键词：飞机尾涡激光雷达参量提取飞行安全跑道容量