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A High-Resolution Calibration method for Timeto-Digital Converter of Lidar

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Chinese Journal of Electronics 2024年

作者： Ruqing LIU Feng LI jingguo zhu Yan JIANG Chenghao JIANG Tao HU Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences

High-resolution time-to-digital converter(TDC) finds major applications in light detection and rang ing(Lidar) systems as one of the high precision time measuring techniques. In this work, a high-resolution TDC i designed and implemented on a Xilinx FPGA board. For precision time measurements, the proposed TDC uses an in ternal tapped delay chain written in Verilog. The TDC circuit measurement errors are examined and calibrated fol lowing several principles of error reduction techniques to meet the specific demand for the high-precision Lidar range Experiments have shown that the suggested calibration TDC has higher performance, achieving sub 35 ps resolution The design is fully customizable and implemented as a set of separate IP cores. This allows for easy implementation and meets the requirements of the present-day pulse Lidar systems.

关键词：

ArF准分子激光器脉冲参数高精度在线测量系统设计与实现

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红外与激光工程 2024年第6期53卷 71-80页

作者：赵万琦江锐冯泽斌许泽郭宁蒋衍朱精果中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 北京科益虹源光电技术有限公司北京100176

保持激光光源输出能量稳定是光刻的关键环节,需要对深紫外准分子光源脉冲参数进行高精度在线测量。传统的准分子激光器能量测量装置多工作于低重复频率,针对高重频准分子激光器脉冲测量需求,设计了激光脉冲参数在线测量系统,使用峰值保... 详细信息

保持激光光源输出能量稳定是光刻的关键环节,需要对深紫外准分子光源脉冲参数进行高精度在线测量。传统的准分子激光器能量测量装置多工作于低重复频率,针对高重频准分子激光器脉冲测量需求,设计了激光脉冲参数在线测量系统,使用峰值保持电路配合模数转换器实现脉冲能量采集,通过建立并仿真峰值保持电路寄生等效模型,优化了高重频准分子激光脉冲峰值保持电路设计方法。所设计的系统在193nm ArF准分子光源平台上测试,实现了准分子光源脉冲参数的在线提取和能量实时高精度测量。经测试,光源在6kHz频率时,系统能量测量值相对于标准能量计的平均相对误差为0.22%,最大相对误差为0.56%,线性度为99.83%,为光刻深紫外准分子光源脉冲参数在线高精度测量系统的实际应用做了有益探索。

关键词：能量探测在线测量准分子激光脉冲参数线性度

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单光子激光雷达技术发展现状与趋势

光电工程 2024年第3期51卷 6-27页

作者：赵浴阳周鹏飞解天鹏姜成昊蒋衍赵政伟朱精果中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

随着单光子探测器件及技术的快速发展,具有光子级高灵敏度探测能力的单光子激光雷达已成为研究热点,并在遥感测绘、智能驾驶和消费电子等领域发挥日益重要的作用。本文聚焦于采用单光子雪崩光电二极管探测器的激光雷达技术与系统,介绍... 详细信息

随着单光子探测器件及技术的快速发展,具有光子级高灵敏度探测能力的单光子激光雷达已成为研究热点,并在遥感测绘、智能驾驶和消费电子等领域发挥日益重要的作用。本文聚焦于采用单光子雪崩光电二极管探测器的激光雷达技术与系统,介绍了脉冲累积、编码调制和啁啾调制三种单光子激光雷达探测原理。考虑到单光子探测器与处理算法的重要性,概述了单光子探测器的发展现状,以及典型的信号处理算法,并梳理了单光子激光雷达在远距离探测、复杂场景探感、星载/机载测绘遥感、智能驾驶导航避障和消费电子3D感知等领域的应用情况和典型系统实例。最后,分析展望了单光子激光雷达技术在器件、算法、系统和应用领域的未来发展趋势及面临的潜在挑战。

关键词：激光雷达信号处理光子计数单光子雪崩光电二极管

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数字混沌激光雷达

集成技术 2024年第2期13卷 29-38页

作者：胡志宏朱精果姜成昊中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

混沌激光雷达具有分辨率高、抗干扰和隐蔽性强的优点,然而受限于混沌光源的功率、线性探测器的灵敏度以及硬件带宽,其在远距离探测方面存在瓶颈。为解决这一问题,该文提出了数字混沌激光雷达(digital chaos LiDAR)的概念,并进行了理论... 详细信息

混沌激光雷达具有分辨率高、抗干扰和隐蔽性强的优点,然而受限于混沌光源的功率、线性探测器的灵敏度以及硬件带宽,其在远距离探测方面存在瓶颈。为解决这一问题,该文提出了数字混沌激光雷达(digital chaos LiDAR)的概念,并进行了理论分析与仿真验证。通过蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真,该文研究了连续混沌激光雷达(continuous-wave chaos LiDAR)、脉冲混沌激光雷达(pulsed chaos LiDAR)与数字混沌激光雷达的探测概率、虚警概率与探测距离。仿真结果表明,在探测概率大于95%,虚警概率小于5%的置信区间内,数字混沌激光雷达的探测距离相比连续混沌激光雷达与脉冲混沌激光雷达分别提高了约35倍与8倍。得益于单光子探测器的超高灵敏度与数字化输出,数字混沌激光雷达有望在远距离目标探测成像方面获得广泛应用。

关键词：混沌激光数字混沌激光雷达蒙特卡洛单光子探测器

基于GaNFET的窄脉冲激光驱动设计及集成

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电子与封装 2024年第5期24卷 79-84页

作者：胡涛孟柘李锋蒋衍胡志宏刘汝卿袁野朱精果中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京101408

激光雷达的整机性能与激光脉冲的驱动性能密切相关,现有的窄脉冲激光驱动设计主要基于Si基器件,具有较高的集成度,但很难获得更高峰值的功率输出,不能很好地匹配脉宽进一步缩窄的要求。从驱动理论出发,建立驱动电路模型,对寄生电感、器... 详细信息

激光雷达的整机性能与激光脉冲的驱动性能密切相关,现有的窄脉冲激光驱动设计主要基于Si基器件,具有较高的集成度,但很难获得更高峰值的功率输出,不能很好地匹配脉宽进一步缩窄的要求。从驱动理论出发,建立驱动电路模型,对寄生电感、器件封装、驱动布局等影响激光窄脉宽的因素进行分析,通过裸芯片封装、环路布局优化以及多层叉指结构等的设计,匹配GaNFET优良的开关特性,实现了上升时间为2.01ns、脉宽为4.05ns、重复频率为500kHz、峰值功率为55W的窄脉冲激光输出,波形质量较好,封装集成度提升50%以上,可为下一代高精度、远距离、阵列集成激光雷达系统的开发奠定基础。

关键词：窄脉冲驱动 GaNFET 激光雷达裸芯片封装分离式放电环路多层叉指结构

Application of Maximum Entropy Theorem in Channel Estimation

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Chinese Journal of Electronics 2020年第2期29卷 361-370页

作者： ZHANG Zhengyu LOU Jinming JIN Mengdi YAO Yuan zhu jingguo Beijing University of Posts and Telecommunications Institute of Microelectronics Chinese Academy of Sciences

Scholars have been highly concerned with the blind channel estimation of multi-carrier modulation transmission systems, and the decoding process of block codes is usually closely related to channel ***, the accurate estimation of channel parameters is an important method to ensure communication accuracy. According to the transmission characteristics of multi-carrier modulated transmission channels, this paper uses the maximum likelihood theorem and the maximum entropy theorem to put forward a blind channel estimation method based on the proposed received signals. In order to verify the effect of this method, this research utilizes the BP decoding algorithm, which is used in LDPC coding, to calculate the symbol error rate and analyze the estimated effect of the transmission system. The simulation results show that the proposed method can estimate channel parameters effectively, and that the symbol error rate of LDPC decoding is almost similar to that of non-blind channel estimation. This implies that the proposed channel estimation method can effectively improve both channel utilization and transmission efficiency.

关键词： Multi-carrier modulation transmission Blind channel estimation Maximum entropy theorem Maximum likelihood theorem

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无人机自组网络通信体系结构系统设计

高技术通讯 2010年第6期20卷 551-557页

作者：徐志明朱精果中国科学院光电研究院北京100190 中国科学院研究生院北京100049 中国酒泉卫星发射中心酒泉732750

针对现有移动自组网(MANETs)TCP/IP五层体系结构通信效率低、不适合高动态交互式应用的问题,进行了无人机自组网新型通信体系结构研究。首先设计了具有代表性的应用场景,结合无人机自组网的特点,对通信体系需求进行分析,在此基础上,系... 详细信息

针对现有移动自组网(MANETs)TCP/IP五层体系结构通信效率低、不适合高动态交互式应用的问题,进行了无人机自组网新型通信体系结构研究。首先设计了具有代表性的应用场景,结合无人机自组网的特点,对通信体系需求进行分析,在此基础上,系统设计了通信体系结构。该结构采用具有动态认识、管理和维护功能的认知平面和具有高效数据通信功能的数据平面并行交互,其中,认知平面运用认知无线电等技术,包括发现引导、拓扑控制、移动测量和信道监控等功能模块;数据平面运用多重无线电等技术,包括高速智能的PHY层、可靠组播通信层和任务关键性的任务层等。对各层的关键技术进行了分析,并通过仿真演示说明了体系结构的可行性。该体系结构也适用于其它移动平台自组网。

关键词：无人机自组网络通信体系结构认知系统设计

Carbon Emission Effects Driven by Evolution of Chinese Dietary Structure from 1987 to 2020

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Chinese Geographical Science 2024年第1期34卷 181-194页

作者： zhu Yuanyuan ZHANG Yan zhu Xiaohua Key Laboratory of Geographic Process Analysis&Simulation Hubei Province Central China Normal UniversityWuhan430079China Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chinese Academy of SciencesBeijing100101China

Exploring carbon emission effects based on the evolution of residents’ dietary structure to achieve the carbon neutrality goal and mitigate climate change is an important *** study took China as the research object(data excluding Hong Kong,Macao and Taiwan) and used the carbon emission coefficient method to quantitatively measure the food carbon emissions from 1987–2020,then analyzed the carbon emission effects under the evolution of dietary *** results showed that during the study period,the Chinese dietary structure gradually changed to a high-carbon consumption *** dietary structure of urban residents developed to a balanced one,while that of rural residents developed to a high-quality *** the study period,the per capita food carbon emissions and total food consumption of Chinese showed an increasing *** per capita food carbon emissions of residents in urban and rural showed an overall upward *** total food carbon emissions in urban increased significantly,while that in rural increased first and then *** influence of beef and mutton on carbon emissions is the highest in dietary *** with the balanced dietary pattern,the food carbon emissions of Chinese residents had not yet reached the peak,but were evolving to a high-carbon consumption pattern.

关键词： dietary structure structural evolution carbon emission effects carbon neutrality China

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外界应力对熔石英激光损伤性能的影响研究

中国激光 2022年第21期49卷 41-45页

作者：朱景国徐振源田野张鑫杨英郑胜亨韩伟中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

高功率激光系统的熔石英真空隔窗作为分隔大气环境和真空环境的重要窗口,其因两侧气压差而承受一个大气压的压力。为了研究外界应力对熔石英真空隔窗的激光损伤性能的影响,通过1-on-1方法测试了不同压强(10~50 MPa)下熔石英351 nm激光... 详细信息

高功率激光系统的熔石英真空隔窗作为分隔大气环境和真空环境的重要窗口,其因两侧气压差而承受一个大气压的压力。为了研究外界应力对熔石英真空隔窗的激光损伤性能的影响,通过1-on-1方法测试了不同压强(10~50 MPa)下熔石英351 nm激光损伤产生阈值和初始损伤点尺寸,通过R-on-1的方法测试了有、无外界应力时的损伤增长阈值。研究发现,0~50 MPa的张应力不影响熔石英损伤产生阈值和初始损伤点尺寸,有、无应力下损伤产生阈值的差值不及最小值的4.1%,初始损伤尺寸的平均值的差值不及最小值的5.5%;0~50 MPa的张应力也不影响损伤增长阈值,有、无应力下损伤增长阈值的平均值的差值不及最小值的1%。研究结果为解决高功率激光装置中真空隔窗的激光损伤问题提供了重要的实验支撑。

关键词：激光技术激光损伤熔石英机械应力损伤产生阈值损伤增长阈值