星载激光雷达全球温室气体探测技术研究与展望

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作者 吴子童 郭丁 +4 位作者 陈橙 樊纯璨 竹孝鹏 刘继桥 陈卫标 《上海航天(中英文)》 CSCD 2024年第S1期73-84,共12页

气候问题已经成为人类需要采取紧急措施共同面对的一大挑战,温室气体的全球测量对于监测气候状况、了解排放变化等至关重要。激光雷达技术发展日趋成熟,在全球温室气体探测领域展现出巨大潜力。本文首先介绍了主动遥感在温室气体探测方... 气候问题已经成为人类需要采取紧急措施共同面对的一大挑战,温室气体的全球测量对于监测气候状况、了解排放变化等至关重要。激光雷达技术发展日趋成熟,在全球温室气体探测领域展现出巨大潜力。本文首先介绍了主动遥感在温室气体探测方面的优势,随后对当前国内外主要的星载温室气体探测激光雷达ASCENDS、A-SCOPE、MERLIN以及相关的方案进行了总结。最后介绍了国际上首个可以昼夜工作的星载激光雷达温室气体测量系统ACDL及其数据结果,并对未来的星载激光雷达在温室气体测量领域的发展进行了展望。 展开更多

关键词 温室气体 星载激光雷达 ACDL 积分路径差分吸收

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云对激光下行传输影响的仿真研究 被引量：6

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作者 胡秀寒 周田华 +1 位作者 朱小磊 陈卫标 《红外》 CAS 2015年第2期8-12,24,共6页

激光在云中传输时会出现能量降低、角度弥散、时间展宽和空间分散等现象。利用蒙特卡洛法研究了云的高度和厚度对激光下行传输的影响。在云厚度固定、云高度变化和云高度固定、云厚度变化两种情况下,分别仿真了激光透过云下行传输到海... 激光在云中传输时会出现能量降低、角度弥散、时间展宽和空间分散等现象。利用蒙特卡洛法研究了云的高度和厚度对激光下行传输的影响。在云厚度固定、云高度变化和云高度固定、云厚度变化两种情况下,分别仿真了激光透过云下行传输到海平面时的能量、角度、时域和空域分布。结果表明,当云厚度固定对,随着云高度的增加,到达海平面的激光脉冲半峰全宽和光斑尺寸明显增加,但是能量和角度分布基本保持不变;当云高度固定时,随着云厚度的增加,到达海平面的激光脉冲能量降低,角度分布先弥散后趋于稳定,半峰全宽增加,光斑尺寸先增大后趋于稳定。该研究为评价光通信系统的性能提供了一定的参考。 展开更多

关键词 光通信 蒙特卡洛法 云高度 云厚度

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人眼安全高重频窄脉宽单模全光纤激光器特性研究 被引量：7

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作者 张鑫 刘源 +3 位作者 贺岩 杨燕 侯霞 陈卫标 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期1105-1109,共5页

介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器。首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百k Hz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点,综合系统需求选择直接调制方式;之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象... 介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器。首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百k Hz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点,综合系统需求选择直接调制方式;之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象进行了研究,选用10μm纤芯的双包层铒镱共掺光纤,仅通过两级放大即获得了1 550 nm,重复频率为200 k Hz,脉冲宽度为4.07 ns,峰值功率为1.02 k W的单模激光输出。具有结构紧凑、稳定可靠的特点,可用于三维视频激光雷达。 展开更多

关键词 激光器 光纤光学 主振荡-功率放大 单模输出 三维成像

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直视合成孔径激光雷达自补偿高速空间波前调制器

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作者 李光远 孙建锋 +4 位作者 周煜 卢智勇 张国 许蒙蒙 张波 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期63-69,共7页

提出了一种直视合成孔径激光雷达的高速空间相位调制方法。将一束空间偏振光束分为两束同轴同心且正交偏振的光束。在交轨向,将两个光束调制成随时间正弦变化且变化方向相反的空间相位;在顺轨向,将两束光调制成具有符号相反曲率半径的相... 提出了一种直视合成孔径激光雷达的高速空间相位调制方法。将一束空间偏振光束分为两束同轴同心且正交偏振的光束。在交轨向,将两个光束调制成随时间正弦变化且变化方向相反的空间相位;在顺轨向,将两束光调制成具有符号相反曲率半径的相位,在慢时间轴上产生与目标顺轨向位置有关的空间二次项相位历程。此种调制方法,在顺轨向具有自动补偿抖动的功能,可以有效地防止平台抖动对成像的影响。 展开更多

关键词 合成孔径激光雷达 直视 高速 相位调制

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星载高光谱分辨率激光雷达的高光谱探测分光比优化分析 被引量：6

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作者 董俊发 刘继桥 +3 位作者 朱小磊(指导) 毕德仓 竹孝鹏 陈卫标 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第S2期7-12,共6页

高光谱分辨率激光雷达具有分离大气分子散射和气溶胶散射的固有特性,无需假设激光雷达比即可反演气溶胶后向散射系数和消光系数。但由于全球大气气溶胶分布不均匀,造成分子信号接收的高光谱探测通道与参考通道的回波信号信噪比变化大,... 高光谱分辨率激光雷达具有分离大气分子散射和气溶胶散射的固有特性,无需假设激光雷达比即可反演气溶胶后向散射系数和消光系数。但由于全球大气气溶胶分布不均匀,造成分子信号接收的高光谱探测通道与参考通道的回波信号信噪比变化大,最终导致反演误差变大。因此必须考虑两通道的接收能量优化分配以减少反演误差。基于回波信号与气溶胶的分布相关机理,将全球气溶胶分布分为三种类型,分析并比较分子通道与平行参考通道的信噪比和反演误差随分光比变化,得到了各大气模式下优化的分光比。 展开更多

关键词 激光雷达 高光谱分辨探测 气溶胶后向散射系数 误差优化

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大气探测激光雷达校飞样机研制与飞行验证

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作者 杨巨鑫 张扬 +7 位作者 樊纯璨 王勤 赵旭枫 李世光 张俊旋 卜令兵 刘继桥 陈卫标 《上海航天（中英文）》 CSCD 2023年第3期84-92,共9页

星载激光雷达是高精度测量全球温室气体和气溶胶垂直廓线的重要手段,大气环境监测卫星大气探测激光雷达(ACDL)在国际首次采用激光积分路径差分吸收技术测量全球CO_(2)柱浓度,采用532 nm高光谱探测技术测量气溶胶和云的廓线。星载激光雷... 星载激光雷达是高精度测量全球温室气体和气溶胶垂直廓线的重要手段,大气环境监测卫星大气探测激光雷达(ACDL)在国际首次采用激光积分路径差分吸收技术测量全球CO_(2)柱浓度,采用532 nm高光谱探测技术测量气溶胶和云的廓线。星载激光雷达载荷研制期间,同步研制一套主要功能一致的机载大气探测激光雷达校飞样机,并开展机载飞行试验,获取了大量飞行试验及其对比数据,提供了机载平台真实的数据源,对于优化ACDL激光雷达系统参数和研究星载数据反演算法至关重要。最后在机载飞行平台下,验证了优于1×10^(-6)的CO_(2)柱浓度测量精度和优于15%的气溶胶测量精度。未来利用该机载样机可以进一步开展星地对比验证。 展开更多

关键词 路径积分差分吸收激光雷达 高光谱分辨率激光雷达(HSRL) 机载校飞 气溶胶

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基于伪随机码调制的测距通信一体化激光雷达 被引量：6

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作者 张宇飞 贺岩 +1 位作者 刘梦庚 陈卫标 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期89-94,共6页

由于自主导航等领域对激光雷达的需求,构建了基于伪随机码调制的测距、通信一体化激光雷达。该系统具有功耗低、体积小、多功能的优点。该系统采用伪随机编码的方式,实现了测距与通信的功能复合,采用硅光电倍增管进行光子计数,实现了系... 由于自主导航等领域对激光雷达的需求,构建了基于伪随机码调制的测距、通信一体化激光雷达。该系统具有功耗低、体积小、多功能的优点。该系统采用伪随机编码的方式,实现了测距与通信的功能复合,采用硅光电倍增管进行光子计数,实现了系统的小型化。详细介绍了测距、通信一体化的设计原理、系统组成、仿真分析和实验结果。实验结果表明,在日光条件下,对反射率为0.1的目标实现了1 km的测距,测距精度小于1 m,实现了码率为10 kbps,误码率小于10-5,距离3.7 km的通信。 展开更多

关键词 自主导航 伪随机码 硅光电倍增管 测距通信一体化 激光雷达

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全双工水下无线光通信系统自干扰问题研究

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作者 王杰 范婷威 +3 位作者 申玲菲 黄志伟 迟楠 周田华 《光通信研究》 2023年第4期28-33,共6页

针对全双工水下无线光通信(FD-UWOC)系统中存在的自干扰限制系统通信性能的问题,文章提出了一种双波长收发分离的方法。基于Monte Carlo数值仿真方法,在Jerlov I、Jerlov IB和Jerlov II 3种典型水质下,分析了自干扰对450 nm单波长、525... 针对全双工水下无线光通信(FD-UWOC)系统中存在的自干扰限制系统通信性能的问题,文章提出了一种双波长收发分离的方法。基于Monte Carlo数值仿真方法,在Jerlov I、Jerlov IB和Jerlov II 3种典型水质下,分析了自干扰对450 nm单波长、525 nm单波长和双波长FD-UWOC系统性能的影响情况。仿真结果表明,水质越差,自干扰越强,并且自干扰的增强会显著降低FD-UWOC的光信噪比(OSNR),进而限制了系统的最远传输距离;采用双波长收发分离方法的FD-UWOC系统相较于单波长FD-UWOC系统能带来约60 dB的OSNR提升,从而可以实现更远的传输距离,其中,在Jerlov II类水质下传输距离提升了80 m,并能在Jerlov I和Jerlov IB类水质下实现大于100 m的有效传输距离。这些结果在FD-UWOC系统设计中具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 全双工水下无线光通信 Monte Carlo方法 自干扰 后向散射 双波长

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海洋激光雷达图像处理提取海水深度的方法 被引量：7

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作者 黄宜帆 贺岩 +6 位作者 胡善江 侯春鹤 朱小磊 李凯鹏 刘芳华 陈勇强 郭守川 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期66-73,共8页

机载激光雷达已经应用于浅海地形测绘,与激光器、接收望远镜和探测器一样,水深提取算法也是决定系统最大测深能力的关键环节。常规的水深提取算法是对单个激光雷达采集的波形数据进行处理,通过提取波形中的海表和海底位置实现水深测量,... 机载激光雷达已经应用于浅海地形测绘,与激光器、接收望远镜和探测器一样,水深提取算法也是决定系统最大测深能力的关键环节。常规的水深提取算法是对单个激光雷达采集的波形数据进行处理,通过提取波形中的海表和海底位置实现水深测量,这种方法在提取水深较深的海底微弱回波信号时,易受海水散射层强信号的影响,导致水深提取能力和准确度下降。为了解决这一问题,将一维回波波形数据按采集顺序组合成二维的回波强度图像,图像的每一列代表一条回波波形,图像的灰度值对应着回波信号强度。利用图像的横向相关性,通过双边滤波、局部阈值二值化等图像处理方法,提取出海底回波信号廓线。该方法一方面提升了海底回波的提取能力,一方面避免散射层信号对海底微弱信号的干扰,为浅海地形、水下目标一体化探测提供新的数据处理方式。 展开更多

关键词 激光雷达 水深提取 图像处理 图像分割

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基于蒙特卡洛仿真的水下四点单目测距研究 被引量：2

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作者 申玲菲 范婷威 +3 位作者 胡谷雨 王杰 张大伟 周田华 《光通信研究》 2023年第4期60-67,共8页

水下光通信系统在工作时需要及时获取与接收端的距离信息并进行高速通信。文章提出在水下蓝绿激光通信系统中加入单目测距功能,实现短距离视觉测距和长距离激光测距的水下光通信测距一体化研究。使用蒙特卡洛方法进行仿真,建立激光信号... 水下光通信系统在工作时需要及时获取与接收端的距离信息并进行高速通信。文章提出在水下蓝绿激光通信系统中加入单目测距功能,实现短距离视觉测距和长距离激光测距的水下光通信测距一体化研究。使用蒙特卡洛方法进行仿真,建立激光信号水下信道传输模型,模拟不同目标尺寸、不同距离和不同水质下的水下激光光斑图片,分析以上3种因素对水下单目测距精度的影响。考虑仿真图片光斑弥散和对比度降低对测距精度的影响,文章针对性地提出了一种对水下小尺寸光源目标、结合图像增强和Zernike矩亚像素点边缘检测的单目测距算法以提高单目测距算法的精度。通过实验室水池实验验证,文章所提算法精度达到了使用要求。 展开更多

关键词 水下激光通信测距 蒙特卡洛方法 小尺寸目标 图像增强 亚像素点边缘检测

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高光谱分辨率的海洋碳颗粒剖面探测系统仿真 被引量：2

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作者 杨馥 陈文豪 +1 位作者 陆彦宇 贺岩 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期206-214,共9页

海洋是全球碳循环过程中的重要环节,从浮游植物光合作用开始,碳在海洋中沿食物链传递,以颗粒有机碳(POC)形式存在。对海洋中颗粒有机碳含量的探测,将对海洋碳汇能力的评估起到重要作用。在干净大洋水体中,激光雷达可根据浮游植物引起的... 海洋是全球碳循环过程中的重要环节,从浮游植物光合作用开始,碳在海洋中沿食物链传递,以颗粒有机碳(POC)形式存在。对海洋中颗粒有机碳含量的探测,将对海洋碳汇能力的评估起到重要作用。在干净大洋水体中,激光雷达可根据浮游植物引起的光学性质变化实现剖面信息的探测,因此对基于高光谱分辨率技术的海洋颗粒有机碳浓度剖面探测系统性能进行了仿真分析。利用激光雷达方程对探测系统在大洋水体的最大探测深度进行了仿真;利用碘分子吸收池作滤波器,并结合大洋水体的透射窗口和激光器的工程设计,分析了不同载荷平台下探测系统的最佳工作波长。仿真结果表明,在满足单次探测系统信噪比为5的探测要求时,大洋水体50 dB动态范围下的探测深度平均在80 m;船载、机载平台探测系统最佳工作波长为532.2451 nm和532.2928 nm。 展开更多

关键词 激光雷达 海洋POC探测 碘池滤波 性能仿真

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多普勒激光雷达近地面飞机尾涡反演方法优化 被引量：2

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作者 张容川 王筱晔 +6 位作者 张洪玮 刘晓英 王希涛 秦胜光 尹嘉萍 王琪超 吴松华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期94-106,共13页

实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息,将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段,可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位... 实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息,将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段,可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题,通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响,并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验,以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题,通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证,该优化算法的正确识别率提高2.8%,漏报率下降2.7%,虚警率下降20.86%。 展开更多

关键词 大气光学 飞机尾涡 激光雷达 航空安全 快速识别

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时空二维Kalman解卷绕与Φ-OTDR协同的水声多目标探测(特邀)

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作者 吴金懿 王照勇 +9 位作者 刘依凡 陈义赐 陈柏琦 宋菲菲 李璇 皮浩洋 叶青 高侃 蔡海文 瞿荣辉 《红外与激光工程》 2025年第4期315-325,共11页

水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入... 水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入了时空二维Kalman算法,充分利用Φ-OTDR探测数据的时间域和空间域的二维连续性,突破了相位卷绕特性对动态范围与系统重复频率的限制,确保了多类型目标信息的高保真探测。进一步地,通过非消声水池实验验证了时空二维Kalman算法的可行性,并分析了遥控潜水器(ROV)、仿生鱼和模拟潜水员等多类型目标的频谱特性。实验结果表明,ROV为连续信号,频率范围为200~1700 Hz,频谱图中存在等频率间隔排列(24 Hz)的线谱;仿生鱼的信号间隔为0.5 s,对应仿生鱼的鱼尾摆动周期,频率范围为1500~1700 Hz;模拟潜水员信号间隔为0.25 s,对应氧气瓶气泡喷吐周期,频率范围为150~400 Hz。该技术为多类型水声目标探测和鉴别提供了重要技术手段,有望推动水下目标探测与海洋监测的发展,拓展Φ-OTDR的应用领域。 展开更多

关键词 相位敏感光时域反射计 水下多类型目标探测 时空二维Kalma n算法 相位卷绕特性

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基于改进SVA和压缩感知的SAL旁瓣抑制算法 被引量：1

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作者 尹红飞 郭亮 +4 位作者 周煜 孙剑锋 曾晓东 唐禹 邢孟道 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期99-106,共8页

针对机载合成孔径激光雷达实测数据成像中旁瓣较高的问题,提出一种新旁瓣抑制算法。压缩感知理论表明,稀疏信号恢复重构过程的同时,信号旁瓣会被压低,但合成孔径激光雷达图像不是稀疏的。针对这一问题,提出了一种基于改进SVA(Spatially ... 针对机载合成孔径激光雷达实测数据成像中旁瓣较高的问题,提出一种新旁瓣抑制算法。压缩感知理论表明,稀疏信号恢复重构过程的同时,信号旁瓣会被压低,但合成孔径激光雷达图像不是稀疏的。针对这一问题,提出了一种基于改进SVA(Spatially Variant Apodization)和压缩感知重构SAL图像的旁瓣抑制算法。首先,利用改进SVA算法将SAL图像变稀疏,然后再利用压缩感知算法对稀疏图像进行恢复。分别对SAL仿真数据和实际高旁瓣SAL复图像进行抑制旁瓣处理。仿真结果表明:该算法能够在保证主瓣不被展宽的前提下有效抑制SAL旁瓣。 展开更多

关键词 合成孔径激光雷达 改进切趾滤波算法 压缩感知 稀疏 旁瓣抑制

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