CO2激光主动成像雷达扫描成像实验

更新时间:2023-05-28 17:54:01 阅读量: 实用文档 文档下载

说明:文章内容仅供预览,部分内容可能不全。下载后的文档,内容与下面显示的完全一致。下载之前请确认下面内容是否您想要的,是否完整无缺。

第"(卷第’期"!!"年’月

中国激光

,_DMQ5"(3DQ’

,[9:I"!!"

文章编号:()!"#$%&!"#"!!"!’%!#’(%!)

激光主动成像雷达扫描成像实验*+"

王春晖,成向阳,田兆硕,李宁,李琦,王骐

(哈尔滨工业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家重点实验室,黑龙江哈尔滨,)#!!!,

提要

采用扫描发射、收发合置、外差探测等技术建立了一台*+"激光扫描成像演示系统。利用雷达距离方程计

算了系统的最大作用距离,并对室内#-处的目标及室外#扫描角度为."&$-远处的大楼做了成像实验,/0.,获得了每秒,每帧1,/!帧、"行的轮廓像。

关键词*外差探测,作用距离+"激光雷达,中图分类号23(#$4($

文献标识码5

!"%&’()%*%(+,-.-%.-/’01%,,-,+3%-,5’(-3’,.22246#$

,,,,,656537*89:%89;*<=37>;?:%?:2B53C8?D%E89DFB3;:FBG;37G;@A@@

(!"#$%&"’()",%-"#%-%0&",’)+"1)-/)23&%’%5&1#$#0#)%#%89’)2#-%&$21,*+*./4*,.67

):"-,$&5&1#$#0#)%)23&%’%:"-,$&,#!!!,./4*,

,78&.(%1.28;E?IJJIDJKIL?*+M?EIJEN?::;:;-?;:I-DEEKI-?LDK;:K8IKIN8:DMDOEN?::;:KJ?:E-;KHHH@@@LAH@@AD@"

,K8IE?-I?:KI::?ODJJINI;P;:?:LKJ?:E-;KK;:8IKIJDL:ILIKINK;D:IKNQ28I-?R;-9-DIJ?K;D:L;EK?:NIDOK8IEEKI-@@AHAS?EN?MN9M?KILTE;:K8IJ?L?JL;EK?:NII9?K;D:Q28I;-?;:RIJ;-I:KS;K8K8IK?JIKE#-IKIJE?S?;:LDDJ?:LA9@U@@IH@A

,,K8IT9;ML;:&$-IKIJE?S??:LK8IP;ISD;:K."/0.,/;EN?JJ;ILD9KQ28ID9KM;:I;NK9JIDO,!OJ?-IEIJEIND:L@#AHHH1"JDSEIJOJ?-I;EDTK?;:ILQH

,,9’<(*&*+M?EIJJ?L?J8IKIJDL:ILIKINK;D:DIJ?K;D:L;EK?:NIAH:;"

,引

激光主动成像已经成为现在及今后一段时*+"

[,],"期激光雷达的主要研究方向。国外已经有了一

[,]1)些成型的产品投放市场,甚至装备部队,而国内

,每帧1图像的特征与目/E"行的#&$-远处成像,

标特征相吻合,并且成像质量受气候条件影响较小,具有广阔的应用前景。

还只做了一些概念性研究。本实验室已经在激光主

[]#"&动成像及外差探测等方面作了一些研究,在此

"系统装置

图,是我们建立的*+"激光主动成像雷达系统结构示意图,这是一个收发合置激光雷达演示系统,采用脉冲发射、二维扫描、外差接收、计算机实时显示的工作方式。双通道*+"激光器发出两束光,一束为电光调;脉冲发射,作为主振光W+经过扩束镜X(扩束比:,布儒斯特窗X,/*2,$4&0)Y,)波片G6Y及二维扫描振镜后发射直接照射到目标;另一束光的偏振方向与主振垂直,作为本振F经+,过扩束镜X(扩束比:,合束镜X(一面镀*2"$4&0)Z

基础上我们建立了一个*+"激光主动成像雷达演示系统,利用雷达方程计算了该系统的最大作用距离,并对室外目标成像。该系统采用双通道波导二维扫描器采用检流计式双*+"激光器作为光源;

振镜扫描;收发信号均通过扫描振镜,不用发射和接收望远镜;电脑显示<*L2I探测器进行外差接收;@

实时成像。本文研制的*+"激光主动成像雷达演示装置结构紧凑、操作方便、耗资低廉,实现了,!帧

收稿日期:;收到修改稿日期:"!!,%!)%"!"!!,%!’%,(

作者简介:王春晖(—),男,硕士,副研究员。现在哈工大光电子技术研究所工作,主,(’#,($&年毕业于哈尔滨工业大学,要从事长波红外相干激光探测技术研究。=:%-?;MNRV8;K!!)#,QND-A万方数据

DMA

中国激光

!"卷

高反膜,另一面镀增透膜)及会聚透镜!(焦距:!"#聚焦在%本振光路$$)’()*探测器的光敏面上,&上的衰减片+,及光阑"用来限制进入探测器的本振光强;经目标反射的主振回波信号由扫描镜面收集,经过-/被布儒斯特.波片后由于偏振方向改变,窗反射,经过合束镜后与本振光束一起被会聚在探测器的光敏面上。探测器输出的电信号经过前置放大器、主中频放大器、数字预处理器被存储等待计算机调用。计算机把采集到的数据经过图像处理后在

屏幕上实时显示目标的轮廓像。

万方数据

1

(H

)其中%为量子效率;0为普朗克常数;&为入射光频率;"1为探测器的接收带宽;%为量子效率,/为外差效率,是为了考虑信号光与本振光在探测器的混频面上的实际匹配程度而引入的。

根据(H)式,由需要的最小信噪比可求出最小可探测功率,再根据(!)式可求出最大作用距离。!#!计算结果

本系统中发射功率$(为!AAC;因光路元件少,同时考虑发射与接收光路上的损耗)-取为AB!,能见度为-B#(L/9$时,往返-9$透过率为

ABM,)-)!!取为AB-.;反射系数平均值取ABA-N;+&为有效接收面积,在本系统中即为扫描振镜的面积

约为#B!DO-AP.$!;量子效率%为ABD

;外差效率/取为AB!D;我们实际测量的探测器实际带宽"1为-DAE%F;最小信噪比取为-A;最后计算得出在以上条件下,最大作用距离为MDA$左右。

.成像试验研究

我们对室内目标及室外目标均进行了成像实

E期王春晖等:+F!激光主动成像雷达扫描成像实验

>D)

验:主振激光电光调!脉冲输出,本振用压电陶瓷调频连续输出;扫描光斑尺寸为!!这样大振"##,镜只能在很低频率下($)以下)才能做匀速扫"%&描,因此二维扫描振镜"方向采用’/!"行(简谐波扫描,/"帧(的’!阶梯式锯齿波扫#方向采用)

描,以在物方形成每秒)每帧’"帧、!行的扫描像,两个扫描指令的关联如图!所示;%+,-.探测器*接收到的模拟信号经过中频放大器放大;再经过预处理器形成数字信号,计算机调用这些数字信号进行图像处理及显示。所有这些工作都在图’所示的

时序同步控制信号的控制下进行。

图!二维扫描振镜两个扫描指令之间的关联/01!+2353670232879.03(7:567023(03;<28*4*

79.(6;3303((7.

#*=

图’时序同步原理图

/01’-0#.(2:,.:(369:230&;702379.2:(69.#;706

(*==

图$室内>#处成像实验

()目标实物照片;()目标激光雷达成像图;?

/01$@#;03.A.:0#.37;7>#03,222:***B

();();79.7;:.7:;6706;<070675:.?79.<;(.::;,;:0#;03879.7;:.

7*B=B**2*

图>哈尔滨工业大学主楼与激光雷达成像比较

()哈尔滨工业大学主楼;()哈尔滨工业大学主楼激光雷达图像;?

/01>%@-#;(7.:?50<,03;3,07C(<;(.::;,;:0#;03****

();();%@-#;(7.:?50<,03?<;(.::;,;:0#;038%@-#;(7.:?50<,03***2*

"*)

中国激光

)I卷

将“!”型泡沫板目标放置在距离系统"#远处,在计算机上拍摄到$%级灰度轮廓像如图&所示,其中图&()为目标的实物照片,图&(()为目标’的激光雷达图像。因为目标距离很近,回波很强,外差接收信噪比相当高,几乎为无穷大,从图像上看也可体现,背景几乎为黑色。

为了有效地对室外目标成像并体现出系统的作用距离,我们把整个系统移到哈尔滨工业大学理学楼$通过窗户对距离"(哈尔滨测量高等)楼,*+#

专科学校测量公司用图解法量算结果)的哈尔滨工业大学主楼成像。在示波器上可以读出发射脉冲时间与接收脉冲时间之差,从而得出目标距离。在计算机上可获得目标的轮廓像如图"所示。接收信噪比较小,大约为*,所以图像与背景灰度等级差也较小。

我们在观察哈尔滨工业大学主楼图像时发现,雾天的图像与晴天时基本没有区别。但是与近处图像相比,哈尔滨工业大学主楼图像有点模糊,仅能分辨其外观。原因有三个:一是探测器接收到的回波信号能量较弱;二是光学系统内部有一些杂散光形成噪声,从而使图像信噪比较低;三是哈尔滨工业大学主楼的目标反射率较低。要想得到较清晰的图像,可以采取以下措施:加上适当的发射和接收望远镜,以增加接收能量;在电路上采取一些措施,降低内部噪声,提高信噪比,从而提高作用距离,并提高图像清晰度;在已有图像基础上进行图像处理,去除噪声,提高清晰度。

"结

本文研制的,激光扫描成像雷达演示装置,-)

在不用发射和接收望远镜的情况下,实现了"*+#远,/,每帧0并且成像$.帧/)行的快速扫描成像,

质量较好,气候条件影响不十分明显,具有广阔的应用前景。

:B$123472894:;’/9<=’>’<[?]:@9224’D9565A5C

,$,,E’F2’G234H<9//II&:,J’G:*-’/9<K#’245C55);()=’>’<:)+"!)I.24,J249/9

)L2’4;2:?2M2G’<-’/9<B/G9#[O]:K4G9MM294D9N,N5);K4/G2G7G938P9’34BD294D9’4>!9DJ43M3GGJ9C5N’

,,O9’<G#94G38?’DJ249’4>QM9DG<2D2G:@33R0,J’G:$CNC

,(),-’/9<=’>’<:@9224$I+I:**!+*24,J249/9A5);

,,06:SJM(9<B:;74F2/GO:;9G’M2RK#’24U!"#$%%5T55&

:/V2GDJ9>,-M’/9<<’>’<V2GJJ9G9<3>49>9G9DG234>9/24N5)

[],():,I+%!"$*)+I$!’4>9F’M7’G234L:’$%)"%$(((

)+I+

,,&W:O2MM34O:H:O9XM3<2’W:?:H’M27J2;3VU!"#$%%55

[],,II)D3/GM’/9<<’>’<2#’24Y9<2#94G/,:*+,-$559C

:#$%%)*&!)+.

,;,P",J942’4’42E24’4’2J34"#$%%515N55565!

[L]=9/9’<DJ34GJ9;O<’2>/D’4424#’24’>’<:C5255<

,():(中国激光),)..$&!’*%"+!%%../01!2!3%4#2!52

()24,J249/9

,!,P%P’4J74J722’4ZJ’3/J73’42:BG7>85,5[N3U/V2GDJ9>C7M/9M’/9<[L]:.J9G9<3>4938&/01!2!3%N

,&()):(中国激光),)..$!’$0.!$0)(244#2!52

),J249/9

,P,P*!2’4ZJ’3/J73’42’4J74J72:K4F9/G2’G234385[5,5

U/V2GDJ9>=W9YD2G9>7M/9J9G9<3>49389M9DG<3U3G2D’MMCNCN&[],,-’F972>9M’/9<V2GJGV3DJ’449M/L:’$%)"%5((()V

()<9D92F9>

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

敬告作者

根据“中国学术期刊(光盘版)”和“美国工程信息公司(Q)数据库”的要求,本刊从)K..)年第一期起对刊登的论文增加下列内容:

(。可按以下顺序列出:姓名(出生年月),性别,民族(汉族可省略),籍$\论文第一作者简介0.!".字)

贯,职称,学位,研究方向。在简介前加“作者简介:”作为标识。

)\电子信箱

[?]—专著(书);[,]—论文集;[]—期刊文章;[O]—学位论文;[=]—报0\文章参考文献类型标识:L告;[B]—标准;[H]—专利,并置于论文题目后。[参考文献的题目、作者(、年、卷、期、起0位以上写满0位)

止页码均须给全并准确]

英文版稿件请附中文摘要。&\为便于联系和审稿,

希作者在投稿时提供以上信息,谢谢合作。

《中国激光》编辑部

万方数据

二〇〇二年六月

CO2激光主动成像雷达扫描成像实验

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

王春晖, 成向阳, 田兆硕, 李宁, 李琦, 王骐

哈尔滨工业大学光电子技术研究所,可调谐激光技术国家重点实验室,黑龙江哈尔滨,150001中国激光

CHINESE JOURNAL OF LASERS2002,29(6)4次

参考文献(7条)

1.TIAN Zhaoshuo;Wang Qi;Wang Chunhui Investigation of pulse heterodyne of electro-optically Q-switched RF excited CO2 waveguide laser with two channels

2.Wang Chunhui;Tian Zhaoshuo;Wang Qi Study of heterodyne of Q-switched pulse laser 2001(02)

3.Cheng Xiangyang;Li Ning;Wang Haihong Research on the LD rapid scanning imaging radar[期刊论文]-中国激光 2001(07)

4.F Dillon;D P De Gloria;F M Pagliughi Low-cost laser radar imaging experiments 1992

5.H Ahlberg;S Lunqvist;D Letalik Imaging Q-switched CO2 laser radar with heterodyne detection:designand evaluation 1986(17)

6.Jian Li Military CO2 Laser System 19897.Xiong Huifeng Laser Radar,Chapt.7 1994

引证文献(4条)

1.吴健华.樊桂花.梁丹华.郭惠超.田野 脉冲半导体激光器光束并合技术研究[期刊论文]-激光与红外 2010(7)2.王建宇.洪光烈.卜弘毅.徐卫明.肖功海.何志平.林均仰.舒嵘 机载扫描激光雷达的研制[期刊论文]-光学学报2009(9)

3.王景峰.杨苏辉.张海洋.赵长明 固体相干成像激光雷达实验[期刊论文]-光子学报 2007(12)4.Hussain.A.Badran 双通道共电极电光调Q射频Z折叠部分波导CO<,2>激光器[学位论文]博士 2004

本文链接:/Periodical_zgjg200206023.aspx

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/alr4.html

微信扫码分享

《CO2激光主动成像雷达扫描成像实验.doc》
将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印
推荐度:
点击下载文档
下载全文
范文搜索
下载文档
Top