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基于尾流激光雷达的能量对消式大动态接收技术

梁善勇 王江安 张峰 石晟玮 马治国 刘涛 王雨虹

基于尾流激光雷达的能量对消式大动态接收技术

梁善勇, 王江安, 张峰, 石晟玮, 马治国, 刘涛, 王雨虹
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  • 水下尾流激光雷达在近场就已开始与水体发生了激光的多次散射, 很容易导致接收系统因动态范围不够而饱和, 其反向恢复时间一般长达102 ns级, 影响远场信号接收.本文针对此问题分析了激光水体后向光散射强度衰减规律, 自主研发了一种能量对消式水下激光雷达前端接收系统. 该系统通过在近场强信号尖峰上叠加一个高速反向瞬态对消电流抑制接收系统饱和, 之后将两信号融合, 还原真实回波信号波形.分析了技术难点并给出了解决方案, 讨论了瞬态对消电流的生成时刻对强度的影响规律.经实测与分析, 该系统对消电流脉宽为5 ns, 幅度控制步进为122 nA, 幅度调节范围为135360 A, 成功实现了对近场强散射的抑制. 该系统完全可以满足尾流激光雷达大动态探测的需要.
    • 基金项目: 装备预研基金(批准号: 9140A26030110JB11)资助的课题.
    [1]

    Stanic S, Caruthers J W, Goodman R R, Kennedy E, Brown R A 2009 IEEE J. Oceanic Eng. 34 83

    [2]

    Ulloa O, Sathyendranath S, Platt T 1994 Appl. Opt. 33 7070

    [3]

    Zhang X D, Lewis M, Johnson B 1998 Appl. Opt. 37 6525

    [4]

    Carrica P M 1999 Int. J. Multiphase Flow 25 257

    [5]

    Trevorrow M V, Vagle S, Farmer D M 1994 J. Acoust. Soc. Am. 95 1922

    [6]

    Qiu H H 2003 J. Opt. Soc. Am. A 20 690

    [7]

    Kokhanovsky A A 2003 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 47

    [8]

    Zhang J S 2001 Ph. D. Dissertation (Xi'an: Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics of Chinese Academy) (in Chinese) [张建生 2001 博士学位论文 (西安: 中国科学院西安光学精密机械研究所)]

    [9]

    Shi S W, Wang J A, Jiang X Z, Ma Z G, Yu Y 2008 Acta Opt. Sin. 28 1861 (in Chinese) [石晟玮, 王江安, 蒋兴舟, 马治国, 余扬 2008 光学学报 28 1861]

    [10]

    Gu J N, Zhang Z H, Zhang X H 2007 Acta Phot. Sin. 36 1504 (in Chinese) [顾建农, 张志宏, 张晓晖 2007 光子学报 36 1504]

    [11]

    Cariou J, Jeune B L, Lotrian J, Guern Y 1990 Appl. Opt. 29 1689

    [12]

    Yang K C, Zhu X, Li Z G 2001 Chin. J. Lasers 28 74 (in Chinese) [杨克成, 朱晓, 李再光 2001 中国激光 28 74]

    [13]

    Zhu X, Yang K C, Li Z G 1999 Laser Technol. 23 209 (in Chinese) [朱晓, 杨克成, 李再光 1999 激光技术 23 209]

    [14]

    Chen W G, Huang T X, Lu Y M, Xiong Z F 1995 Journal of Huazhong University of Science and Technology 23 52 (in Chinese) [陈文革, 黄铁侠, 卢益民, 熊兆飞 1995 华中理工大学学报 23 52]

    [15]

    Jiu M Y H 1995 Fundamentals and Application of PMT (Binbei: Institute of Digital Publishing and Printing of Bin Song) p82

    [16]

    Reynolds R A, Stramski D, Wright V M, Wozniak S B 2010 J. G. R. 115 8024

    [17]

    Johnson H, Graham M 1993 High-Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic (USA: Prentice Hall PTR) p295

    [18]

    Wang J D, Wu Z H, Zhang B, Wei Z J, Liao C J, Liu S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5620 (in Chinese) [王金东, 吴祖恒, 张兵, 魏正军, 廖常俊, 刘颂豪 2008 物理学报 57 5620]

    [19]

    Cheng N, Huang G F, Wang J D, Wei Z J, Guo J P, Liao C J, Liu S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 5338 (in Chinese) [程楠, 黄刚锋, 王金东, 魏正军, 郭健平, 廖常俊, 刘颂豪 2010 物理学报 59 5338]

    [20]

    Sun Z B, Ma H Q, Lei M, Yang H D, Wu L A, Zhai G J, Feng J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5790 (in Chinese) [孙志斌, 马海强, 雷鸣, 杨捍东, 吴令安, 翟光杰, 冯稷 2007 物理学报 56 5790]

    [21]

    Toumazou C, Lidgey F J, Haigh D 1993 Analogue IC Design: the Current-Mode Approach (London: Peter Peregrinus Ltd.) p93

    [22]

    Zhao Y S, Zhou Y Q, Wang P 2001 Current Mode Circuit (Tianjin: Tianjin University Press) p25 (in Chinese) [赵玉山, 周跃庆, 王萍 2001 电流模式电子电路 (天津: 天津大学出版社) 第25页]

  • [1]

    Stanic S, Caruthers J W, Goodman R R, Kennedy E, Brown R A 2009 IEEE J. Oceanic Eng. 34 83

    [2]

    Ulloa O, Sathyendranath S, Platt T 1994 Appl. Opt. 33 7070

    [3]

    Zhang X D, Lewis M, Johnson B 1998 Appl. Opt. 37 6525

    [4]

    Carrica P M 1999 Int. J. Multiphase Flow 25 257

    [5]

    Trevorrow M V, Vagle S, Farmer D M 1994 J. Acoust. Soc. Am. 95 1922

    [6]

    Qiu H H 2003 J. Opt. Soc. Am. A 20 690

    [7]

    Kokhanovsky A A 2003 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 47

    [8]

    Zhang J S 2001 Ph. D. Dissertation (Xi'an: Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics of Chinese Academy) (in Chinese) [张建生 2001 博士学位论文 (西安: 中国科学院西安光学精密机械研究所)]

    [9]

    Shi S W, Wang J A, Jiang X Z, Ma Z G, Yu Y 2008 Acta Opt. Sin. 28 1861 (in Chinese) [石晟玮, 王江安, 蒋兴舟, 马治国, 余扬 2008 光学学报 28 1861]

    [10]

    Gu J N, Zhang Z H, Zhang X H 2007 Acta Phot. Sin. 36 1504 (in Chinese) [顾建农, 张志宏, 张晓晖 2007 光子学报 36 1504]

    [11]

    Cariou J, Jeune B L, Lotrian J, Guern Y 1990 Appl. Opt. 29 1689

    [12]

    Yang K C, Zhu X, Li Z G 2001 Chin. J. Lasers 28 74 (in Chinese) [杨克成, 朱晓, 李再光 2001 中国激光 28 74]

    [13]

    Zhu X, Yang K C, Li Z G 1999 Laser Technol. 23 209 (in Chinese) [朱晓, 杨克成, 李再光 1999 激光技术 23 209]

    [14]

    Chen W G, Huang T X, Lu Y M, Xiong Z F 1995 Journal of Huazhong University of Science and Technology 23 52 (in Chinese) [陈文革, 黄铁侠, 卢益民, 熊兆飞 1995 华中理工大学学报 23 52]

    [15]

    Jiu M Y H 1995 Fundamentals and Application of PMT (Binbei: Institute of Digital Publishing and Printing of Bin Song) p82

    [16]

    Reynolds R A, Stramski D, Wright V M, Wozniak S B 2010 J. G. R. 115 8024

    [17]

    Johnson H, Graham M 1993 High-Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic (USA: Prentice Hall PTR) p295

    [18]

    Wang J D, Wu Z H, Zhang B, Wei Z J, Liao C J, Liu S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5620 (in Chinese) [王金东, 吴祖恒, 张兵, 魏正军, 廖常俊, 刘颂豪 2008 物理学报 57 5620]

    [19]

    Cheng N, Huang G F, Wang J D, Wei Z J, Guo J P, Liao C J, Liu S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 5338 (in Chinese) [程楠, 黄刚锋, 王金东, 魏正军, 郭健平, 廖常俊, 刘颂豪 2010 物理学报 59 5338]

    [20]

    Sun Z B, Ma H Q, Lei M, Yang H D, Wu L A, Zhai G J, Feng J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5790 (in Chinese) [孙志斌, 马海强, 雷鸣, 杨捍东, 吴令安, 翟光杰, 冯稷 2007 物理学报 56 5790]

    [21]

    Toumazou C, Lidgey F J, Haigh D 1993 Analogue IC Design: the Current-Mode Approach (London: Peter Peregrinus Ltd.) p93

    [22]

    Zhao Y S, Zhou Y Q, Wang P 2001 Current Mode Circuit (Tianjin: Tianjin University Press) p25 (in Chinese) [赵玉山, 周跃庆, 王萍 2001 电流模式电子电路 (天津: 天津大学出版社) 第25页]

  • [1] 梁善勇, 王江安, 张峰, 吴荣华, 宗思光, 王雨虹, 王乐东. 基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究. 物理学报, 2013, 62(1): 015205. doi: 10.7498/aps.62.015205
    [2] 曹柱荣, 张海鹰, 董建军, 袁铮, 缪文勇, 刘慎业, 江少恩, 丁永坤. 高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用. 物理学报, 2011, 60(4): 045212. doi: 10.7498/aps.60.045212
    [3] 王诗平, 张阿漫, 刘云龙, 吴超. 圆形破口附近气泡动态特性实验研究. 物理学报, 2013, 62(6): 064703. doi: 10.7498/aps.62.064703
    [4] 梁善勇, 王江安, 宗思光, 吴荣华, 马治国, 王晓宇, 王乐东. 基于多重散射强度和偏振特征的舰船尾流气泡激光探测方法. 物理学报, 2013, 62(6): 060704. doi: 10.7498/aps.62.060704
    [5] 张丽娟, 张传超, 陈静, 白阳, 蒋一岚, 蒋晓龙, 王海军, 栾晓雨, 袁晓东, 廖威. 激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究. 物理学报, 2018, 67(1): 016103. doi: 10.7498/aps.67.20171839
    [6] 潘京生, 亓鲁, 肖洪亮, 张蓉, 周建勋, 蒲冬冬, 吕景文. 微通道板的饱和效应对条纹相机动态范围的影响分析. 物理学报, 2012, 61(19): 194211. doi: 10.7498/aps.61.194211
    [7] 洪光烈, 张寅超, 赵曰峰, 邵石生, 谭 锟, 胡欢陵. 探测大气中CO2的Raman激光雷达. 物理学报, 2006, 55(2): 983-987. doi: 10.7498/aps.55.983
    [8] 张改霞, 赵曰峰, 张寅超, 赵培涛. 激光雷达白天探测大气边界层气溶胶. 物理学报, 2008, 57(11): 7390-7395. doi: 10.7498/aps.57.7390
    [9] 王敏, 胡顺星, 方欣, 汪少林, 曹开法, 赵培涛, 范广强, 王英俭. 激光雷达精确修正对流层目标定位误差. 物理学报, 2009, 58(7): 5091-5097. doi: 10.7498/aps.58.5091
    [10] 沈法华, 舒志峰, 孙东松, 王忠纯, 薛向辉, 陈廷娣, 窦贤康. 瑞利散射多普勒激光雷达风场反演方法. 物理学报, 2011, 60(6): 060704. doi: 10.7498/aps.60.060704
    [11] 沈法华, 舒志峰, 孙东松, 王忠纯, 薛向辉, 陈廷娣, 窦贤康. Rayleigh散射Doppler激光雷达风场反演方法改进. 物理学报, 2012, 61(3): 030702. doi: 10.7498/aps.61.030702
    [12] 冯帅, 常军, 胡瑶瑶, 吴昊, 刘鑫. 偏振成像激光雷达与短波红外光学接收系统设计与分析. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200920
    [13] 狄慧鸽, 华灯鑫, 王玉峰, 闫庆. 米散射激光雷达重叠因子及全程回波信号标定技术研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094215. doi: 10.7498/aps.62.094215
    [14] 饶志敏, 华灯鑫, 何廷尧, 乐静. 基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能. 物理学报, 2016, 65(20): 200701. doi: 10.7498/aps.65.200701
    [15] 狄慧鸽, 华杭波, 张佳琪, 张战飞, 华灯鑫, 高飞, 汪丽, 辛文辉, 赵恒. 高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析. 物理学报, 2017, 66(18): 184202. doi: 10.7498/aps.66.184202
    [16] 袁永腾, 郝轶聃, 赵宗清, 侯立飞, 缪文勇. 空间电荷效应对X射线条纹相机动态范围影响的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6963-6968. doi: 10.7498/aps.59.6963
    [17] 连天虹, 王石语, 过振, 李兵斌, 蔡德芳, 文建国. 用于激光雷达的相干合成光束研究. 物理学报, 2011, 60(12): 124208. doi: 10.7498/aps.60.124208
    [18] 刘厚通, 毛敏娟. 一种无需定标的地基激光雷达气溶胶消光系数精确反演方法. 物理学报, 2019, 68(7): 074205. doi: 10.7498/aps.68.20181825
    [19] 谭林秋, 华灯鑫, 汪丽, 高飞, 狄慧鸽. Mach-Zehnder干涉仪条纹成像多普勒激光雷达风速反演及视场展宽技术. 物理学报, 2014, 63(22): 224205. doi: 10.7498/aps.63.224205
    [20] 朱敏, 田进寿, 温文龙, 王俊锋, 曹希斌, 卢裕, 徐向晏, 赛小锋, 刘虎林, 王兴, 李伟华. 基于电子轰击式CCD的大动态条纹相机研究. 物理学报, 2015, 64(9): 098501. doi: 10.7498/aps.64.098501
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-28
  • 修回日期:  2012-06-05
  • 刊出日期:  2012-06-05

基于尾流激光雷达的能量对消式大动态接收技术

  • 1. 海军工程大学电子工程学院, 武汉 430033
    基金项目: 

    装备预研基金(批准号: 9140A26030110JB11)资助的课题.

摘要: 水下尾流激光雷达在近场就已开始与水体发生了激光的多次散射, 很容易导致接收系统因动态范围不够而饱和, 其反向恢复时间一般长达102 ns级, 影响远场信号接收.本文针对此问题分析了激光水体后向光散射强度衰减规律, 自主研发了一种能量对消式水下激光雷达前端接收系统. 该系统通过在近场强信号尖峰上叠加一个高速反向瞬态对消电流抑制接收系统饱和, 之后将两信号融合, 还原真实回波信号波形.分析了技术难点并给出了解决方案, 讨论了瞬态对消电流的生成时刻对强度的影响规律.经实测与分析, 该系统对消电流脉宽为5 ns, 幅度控制步进为122 nA, 幅度调节范围为135360 A, 成功实现了对近场强散射的抑制. 该系统完全可以满足尾流激光雷达大动态探测的需要.

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