[信息與通信]第五章激光探測技術(shù)-wenkub
2023-04-06 06:56:59 本頁面
【正文】 光波在時間 t內(nèi)的位相變化從而計算出時間 t。 設(shè)光在大氣中的傳播速度均勻，測定到目標(biāo)間距離 r 為 : 原理 ctr 21? c— 光速 ， t — 脈沖飛行時間 當(dāng)測距精度為： )(21 cttcr ?????中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 組成 脈沖式激光測距機(jī)是通過時間的直接測量而測距的，即用脈沖光波，當(dāng)發(fā)射的光脈沖被遠(yuǎn)處目標(biāo)反射回來后，通過一個測量時間的裝置直接測出激光往返的時間 t，進(jìn)而求出距離 D。 注 ：在較近距離時為避免空中懸浮粒子向后散射造成系統(tǒng)虛警，則采用 雙鑒相電路 。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ② 降低了虛警率，提高了效率。對于距離分檔可調(diào)時，裝定距離的同時裝定增益使每個距離檔對應(yīng)一個增益檔。 原因：多級放大器的噪聲模型為，等效到輸入端的噪聲電壓為 ： 組成 ? 放大電路 222212222221222323212122222212122nonnnnnonnonnnnnsni KKKrIEKKrIEKrIERIEEE????????????????roi— 第 I級放大器的輸出電阻； Eni— 第 I級放大器等效噪聲電壓； Ki— 第 I級增益；Ini— 第 I級放大器的等效噪聲電流； Ens— 信號源等效噪聲電壓。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 原理 脈沖調(diào)制器激勵半導(dǎo)體激光器發(fā)射光脈沖，通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)形成一定形狀的激光束，光脈沖照射到目標(biāo)后，一部分光反射到接收光學(xué)系統(tǒng)，然后聚在光敏管上輸出電脈沖，經(jīng)過放大整形等信號處理送到選通器。正常工作時，在 未受光照時 ， 電流幾乎為零 ； 受光照時 ， 電流迅速增加 并隨光強(qiáng)度增加而增大。一般 單個透鏡 ，并將光電探測器 放在透鏡焦平面 上。 的發(fā)射接受視場。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ? 單色性好 普通光源如鈉燈、汞燈等得到單色光的譜線寬度為 102納米，激光的譜線寬度為 109納米。 2?kL ?閾值條件 外部環(huán)境必須滿足一定的閾值條件，包括 減少損失 ，加快抽運(yùn)速度 ， 促進(jìn)反轉(zhuǎn) 等。這樣就很容易地在 E3與 E2間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。 光放大示意圖 產(chǎn)生激光的條件 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 熱平衡狀態(tài)下，粒子數(shù)滿足波爾茲曼分布，低能態(tài)粒子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高能態(tài)原子數(shù)。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 吸收 兩能級之差的能量，由 基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài) 的過程。其中原子的 最低 能級。 LMS 291安裝在這輛車的車頂上， 主要作用是在 XY平面上描繪出車輛前方道路，然后利用機(jī)載電腦繪制出車輛行駛前方的 3維圖像（在 Z平面上）。繪制出車輛前方的地形，其次是探測越野路線兩旁的石頭、碎片等障礙物。（ 穩(wěn)定 ） ? 激發(fā)態(tài) 處于基態(tài)以上的能級。 ? 原子吸收 ? 自發(fā)輻射 處于激發(fā)態(tài)的原子釋放光子返回基態(tài)的過程。為了實現(xiàn)光放大，必須選用適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，采用特殊的手段 破壞粒子數(shù)平衡 ，使得 高能態(tài)原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低能態(tài)原子數(shù) 。 能級結(jié)構(gòu) 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光學(xué)諧振腔 兩反射鏡保持嚴(yán)格的平行。 激光的特性 ? 單向性好 激光沿一條直線傳播，能量集中在傳播方向上，發(fā)散角小。 ? 兩度高 ? 相干性好 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 激光的定距原理 激光近炸引信 激光近炸引信是 導(dǎo)彈的重要組成部分，可在 近場區(qū)域內(nèi)對目標(biāo)探測和定距 ，并且在動態(tài)條件下輸出適時引爆信號。安裝時 發(fā)射器與接受器存在一定傾角 ，這樣使發(fā)射視場與接受視場在前方某一區(qū)域重合， 發(fā)射光束軸線與接受光束軸線交與一點，其底邊高即為作用距離。 系統(tǒng)的半場視角為： ,2 fd?? 系統(tǒng)立體角為： 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 接收的回波功率由激光引信的距離方程可知： d— 光電探測器直徑； f— 透鏡焦距； Ad— 光敏面積； fAd2??注 ：接收視場的大小與光敏面積及光學(xué)透鏡的焦距有關(guān)，獲得盡可能大的接收視場必須 選用光敏面積大的探測器及減小光學(xué)鏡頭焦距 。 ? 光電探測器 注 ：光敏二極管需在 反向偏壓 條件下工作。另一路脈沖調(diào)制器發(fā)出激勵信號經(jīng)延遲器適當(dāng) 延時后控制選通門 。 由上式可知： 當(dāng)?shù)谝患壏糯笃鞯脑鲆孀銐蚋邥r，多級級聯(lián)放大器的等效 輸入噪聲主要由第一級的噪聲水平?jīng)Q定 。另外對于目標(biāo)反射率造成信號幅值變化則使用 自動增益控制 來解決。 脈沖鑒相定距原理 原理 選通器改為鑒相器，基本原理同上。 特點 ① 定距精度進(jìn)一步提高。具體如下圖所示，它包括時標(biāo)振蕩器、門電路、脈沖計數(shù)電路和記錄裝置幾部分。具體組成如圖示。每一頻率所測量的距離均 小于 相應(yīng)的測尺長度，用它們分段測量某一距離，然后將各自所測的結(jié)果組合起來，就可得到所有測量的距離 激光測距的作用距離方程 44 22222121 rAtAtrDrTrTKPP ?????? ?????Pr— 接收到的回波信號功率； Pt— 激光源的發(fā)射功率； TA1— 激光光源到目標(biāo)的大氣透過率； TA2— 目標(biāo)到接收機(jī)的大氣透過率； ηt、 ηr— 發(fā)射、接收光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)效率； K— 激光光束輪廓參數(shù)； θ— 光束束寬； r1— 發(fā)射機(jī)到目標(biāo)距離； r2— 目標(biāo)到接收機(jī)的距離； ?！?目標(biāo)的激光截面； D— 接收機(jī)的接收系統(tǒng)有效孔徑； 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 目標(biāo)跟蹤激光雷達(dá)、精密制導(dǎo)雷達(dá)、運(yùn)動目標(biāo)探測激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、環(huán)境監(jiān)測、戰(zhàn)場化學(xué)毒劑探測雷達(dá)等。 ? 在此與本地振蕩光混頻，混頻后的光束經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)聚焦到光學(xué)檢測器上，光學(xué)檢測器輸出差頻信號，經(jīng)高通匹配濾波器消
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