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1、全光纤激光相干探测实现远距离目标测速眭晓林;周寿桓;赵鸿;刘波;颜子恒;熊文龙【摘要】采用全光纤结构进行相干探测,使用输出功率100 mW窄线宽激光作发 射源利用多普勒效应，可对0.1 m 3km目标进行测速该系统探测灵敏度可达10- 13 W,具有功耗小、环境适应性好、可靠性高等优点，适用于飞船着陆器安全软着陆 等应用.An all fiber coherent detection system is developed for target velocity measurement. The narrow line width laser output power is 100 mW. I
2、ts based on Doppler etfect. The operation distance is from 0. 1 m to 3 km. The systems sensitivity achieves 10 W,It has advantage of low power consumption,stable and reliable performance, good spatial adaptability. The system can be used for spacecraft landing which needs to measure velocity.【期刊名称】
3、激光与红外年(卷),期】 2013(043)003【总页数】2页(P256-257)关键词】 相干探测;多普勒效应;激光测速;高灵敏度作 者】 眭晓林;周寿桓;赵鸿;刘波;颜子恒;熊文龙作者单位】 固体激光技术重点实验室,北京100015正文语种】 中 文中图分类】 TN2471 引言1964年,Yeh和Cummins首次采用双光束相干技术通过测量激光多普勒频移量 来获得流体的运动速度1。利用激光相干测速方法在测量范围、精度、实时性 等方面均优于传统方法2。但作用距离一般在数百米之内34。在对于诸 如月球、火星之类的外星球进行探索时，飞船着陆器需要安全软着陆。软着陆过程 中激光技术在着陆器速度
4、感知方面发挥重要的作用5。2 系统组成及原理本研究采用全光纤相干探测方案，成功实现了对最小功率10-13 W回波光的多 普勒频移进行探测。实验方案如图1所示。图1 全光纤相干探测系统原理Fig . 1 scheme of all fiber coherent detection system经过调制后的光纤单频激光分为本振光和照射光。本振光经过入/2波片到达探测 器。目标照射光经反射后进入接收支路在探测器上与本振光混频。收发隔离器前加 入/4波片是使反射光与本振光在偏振方向上一致。该系统所有光路连接均采用光纤。 探测器输出的信号携带有相对运动速度信息，数据采集及处理系统对该信号处理后 得到飞船
5、速度。对于着陆行星表面，在作用距离最远处接收回波功率Pr min由下式计算6:式中，Pr min为作用距离最远处接收功率;Pt为激光发射功率;Ac为接收有效口径 面积;P为目标反射率;k为光学系统透过率;R max为最远距离。系统中采用的参数如下:激光发射功率Pt=100 mW，光学透过率k=0.3,接收有 效口径面积Ac=0 . 0035m2，目标反射率p=6%。系统达到的作用距离为R max=3 km。代入公式，得到最小接收功率:Pr min=2 .2x10-13 W。普通激 光探测系统的最小接收功率一般在10-8 W数量级。该全光纤相干探测系统灵敏 度较普通探测系统提高5个数量级。3 实
6、验结果 本系统实验采用直升飞机作为载体，将系统固定在直升机驾驶舱侧下方，如图2 所示。图2 相干探测系统安装于直升机上Fig . 2 coherent detection system ismounted on the helicopter在距地面3 km飞行进行速度测量，测试数据如图3所示，粗线为激光测速雷达测 试数据，细线为GPS测试数据。在GPS测量随机误差的8=0. 25 m/s情况下， 测量数据与GPS最大误差为8=0.45 m/s。目前该系统的作用距离主要受限于发 射功率，再采取更大的发射功率将达到更远的距离7。图3 相干探测系统与GPS测试数据对比Fig . 3 coherent
7、 detection system test data vs GPS data参考文献:1 Yeh Y，Cummins H Z.Localized fluid flow measurements with anHe - Ne laser spectrometerJ.Applied Physics Letters，1964， 4(10):173 -178.2 Zhang Yanyan，Gong Ke，He Shufang，et al.Pragres in laser Doppler velocitymeasurement techniquesJ.Laser Infrared，2010， 40(1
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9、an，Huo Yujin，He Shufang，et alA new dual frequency laser Doppler velocity measurement method JLaser Infrared , 2010,40(7):694 - 696 . (in Chinese)张艳艳，霍玉晶，何淑芳， 等一种新的双频激光多普勒测速方法的实验研究J 激光与红外，2010, 40(7):694 - 696 .5 AronA Wolf, Jeff Tooley , et al. Performance trades for mars pinpoint landing J. Proc .
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全光纤激光相干探测实现远距离目标测速
