面向測量和通信的光技術(shù)及應(yīng)用

面向測量和通信的光技術(shù)及應(yīng)用概要激光技術(shù)在電力、公安與安全、機(jī)器人及無人駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用LED可見光通信關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用案例（一）激光三維掃描雷達(dá)在機(jī)器人及無人駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用激光三維掃描雷達(dá)在軍民領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，可用于導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、月球車、地形測繪、機(jī)器人、無人飛機(jī)及廣義的無人駕駛系統(tǒng)（一）激光三維掃描雷達(dá)在機(jī)器人及無人駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用案例1：地形測繪視頻播放（40s）案例2：機(jī)器狗視頻播放（135s）案例3：無人飛機(jī)視頻播放（155s）案例4：無人駕駛汽車視頻播放（200s）Lidarvs.Radar(LightDetectionandRanging)（一）激光三維掃描雷達(dá)在機(jī)器人及無人駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用激光三維掃描雷達(dá)原理:是一種以激光為載波，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡為天線，光電探測儀為接收器的雷達(dá)。通過向目標(biāo)發(fā)射激光束，再由雷達(dá)接收器準(zhǔn)確地接收從目標(biāo)反射回來的信息，通過對比發(fā)射信號和反射信號之間的差異，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘柼幚恚瑥亩@取目標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)：目標(biāo)的相對距離、相對速度、絕對速度、高度、方位角、俯仰角、形狀等信息。優(yōu)點(diǎn)：分辨率高、抗有源干擾能力強(qiáng)、低空探測性好、體積小、質(zhì)量輕。（一）激光三維掃描雷達(dá)在機(jī)器人及無人駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用激光三維掃描雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù):·激光器（硬件，材料）·高性能、高分辨率光電混合焦平面陣列·高速處理電路（高速成像、高速圖像處理器，成像速度慢易造成圖像運(yùn)動失真）·光電探測器的光電混頻能力·高反射率目標(biāo)信號處理（避免造成探測器飽和或損毀）·回波信號噪聲干擾抑制·環(huán)境自適應(yīng)能力·等等......（二）激光光纖互感器應(yīng)用：遠(yuǎn)距離直流輸電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：體積小便于集成、成本低、絕緣性好、無磁飽和現(xiàn)象原理：利用法拉第磁光效應(yīng)原理，線偏振光在光學(xué)晶體中傳播時(shí)，若在平行于光的傳播方向上加一磁場，則光的偏振方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長度d的乘積成正比，即ψ=VBd，比例系數(shù)V稱為費(fèi)爾德常數(shù)。CVOCT（Crystal-ValveOpticalCurrentTransformer）晶體光閥光學(xué)電流互感器使用晶體光閥將一次電流信號調(diào)制成光強(qiáng)信號，即可準(zhǔn)確測量一次電流。（二）激光光纖互感器

激光通過光纖被引入到測量系統(tǒng)中，經(jīng)過起偏成為線偏光后被引入到磁光介質(zhì)中，磁光介質(zhì)在磁場影響下使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過磁光介質(zhì)后的檢偏器可將偏振旋轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度變化由于導(dǎo)線周圍的磁場與其承載的電流有確定的關(guān)系，電流和磁場的關(guān)系——安培定律從而通過分析光強(qiáng)來測量電流電流變化產(chǎn)生的磁場信號晶體磁光閥（磁光調(diào)制功能）光信號通訊光纖光電轉(zhuǎn)化設(shè)備原始電流信號提?。ǘ┘す夤饫w互感器前景遠(yuǎn)距離直流輸電工程的光學(xué)電流互感器·國家特高壓電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略開始加速推進(jìn)，特高壓直流工程建設(shè)。（三）激光語音捕獲系統(tǒng)激光干涉監(jiān)聽技術(shù)，光學(xué)偵察技術(shù)

激光干涉?zhèn)陕犑且环N新型的偵聽技術(shù)，在針對公共安全、安全偵查、反恐等方面的重大需求時(shí)，該技術(shù)手段可有效解決由于事發(fā)地點(diǎn)不確定性，不能將偵聽傳感頭預(yù)埋在事發(fā)地，以及正反射激光偵聽的對準(zhǔn)難等諸多問題。激光多普勒干涉測量零差激光干涉法、基于光學(xué)相位調(diào)制和鎖相技術(shù)的抗干擾干涉法、自混頻外差激光振動測量、激光光源電流調(diào)制法、聲光調(diào)制器（AOM）外差干涉法、雙波長激光外差干涉法測量方法等。（三）激光語音捕獲系統(tǒng)漫反射激光語音獲取技術(shù)參數(shù)（樣例）：（三）激光語音捕獲系統(tǒng)基于窄線寬光纖激光器波長編碼外差干涉?zhèn)陕牸夹g(shù)原理框圖雙波長激光獲取，單一激光器輸出雙波長脈寬控制與精確光纖延時(shí)外差頻率無關(guān)解調(diào)算法穩(wěn)定干涉場中雙波長激光變頻自適應(yīng)解調(diào)關(guān)鍵技術(shù)：（三）激光語音捕獲系統(tǒng)前景·在安全、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為安全、預(yù)警、反恐等提供強(qiáng)有力保障，為減少災(zāi)難給社會造成的巨大損失。·漫反射激光語音獲取技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，還可以打破西方列強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)封鎖，減少裝備購置費(fèi)用、增強(qiáng)自力更生的能力和信心，對提高軍事現(xiàn)代化水平有著重大的作用。·漫反射激光語音獲取技術(shù)的實(shí)現(xiàn)為各級指揮員迅速、準(zhǔn)確、全面地掌握敵情、運(yùn)籌帷幄、克敵制勝提供前提條件，對保障國家安全、了解國外經(jīng)濟(jì)、科技動態(tài)具有重要意義。概要激光技術(shù)及其在電力、公安與安全、機(jī)器人及無人駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用LED可見光通信關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用案例LED可見光通信器件簡介：1、可見光發(fā)射LED器件

主流傳統(tǒng)照明（藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉型白光LED）的響應(yīng)緩慢限制帶寬（10dB帶寬不到20MHz）。2、新型Micro-LED器件

在一個(gè)芯片上集成了高密度小尺寸LED陣列，像素可定址、單驅(qū)動點(diǎn)亮，像素點(diǎn)距從毫米級降低到微米級。3、可見光探測器

傳統(tǒng)硅基探測器主要在紅外波段敏感，藍(lán)光效率比較低，且隨著距離增大及強(qiáng)烈背景噪聲和電路固有噪聲影響效果不佳；新型高靈敏度、帶通光譜響應(yīng)InGaN可見光探測器及其陣列應(yīng)用。LED可見光通信LED可見光通信?調(diào)制方式：·IEEE802.15.7：開關(guān)鍵控（OOK）[單光源，PHYⅠ、PHYⅡ]

可變脈沖位置調(diào)制（VPPM）[單光源，PHYⅠ、PHYⅡ]

移色（移頻）鍵控（CSK）[多光源，PHYⅢ]?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

IEEE802.15.7：11.67kbps-96Mbps室內(nèi)外應(yīng)用支持

對等型和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?無閃爍通信的調(diào)光機(jī)制?均衡技術(shù)?信號恢復(fù)算法技術(shù)優(yōu)勢1：

調(diào)制方案和調(diào)光支持：可見光譜380-780nm，支持?jǐn)?shù)據(jù)速率96Mbps，6GHz以下傳統(tǒng)RF通信用于高速數(shù)據(jù)通信會快速耗盡頻譜，用于VLC的帶寬300THz能為短距離提供多個(gè)Gbps的數(shù)據(jù)速率（例如在MIMO方式中使用陣列LED）。LED可見光通信技術(shù)優(yōu)勢2：調(diào)光支持調(diào)制引起的光波動即光閃爍對人是不利的最佳的光閃爍頻率應(yīng)＞200Hz，即最大閃爍周期MFTP＜5msVLC的調(diào)制處理在數(shù)據(jù)幀內(nèi)和幀間不能引起任何明顯的閃爍LED可見光通信技術(shù)優(yōu)勢3：IEEE802.15.7提供三種方式VLC.PHYⅠ：11.67kbps-266.6kbps，單光源，支持OOK和VPPMVLC.PHYⅡ：1.25Mbps-96Mbps，單光源，支持OOK和VPPMVLC.PHYⅢ：12Mbps-96Mbps，不同頻率（顏色）多光源，使用CSK調(diào)光條件下，使用OOK調(diào)制通過插入補(bǔ)償時(shí)間提供恒定的調(diào)光范圍和可變的數(shù)據(jù)速率，而VPPM通過調(diào)節(jié)脈沖寬度形成固定的數(shù)據(jù)速率和可變調(diào)光范圍每個(gè)PHY采用RLL游程長度限制編碼和信道編碼用于前向糾錯(cuò)(FEC)IEEE802.15.7也提供了類似硬判決性能的FEC方法光時(shí)鐘速率：PHYⅠ≤400kHz，汽車道路行駛照明PHYⅡ≤120MHz，移動和手持設(shè)備PHYⅢ≤24MHz，目前基礎(chǔ)設(shè)施LED可見光通信技術(shù)優(yōu)勢4：OOK調(diào)制和調(diào)光方法光的通斷或者強(qiáng)弱（為了維持直流平衡）代表邏輯‘1’或‘0’。FEC：二級編碼方式，先外編碼，再級聯(lián)內(nèi)編碼調(diào)光：方法一：重新