面向测量和通信的光技术及应用

面向测量和通信的光技术及应用概要激光技术在电力、公安与安全、机器人及无人驾驶系统中的应用LED可见光通信关键技术和应用案例（一）激光三维扫描雷达在机器人及无人驾驶系统中应用激光三维扫描雷达在军民领域有广泛的应用，可用于导弹导引头、月球车、地形测绘、机器人、无人飞机及广义的无人驾驶系统（一）激光三维扫描雷达在机器人及无人驾驶系统中应用案例1：地形测绘视频播放（40s）案例2：机器狗视频播放（135s）案例3：无人飞机视频播放（155s）案例4：无人驾驶汽车视频播放（200s）Lidarvs.Radar(LightDetectionandRanging)（一）激光三维扫描雷达在机器人及无人驾驶系统中应用激光三维扫描雷达原理:是一种以激光为载波，光学望远镜为天线，光电探测仪为接收器的雷达。通过向目标发射激光束，再由雷达接收器准确地接收从目标反射回来的信息，通过对比发射信号和反射信号之间的差异，并进行适当的信号处理，从而获取目标的相关数据：目标的相对距离、相对速度、绝对速度、高度、方位角、俯仰角、形状等信息。优点：分辨率高、抗有源干扰能力强、低空探测性好、体积小、质量轻。（一）激光三维扫描雷达在机器人及无人驾驶系统中应用激光三维扫描雷达关键技术:·激光器（硬件，材料）·高性能、高分辨率光电混合焦平面阵列·高速处理电路（高速成像、高速图像处理器，成像速度慢易造成图像运动失真）·光电探测器的光电混频能力·高反射率目标信号处理（避免造成探测器饱和或损毁）·回波信号噪声干扰抑制·环境自适应能力·等等......（二）激光光纤互感器应用：远距离直流输电系统优点：体积小便于集成、成本低、绝缘性好、无磁饱和现象原理：利用法拉第磁光效应原理，线偏振光在光学晶体中传播时，若在平行于光的传播方向上加一磁场，则光的偏振方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度d的乘积成正比，即ψ=VBd，比例系数V称为费尔德常数。CVOCT（Crystal-ValveOpticalCurrentTransformer）晶体光阀光学电流互感器使用晶体光阀将一次电流信号调制成光强信号，即可准确测量一次电流。（二）激光光纤互感器

激光通过光纤被引入到测量系统中，经过起偏成为线偏光后被引入到磁光介质中，磁光介质在磁场影响下使偏振光的偏振面发生旋转，通过磁光介质后的检偏器可将偏振旋转的角度转换为光强度变化由于导线周围的磁场与其承载的电流有确定的关系，电流和磁场的关系——安培定律从而通过分析光强来测量电流电流变化产生的磁场信号晶体磁光阀（磁光调制功能）光信号通讯光纤光电转化设备原始电流信号提取（二）激光光纤互感器前景远距离直流输电工程的光学电流互感器·国家特高压电网建设战略开始加速推进，特高压直流工程建设。（三）激光语音捕获系统激光干涉监听技术，光学侦察技术

激光干涉侦听是一种新型的侦听技术，在针对公共安全、安全侦查、反恐等方面的重大需求时，该技术手段可有效解决由于事发地点不确定性，不能将侦听传感头预埋在事发地，以及正反射激光侦听的对准难等诸多问题。激光多普勒干涉测量零差激光干涉法、基于光学相位调制和锁相技术的抗干扰干涉法、自混频外差激光振动测量、激光光源电流调制法、声光调制器（AOM）外差干涉法、双波长激光外差干涉法测量方法等。（三）激光语音捕获系统漫反射激光语音获取技术参数（样例）：（三）激光语音捕获系统基于窄线宽光纤激光器波长编码外差干涉侦听技术原理框图双波长激光获取，单一激光器输出双波长脉宽控制与精确光纤延时外差频率无关解调算法稳定干涉场中双波长激光变频自适应解调关键技术：（三）激光语音捕获系统前景·在安全、航天、医疗等领域的广泛应用，为安全、预警、反恐等提供强有力保障，为减少灾难给社会造成的巨大损失。·漫反射激光语音获取技术的实现，还可以打破西方列强的技术优势和技术封锁，减少装备购置费用、增强自力更生的能力和信心，对提高军事现代化水平有着重大的作用。·漫反射激光语音获取技术的实现为各级指挥员迅速、准确、全面地掌握敌情、运筹帷幄、克敌制胜提供前提条件，对保障国家安全、了解国外经济、科技动态具有重要意义。概要激光技术及其在电力、公安与安全、机器人及无人驾驶系统中的应用LED可见光通信关键技术和应用案例LED可见光通信器件简介：1、可见光发射LED器件

主流传统照明（蓝光激发黄色荧光粉型白光LED）的响应缓慢限制带宽（10dB带宽不到20MHz）。2、新型Micro-LED器件

在一个芯片上集成了高密度小尺寸LED阵列，像素可定址、单驱动点亮，像素点距从毫米级降低到微米级。3、可见光探测器

传统硅基探测器主要在红外波段敏感，蓝光效率比较低，且随着距离增大及强烈背景噪声和电路固有噪声影响效果不佳；新型高灵敏度、带通光谱响应InGaN可见光探测器及其阵列应用。LED可见光通信LED可见光通信◊调制方式：·IEEE802.15.7：开关键控（OOK）[单光源，PHYⅠ、PHYⅡ]

可变脉冲位置调制（VPPM）[单光源，PHYⅠ、PHYⅡ]

移色（移频）键控（CSK）[多光源，PHYⅢ]◊拓扑结构：

IEEE802.15.7：11.67kbps-96Mbps室内外应用支持

对等型和星型拓扑结构◊无闪烁通信的调光机制◊均衡技术◊信号恢复算法技术优势1：

调制方案和调光支持：可见光谱380-780nm，支持数据速率96Mbps，6GHz以下传统RF通信用于高速数据通信会快速耗尽频谱，用于VLC的带宽300THz能为短距离提供多个Gbps的数据速率（例如在MIMO方式中使用阵列LED）。LED可见光通信技术优势2：调光支持调制引起的光波动即光闪烁对人是不利的最佳的光闪烁频率应＞200Hz，即最大闪烁周期MFTP＜5msVLC的调制处理在数据帧内和帧间不能引起任何明显的闪烁LED可见光通信技术优势3：IEEE802.15.7提供三种方式VLC.PHYⅠ：11.67kbps-266.6kbps，单光源，支持OOK和VPPMVLC.PHYⅡ：1.25Mbps-96Mbps，单光源，支持OOK和VPPMVLC.PHYⅢ：12Mbps-96Mbps，不同频率（颜色）多光源，使用CSK调光条件下，使用OOK调制通过插入补偿时间提供恒定的调光范围和可变的数据速率，而VPPM通过调节脉冲宽度形成固定的数据速率和可变调光范围每个PHY采用RLL游程长度限制编码和信道编码用于前向纠错(FEC)IEEE802.15.7也提供了类似硬判决性能的FEC方法光时钟速率：PHYⅠ≤400kHz，汽车道路行驶照明PHYⅡ≤120MHz，移动和手持设备PHYⅢ≤24MHz，目前基础设施LED可见光通信技术优势4：OOK调制和调光方法光的通断或者强弱（为了维持直流平衡）代表逻辑‘1’或‘0’。FEC：二级编码方式，先外编码，再级联内编码调光：方法一：重新