相干激光雷达的进展

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相干多普勒测风激光雷达研究

相干多普勒测风激光雷达研究

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文 章 编 号 : 17—752 1)200—5 6288 (020 08 0
相 干 多 普 勒 测 风 激 光 雷 达 研 究
竹孝 鹏 刘 继桥 刁伟 峰 毕德 仓 周 军 陈卫标

相干公司全固体绿激光器的现状与未来发展

相干公司全固体绿激光器的现状与未来发展

相干公司全固体绿激光器的现状与未来发展相干公司全固体绿激光器的现状与未来发展1引言全固体激光器具有节能,小型,寿命长等优点,因而得到了迅速发展.美国相干公司现已研制出多种二极管(LD)泵浦的全固体绿激光器.在激光器市场中,美国相干公司是世界上生产激光器的顶级生产商.该公司根据固体激光器的市场需求,从水冷式离子激光器发展到钛宝石激光器,丰富了产品种类,得到了市场的积极支持.本文对相干公司飞速发展的全固体绿激光器的现状与未来发展进行综述.2采用最先进的制造技术美国相干公司之所以能在全固体激光器市场中立足,这主要得益于其产品性能,可靠性以及批量生产的能力.相干公司采用新的设计方法制作全固体激光器,其激光头是完全封闭的,并采用了世界首创的图1全固体激光器的制作现场卜:●王玉英半模拟机器人制造专利技术(PermalignTM)(图1),将经过严格筛选的光学元件直接焊于衬底,杜绝了漏气现象,成功地制成无调整机构的理想固体激光器.其独创的生产技术使其制造产品的误差达到最小极限且可批量生产并使系统内元件互换时的停机时间变得最短.3微型绿激光器Compass315M系列(功率:20~150mW)产品是在采用银盐,感光树脂的平板上直接产生图形.该产品可与气冷式Ar激光器相媲美,是一种具有激光头部尺寸d~(1OOmmx40mmx32.5mm),节能,寿命长,功率高(>100mW),轻便,可装于运行部位,且可迅速调换等特点的小型绿激光器.另外,相干公司为了满足用户低价位的需求,还生产了低功率(1O~75mW),低价位的Compass215M 系列产品,现已应用于生物,各种无损检测,光盘,掩模扫描和喇曼光谱等领域.目前,该公司已向市场供应10000余台商品.相干公司现已瞄准市场需求,面向广大用户,正在积极开发价位更低的商品.4高功率全固体绿激光器V erdi系列全固体绿激光器(功率2~18W)是水冷式激光器的替代产品,最高功率为18W,居同行业之首,在激光泵浦,全息术,微细加工,激光热处理和半导体无损检测等应用中占据绝对优势.图1V erdi谐振腔设计该系列产品采用环型谐振腔,实现了行业领先的性能(如图1所示).因该激光器采用光纤将LD光传输至谐振腔,因而能将激光头部的热量控制在最小极限.传输的LD光激励Nd'YVO晶体,在设置于振荡输出功率1064nm的环形谐振腔中产生二次谐波振荡(SUG).在这种无振荡模式竞争的情况下,产生的绿光噪声极低(0.03%rms).激光头采用了该公司的专利制造技术,使长期运转不需维修成为可能.更短波段(极紫外)振荡的AzureTM(波长:单频266nm,功率:200mW)和可调波长钛宝石激光器ChameleonTM (波长:705~980nm,功率:>1.5w)用V erdi作泵浦源, 实现了高可靠性和完全无干扰工作,因而受到了用户的青睐.5全固体蓝激光器SapphireTM用晶体作激光工作物质的全固体激光器对振荡波长有严格的限制.相干公司在大量用于生物行业…L,…■r…ll…{激光输出0SHG晶体输出反射镜七——————谐振器图2钛宝石谐振器的结构的全固体激光振荡的Ar激光器(波长为488nm)上采用了光泵浦半导体激光技术.光泵浦半导体激光器被称为垂直腔面发射激光器(VECSEL),具有不同于一般电驱动半导体激光器的特点,它是用光(光子)来激励激光振荡.用相干公司在芬兰工厂制造的InGaAs基量子阱半导体芯片作激励工作物质,利用高功率,长寿命InGaAsP基半导体激光器(波长约为800nm)进行纵向面发射(图2所示).这种谐振器的结构与面发射激光器的区别在于配置了输出反射镜,因此成功实现了空间模式优异的理想光束.将LD泵浦的激光全部照射到该半导体芯片上,使其产生纵向激励.半导体芯片通过振荡材料的组合,设计并选择所希望的基波. 另外,在谐振器中配置的SHG晶体与双折射滤光片的组合实现了单频蓝激光振荡.相干公司自2001年5月开始生产这种产品以来,已完成3000余台的供货任务.2004年10月,相干公司扩大了该产品的种类,生产出了488nm型和460nm型低功率激光器.输出功率分别为1O~30mW和10mW;高功率激光器有488nm型,输出功率为100~200mW.目前该公司正积极拓展业务范围,争取将所有气冷式Ar激光器发展成为全固体激光器.6激光二极管模块CUBETM在生物装置市场,已出现一种将荧光染料和多波长激光器组装在生物装置上的趋势.固体激光器对振荡波长有限制,而近年来,GaN基紫色和紫外激光二极管所彰显的高功率,寿命长的优点倍受用户青睐. 相干公司将开发上述产品所积累的技术用在生产激光二极管模块上,对模块采取静电放电措施,达到了高稳定性和寿命长的目的.在2005年1月召开的PhotonicsWest2005会议上相干公司公布了激光二极管模块新产品CUBE系列,该激光器的激光头(尺寸100mmx40mmx40mm)内置有控制部分使其达到了小型化.本产品根据CDRH标准,采取了第4级静电放电(ESD)措施,并在激光头部连接USB光缆, Oct.2005■:在GUI画面上显示并控制手提电脑的接通与断开, 输出的设定,状态的确认,工作时间等.而且作为标准装置安装了专用光缆,用户可进行远程控制.波长种类有375nm,405nm,440nm,635nm,785nm,可根据用途选择圆形和椭圆形(1×3)的振荡模式.图3给出了8mW50mW16mW25mW40mW图3CUBE的振荡波长和输出功率璺卜圆形振荡模式的波长和功率.振荡性能包括:采用光回路的输出功率稳定;可实现150MHz的高速功率的调制(保证上升/下降时间小于2ns)功能,因而不用准备外调制器,就能获得脉冲振荡,这有利于构建系统时降低成本.7其他全固体激光器除生产上述连续振荡激光器外,相干公司还生产脉冲振荡激光器,如作为激光直接扫描装置用内置可饱和布喇格反射器的高功率连续锁模振荡紫外激光器(PaladinT~355,振荡波长355nm,最大功率8W);大量用于平板显示器和硬盘加工的小型全固体脉冲激光器(V ectorTM1064,最大功率3W,波长为1064nm; V ector532最大功率1W,波长为532nm);在高速精密微细加工中受到关注的Q开关型紫外,极紫外激光器(A VIAn355,输出功率为10W,波长为355nm;A VIA266输出,功率为3W,波长为266nm)以及在激光退火和金属高速加工中受到关注的高功率脉冲绿激光器(Evolution输出功率为90W,波长为527nm) 等.8结束语相干公司通过提高全固体激光器的功率和可靠性,一步一个脚印地从气体激光器向固体激光器的方向发展.该公司利用固体激光器和半导体激光器,努力使激光系统具有小型化和节能的优点,最终达到降低运转成本的目的.该公司以众多的品种满足客户的需求,并为适应新的需求而努力开发新产品,并以雄厚的技术力量和生产体制为基础,愿与客户建立长期的伙伴关系,在构建新一代装置的过程中,希望在开发阶段与有关厂商加强合作,共图发展.(No.2)。

激光雷达信号处理发展趋势_概述说明以及解释

激光雷达信号处理发展趋势_概述说明以及解释

激光雷达信号处理发展趋势概述说明以及解释1. 引言1.1 概述激光雷达是一种利用激光束进行测量的技术。

通过测量目标物体反射回来的激光信号,可以获取目标物体的位置和形状等信息。

因其高精度、长距离探测和三维重建能力强等特点,激光雷达在自动驾驶、机器人导航、环境感知等领域得到了广泛应用。

随着科技的不断进步,激光雷达信号处理技术也在不断发展和改进。

本文旨在对激光雷达信号处理的发展趋势进行全面的概述和解释,包括其历程、技术概述及未来趋势。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行说明。

首先,在引言部分介绍论文的背景和文章的结构安排。

然后,在第二部分中,将详细叙述激光雷达信号处理技术的发展历程,包括初期研究阶段、技术突破与应用拓展阶段以及当前发展现状。

接下来,在第三部分中,我们将对激光雷达信号处理技术进行概述,包括信号采集与预处理、数据滤波与去噪以及目标检测与识别。

第四部分将探讨未来发展趋势,包括高分辨率和高帧率技术应用、多传感器融合与跨层级信息融合方法研究以及实时性与低功耗优化。

最后,在结论部分总结本文的内容,并对激光雷达信号处理的未来进行展望。

1.3 目的本文的目的是全面了解激光雷达信号处理技术的发展趋势。

通过对其历程和当前状态进行梳理,对信号采集与预处理、数据滤波与去噪、目标检测与识别等关键技术进行介绍,进而探讨其未来发展方向。

通过该文章的阅读,读者将能够更好地了解激光雷达在各个领域中的应用前景,并为相关研究和工程实践提供参考依据。

这篇文章旨在系统地介绍激光雷达信号处理发展趋势,涵盖了从过去到现在再到未来的整个演变过程,并且详细说明了信号采集与预处理、数据滤波与去噪、目标检测与识别等关键技术。

通过本文,读者将更好地了解激光雷达信号处理的历史和现状,并对未来的发展趋势有所了解。

2. 发展历程:激光雷达信号处理技术在过去几十年中取得了长足的进展。

本节将详细介绍激光雷达信号处理技术的发展历程,主要包括初期研究阶段、技术突破与应用拓展阶段以及目前的发展现状。

激光雷达 相干积累的原理

激光雷达 相干积累的原理

激光雷达相干积累的原理
激光雷达是一种利用激光来探测目标的雷达系统。

相干积累是
激光雷达中的一种信号处理技术,它可以帮助提高雷达系统的测距
精度和目标分辨率。

激光雷达通过发射激光脉冲并测量其返回时间来确定目标的距离。

相干积累的原理是利用激光的相干性质,将多个激光脉冲的返
回信号进行叠加处理,从而增强目标信号的强度,提高信噪比,进
而提高测距精度和目标分辨率。

在激光雷达中,激光脉冲经过发射后,与目标相互作用后返回
到接收器。

这些返回的信号经过处理后,可以得到目标的距离信息。

而利用相干积累的技术,可以将多个激光脉冲的返回信号进行积累
叠加,通过叠加处理可以增强目标信号的强度,从而提高信噪比。

这样一来,即使目标信号非常微弱,也能够通过相干积累技术得到
足够强度的信号,从而提高了雷达系统的测距精度和目标分辨率。

相干积累的原理可以帮助激光雷达系统在复杂环境下更好地探
测目标,提高了雷达系统的性能和可靠性。

这种信号处理技术在军事、航空航天、地质勘探和气象等领域都有着广泛的应用。

通过相
干积累技术,激光雷达可以更准确、更可靠地获取目标的距离信息,为各种应用提供了重要的技术支持。

基于激光雷达相干探测技术的实验研究

基于激光雷达相干探测技术的实验研究

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Байду номын сангаас
Ab t a t A t e t a d l n d t cig r t t n tr e rs n e s r c ma h ma i l c mo e ee t ai g t sp e e td,a d i i b sd o s rc h r n e e t n t h oo o n o o a i n t s a e n l e o ee td tc i n l — a o e c
a d t a y p vd u t e nf mat n ort ge e e to n h tm r ie f rh ri or a o i f ar td t cin,ca sfc t o ls iia i on,a d rc g ii . n eo nt on
K y W or s ls r r d r o e e td t c in,r t to a a g t i -r q e c n l ss e d a e a a ,c h r n e e t o o a i n l r e ,t t me f e u n y a ay i
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基于激光雷达相干探测技术建立 了探测转动 目标 ( 如舰载直升机) 的数学模型 , 展开 了应 用激 光相 干技术探测

相干探测激光雷达工作原理

相干探测激光雷达工作原理

相干探测激光雷达工作原理
嘿呀!今天咱们来聊聊相干探测激光雷达的工作原理,这可真是个超酷的话题呢!
首先呀,咱得知道啥是相干探测激光雷达。

哇!简单来说,它就是一种超级厉害的测量工具。

那它到底咋工作的呢?1. 发射激光哎呀呀,它会发射出特定频率和波长的激光束,这束光就像个勇敢的小战士,勇往直前呀!2. 遇到目标这束光跑出去后,碰到目标物啦,比如说建筑物、车辆或者其他啥东西。

3. 反射回来然后呢,光被目标物反射回来。

4. 相干检测这时候关键的步骤来啦,相干检测!这就像是一场精准的比对。

反射回来的光和原本发射出去的光相互作用,产生干涉现象。

哎呀呀,这干涉现象可太重要啦!
为啥说重要呢?因为通过对干涉信号的分析,我们就能得到好多超级有用的信息呀!比如说目标物的距离、速度、形状,哇塞!这可太神奇了不是吗?
再深入讲讲,相干探测激光雷达在测量距离的时候,那精度高得让人惊叹!它是怎么做到的呢?哎呀,这就涉及到对光的频率、相位等等的精细分析啦。

通过这些分析,哪怕是极其微小的距离变化,都能被准确地检测出来呢!
还有哦,相干探测激光雷达在测量速度的时候,也是厉害得不行!它能根据多普勒效应,准确地算出目标物的速度。

哇!这在交通监测、航空航天等领域,可发挥了大作用啦!
总之呢,相干探测激光雷达的工作原理虽然有点复杂,但是真的超级厉害呀!它为我们的生活带来了好多便利和创新,难道不是吗?未来,说不定它还会有更让人惊喜的发展呢!。

相干连续波激光雷达的参数设计与实现

相干连续波激光雷达的参数设计与实现

相干连续波激光雷达的参数设计与实现吴姿妍;司一冰;芶韬;眭晓林;郑珊【摘要】近年来,光学器件和数字化处理技术的高速发展为全光纤相干连续波激光雷达探测系统的小型化提供了基础.该雷达具有测速精度高、距离分辨率高、体积小、重量轻、易于装载等特点.本文首先介绍全光纤相干连续波激光雷达的测距测速原理,其次针对全光纤相干连续波激光雷达的性能指标设计了一套波形参数,并对该模型进行仿真实验,最后进行外场实际测量.仿真数据和实验数据均表明,利用该参数可以达到高的距离分辨力(1 m),大的速度可测范围(-100~100m/s),高的速度准确率(0.5%),完成了设计指标.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(046)001【总页数】6页(P28-33)【关键词】连续波;相干激光雷达;参数设计【作者】吴姿妍;司一冰;芶韬;眭晓林;郑珊【作者单位】固体激光技术重点实验室,北京100015;营口市高级中学,辽宁营口115005;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN958.98相干激光雷达自20世纪60年代就被广泛应用于测量移动目标的距离和速度[1-2]。

同直接探测相比,相干激光雷达具有探测灵敏度高、发射功率小,分辨率高等优点,在测量过程中,它获得的有效信息更多。

利用全光纤结构,进一步提高了相干激光雷达的稳定性与可靠性,扩大了激光雷达的应用范围。

因此,全光纤相干激光雷达是未来激光雷达的一个重要的发展趋势。

受到结构复杂性、体积以及器件发展的限制,相干激光雷达在2000年以前无法得到广泛使用。

随着激光技术以及探测技术的高速发展,全光纤相干激光雷达的各项性能得到完善。

如可调谐二极管激光技术使得雷达结构体积变小,并且在分布式反馈半导体激光(DBF)及掺铒光纤放大器(EDFA)中实现了频率调制功能,相干光源的主控振荡器功率放大器(MOPA)产生功率可调的高质量种子光源。

光纤光学相控阵相干激光雷达系统关键技术研究共3篇

光纤光学相控阵相干激光雷达系统关键技术研究共3篇

光纤光学相控阵相干激光雷达系统关键技术研究共3篇光纤光学相控阵相干激光雷达系统关键技术研究1光纤光学相控阵相干激光雷达系统关键技术研究激光雷达(LiDAR)作为一种高精度、高可靠性的传感器技术,已经被广泛应用于机器人、自动驾驶、环境监测等各个领域。

然而,激光雷达在成像距离、分辨率、抗干扰能力等方面还存在诸多的不足之处。

相控阵(Phased Array)技术是一种广泛应用于雷达、通信和声学领域的信号处理技术,它通过构成全向定向辐射场的干涉阵列天线,实现对目标的定向和信号处理,大大提高了雷达的性能指标。

而光纤光学相控阵(Fiber Optic Phased Array)结合了光学和相控阵技术,在激光雷达系统中具有十分广泛的应用前景。

本文将详细介绍光纤光学相控阵相干激光雷达系统的关键技术研究。

光纤光学相控阵激光雷达系统的构成包括光学发射端和接收端两部分。

下面分别从这两个方面进行介绍。

光学发射端光学发射端是指激光束从激光器出发,通过光学系统射入相控阵阵列中。

下面将从激光器、光束调制和光学结构三个方面展开具体介绍。

1. 激光器激光器是光纤光学相控阵激光雷达系统中最基本、最核心的组成部分之一。

常见的激光器有GaN-laser、DFB-laser、VCSEL等。

不同类型激光器的波长、输出功率、调制速度、光谱宽度等性能都不相同。

2. 光束调制由于激光雷达的应用场景复杂多变,因此对光束进行调制是必不可少的。

光束调制技术指的是对激光束的幅度、相位、极化等进行调制,从而使得激光束具有一定的时序和空间性能。

3. 光学结构光学结构的设计对光纤光学相控阵激光雷达的性能影响很大,其主要包括激光器输出光束整形结构、光纤产生相位延迟的结构和射线发射天线阵列结构。

光学接收端光学接收端是指相控阵阵列接收到反射回来的光信号,通过光学结构将光信号转化为电信号。

下面将从相控阵阵列、光学结构和光电转换三个方面展开具体介绍。

1. 相控阵阵列光纤光学相控阵激光雷达中的“相控阵”即指阵列天线。

相干多普勒激光雷达技术

相干多普勒激光雷达技术
维普资讯
第 2 期 20 0 7年 4月
雷 达 科 学 与技 术
R adar Sc i ence and echno I T ogy
Vo . . 15 No 2 Ap i 2 0 rl 0 7
相 干 多普 勒激 光 雷达 技 术
mo e s n i g n t i a e ,t ed v l p n fc h r n p lrl a r s n e .Th a i t u t r ,o — t e s n .I h sp p r h e eo me to o e e t Do p e d ri p e e t d i s e b scs r c u e p e a i n lp i cp e c o me h n s a d sg a -o n ie r t S r t a rn i l ,e h c a im n i n l - o s a i o t o( NR)o o i - t t o e e t D p l r l a r fs l sae c h r n d o p e i r a e d
d s u s d a d a a y e n d ti ic s e n n lz d i ea l .On t i a i,c mb n d wih t ea p ia in fa u e f o i- t t o e e t h sb ss o i e t h p l t e t r so l s a e c h r n c o s d Do p e i a r s e t o h e eo me t i h s f l s g v n:t e a rb r e a d s a e b r e c h r n p lr l ra p o p c n t e d v l p n n t i i d i i e d e h i o n n p c- o n o ee t - o p e i r tc n l g l b e eo e a t n t l b p l d l n mi t r n i i a far . D p lr l a e h o o y wi e d v l p d f s ,a d i wi e a p id wi ey i l a y a d cv l n a f is d l l e i i Ke r s c h r n p lr l a ;c h r n e e t n y wo d : o e e tD p e i r o e e td tc i ;S o d o NR ;o t o o e a t ul k f rcs o

激光对抗技术的现状及发展趋势

激光对抗技术的现状及发展趋势

1.概述激光自出现伊始,由于其高亮度、高的方向性和相干性立即受到了各国军方的重视,40年来各国不断地探索激光技术在军事中的应用途径,目前军事激光技术已经取得了长足的进展,激光的军事应用已经覆盖了侦察定位、通信、制导、火控、激光武器等各个领域,并已经在近年来的几次局部战争中呈现出了巨大的威力。

面对战场上日益增长的激光威胁,大力发展激光对抗技术已经成为夺取未来战争主动权的关键,这突出地表现在以下几个方面:一、正在成为继雷达、可见光/红外侦察技术之后21世纪光电侦察技术发展的重点。

目前的激光雷达已经可以对几公里之外的飞机、坦克等目标进行高分辨率成像,可发现十几公里以外隐蔽的光学观瞄器材,并对其精确定位。

随着激光技术的发展,2l世纪初将出现便携/小型化高分辨率激光雷达,使得目前伪装/隐蔽手段难以发挥作用。

二、光制导武器作为目前和未来一段时间制导精度最高盼手段,将在未来战争中发挥着越来越大的作用,对重点目标的防护造成了极大的威胁。

从目前制导技术发展的情况来看,要获得圆周误差小于5米的精度,只有激光或光电制导技术能够胜任,并且在2005年到2010年间,也只有激光和光电制导能够达到以上的命中精度。

因此,不论精确制导武器怎样发展,激光和光电末制导技术仍将是精确制导技术的主要发展方向之一。

激光有源/无源干扰技术作为对抗光电精确制导武器的重要手段之一,将仍然是当前和今后一段时期对抗技术发展的重点。

三、功率小型化激光的出现,使得战术激光武器投入战场应用。

目前已经出现了用于对地面/机载光电传感器进行软硬损伤的战术激光武器系统,大功率激光器已经可以对飞行中的飞机/导弹甚至卫星光电传感器进行硬破坏。

21世纪初将出现以摧毁飞行中的导弹和卫星传感器的战术/战略激光武器系统,这使得对各种武器和平台的激光防护成为未来电子防御技术发展的重点。

2.侦察与反侦察2.1光被动侦察要对抗敌方的激光系统,首先是要发现对方发射的激光。

如要对抗敌方的激光制导武器系统,不论采用有源或无源手段,必须首先探测到敌方发射的激光目标指示信息,这样才能有的放矢。

相干测风激光雷达系统设计及数据处理算法研究共3篇

相干测风激光雷达系统设计及数据处理算法研究共3篇

相干测风激光雷达系统设计及数据处理算法研究共3篇相干测风激光雷达系统设计及数据处理算法研究1相干测风激光雷达系统设计及数据处理算法研究激光测风雷达是一种基于激光干涉原理,用于实现大气风场气动参数快速测量与反演的先进技术手段。

本文将介绍一种相干测风激光雷达系统的设计及数据处理算法研究。

一、相干测风激光雷达系统的设计风场参数反演的精度、可靠性和实时性直接关系到气象预报的准确性。

相干测风激光雷达系统采用一束激光器产生的激光束照射到目标区域中,利用散射光的特性实现对目标中各个高度层次风场参数的测量。

该系统主要由激光发射器、光学系统、探测器、机械结构和信号处理模块等部分组成,其中激光器产生的激光束由光学系统实现照射目标,探测器采集返回的散射光信号并将其转换为电信号,机械结构可以实现雷达的扫描,信号处理模块对采集到的信号进行处理。

二、数据处理算法研究相干测风激光雷达系统采集的数据是获得风场参数的重要依据,因此数据处理算法的设计对于反演结果的准确性有着直接的影响。

本文研究的数据处理算法主要有多普勒谱分析算法、最小二乘法反演算法和平均滤波算法等。

1. 多普勒谱分析算法多普勒谱分析将时域信号转换为频域信号,可以分析目标物体在不同时刻的静态和动态特性,可以有效提取目标物体的速度信息,从而实现风场参数的反演。

该算法通过计算散射光频谱的谱宽来获取目标物体的运动速度信息。

2. 最小二乘法反演算法该算法通过对扫描目标附近某一层数据的最小二乘拟合,计算得到该层的风场参数,从而实现风场参数的反演。

该算法对目标物体反射信号的形态及信噪比等要求较高,但可以有效提高反演的准确性。

3. 平均滤波算法该算法通过对一定范围内数据的平均值进行计算,从而抑制噪声干扰,提高数据的可靠性。

该算法是一种简单有效的数据处理算法,在反演速度场等定量测量中得到了广泛应用。

三、结论相干测风激光雷达系统是一种先进的风场参数反演技术,其数据处理算法的设计是实现精确反演的关键。

激光雷达的现状与发展趋势

激光雷达的现状与发展趋势

激光雷达的现状与发展趋势作者:杨栋来源:《中国信息化·学术版》2012年第12期【摘要】文章主要简述了激光雷达的现状及其在军事、气象、测风、医学、水土保持等方面的广泛应用,进而分析阐述了激光雷达的发展趋势。

【关键词】激光雷达;发展趋势;应用;星载激光雷达【中图分类号】TN958.98【文献标识码】A【文章编号】1672-5158(2012)12-0025-01引言激光雷达是一种可以精确、快速获取地面或大气三维空间信息的主动探测技术,应用范围和发展前景十分广阔。

以往的传感器只能获取目标的空间平面信息,需要通过同轨、异轨重叠成像等技术来获取三维高程信息,这些方法与LiDAR技术相比,不但测距精度低,数据处理也比较复杂。

正因为如此,LiDAR技术与成像光谱、合成孔径雷达一起被列为对地观测系统计划中最核心的信息获取与处理技术。

激光雷达是将激光技术、高速信息处理技术、计算机技术等高新技术相结合的产物。

一、激光雷达的工作原理激光雷达是一种雷达系统,是一种主动传感器,所形成的数据是点云形式。

其工作光谱段在红外到紫外之间,主要发射机、接收机、测量控制和电源组成。

工作原理为:首先向被测目标发射一束激光,然后测量反射或散射信号到达发射机的时间、信号强弱程度和频率变化等参数,从而确定被测目标的距离、运动速度以及方位。

除此之外,还可以测出大气中肉眼看不到的微粒的动态等情况。

激光雷达的作用就是精确测量目标的位置(距离与角度)、形状(大小)及状态(速度、姿态),从而达到探测、识别、跟踪目标的目的。

二、激光雷达的现状及应用激光技术从它的问世到现在,虽然时间不长,但是由于它有:高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性等几个极有价值的特点,因而在国防军事、工农业生产、医学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。

LiDAR技术在西方国家发展相对成熟,已经投入商业运行的激光雷达系统(主要指机载)主要有Optech(加拿大)、TopSys(法国)和Leica(美国)等公司的产品。

激光雷达的发展历程和前景

激光雷达的发展历程和前景

激光雷达的发展历程和前景激光雷达(LIDAR)是一种光学遥感技术,通过发送激光束并接收其反射回的信号,对目标物体进行高精度测量。

这种技术在许多领域,如自动驾驶汽车、无人机、环境监测和地图制作等,都有着广泛的应用前景。

本文将详细阐述激光雷达的发展历程和未来的发展趋势。

一、激光雷达的发展历程激光雷达技术自20世纪60年代问世以来,经历了从机械扫描激光雷达到固态扫描激光雷达、从低分辨率到高分辨率的发展阶段。

下面我们将详细介绍激光雷达的重要发展里程碑。

1.机械扫描激光雷达20世纪60年代,科学家们开始研究利用激光进行远程测距。

早期的研究主要集中在机械扫描激光雷达上,这种雷达通过旋转镜面来扫描激光束,以实现对目标物体的测量。

然而,由于机械扫描激光雷达的可靠性和精度问题,这种技术逐渐被固态扫描激光雷达所取代。

2.固态扫描激光雷达固态扫描激光雷达的出现可以追溯到20世纪90年代。

这种激光雷达采用固定的光学系统和电子控制系统,通过控制阵列的发射和接收单元来实现对目标物体的测量。

固态扫描激光雷达具有更高的测量精度和可靠性,同时具有更快的扫描速度。

3.从低分辨率到高分辨率早期的激光雷达系统通常只能实现低分辨率的测量,这限制了它们的应用范围。

随着技术的发展,高分辨率激光雷达系统的出现使得对目标物体的测量更加精细。

高分辨率激光雷达系统可以提供更高的测量精度和更丰富的数据信息,使得其在地图制作、环境监测和无人驾驶汽车等领域的应用更加广泛。

二、激光雷达的前景随着技术的不断进步和应用需求的增长,激光雷达市场呈现出快速发展的趋势。

下面我们将从应用领域和技术创新两个方面来探讨激光雷达的未来发展前景。

1.自动驾驶汽车自动驾驶汽车是激光雷达技术的重要应用领域之一。

激光雷达可以提供精确的环境感知信息,帮助自动驾驶汽车实现安全可靠的自动驾驶。

随着自动驾驶技术的不断发展,激光雷达在自动驾驶汽车中的应用前景也将越来越广阔。

2.环境监测与地图制作激光雷达技术在环境监测和地图制作领域的应用也越来越广泛。

激光雷达市场规模市场价格及行业发展趋势分析

激光雷达市场规模市场价格及行业发展趋势分析

激光雷达市场规模市场价格及行业发展趋势分析激光雷达Lidar(LIghtDetectionandRanging)是一种通过探测远距离目标的散射光特性来获取目标相关信息的光学遥感技术, 是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物, 主要由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成. 它的工作原理与微波雷达或无线电雷达类似, 即由发射系统发射一个信号, 与目标发生相互作用, 返回的信号被接收系统收集并处理, 获得所需的目标信息. 随着超短脉冲激光技术、高灵敏度的信号探测和飞速数据采集系统的发展和应用, 激光雷达由于测量精度高、时间和空间分辨率精细以及探测跨度大而成为一种重要的主动遥感工具.目前, 激光雷达的种类很多, 依据不同的划分标准, 可以有不同的划分结果.按激光波段分, 有紫外激光雷达、可见激光雷达和红外激光雷达;按激光介质分, 有气体激光雷达、固体激光雷达、半导体激光雷达和二极管激光泵浦固体激光雷达等;按激光发射波形分, 有脉冲激光雷达、连续波激光雷达和混合型激光雷达等;按显示方式分, 有模拟或数字显示激光雷达和成像激光雷达;按运载平台分, 有地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等;按功能分, 有激光测距雷达、激光测速雷达、激光测角雷达和跟踪雷达、激光成像雷达, 激光目标指示器和生物激光雷达等;按用途分, 有激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识别激光雷达、多功能战术激光雷达、侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达、侦毒和大气监测激光雷达等.一、激光雷达行业市场发展2017年, 全球激光雷达行业市场规模约在16.5亿美元左右, 市场规模尚小, 而未来随着技术发展日渐成熟, 基于激光雷达的空间分辨率、探测灵敏度、抗干扰能力以及大范围实际监测等方面的优势, 将被更加广泛地应用于自动驾驶汽车、环保、气象、生态、农业、海洋和测绘等领域, 市场规模将得到进一步扩大. 预计2017-2022年间全球激光雷达行业规模复合增速将达到25.8%, 到2022年全球激光雷达市场规模将超过52亿美元.2017-2022年全球激光雷达行业市场规模预测(亿美元)从区域市场结构来看, 北美是激光雷达行业最主要的市场, 其市场份额在45%左右;欧洲紧随其后, 市场份额也超过了1/3. 而中国所在的亚太地区则由于技术相对落后, 发展仍处于起步阶段, 市场规模较小.全球激光雷达的市场结构以中国市场为例, 在民用和商业领域, 激光雷达长期存在供不应求的现象. 但总体来看, 如果未来可以在生产技术上实现突破, 缓解行业供需矛盾, 那么行业发展规模增速将得到明显提升, 未来发展前景十分广阔.2010-2018年中国民用激光雷达产销情况2010-2018年中国商业激光雷达产销情况随着激光雷达技术的不断进步, 激光雷达不仅仅在军事领域大显身手, 其在民用领域的应用范围也在不断扩展. 如今激光雷达技术已广泛应用于社会发展及科研研究的各个领域, 成为社会发展服务中不可或缺的高技术手段.1.用于大气环境监测激光雷达由于探测波长短、波束定向性强、能量密度高, 因此具有高空间分辨率、高探测灵敏度和不存在探测盲区等优点, 已经成为目前对大气进行高精度遥感探测的有效手段. 利用激光雷达可以探测气溶胶、云粒子的分布、大气成分和风场的垂直廓线, 可以对主要污染源进行有效监控.2.用于险情预报激光雷达技术能够精密测量角度和距离,且能以很高的精度确定垂线和局部垂线,因此它在测绘中非常有用. 通过定位雷达设备观测现有卫星的后向发射器目标及与地球有关的卫星距离变化,可以监测与地质结构漂移有关的地质物理运动,进行地震预报.不同种类的大气颗粒物与激光发生的散射现象不同,利用激光雷达监测系统有效区分由沙尘暴引起的沙尘颗粒物和其他大气颗粒物,并且通过研究沙尘暴的起源、传输途径、时空分布特点,能有效对沙尘暴进行预报、监测,采取相宜的措施阻断沙尘暴的传播路径,有效降低沙尘暴造成的灾害程度,同时对环境的保护提出积极的措施.3.用于气象侦测利用激光雷达进行气象侦测,可提高天气预报的准确性. 用激光取代无线电波来进行气象侦测,激光雷达具有测量跟踪不含任何微粒的风的能力,可以监视大型天气系统,对其移动方向做出准确的预测,能进行长期的天气预报, 这将对工农业生产、人民生活带来深远影响.4.用于交通管制激光雷达用于港口的交通管理具有相当的优越性,用扫描激光雷达可以描绘出港口和船只来往的高分辨率图像,提供显示和观测,再把海面航道叠加在显示器上,从而显示出船只的来往情况. 船舰上装配有无线电通信设备,当发现一只船已偏航,可能与其他船发生碰撞时,交通管理中心会向这艘船发出指令信号,使它回归原来的航向,从而减少了海上事故的发生.激光雷达在公路交通管理中也发挥重要作用. “远程”雷达可用于确定后面车辆的时速,在并道或拐弯时,驾驶员就可凭此判断是否需要减速. 交通管理部门已经把这种技术应用于飞速公路的监视中,可以借此看到公路上的车流量和拥堵情况以及行驶中的各种车辆的大小. 另外,激光雷达与数字计算机相结合可应用于空中交通管制,会提高分辨率和数据率,显著改善机场的技术工作.5.用于医学方面激光雷达技术在医学方面有很多应用, 譬如, 光学低相干断层扫描, 这个技术起源于激光反射仪在眼科中研究眼睛结构的三维复原方面的广泛应用, 实现对血管的三维内窥镜研究, 扩展到多普勒三维测速仪. 再比如, 美国一个国家实验室开发出了一种集成激光和雷达系统的系统, 这种系统可以减轻烧伤病人的痛苦. 研究人员希望这种同频连续波激光雷达映射系统, 可以从病人身体上去除坏死的皮肤和肌肉. 这种新系统可以对烧伤病人的体表组织进行三维的激光雷达定位探测, 以确定损害程度. 利用探测定位结果, 激光可以自动除去坏死的组织以利于新组织生长.二、激光雷达的价格2017年激光雷达的价格375美元, 2018年降到175美元, 预计未来三年, 激光雷达的售价会逐步降到100美元, 这将为量产车使用激光雷达铺平道路.激光雷达的价格下降激光雷达2020年市场规模有望超100亿. 预计激光雷达受益于技术提升及产能提升, 2020年单只激光雷达成本有望达到400元, 以整车安装2-4个激光雷达(前后探测距离)测算, 对应整车成本为800-1600元. 按照2020年前装市场25%渗透率、后装市场5%渗透率估算, 中国市场规模有望近200亿.二、激光雷达的发展趋势由于激光雷达是一种代价小、效果好、使用范围广的遥感手段, 相信将来会应用得更为广泛. 激光雷达固态化是未来趋势, 存在小型化、低成本优势. 固态激光雷达无需旋转部件, 因而体积更小, 方便集成在车身内部, 并且系统可靠性提升, 成本也可大幅降低. 因此激光雷达有向固态发展的趋势.1、发挥功能日趋多样随着激光雷达的发展, 其测量范围已从最初的利用米散射信号探测大气气溶胶分布, 发展为可用于温度、风场、气体成分等多领域的探测. 通过利用多通道探测, 可实现一台激光雷达系统同时探测水汽混合比和气溶胶参数等多种大气参数. 多波长激光雷达可测量气溶胶在多个波长上的消光系数和后向散射系数, 进而反演出气溶胶的复折射率和粒子谱分布.2、搭载平台日趋多元地基单点固定式激光雷达对于研究和统计分析一些重要大气成分的变化规律具有重要价值, 而将激光雷达搭载在多种移动式平台上, 更能发挥出激光雷达的作用. 车载式激光雷达, 机动性高, 转移观测场地更加便捷, 便于应对突发事件的探测需要. 机载式激光雷达可以进行较大范围的移动观测, 并且便于对云层进行实验探测. 星载激光雷达能够进行全球范围内重要大气参数的主动遥感. 米散射气溶胶激光雷达、二氧化碳差分吸收激光雷达、多普勒测风激光雷达等将在不久的未来应用于全球卫星遥感观测.3、商业应用范围更加广阔激光雷达能够监测多种重要大气成分和参量的时空分布, 具有测量距离远、时空分辨率高、探测成本低和能够连续自动观测的特点, 具备其它探测方式无法替代的作用, 在气象观测、大气环境监测和风场测量等民用领域日益受到重视, 因此其应用市场广阔. 目前, 单波长米散射激光雷达、探测污染气体的差分吸收激光雷达, 及测风激光雷达已经成功实现商品化. 随着激光的效率越来越高, 而且也更小巧、更便宜, 这为汽车以及无人机提供了潜在应用, 在自动驾驶汽车方面的应用可能是激光雷达最为广泛的商业应用.总之, 随着激光雷达行业技术的不断发展, 激光雷达行业的应用领域将越来越广泛, 激光雷达的市场规模仍将保持飞速上涨. 2017年, 中国激光雷达市场规模达到2.13亿元. 但是, 与发达国家相比, 中国激光雷达行业发展相对落后, 在技术以及应用领域的推广方面还需要进一步提升和扩大, 这也为中国繁荣激光雷达发展提供了前进的动力和方向.。

相干多普勒测风激光雷达关键技术研究的开题报告

相干多普勒测风激光雷达关键技术研究的开题报告

相干多普勒测风激光雷达关键技术研究的开题报告一、研究背景多普勒测风激光雷达是一种利用激光束与空气中运动的颗粒相互作用产生的多普勒频移对风速进行测量的仪器。

相较于传统的风温差测法和气压计法,多普勒测风激光雷达具有非接触、高精度、快速响应、高空间分辨率等优势,是目前气象、环境、航空、海洋等领域测风最为重要的手段之一。

目前多普勒测风激光雷达技术不断发展,传统基于脉冲探测的多普勒测风激光雷达已经能够实现千米级别范围内的风速测量。

但由于脉冲探测方式需要采集一定时间的数据以提高信噪比,同时数据采集过程中无法获得空间分辨率,导致该方法在对瞬时风场的测量方面存在一定的局限性。

相干多普勒测风激光雷达则利用相干信号的特性,在一定范围内获得同时具有高精度和高空间分辨率的瞬时风场信息。

相干多普勒测风激光雷达技术的进一步发展将极大地扩展多普勒测风激光雷达的应用范围以及提升风速测量的精度和可靠性。

二、研究内容本课题旨在开展相干多普勒测风激光雷达关键技术研究,具体包含以下内容:1.相干多普勒测风激光雷达原理和基础: 结合光学、光谱学和气象学等多个领域,探究相干多普勒测风激光雷达的基本原理和基础知识,包括激光器、光学元件、探测系统和信号处理等方面的内容。

2.相干多普勒测风激光雷达信号获取与处理: 研究相干多普勒测风激光雷达信号的获取和处理方法,包括激光辐射模型、扫描模式设计、探测信号处理算法等方面。

3.高空间分辨率相干多普勒测风激光雷达: 针对多普勒测风激光雷达瞬时风速分辨率不足的问题,利用空间分辨率技术,实现高空间分辨率的相干多普勒测风激光雷达。

4.相干多普勒测风激光雷达仿真与实验: 利用Matlab等数学仿真工具,对相干多普勒测风激光雷达进行仿真,分析不同参数对信号采集和处理的影响。

同时,设计制作相干多普勒测风激光雷达实验系统,进行现场实验与测试。

三、研究意义1.提升多普勒测风激光雷达对瞬时风场的测量精度和可靠性,推动这一技术的更广泛应用。

用于相干激光雷达的回波光锁相技术

用于相干激光雷达的回波光锁相技术
回波光锁相技术利用激光雷达系统发射的激光束照射目标并接收回波信号,通过对回波信 号的处理和分析,实现对目标距离和速度的精确测量。这是通过锁相放大器对回波信号进 行相位检测和放大,使得微弱的回波信号得以提取并精确测量。
分析实验二
通过调整激光雷达系统的参数,可以影响回波光锁相技术的测量精度。在发射功率较低或 接收灵敏度不高的情况下,回波信号的质量会下降,导致测量误差增大。因此,在实际应 用中需要根据环境和目标条件优化系统参数。
THANKS
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用于相干激光雷 达的回波光锁相 技术
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目录
• 引言 • 相干激光雷达原理及系统组成 • 回波光锁相技术原理及实现方法 • 实验结果与分析 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
激光雷达在军事、航空航天、环 境监测等领域具有广泛的应用前
景。
相干激光雷达利用相干检测技术 实现高精度、高分辨率的测量, 具有抗干扰能力强、灵敏度高等
延时器
使参考光束产生一定的时延,以便 与探测光束进行干涉。
干涉仪
使参考光束和探测光束进行干涉, 形成干涉图样。
探测器
探测干涉图样并转换为电信号。
数据处理系统
对采集到的数据进行处理和分析, 得到目标物的相位信息。
相干激光雷达关键技术
高相干性光源技术
为了获取高质量的干涉图样,需要使用高相 干性光源。
高灵敏度探测技术
光锁相环
光锁相环是一种用于激光雷达系统的电子设备,它通过控 制激光器的频率,使其与参考频率保持一致,从而实现光 束的相干性。
回波光锁相技术
回波光锁相技术是一种利用光锁相环对激光雷达的回波信 号进行相干处理的技术。它通过将回波信号与参考信号进 行干涉,得到包含目标信息的干涉图案。
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为 l. / C 2 光)O 5x G A 激光)1 6 / 0 9x O 激 5 m( 、. / a s 8 m( 、. 4 z 0 m
(d A N : G激光) Y ,主要用 于发展激光雷 达的战术军事
! w mi .m 卜— w f o w. e o o 厂 nc
第2 卷 7

提供 了基础。本文讨论 了林肯实验室光学分室的两套
激光雷达系统 。 第一个是工作在 1. / 0 9. 5 t m和 1. m 17 1
的长距离 C 2 O 激光 雷达和 1 6 / . 4x 0 m的 N :A d G激光 Y
来作为激光雷 达接收器 的光 混频器 ,由此可观察卫
星 回波多普勒频移 。 与此 同时 ,在 D R A ( e ne A P D f s e A vne eerhPo c gny da cdR sa r et A ec )和海军研究室的 c j s
l —

~ —— 4 — m
图 3 Ag n 火 箭 推 进 器 e aD
台用 于空 间监 视的宽 带 、高 功率距 离一 ope 激光 D pl r 雷达 ,虽然 完成 了许 多关键器 件 的攻关 ,但该 装置
最终没有实现成像 激光雷达 的功 能 。17 9 6年 ,林 肯 实验室开发 了宽带 、双边带 G A a s电光调制器 ,由此 完 成 了 地 面 配合 目标 的 首 次 C 光 雷 达 距 离 一 O 激 D p l 图像 。17 ope r 9 7年 ,采用 窄带单脉 冲激光 对飞机 和卫星进行 了跟踪演示实 验 ,此次 单脉 冲跟踪实验 获 得 的配有反射 器 的 目标跟 踪误 差在 1z d 9 8 /a 。17 r 年 ,进行 了高海拔地 区风速探测和测距等。18 年 , 91 高 功率激光雷达 放大器 系统在 Frpn i od光学 研究装 e
第 1 期 0

长距离观测陆地 目标 、飞机和卫星等。如 图 1 所示 。
同年 .林 肯实验 室成功获取 了慢速 翻滚 的空间 目标 详细的 D p l 时间强度 曲线 ( gn ope r A eaD火 箭推
进器 ,如 图 3所示 ,斜程 距离 13 0k 5 m,窄带激 光
系统。 “ 火池”主要 用于诸如 空间 目标监视 以及弹道导弹 防御等战略 军事应 用。而 I A R R主要作 为战术 目标
天 基探 测 和识 别 的试 验 平 台
关 键词 :相 干;激光 雷达 ;C 0 激光 器;多普勒
1 引

应用 。
雷达 的发展史揭示 了雷达的进步和革新是 受高
雷 达 ,主要用于 开发激光雷达 的战略军事应 用 ;第 二个是 紧凑 的红外 天基 雷达系统 ( A ) I R ,工作波长 R
资助下 ,R yho 公 司建 立 了 100W 连续 C 2 aten 0 O 激
光振荡器 ,用于激光雷达实验。16 年末 ,Frpn 98 i od e 光学研究装 置在 Mis n lt e山雷达站正 式建立 。用 于 lo
面 。 本 文 追踪 了林 肯 实验 室 16 — 9 4年 激 光 雷 达 的发 展 历 程 。该 历 程 包括 两 个激 光 雷 达 系统 的 构 造 、 测试 9 7 19
和演示验证 ,一 个是高功率 、长距 离 “ 火池”激光 雷达 系统 ,另一个是 紧凑型短距 离红 外天基雷达 f A 1 I R R
发 展 .探 测 目标 和提取 目标信息 的新方法开始 不断
涌现 ,激光雷达的发展就是一个成功范例 。
建立 了一套 C 光装置 ,该 激光器稳 频特性是 当 O激
时 已报道的 C 2 O 激光器 的数 百倍 。16 9 7年 ,在上述
C O 激光器的发展基础 上 ,第一个相干 C : O 激光雷达
雷达 的频率分辨 为 20H ,对应 的 D p l 速度分辨 5 z ope r
为 1 ms 。 . m /) 5
图 1 林 肯 实 验 室 Miso e山 宙 达 站 l tn l
17 年末 ,1 91 . m望远 镜安 装 在 Frp n 2 i od装置 e 上 ,获得 了不 同 目标 的角度 分辨 图像 ,这些早 期 的 测量结果鼓励科学家探索激光雷达 的军事应用 。 17 92年 .林肯实 验室 R brS C o e 研制 了一 oe . opr r
2 战 略 防御 激 光 雷达
C O 激光器发 明于 16 9 4年 ,由于该激光处在大 气吸收较小 的光谱段 .以及 其高增益 性能 .颇受林 肯实验 室研究人员 青睐 。16 9 6年 ,C al re hr s ed利 eF 用 H — e激光器先驱 者 Ai aa eN lJvn发 明的构架技术 .
第2 卷 7
第 l期 O
Vo .7 No 1 1 2 .0
相 干激光 雷 达 的进 展
摘 要 :16 90年 激光 器的发 明使相 干光作 为激光 雷达发射 源成 为可能。相干激光 雷达与很 多常规微波 雷达
具有诸 多共 同基本特征 。然而 ,激光的短 波长可 用于许 多新 的军事领域 ,尤其是在 目标识 别和 导弹制 导方
功率 信号源 的实用性 和质量 的推 动。英 国人 发明 的
高 功率微 波磁 电管使 MI T辐射实验室 的科 学家和工 程 师能够在二战期 间发展天基微 波雷达 。由于信号
源 时间相干性 的改 善 ,使新 的信 号处理技术 可以为
之使用 。最终 ,由于计 算机和高 速数字信号处 数百倍 的 C 98 O 激光器进入演 示验证 阶段 。同年 ,林 肯实验室 固体 分室研制开发 了宽带 (. G z 1 H )掺铜锗探测器 ,用 5
激 光 的高工作 频率 、高 相干 性 ( 间 、空 间 ) 时
为林 肯 实 验 室 在 16 — 9 4年 间 发 展 独 特 激 光 雷 达 9 7 19
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