探测技术论文范文

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1引言

激光具有波长单一和良好的方向性，所以和传统的探测方法相比，激光探测具有精度高，抗干扰能力强等特点，在激光测距、激光雷达、激光告警、激光制导、目标识别等军事领域，都得到了广泛应用。针对不同武器系统的需求，激光探测系统接口呈现出多样性。

近年来，随着应用需求和集成化度的增加，激光探测系内部、激光探测系统和各武器平台之间集成了不同厂商的硬件设备、数据平台、网络协议等，由此带来的异构性给探测系统的互操作性、兼容性及平滑升级能力带来了问题。

对激光探测系统而言，接口技术的设计是整个系统集成的关键技术。一个激光探测系统的设计、实施，有很大的工作量是在接口的处理上，好的接口设计可以提高系统的稳定性、运行效率、升级能力等，本文以激光探测系统接口技术为研究对象，着重分析其接口技术类型、设计考虑因素和验证方法。

2激光探测系统几种主要接口技术

接口是多要素或多系统之间的公共边界部分，对激光探测系统的接口包括机械接口、电气接口、电子接口、软件接口等，本文着重讨论电子接口。按物理电气特性划分，常用的激光探测系统接口类型可分为以下几类：

1TTL电平接口：最通用的接口类型，常用做系统内及系统间接口信号标准。驱动能力一般为几毫安到几十毫安，在激光探测系统中主要应用是作为长距离的总线数据和控制信号的传输

2CMOS电平接口：速度范围与TTL相仿，驱动能力要弱一些。

3ECL电平接口：为高速电气接口，速率可达几百兆，但相应功耗较大，电磁辐射与干扰与较大。

4LVDS电平接口：在标准中推荐的最大操作速率是655Mbps，电流驱动模式，信号的噪声和EMI都较小。

5GTL接口电平：低电压，低摆幅，常用作背板总线型信号的传输，虽然使用频率一般在100MHz以下，但上升沿一般都比较陡，特别是对沿敏感的信号，如时钟信号。

6RS-232电平接口：为低速串行通信接口标准，电平为±12V，用于DTE与DCE之间的连接。RS-232接口采用不平衡传输方式，收、发端的数据信号是相对于信号地的电平而言，其共模抑制能力低，传输距离近，多用于点对点接口通讯。

7RS-422/RS-485接口：采用平衡方式传输，采用差分方式，使其在通讯速率、抗干扰性和传输距离较RS-232接口有较大改善。多用于多点接口通迅。RS485电平接口可驱动32个负载，忍受-7V到12V共模干扰。

9光隔离接口：能实现电气隔离，更高速率的器件价格较昂贵。

10线圈耦合接口：电气隔离特性好，但允许信号带宽有限

11以太网：经常采用的是10Base-T和100Base-T两种主流标准，主要应用激光探测系统和分系统之间的接口通讯和数据传输。以太网接口具有性价比高、数据传输速率高、资源共享能力强和广泛的技术支持等众多优点。

12USB接口：USB总线接口是一种基于令牌的接口，USB主控制器广播令牌，总线上的设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过发送和接收数据对主机作出响应，其最大的优点是安装配置简单。

3激光探测系统接口方案设计考虑因素

随着大规模数字处理芯片和高速接口芯片的迅猛发展，激光探测系统也呈现出智能化、小型化、模块化的趋势。在激光探测系统中，信息接口的设计逐渐向标准化、网络化、多节点、高速等方向展

3.1接口信号传输中的干扰噪声

3.1.1接口信号传输中的主要干扰形式

a)串模干扰：杂散信号通过感应和辐射的方式进入接口信道的干扰。串模干扰的产生原因主要是传输中插件等所产生的接触电势、热电势等噪声引起的。

b)共模干扰：干扰同时作用在两根信号往返线上，而且幅指相同。共模干扰产生的原因，主要是传输线路较长，在发送端和接收端之间存在着接地的电位差。

3.1.2接口信号传输中的抗干扰措施

a)传输线的选择

为了抑制由于杂散电磁场通过电磁感应和静电感应进入信道的干扰，接口传输线应尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地，而且屏蔽层的接地要于激光探测系统一端浮地的结构形式配合，不要将屏蔽线层当作信号线和公用线。

b)传输线的平衡和匹配

采用平衡电路和平衡传输结构是抑制共模干扰的有力措施。目前广泛使用的是差分式平衢性线电路，例如RS-422/RS-485标准串口电路。

接口信号传输时还要考虑与传输线特性阻抗的匹配问题。一般长线传输的驱动器接收器都适用于驱动特性阻抗为50Ω—150Ω的同轴电缆和双绞线，一般接口接收器的输入阻抗要比传输线的特性阻抗大，因此要设法将两者匹配，最好将发送端和接收端匹配。

控制信号线的具体配置：控制信号线要和强电、数据总线、地址总线分开，尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地。

c)隔离技术：电位隔离是常用的抗干扰方法，接口信号采用光电隔离和电磁隔离可以切断接口内外线路的电气连接，从而减弱露流、地阻抗耦合等传导性干扰的影响。3.2接口硬件的选择原则：

3.2.1为各类接口选择合适的总线接口芯片、接口总线，并设计具体的接口电路。

3.2.3选择接口芯片时应根据激光探测系统CPU/MPU类型，总线类型／宽度和系统所完成的功能并按照高效、经济、可靠，方便、简单的原则来确定。

3.2.4设计具体的接口电路应具体考虑电源问题

3.2.5数据／命令的锁存和驱动

激光探测系统内部及激光探测系统和其他系统间实施数据／命令传输时，一般采用数据锁存技术来适应双方读写的时间要求。

3.3接口的实时性

由于激光探测系统对数据处理和传输的实时性要求很高，设计时要使时钟抖动、通道间时延、工作周期失真以及系统噪声最小化，所以设计接口时尽量选用高通讯速率和同步工作方式。

接口软件的设计原则

同步通讯系统软件设计要充分考虑数据流量的控制，最好在数据发送方发送数据时每隔一段时间插入一段空闲时间，从而保证数据同步传输的可靠性。

异步通讯系统软件设计要充分考虑合理的数据校验方式，可以根据系统要求选择冗余校验、校验和、冗余校验的方法。

4激光探测系统接口方案设计验证

构建高速有效的激光探测系统接口是非常有挑战性的，并且设计者需要在设计接口前后就考虑多个因素，详细的系统级的验证都是必须的。

4.1设计前的验证

基于指令集模拟器和硬件模拟器软硬件模拟技术是一种高效、低代价的系统验证方法。接口设计软件采用汇编，C，C++等语言编写，用户编写的接口源程序经过交叉编译器和连接器编译，输入到软件指令集模拟器进行软件模拟。而接口硬件验证则采用硬件描述语言如VHDL设计，经过编译后由硬件模拟器模拟。但设计前的验证也有一定的局限性，比如只能验证数字接口和验证环境理想化等缺点。这些都需要设计后的验证

4.2设计后的验证

最常见的验证方法是制作模拟激光探测系统内部接口和系统间外部接口的通用信号源，通用信号源可以模拟探测系统内部的如主回波、时统、显示、键盘等信号，也可以模拟输入外部操控命令，并将激光探测系统状态、测量数据等信息显示输出。

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随着各项技术的进步与发展，石油地质勘探过程中，各种勘探技术不断创新，地震勘探技术在设备制造、数据处理、数据解释及数据采集等方面取得了很大的进步与发展，为了在提升勘探效率的同时，有效降低勘探成本，三维可视化技术、经验技术、地震油藏描述等先进技术不断涌现，未来的发展过程中，更多的先进技术将应用于石油地质勘探工作中，如：永久性地震传感器排列系统的应用，有利于对石油勘探实施电子化的管理，同时可以对地震油藏开展实时的生产监测；随着地震成像技术的广泛应用，有利于对整个钻井过程实施可视化的监控，以便于为石油地质勘探的评估者提供更加准确、全面的决策依据，对于决策精准度的提升具有非常重要的作用。

(2)测井技术的创新

近年来，随钻技术、套管技术、快速平台技术、核磁共振技术等测井技术的创新，对于测井工作效率及质量的提升具有非常重要的作用，在这几种创新性的技术中，最为常用的就是核磁共振测井技术，在实际的石油测井过程中，应用该技术具有非常高的测井速度与测量精度，正因为其具有这些优点，使得其在实际的石油地质勘探工作中具有非常广泛的应用；另一种常用技术是快速平台测井技术，其最显著的优点是：在缩短测井时间的同时，有效降低测井工作中的故障率，能够为实际的测井工作节省大量的时间；而随钻测井技术的最主要的优点是可靠性强、成本小、尺寸小，并且能够对其进行随意组合，并且其逐渐朝着阵列化的方向发展，这对于测量数据可靠性的提升具有非常重要的作用。

(3)钻井技术的创新

钻井技术的创新对于石油开采工作具有非常重要的意义，不仅会直接影响到石油开采效率，对于石油开采成本也具有直接的影响，目前创新型的石油钻井技术也比较多，如：特殊工艺钻井技术、三维钻井技术、可视化钻井技术、超深井钻井技术、深井钻井技术、多分支井钻井技术等，其中应用最为广泛的是多分支钻井技术，其最突出的优点主要表现在油气藏的建设及开发过程中，这些新技术的应用，不仅能够有效的提升钻井效率，对于钻井成本的减少也具有非常重要的作用，对于我国石油产业的健康发展具有非常重要的作用。

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整地方法、规格的确定，要按照水土保持的要求，尽量减少破土面，因地制宜，采取不同的整地方式。一般对山坡上部及25°坡以上的地段，采用穴状、鱼鳞坑整地，规格：穴径30～40cm左右，深20～40cm;鱼鳞坑长径30～50cm，短径30～40cm，深20～40cm土堰宽，高10～20cm。山坡中部及15°～25°坡的地方，采用鱼鳞坑、水平阶整地，规格：鱼鳞坑同上，水平阶宽1～1.5米，长以便于整平田面为宜，深30～80cm。山坡下部及15°坡以下的地段，采用窄幅梯田整地，规格：宽2～5m，长度随山坡情况而定，深30～80cm，垒坚固的双层石堰，两阶之间保留2～3m的生土带。无论采取那种方式整地，都必须在整地前做好规划设计，按照设计方案进行施工。

（二）适地适树，选好树种和苗木

我省雨季造林树种以常绿树种及萌芽力较强的阔叶树种为主，如侧柏、黑松、油松、火炬松、花椒等，具体到一块造林地，要根据适地适树的原则，选好造林树种。苗木应选择生长健壮、根系发达、无病虫害、无机械损伤的I、II级良种苗木。最好使用容器苗，以提高造林成活率，对针叶树种的苗木，应选择1～2年生的为宜。

（三）掌握适宜的造林时机

雨季造林种植时机非常重要，尤其是裸根苗造林，若能在栽后下雨，并有几天的阴天，则对提高造林成活率具有重要的意义。因此，在一般情况下，造林时间最好安排在下午，以减少太阳对苗木尤其造林当天的暴晒时间，经过一夜的缓冲，可以提高苗木的抵抗能力，对提高造林成活率也有一定的作用。切忌在无雨和降雨不多的时期强栽等雨，要严格遵循“三不栽”的原则，即“雨不透不栽，天不连阴不栽，雨过天晴不栽”。

（四）造林技术

1、造林密度

松柏造林一般安排在山坡的中上部，穴状或鱼鳞坑整地，密度可掌握在220～330株/亩：花椒一般栽植于地堰或在水平阶及梯田成片栽植，栽植于地堰的株距2m左右，成片造林，密度可掌握在130～160株/亩，株行距2×2～2.5m。

2、容器苗造林

容器育苗造林要注意一下三个方面的问题：一是起苗时，应先挖掉容器袋周围的土，尽量不使袋内的土体松动，切忌用手拔苗起苗。二是栽植时应注意栽植深度，培土深度要比容器高出2～3cm，切忌将营养袋露在外面：三是栽前一定要撕破袋底部。

3、裸根苗造林

首先要把好起苗关，在起苗的前一天圃地灌水，起苗时一律用撅头深刨，做到根系完整，根部带土，剔除细弱苗和根苗，进行苗木分级，并用草袋包装，以减少苗木失水，随起、随运、及时栽植。栽植时将苗木放在筐内，遮盖湿布，栽一株拿一株。不要用手抓握苗根部，以尽量减少根系损伤。刨深穴，扶正苗木，填土以深度达原土痕为宜，踏实。

（五）抚育管理

1、穴面覆盖

造林后，及时用枯树枝、碎草、石块等覆盖穴面，避免暴雨时雨滴击溅表土，以减少蒸腾失水。对穴面保墒和促进苗木生长均有明显作用，应尽量采用。

2、浇水整穴

造林后如无雨，尤其是裸根苗应尽可能地在栽后2～3天内浇一次水，以保幼树成活：大雨过后，要及时查苗看穴。如苗木被冲压，应及时扒出扶正；被大雨冲毁的树盘及时修筑好。

3、松土除草

未进行穴面覆盖的植树穴，大雨过后土壤易板结、干裂和滋生杂草，要适时松土，以保墒和清除杂草。

二、雨季造林宏观管理措施

（一）全力抓好雨季造林工作

雨季造林省工、省力，投资少、见效快，各地要抓住近期连续降雨的有利时机，，紧紧把握提前整地、适时栽植、加强管护几个关键环节，主动打好雨季荒山绿化攻坚战。

（二）要稳定和完善林业各项政策

对现有林业承包等经营管理体制，要注意保持政策的连续性，保护林地所有者和林地经营者的合法权益。对承包经营的合同约定，要依法完善，加强管理，责任到人。层层签订责任状，明确责、权、利，奖勤罚懒，提高管护水平，确保造林成活率。对宜林荒山荒地，可直接采取分包到户、招标、拍卖等形式确定经营主体，也可以由集体统一组织开发后，再以适当方式确定经营主体；对造林难度大的宜林荒山荒地，可通过公开招标的方式，将一定期限的使用权无偿转让给有能力的单位或个人开发经营，但必须限期绿化。大力鼓励各种社会主体跨所有制、跨行业、跨地区投资发展林业。凡有能力的农户、城镇居民、科技人员、私营业主、外资投资者、企事业单位和机关团体的干部职工等，都可单独或合伙参与林业开发，从事林业建设。进一步落实“谁造谁有，合造共有”的政策、统一税费政策、资源利用政策和投融资政策，为各种林业经营主体创造公平竞争的环境。不管采取哪种形式，都要经过本集体经济组织成员的民主决策，集体经济组织内部成员享有优先承包经营权。

（三）要大力推行合同造林

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一、光纤的种类

1.1多模光纤多模光纤是指可以传输多个光传导模的光纤。在光纤通信初期，就是使用的就是多模光纤(G.651光纤)，其工作波长在850nm或1300nm，衰减常数分别为4dB/km和3dB/km，色散系数分别为120ps/(nm.km)和6ps/(nm.km)。由于它的衰耗和色散大，故只能用于短距离通信。但它芯径大，对于接头和连接器的要求都不高，使用起来比单模光纤要方便，目前多用于计算机局域网内。

1.2单模光纤单模光纤是指只传输一个光传导模（基模）的光纤。其主要优点是衰减较小，传输距离长，传输容量大，在长途骨干网、城域网、接入网等场合均有广泛应用。单模光纤由于只能传输基模，它不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，单模光纤的带宽可达几十GHz以上。所以单模光纤特别适合用于长距离、大容量的通信系统。随着光纤制造技术和通信技术的不断发展，单模光纤的种类也在发展。

常用的单模光纤有以下几种：

1.2.1G.652光纤G.652光纤即常规光纤，它同时具有1310nm和1550nm两个窗口。零色散点位于1310nm窗口，而最小衰减位于1550nm窗口。这两个窗口的的典型值为：1310nm窗口的衰减为0.3～0.4dB/km，色散系数为0～3.5ps/(nm.km)，1550nm窗口的衰减为0.19～0.25dB/km，色散系数为15～20ps/(nm.km)。

1.2.2G.653光纤G.653光纤即色散位移光纤，又称1550nm窗口性能最佳光纤。人们通过设计光纤折射剖面，使零色散点移到1550nm窗口，从而与光纤的最小衰减窗口获得匹配，使1550nm窗口同时具有最小色散和最小衰减。它在1550nm窗口的典型值为：衰减系数为0.19～0.25dB/km，零色散点在1525～1575nm波长区，且在此区间色散系数3.5ps/(nm.km)。这种光纤在1550nm窗口所具有的良好特性使之成为单波长、大容量、超长距离传输的最佳选择。如果纯粹沿着时分复用TDM方式进行系统扩容的话，可以直接开通20Gbit/s系统而不需要任何色散补偿措施。G.653光纤的重要缺陷是四波混频现象限制了波分复用(WDM)的使用。所谓四波混频现象是由于光纤的非线性引起的，当不同的波长同时在一根光纤中传输时，由于相互作用，会产生新的和、差波分量。

1.2.3G.655光纤G.655光纤即非零色散位移光纤，它是为了解决G.653光纤中严重的四波混频效应，对G.653光纤的零色散点进行了移动，使1540～1565nm区间的色散系数保持在1.0～4.0ps/(nm.km)，避开了零色散区，维持了一个起码的色散值，从而可以比较方便地开通多波长WDM系统。在G.655光纤的特性中，除了对零色散点进行搬移以外，其他各项特性与G.653都相同。它在1550nm窗口具有最小衰减系数和色散系数。虽然它的色散系数值稍大于G.653光纤，但相对于G.652光纤，已大大缓解了色散受限距离。它成功地解决了在1550nm波长区G.652光纤的色散受限和G.653光纤难以进行波分复用的缺点，同时具有这两种光纤的优点。它既可开通高速率的10Gbit/s、20Gbit/s的TDM系统，又可以进行WDM方式的扩容。

二、增加光纤传输容量的途径

在理论上，增加光纤传输容量可有以下几种方式：空分复用(SDM)、电的时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、光的频分复用(OFDM)、光的时分复用(OTDM)和光孤子技术(Soliton)。基于实用性，只对TDM和WDM两种扩容方式作简要介绍。

2.1时分复用技术(TDM)TDM技术是一种对信号进行时分复用的技术，是一种传统的扩容方式。PDH的34，140，565Mbit/s以及SDH的155，622，2488，9952Mbit/s都是在电信号上进行复用。据统计，在215Gbit/s以下，系统每升级一次每比特的传输价格可下降30%左右。正因为如此，在过去的升级中，人们首先采用的是TDM技术。随着复用速率的提高，例如达到10Gbit/s时已接近硅和砷化技术的极限，没有太多的潜力可挖，光纤色散的影响也更加严重，要对光纤提出更高的要求。

2.2波分复用技术(WDM)所谓波分复用技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区所具有的巨大带宽资源(约有25THz)，采用波分复用器(合波器)在发送端将不同规定波长的信号光载波合并起来并送入一根光纤进行传输。在接收端再由一个波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开来。

波分复用技术的主要特点有：①可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。②使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节约光纤。③由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，PDH信号和SDH信号的综合与分离。④波分复用通道对于数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，是网络扩充和发展中的理想手段。⑤利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。

三、关于正确选择光纤的建议

选择光纤种类的必须考虑三个关键的参数：①最大无中继传输距离②每个波长的最大比特率③每根光纤的波长数。当然，以上参数都应考虑光纤终期的要求，而不是初期的要求。根据以上参数，如果最大无中继传输距离在50～100km(取决于激光器的种类)，那么G.652常规光纤则因其价格低是较为合适的选择。如果距离更长，而且每个波长的最大比特率小于10Gbit/s，那么还是应该首选常规光纤。如果距离长，但只需要单波长高速率(10Gbit/s以上)，则可选用G.653色散位移光纤。如果距离长，而且需要多波长承载10Gbit/s或更高速率，那么G.655非零色散位移光纤是最佳的选择。

由此可以提出如下的光纤选择原则：①短距离的中继光缆和接入网光缆因为距离短，采用较多纤芯所增加的投资不大，因此一般应选择G.652常规光纤。②长途光缆因为传输距离长，采用较多纤芯时投资增加多，所以必须采用高速率和多波长的波分复用技术，应优先考虑采用G.655色散位移光纤。

据报道，近年来北美正在掀起新一轮的光纤敷设，但在干线上已经停止使用G.652光纤，而是全部采用G.655非零色散位移光纤。这一动向值得引起重视。

无论是选用G.652光纤还是G.655光纤，除了对光纤的衰耗和色散等常规指标提出要求外，一般可以按传输10Gbit/s速率的要求提出PMD指标要求,这样就为以后利用波分复用手段迅速扩大传输系统的容量创造了条件。