可編程啁啾調(diào)幅單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)研究.pdf

1、激光雷達(dá)在諸如天文觀測(cè)、氣象預(yù)測(cè)、通信、目標(biāo)跟蹤、精確制導(dǎo)、精確測(cè)距、三維成像等方面都有廣泛的應(yīng)用，啁啾調(diào)幅單光子激光雷達(dá)以其高精度、高靈敏度、低峰值功率等諸多優(yōu)點(diǎn)吸引了許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，但是國(guó)內(nèi)對(duì)基于Gm-APD作為探測(cè)器的激光雷達(dá)的技術(shù)研究開始得較晚，且處于剛剛起步的狀態(tài)，啁啾調(diào)幅單光子激光雷達(dá)體制研究工作也近兩年才剛剛開始，開展基于Gm-APD啁啾調(diào)幅光子激光雷達(dá)體制的研究和系統(tǒng)構(gòu)建十分必要。
　　本文首先針對(duì)單光子探測(cè)

2、器Gm-APD固有死時(shí)間限制了系統(tǒng)采樣頻率以及啁啾信號(hào)帶寬，從而導(dǎo)致啁啾調(diào)幅單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)的距離精度無法進(jìn)一步提高這一弱點(diǎn)，本文提出了一種自適應(yīng)多周期累加的算法來提高回波信號(hào)信噪比，并在此算法的基礎(chǔ)上提出了頻域及時(shí)域的最小二乘擬合算法來提高系統(tǒng)的測(cè)距精度。本文首先理論證明了多個(gè)周期的Gm-APD輸出信號(hào)疊加可以改善回波信號(hào)的信噪比。在頻域結(jié)合自適應(yīng)多周期累加算法，從混頻濾波的角度出發(fā)，推導(dǎo)了回波中頻信號(hào)的FFT頻譜也為一個(gè)sinc函

3、數(shù)，根據(jù)中頻頻譜的半峰寬內(nèi)的離散頻譜數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)此頻域sinc函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合來估計(jì)更為精確的中頻頻率值。在時(shí)域結(jié)合自適應(yīng)多周期累加算法，從脈沖壓縮的角度出發(fā)，推導(dǎo)出經(jīng)過匹配濾波的回波信號(hào)是一個(gè)關(guān)于時(shí)間t的sinc函數(shù)，根據(jù)壓縮后的回波半峰寬內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)此時(shí)域sinc函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合來估計(jì)更為精確的回波峰值位置;實(shí)驗(yàn)表明，這兩種方法都能夠使得系統(tǒng)的測(cè)距精度有了很大的提高。
　　然后針對(duì)電光調(diào)制器工作過一段時(shí)間后工作點(diǎn)發(fā)生漂移導(dǎo)致

4、調(diào)制失真的情況，本文提出了一種基于“試探——迭代補(bǔ)償”思想的M-Z電光調(diào)制器工作點(diǎn)自動(dòng)反饋控制算法，該算法能夠使M-Z電光調(diào)制器長(zhǎng)時(shí)間工作在正交點(diǎn)附近。
　　其次本文采用模塊化思想構(gòu)建了一套基于可編程軟硬件的啁啾調(diào)幅單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但允許靈活修改各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)，而且各模塊具有可重用性，為今后其他體制激光雷達(dá)系統(tǒng)的快速開發(fā)提供了保障。
　　最后本文針對(duì)不同系統(tǒng)參數(shù)條件下的系統(tǒng)信噪比進(jìn)行了研究，分析了各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)