线性增益调制激光雷达系统参数对测距精度的影响

测距精度是激光雷达系统的重要参数,测距精度影响因素的研究对于提高激光雷达系统性能具有重要价值。增益调制无扫描激光雷达是一种新体制的激光雷达,其测距精度的影响因素不同于传统飞行时间测量的激光雷达系统。从增益调制激光雷达距离表达式出发,推导了增益调制激光雷达各系统参数对于距离精度的影响,综合考虑了ICCD的调制误差、回波强度较低时的光子噪声、探测器噪声、微通道板的增益饱和等因素,给出了测距精度与回波功率的关系曲线。得出增益调制无扫描激光雷达系统存在一个回波强度区间,在该强度区间内,无扫描激光雷达的测距精度是区间外的2倍以上。     

线性增益调制激光雷达系统参数对测距精度的影响

增益调制非扫描激光雷达是一种新体制的激光雷达,其测距精度的研究具有重要价值。从增益调制激光雷达距离表达式出发,研究了增益调制激光雷达各系统参数对于距离精度的影响关系,综合考虑了回波强度较低时的光子噪声和距离精度较高时微通道板的增益饱和带来的影像,给出了测距精度与回波功率的关系曲线,得到了增益调制无扫描激光雷达系统存在一个回波强度区间,通过调整系统参数控制回波强度在该区间内,可以保证系统获得最高的测距精度。     

增益调制非扫描激光雷达测距精度的理论分析

非扫描成像激光雷达是激光雷达重要发展方向之一.介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统的成像原理.根据该激光雷达的成像原理可以得出,脉冲宽度和背景光积累将会对激光雷达的测距精度产生较大影响.分析了脉冲宽度、回波展宽以及背景光会对距离精度产生的影响.在考虑脉冲宽度和背景光积累,忽略其他噪声和目标表面粗糙度的情况下,对大气传输和目标对回波脉冲展宽的影响进行了分析,对增益调制型非扫描激光雷达在不同的系统及目标参数情况下的回波波形和测距精度进行了仿真计算,为系统性能参数的选择和距离图像的后续处理提供了理论依据.     

大动态范围激光雷达时刻鉴别电路设计

在激光雷达系统中,受限于被测目标距离及反射特性的变化,回波信号的峰值动态范围大,导致由恒比定时鉴别电路确定的回波到达时刻波动较大,产生的行走误差影响了系统的测距精度和测量范围。设计了一种带自适应增益控制的恒比定时鉴别电路,基于回波信号水平快速自动调节放大电路的增益,可适应较大动态范围下的目标测量。实验结果表明,采用自动增益与恒比鉴别电路相结合的方法设计的激光雷达时刻鉴别电路,可以基于回波信号水平在25ns的时间范围内实现放大电路增益的自适应调节;当输入信号上升时间为3ns、电压动态范围为29dB时,利用增益的自动控制可以将回波信号的动态范围降低至9dB,将回波时刻鉴别误差控制在0.42ns内,有效减小了测距系统的行走误差。     

一种无扫描三维成像激光雷达的实验研究

研究了一种无扫描三维成像激光雷达.采用脉冲固体激光器作为发射光源,而带有像增强器的CCD(ICCD)作为成像探测器.激光器发射光脉冲的同时用随时间单调变化的高压调制ICCD中的像增强器,使其产生随时间单调变化的增益调制,这样不同距离的目标回波被放大的程度不同.通过对被放大信号能量的比较分析,就可以解算符个脉冲的飞行时间,从而得到各个脉冲对应的距离.结果验证了这种成像系统可有效地消除回波强度不均匀性的影响.通过室内成像实验验证系统成像,在35～41 m的距离上成功地获取了目标的距离像,测距精度可达1 m以下.     

一种机载脉冲激光雷达回波模拟设备

传统的激光雷达测距机信号处理能力的评估需要激光器、光学系统和探测器等设备的配合,为简化该评估方法,研制了一种机载脉冲激光雷达回波模拟设备。通过分析脉冲激光雷达回波特性,建立了回波数学模型,指出了衡量测距性能的关键参数。以模型为理论依据,以距离、信噪比等参数为输入,采用软件算法生成波形数据并存储于PC机,通过硬件电路将波形数据处理输出,形成模拟激光回波。实验证明,该设备可模拟目标最远40 km,信噪比最小为2的回波,其中,目标距离模拟误差在0.95‰内,信噪比平均模拟误差为13.3％,该设备工作稳定可靠,满足使用要求,极大地简化了激光雷达测距机信号处理能力的性能测试。     

机动目标情况下FFT比相测距方法研究

当目标保持匀速运动时，回波信号经过FFT后的输出信噪比正比于信号的有效积累时间长度，采用FFT比相测距算法，经过FFT计算得到的相差与目标中间时刻的距离相对应。但当目标机动时，回波信号的多普勒频率为时变量，基于FFT处理的相参积累输出信噪比下降。该文首先对机动目标情况下基于FFT比相测距方法进行了理论分析，得到了距离与相差的关系式，给出了不同加速度下FFT输出信噪比损失曲线。最后仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于相位测距的宽带雷达弹道目标微动几何参数估计

针对传统方法基于宽带回波距离像包络信息提取微动分辨率较低这一问题,该文提出了一种结合宽带回波距离像包络信息和相位信息的微动特征参数化估计新方法。该方法通过对回波距离像包络分段并对各段进行Keystone变换实现距离方位解耦和,得到目标由于微动引起的各散射点相对参考点径向微距变化粗估计。利用粗估计结果提取回波相位信息,由相位测距原理可得到各散射点的精确微距曲线,进而完成进动目标运动及几何参数的估计。相比于只利用距离像包络信息提取微动的传统方法,所提算法可有效提升参数估计精度。仿真实验验证了其有效性和稳定性。     

基于非对称sinc函数拟合的激光测距算法优化

小型化的高重频多脉冲激光测距机采用数字化处理确定目标距离,接收电路带宽、数字化采样精度以及滤波算法等因素会影响测距的精度,文中在对测距误差分析的基础上提出改进测距精度的算法。首先,在对激光回波信号积累以提高信噪比的基础上,对回波信号波形进行中心差分处理、斜率阈值和幅度阈值条件处理,剔除伪峰值点,初步确定峰值点位置。然后,根据初定位后的波形特点,选择相应的指数函数进行非对称sinc函数波形拟合修正,估计波峰点相对准确位置,从而输出较为精确的目标距离。最后,将改进算法在matlab中仿真,实验结果验证了文中提出的修正算法对提高激光测距精度的有效性。     

获得高激光回波率的三轴调整

对用于高速飞行目标轨迹测量的固体脉冲激光测距机而言,除了作用距离和较高测距精度外,高激光回波率是精确给出飞行轨迹的必要条件。本文着重讨论激光回波率和激光发射光束角、接收视场角、跟踪精度、三轴调整精