基于超窄脉宽激光器的厘米级测距技术研究

首先对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析,认为提高时间间隔测量计数器频率,采用快速电路,缩短激光脉冲上升沿时间和提高系统信噪比都可以提高脉冲激光测距精度,而缩短激光脉冲上升沿时间对提高测距精度效果明显。在此基础上,基于1.2 ns超窄脉宽激光器,设计了一种高精度脉冲激光测距实验装置,实验结果表明,单点测量精度小于1.2 cm。     

光子计数激光雷达时间-数字转换系统

时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精度的时间测量,通过实验分析,研究了TDC系统的性能及其应用于光子计数激光雷达后的效果.实验结果表明,TDC系统的时间分辨率达到29 ps,测时精度37 ps,能够实现9通道的高精度事件计时功能,用于光子计数激光雷达后,整个激光雷达系统的测时精度为421 ps,达到6.3 cm的距离测量精度,能够实现高精度高分辨率的激光三维成像.     

高精度高重频脉冲激光测距系统

在三维激光扫描探测系统中,激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数.介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点,设计了一种以Nios Ⅱ嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统.通过分析影响测量重频和测距精度的因素,采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别,使用TDC-GP2高精度时间间隔测量...     

单光子测距系统仿真及精度分析

单光子探测器和时间相关单光子计数技术（TCSPC）被广泛运用于脉冲式激光测距及三维成像系统中。分析影响探测精度的因素有助于提高测距系统的性能。为此,建立了基于TCSPC单光子测距系统的理论模型,讨论分析了影响测距系统测量精度的因素,主要包括激光脉冲强度和回波信号统计波形的脉宽,其中后者由激光脉宽和探测器的时间抖动决定。并且利用蒙特卡洛法对测距系统的探测过程进行仿真,得到了上述因素对测量精度的具体影响情况。最后搭建了单光子测距的实验室实验系统,经过实验在10 m处的测量精度达到4 mm,对相同参数下的仿真结果进行了验证。     

微脉冲激光人卫测距技术

微脉冲激光测距技术是新一代激光人卫测距系统所采用的距离测量技术。它与常规激光测距机的最大区别是激光信号探测方式的不同。它采用光子计数的探测方式,利用大量数据的统计特性来提取距离信息,比直接利用信号本身特性来判断信号的有无具有更高的灵敏度。微脉冲激光测距机主要应用优点是作用距离远,使用安全性好、系统可靠性高,最适于人卫测距、远程测距、大气激光雷达等应用领域。     

基于正弦曲线的高精度脉冲激光测距时间间隔测量技术

提出了脉冲激光测距中基于多点平均原理的高精度飞行时间间隔测量新方法,该方法以参考正弦信号作为测量基准。在脉冲计数法的基础上,应用多点平均法原理消除由于正弦曲线的非线性产生的时间累积误差,对正弦信号时间进行高精度细分测量。建立了高精度脉冲激光测距系统,利用线性调频技术对参考正弦信号在一个周期内进行伪随机采样,实现高精度时间间隔测量。测距系统原理结构简单、成本低。实验获得的单次距离测量误差稳定在±3mm以内。     

用于机载远程测距的单光子探测关键技术仿真研究

机载微脉冲激光测距是一种新体制的激光测距技术,通过采用单光子回波探测来实现远程测距。针对机载远程测距的应用需求,对激光回波信号、背景光特性进行了理论研究和数值计算,并完成了设计参数的仿真优化。将空间滤波和光谱滤波组合使用,有效地抑制了背景光噪声,实现了100 km的远程测距;通过双通道分光,大幅度提高了测距的动态范围,将测距盲区减小到500 m。实验表明,微脉冲激光测距系统能够有效探测500 m~100 km距离内的目标回波,探测概率PD不小于96%,虚警率PFA不大于0.3%。     

激光飞行时间测距关键技术进展

文中扼要介绍了激光飞行时间测距的若干关键技术研究进展。主要包括；脉冲激光测距的时间间隔测量技术和时刻鉴别技术，激光相位测距的相位调制技术及其调制噪声问题，调频连续波测距技术和半导体激光自混合干涉测距技术等。     

宽脉冲光子计数偏振激光雷达探测浅水层研究（特邀）

由于受激光脉冲宽度的限制,传统激光雷达无法实现几十厘米的浅水层测量。设计了一个双Gm-APD光子计数偏振激光雷达系统,采用宽脉冲获取薄浅水层的高精度距离像。浅水层的表面光滑,能够保偏;底面粗糙,将发生退偏。根据该偏振现象,通过发射水平线偏振光,接收系统中采用一个偏振分光棱镜将前后表面信号光分离,然后分别被两个Gm-APD探测。该系统不受信号光的脉冲宽度限制,并充分利用Gm-APD的死时间机制,针对超薄浅水层实现三维深度测量。利用基于穆勒矩阵和斯托克斯参量表示的偏振传输原理,理论分析了双Gm-APD偏振激光雷达的分光原理。采用信号复原质心算法抑制距离漂移误差获取高精度距离信息。对于深度从4.5cm变化到8 cm渐变的薄浅水层,底面覆盖了黑、白沙子,探测距离为5 m,在实验上采用6 ns激光脉冲获取了薄浅水层的高精度距离像,测距精度为0.8 cm,有效验证了方案的可行性。该方案能够为机载海洋测绘激光雷达的浅水层测量提供一定借鉴。     

基于线性调频脉冲压缩的激光相干探测技术研究

针对现有的单频率脉冲相干探测激光雷达的高精度测量矛盾,研究采用线性调频脉冲压缩的方式实现相干激光雷达对目标的高精度测距和测速。文中介绍了线性调频脉冲压缩的原理并给出了仿真结果,并结合相干激光雷达系统的特点,并对系统的实现方式问题进行了探讨。