| 不同鉴别阈值条件下SiPM光子计数激光雷达探测模型及性能分析 |
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| 引用本文： | 刘欣缘,肖毅,马跃,向雨琰,郭高峰,王家炜,黄炜怡,谭崇涛,李松.不同鉴别阈值条件下SiPM光子计数激光雷达探测模型及性能分析[J].红外与毫米波学报,2023,42(6):863-873. |
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| 作者姓名： | 刘欣缘 肖毅 马跃 向雨琰 郭高峰 王家炜 黄炜怡 谭崇涛 李松 |
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| 作者单位： | 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072,武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072,武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072,武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072,中国空间技术研究院，北京 100098,中国空间技术研究院，北京 100098,武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072,武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072,武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072;武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430010 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金 （41971302）， 湖北省重点研发计划 （2022BID016） |
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| 摘 要： | 硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier， SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度，且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性，在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而，由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式，其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象，不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题，本文建立了SiPM光子事件响应模型，以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布，最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时，搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统，通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R2>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价，并给出最优鉴别阈值区间，这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。
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| 关 键 词： | 硅光电倍增管 脉冲堆叠 鉴别阈值 探测概率模型 |
| 收稿时间： | 2023/2/2 0:00:00 |
| 修稿时间： | 2023/10/25 0:00:00 |
The photon detection mode and performance analysis of SiPM photon counting Lidar under different discrimination thresholds |
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| LIU Xin-Yuan,XIAO Yi,MA Yue,XIANG Yu-Yan,GUO Gao-Feng,WANG Jia-Wei,HUANG Wei-Yi,TAN Chong-Tao and LI Song.The photon detection mode and performance analysis of SiPM photon counting Lidar under different discrimination thresholds[J].Journal of Infrared and Millimeter Waves,2023,42(6):863-873. |
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| Authors: | LIU Xin-Yuan XIAO Yi MA Yue XIANG Yu-Yan GUO Gao-Feng WANG Jia-Wei HUANG Wei-Yi TAN Chong-Tao and LI Song |
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| Keywords: | photomultiplier tubes pulse pile up discrimination threshold detection probability model |
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