脉冲式激光水下测距数字检测技术研究

文中针对激光水下测距信噪比低、回波信号提取困难的问题,采用数字检测技术进行处理,大幅提高了检测信噪比和激光水下测距能力,同时拓宽了激光测距的应用范围。     

提高超声波测距精度方法的研究

在分析超声波测距系统回波信号处理存在问题的基础上,提出了两种提高测量精度的回波信号处理方法。采用时间增益补偿技术,补偿超声波在空气中的衰减,减少回波信号的起伏;由有源全波整流电路和微分电路等组成峰值时间检测电路,可正确检测回波的峰值到达时间。两种方法的采用,提高了超声波测距系统的测量精度。     

机载激光测深系统中回波信号大动态范围的偏振压缩

采用偏振检测方法 ,对机载激光测深实验系统接收到的大动态范围的水下目标反射的激光回波信号的压缩进行了实验研究。结果表明 ,偏振检测方法能压缩激光回波信号的动态范围至少达一个数量级 ,对水下的激光后向散射有较强的抑制作用 ;对探测水下目标反射的激光回波信号的影响不大。     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

低功耗水下超声测距系统设计

由于水声环境复杂,为了检测环境噪声干扰下的测距回波信号,需要较强的发射信号,造成系统功耗高,无法长时间工作,保密性差。将混沌检测理论引入水声测距领域,发现混沌振子检测方法适用于超声测距,符合该方法固有的限定条件。同时,在理论上对混沌检测方法进行了改进,并给出了具体的硬件结构。     

水下相位式激光测距定标方法

基于相位式激光测距的工作原理,提出了将相位式激光测距仪用于水下测距的思路,从原理上分析了水下相位式激光测距的可行性。通过水下距离测量实验,对水下相位式激光测距可行性进行了验证,完成了水下相位式激光测距仪的测距定标算法,并探究了水体浊度对相位式激光测距动态范围和测距精度的影响。实验结果表明,经过定标校正后的水下相位式激光测距仪在水下3.5 m范围内测距误差平均值不超过3 mm,测距范围与水体浊度间存在指数衰减关系。该水下相位式激光测距仪为水下距离的探测提供了一种新方法,可实现水下目标近距离的精确测距。     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.     

基于蒙特卡洛仿真的水下四点单目测距研究

水下光通信系统在工作时需要及时获取与接收端的距离信息并进行高速通信。文章提出在水下蓝绿激光通信系统中加入单目测距功能,实现短距离视觉测距和长距离激光测距的水下光通信测距一体化研究。使用蒙特卡洛方法进行仿真,建立激光信号水下信道传输模型,模拟不同目标尺寸、不同距离和不同水质下的水下激光光斑图片,分析以上3种因素对水下单目测距精度的影响。考虑仿真图片光斑弥散和对比度降低对测距精度的影响,文章针对性地提出了一种对水下小尺寸光源目标、结合图像增强和Zernike矩亚像素点边缘检测的单目测距算法以提高单目测距算法的精度。通过实验室水池实验验证,文章所提算法精度达到了使用要求。     

低功耗水下超声测距系统没计

由于水声环境复杂,为了检测环境噪声干扰下的测距回波信号,需要较强的发射信号,造成系统功耗高,无法长时问工作,保密性差.将混沌检测理论引入水声测距领域,发现混沌振子检测方法适用于超声测距,符合该方法固有的限定条件.同时,在理论上对混沌检测方法进行了改进,并给出了具体的硬件结构.     

时域展宽特性对相关检测性能的影响分析

时域展宽是激光回波脉冲的重要特性,也是影响激光雷达相关检测性能的重要因素。建立了考虑时域展宽特性的激光回波脉冲数学模型,以此模型和相关检测原理为基础分析了时域展宽特性对相关检测测距误差、信噪比的影响,从激光发射脉冲的近高斯能量时间分布模型出发,推导了时域展宽系数的计算公式,并对理论分析和计算结果进行了仿真论证。仿真结果表明:回波脉冲时域展宽系数与其衰减系数成反比,与发射脉冲上升时间成正比,随着时域展宽系数的增大,激光雷达相关检测系统测距误差增大,信噪比降低。     

激光测距弱信号数字相关检测技术的研究和仿真

针对激光远程测距或恶劣环境测距中回波弱信号信噪比低 ,难以提取的困难 ,提出运用数字相关检测技术进行处理 ,并对单脉冲互相关、多脉冲互相关等数字处理技术作了介绍 ,并结合激光雷达的测距系统进行一系列仿真和计算 ,收到了良好效果     

多类型调频连续波激光雷达测距原理与仿真分析

依据调频连续波激光雷达测距原理,详细阐述了三种不同类型的调频连续波激光测距雷达的基本过程,并对其测距过程进行了推导;搭建了锯齿波、三角波和正弦波三种不同类型激光测距原理验证平台,设计了调制信号产生模块,拍频仿真模块,并测定拍频后的频率值;分析了三种类型调频连续波激光雷达的适用条件和范围,为后续系统设计和硬件选型提供了参考依据。     

白天空间目标激光测距微弱信号探测方法

白天空间目标激光测距数据有助于提高空间目标定轨精度,在航天科研方面具有重要应用价值。白天天空背景较亮,激光测距回波信号一般很弱,从较强背景光中识别出微弱的空间目标激光回波信号十分困难。针对白天空间目标激光测距微弱信号探测技术难题,从白天天空背景噪声影响估算入手,计算了不同探测阈值情况下的测距虚警率,分析了白天激光测距距离门宽与探测阈值的关系,给出了白天对空间目标激光测距的回波信号探测阈值,提出了基于多光子探测器的白天激光测距微弱信号探测方法,并对其可行性进行了实验验证,该研究成果可应用于白天空间目标激光测距系统设计及新型激光测距系统发展研究等方面。     

激光脉冲弱小回波信号提取方法研究

在激光红外复合制导中,主动激光雷达可以提供探测目标的距离信息,并与红外探测方式实现光电互补,有助于提高复杂战场环境下精确制导的准确率。激光测距时,准确的回波位置检测是确保测距精度的关键。而信噪化是决定精度和作用距离的关键。为了提升脉冲回波信号的信噪比,本文提出了一种结合自相关滤波算法与改进的奇异值分解方法的微弱脉冲提取方法,并分别采用仿真数据和实际采集的脉冲激光回波信号进行去噪实验,实验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提升回波信号的信噪比,有助于提高激光测距的精度。     

新型双频相干脉冲压缩测速测距激光雷达

激光雷达具有抗干扰能力强、分辨率高、隐蔽性好等优点,已被广泛应用于精密测量、侦察监视、火控、制导等领域。针对远程激光测速测距中回波信号微弱难以检测的现实情况,提出了一种新的双频激光测速测距方法,采用脉冲压缩技术实现信号检测。通过实验,本文对该方法的原理进行了分析与验证。结果表明,该方法可以实现对运动目标的测速与测距。     

脉冲压缩激光雷达多普勒补偿方法北大核心CSCD

激光雷达动目标引起的多普勒频移较大,无法有效进行脉冲压缩且距离与速度耦合严重,严重影响激光雷达动目标检测性能及测距精度,针对上述问题,本文提出一种多普勒补偿方法,该方法采用双频共轭处理求解速度模糊,然后对目标进行多普勒补偿,同时解决激光雷达动目标距离速度耦合及脉压性能问题,提高目标检测性能和测距精度。采用目标回波仿真数据进行实验,实验结果表明了本文方法的有效性。     

一种适用于相干激光雷达的下变频技术研究

相干激光雷达指的是采用具有相干光源的激光对探测目标发射,并采用激光外差接收,通过后置信号处理来获取目标信息的一种探测方法。本文针对相干激光雷达的回波信号经过光电探测器后输出频率较高、重频周期长、处理数据量大,提出了一种下变频技术来降低频率至零频,并采用梳状滤波器(CIC)和半带滤波器(HB)组成多级采样率转换来实现数据的滤波和抽取。最后通过实验表明,此方法能够在较低数据率下有效地实现高信噪比的采样进行测距。     

Noise Temperature Characteristics and Gain-control of Avalanche Photodiodes for Laser Radar

Avalanche photodiodes（APDs） are promising light sensors with high quantum efficiency and low noise. It has been extensively used in radiation detection, laser radar and other weak signal detection fields. Unlike other photodiodes, APD is a very sensitive light detector with very high internal gain. The basic theory shows that the gain of APD is related to the temperature. The internal gain fluctuates with the variation of temperature. Investigated was the influence of the variation of the gain induced by the fluctuation of temperature on the output from APD for a very weak laser pulse input in laser radar. An active reverse-biased voltage compensation method is used to stabilize the gain of APD. An APD model is setup to simulate the detection of light pulse signal. The avalanche process, various noises and temperature＇s effect are all included in the model. Our results show that for the detection of weak light signal such as in laser radar, even a very small fluctuation of temperature could cause a great effect on APD＇s gain. The results show that the signal-tonoise ratio of the APD＇s output could be improved effectively with the active gain-control system.     

脉冲压缩技术在相干激光雷达中的应用研究

脉冲压缩技术在微波雷达、无线通讯领域有着广泛的应用,但在相干激光雷达特别是相干激光测距领域应用较少。本文将脉冲压缩技术应用于相干激光雷达系统中,对脉冲压缩相干激光雷达进行理论分析和性能分析,分析可见脉冲压缩技术可显著提升相干激光雷达的性能。