基于m序列的半导体激光测距技术研究与仿真

针对传统脉冲式半导体激光测距机在中远程测距的应用中,回波信噪比过低而难以检测目标信号的问题,提出了一种基于m序列的小型化半导体激光测距方案,以单周期m序列作为激光发射波形,对微弱低信噪比回波信号采用相参积累及匹配滤波相结合的数字信号处理方法。通过仿真及计算,证明本方案可以提高回波信噪比,并有效地从微弱回波信号中提取出目标信号,进而提高激光测距机的测距能力。     

少光子灵敏度精密激光测距方法及验证

针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点,提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）作为回波探测器,并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距精度进行分析。搭建了实验验证系统,实现了在激光波长为532 nm、能量为10 nJ的条件下,对107.86 m处的面目标进行测距。实验结果表示,系统的噪声为随机分布,且噪声幅度不超过3个像元同时响应量级,鉴别阈值略大于该值时,即可清晰地分辨出信号和噪声;对于包含32个光子的回波信号,探测器中发生雪崩像元的个数约为4个,此时系统测距精度达到3=3 cm。     

非合作目标脉冲相位式激光测距仪的测程研究

对于非合作目标的中程距离测量, 从测距范围、测量精度、速度和可靠性的折衷方面来讲, 脉冲相位式激光测距法优于常规的脉冲法测距和连续波相位法测距。在脉冲相位式激光测距中提出采用连续发射的正弦调制脉冲信号提高发射激光的峰值功率以提高测程, 但发射激光的平均功率被保持很低保证了发射激光对人眼的安全。同时根据硅雪崩光电二极管(Si-APD)噪声谱密度理论, 设计了具有温度补偿和反馈电阻噪声补偿的激光测距仪前放接收模块, 详细分析了背景光, 反向高压和反馈电阻对于Si-APD接收性能的影响。实验表明：根据该方法设计的前放接收模块使测距仪接收系统获得最大信噪比, APD工作在最佳倍增状态,从而提高测距仪的探测灵敏度和最大测程。     

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%。     

基于回波信号插值重建的峰值判别技术

在脉冲式激光测距技术中,测量距离和目标反射特性变化等因素会引起微弱回波信号的峰值判别误差,造成激光飞行时间的测量误差,峰值判别误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对激光测距中微弱回波信号不规则引起的峰值判断精度低的难题,采用FPGA控制采样电路对回波信号进行高频采样,通过软件对采样数据进行插值重建,根据重建图形判断出回波信号的峰值点位置作为计数停止点,有效提高了回波信号峰值判别精度.实验证明:采用该项技术的激光测距机能够达到0.1 m测距精度.     

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。     

多脉冲激光测距信号处理技术研究

多脉冲探测体制的激光测距可以有效提高目标探测能力,在这种探测体制下,根据多脉冲激光回波信号的特点,提出了基于DSP的多脉冲测距体制信号处理实现方法,并进行了实验。实验结果表明,采用三脉冲测距体制时测距仪测距能力提高了5dB。     

影响线性调频脉冲压缩效果的因素分析

分析了雷达信号处理中线性调频脉冲压缩的时频特征,根据雷达信号处理机对线性调频脉冲压缩频域处理机制,从信号处理机分段处理回波数据、失配等方面,详细讨论了影响线性调频脉冲压缩效果的因素。为检测雷达脉冲压缩效果,给出了脉冲压缩效果评价指标:脉压比、多普勒容限和距离旁瓣抑制能力。针对脉冲压缩性能指标,提出了对其进行静态测试的方法。     

不同噪声对线性调频脉冲压缩雷达的干扰仿真

脉冲压缩雷达的抗干扰能力很强,普通噪声对其干扰效果有限。为了找出一种有效的干扰方式,研究了白噪声和有色噪声对脉冲压缩雷达目标回波信号的影响,仿真了线性调频信号脉冲压缩的过程,比较了各种噪声的干扰效果。     

多脉冲激光的微弱信号探测能力分析研究

激光测距雷达方程分析表明,多脉冲的包络总能量与脉冲能量相等单脉冲具有相同的测距能力。由偏振分束,增加两路光的光程,再由偏振合束的方法以及根据再生放大的特性,实现单个脉冲、双脉冲、四脉冲的2 kHz重复频率及等功率的532 nm皮秒多脉冲输出,以上海天文台千赫兹卫星激光测距系统为平台,实现各多脉冲下的卫星激光测距。分析卫星回波的有效点数,以及各脉冲的回波叠加后的精度,结果表明各输出方式的有效回波点数基本接近,精度与单脉冲的误差小于1 mm,验证了多脉冲总能量与脉冲能量相等单脉冲具有相同的测距能力。多脉冲相对单脉冲能够更好地提高整个脉冲包络的能量,增大激光测距的脉冲发射能量,有利用微弱信号激光的探测。