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。     

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。     

增益调制非扫描激光雷达距离像的仿真及实验验证

仿真研究有助于增益调制非扫描激光雷达系统设计的优化,并对其构成和成像原理进行分析。建立了增益调制非扫描激光雷达的理论模型,提出一个用于雷达成像的标准目标,根据所建立的理论模型和成像过程,编制了仿真软件,对增益调制非扫描激光雷达系统进行仿真模拟,并与实验结果进行对比。仿真实验结果与实验结果的一致性表明,仿真模型比较贴近实际,有助于增益调制非扫描激光雷达系统的方案设计和参数优化。     

非扫描脉冲成像激光雷达灵敏度方程

非扫描成像激光雷达是激光雷达的重要发展方向之一.激光雷达的一个非常重要的性能指标就是给定条件下的最大探测距离,这需要通过激光雷达灵敏度方程对其进行计算.分析了脉冲直接探测的非扫描成像激光雷达与扫描成像激光雷达的不同,介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统构成及成像原理,并给出了基于像增强器型CCD(ICCD)能量积分器件作为探测器的该激光雷达成像中的信号和噪声.最后,提出了一种基于对比度和图像信噪比的增益调制非扫描成像激光雷达灵敏度方程.     

增益调制激光雷达弱信号的双阈值处理分析

在远距离弱信号条件下,增益调制激光雷达系统的测距精度受到强背景噪声的严重干扰。为了提高系统的测距精度,从系统基本工作原理出发,对增益图像进行双阈值化处理,得出了测距误差最小的阈值条件;考虑到阈值处理对目标与背景存在错误判断,结合增益调制像的概率分布函数定义了增益像和距离像的错误率函数。选取距离分别为1 930 m和1 940 m的两座建筑物作为目标进行成像实验。实验结果表明:双阈值化处理后,系统的测距偏差减小了58.3%,从而验证了双阈值化处理的可行性。通过对目标与背景实验结果的计算发现,目标距离的错误率存在极小值。     

应用分块复原方法提高激光雷达测距精度

介绍了一种基于像增强器增益调制原理的三维成像激光雷达,距离图可以由恒定增益和线性增益调制条件下的灰度图计算得到。根据成像系统的传递特性,建立了灰度图像的退化模型并分析了在考虑点扩散函数影响的情况下,引起成像激光雷达测距误差的主要原因。分析结果表明,在距离变化区域,测距误差主要与点扩散函数、反射率和实际距离等因素有关;而在平坦区域,测距误差主要由散粒噪声引起的。根据误差的来源和散粒噪声的特点,提出了对拍摄得到的灰度图像进行分块复原的方法。仿真结果显示:该方法复原得到距离图的均方根误差比全局复原方法小。最后将该方法用于实际拍摄的雷达图像,验证了该方法的有效性。     

脉冲激光雷达变频测距技术理论研究

提出了脉冲激光雷达变频测距的技术概念。与激光雷达传统脉冲测距方法相比,变频测距技术具有高速、高精度的突出优势。因此,激光雷达变频测距技术具有广阔的应用前景。文中对主、被动变频测距技术进行了详细介绍,重点对变频测距技术进行了公式推导、理论分析,并对影响该技术工程化应用的制约因素做了探讨。本文对推动脉冲激光雷达变频测距技术的应用具有一定意义。     

利用调频／连续波测距技术的强度调制二极管激光雷达

本文介绍了把调频雷达测距原理用于非相干激光雷达的基本的情况，简单地讲，激光雷达发射机输出为射频副载波的幅度调制形式，其自身为线性调频。负载波信号可有一几十至低的几百兆兹的起始频率和一几百兆至低的千兆赫兹的截止频率。根据一般的ＦＭ雷达理论方程式，选择起止频率差ΔＦ来实现理想的距离分辨力ΔＲ，ΔＲ＝ｃ／２ΔＦ，式中ｃ是光速。用光电二极管非相干探测出目标反射光，并转换成电压波形，然后，该波形与初始调制波     

三维无扫描成像激光雷达原理改进与仿真

提出了基于半方波一方波相关法的三维成像激光雷达.介绍了测量方案推导了算法.并用Matlab的Simulink工具对测距原理进行了仿真,还对测距精度进行了分析.理论分析表明,半方波一方波相关可以使调制深度均达到1.2,能极大地提高空间分辨率.仿真证明了此种相位法的正确性,为实际三维成像激光雷达的研制奠定了基础.     

激光近炸引信距离控制精度测试技术分析

激光近炸引信距离控制精度是导弹炸点控制的保证,是实现引战配合的前提,是激光引信研制生产中的一项重要技术指标。目前,激光近炸引信距离控制精度测试主要利用“推板法”由人工完成。而激光测距机测试中采用的光电法由于存在最小启动距离问题也不满足激光引信测试要求。针对上述问题,提出了一种新的光学测试方法,并从理论上证明了该方法工程实现的可行性。     

亮度调制无扫描激光三维成像距离精度分析

亮度调制无扫描激光三维成像系统中,采用脉冲激光器作为照明光源,ICCD面阵接收,对ICCD中像增强器进行恒定增益和线性增大增益调制,通过两次得到的CCD图像灰度值反演出目标距离信息.这种方式成像效率高、不需要扫描装置.对影响亮度调制无扫描激光三维系统中成像距离分辨率的因素进行分析,并提出可行的办法.     

提高激光雷达测距精度的最佳信号门限比

为了提高脉冲激光雷达的测距精度,研究了光束在空域为高斯光束、时域为钟型脉冲的激光雷达在恒电压幅度鉴别模式下,回波信号幅度变化和宽度变化对测距精度的影响。证明在一定范围内,由回波幅度变化所造成的测距误差与由回波脉宽变化引起的测距误差,随鉴别电平的取值不同,呈现出相反的变化趋势,即最佳信号门限比的存在,并导出了相应的计算公式。通过改变接收信号强度,对不同信噪比、不同信号门限比条件下大量测距实验结果进行了分析,验证了最佳信号门限比的存在。在一定的实验条件下,最佳信号门限比的取值在1.8附近,实验结果与理论计算吻合良好。这一研究结果为不同应用条件下,激光雷达鉴别电平的合理选取提供了依据。     

瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析

系统全面地分析了各种影响因素对瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差的影响,确定了透过率曲线校准精度对系统测量误差起主要作用,同时必须考虑激光频率锁定误差、气溶胶及大气温度估计误差对系统测量误差的影响.实验结果表明:温度和后向散射比相同时,由校准参数差异引起的系统误差比理论值增加10倍以上;后向散射比相同时,系统误差随温度估计误差和多普勒频率增大而增大;大气温度估计误差5 K,校准误差产生的径向速度测量误差随高度和多普勒频率变化,在18 km左右达到峰值,最大值1.4 m/s     

光子雷达探测性能与测距精度的理论研究

为了研究基于盖革模式雪崩光电二极管探测器的光子雷达的探测性能与测距精度,采用数学建模的方法,从系统原理与探测时序出发,分析了长死时间、回波脉宽大于时间数字转换器分辨时间情况下目标探测概率的分布;由统计原理与质心法,建立了测距精度的理论模型。利用系统设计参量,分析了回波强度、回波脉宽、噪声和回波位置等参量对探测性能和测距精度的影响。结果表明,回波越强,噪声越低,回波位置越靠前,目标探测概率越高,虚警率越低,探测性能越好;回波强度和脉宽是影响测距精度的主要因素,回波强度越强,脉宽越窄,测距精度越高。     

激光雷达视场角的研究

在激光雷达的研究中,接收机视场角是一个非常重要的参数.作者利用一种改进的半解析Monte Carlo方法对激光雷达接收信号进行了模拟.在作者的模拟中,采用Henyey-Grenstein函数的修正公式、加入权值以及放宽判决门限等方法来增进光子的利用效率.由计算结果可以看出,不同的接收机视场角使得接收信号波形有很大的差异.通过分析,我们认为接收机视场角FOV=20～30mrad时能够获得较佳的接收信号.     

激光偏振技术压缩激光雷达信号动态范围

为了解决激光雷达信号的大动态范围引起远距离弱信号的失真问题,采用通过压缩信号的动态范围的方法,设计了一个利用电压调制系统透过率进而压缩激光雷达信号动态范围的方案。计算表明,系统最小透过率为4.05×10-5,可以压缩信号的动态范围达到4个数量级。利用激光雷达后向散射信号的两个方向偏振光,避免了时控光衰减器只透过一个方向偏振光的弊端。研究结果为压缩激光雷达信号动态范围提供了有价值的新方法。