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。     

机载激光雷达测距性能研究

本文分析了扫描角度和航高对机载激光雷达的回波功率、信噪比和测距精度的影响。计算表明,随航高和扫描角度的增加,回波信号功率衰减,信噪比降低,测距误差增大。本文尝试性地提出了解决问题的方法。     

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。     

副载波调制水下激光雷达测距性能仿真

复杂的水体环境,特别是水中微粒的吸收和散射作用,使得水下激光雷达测距系统的接收信号中存在大量的后向散射杂波.随着距离的增大,目标回波会逐渐淹没在杂波中,而副载波调制技术可以有效地提升目标对比度,实现水下激光雷达的测距增程.首先建立了光子在海水中传输的蒙特卡洛仿真模型,然后研究了结合激光雷达优势和微波雷达优势的副载波调制...     

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。     

合成孔径成像激光雷达高分辨的一维距离像

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源成像系统,其突出优势是可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的成像质量.对激光波段的高分辨距离像进行了研究,介绍了合成孔径成像激光雷达一维距离像的室内实验系统,有效地对合成孔径成像激光雷达一维距离像进行模拟.首先,简述了一维距离像的成像原理.然后,分析了系统的关键技术,给出了系统框图和连接关系,并且针对激光调谐信号的非线性问题,利用多项式推导出非线性的激光信号表达式,提出了一种时域补偿高阶相位误差的补偿方法.最后,通过实验证明了所提方法可以有效地消除各个脉冲的非线性问题,并且表明所给实验系统的可行性.     

瑞利散射多普勒测风激光雷达频率动态跟踪系统

基于瑞利散射的多普勒测风激光雷达在利用频率差分技术测量风场的过程中,激光脉冲频率随室温和谐振腔温度变化而产生抖动和漂移,给系统测量精度带来极大影响.为了解决激光频率长期漂移给风场测量带来的影响,设计了一种频率实时动态跟踪硬件电路.介绍了该硬件电路的设计思想、关键技术和核心器件的选取,并利用该硬件电路与米散射测风激光锁频...     

新型光纤激光雷达的结构理论分析与作用距离计算

为了改善当前激光雷达存在的对振动敏感,体积庞大,对人眼不安全等问题,综合国内外激光雷达研究现状的基础上.给出了一种新型光纤激光雷达的结构.该雷达利用光纤激光器作为光源,光路中大量采用了光纤器件,使得系统体积大大减小.采用相干探测的原理,根据激光雷达作用距离方程,给出了信噪比与光纤激光雷达作用距离的关系.根据所选的器件参数,通过理论计算,在探测概率为0.9,虚警概率小于10-4的情况下,得到了2 km的最大作用距离.所设计的光纤激光雷达体积小,结构紧凑、新颖,具有良好的探测能力.     

大气对外差探测激光雷达影响分析

对于光外差体制的激光雷达而言,为减弱大气扰动的影响,需要研究大气衰减及大气湍流对其探测性能的影响.从光场的复振幅和探测面上光斑的爱里斑模型出发,给出了信噪比这一表征外差探测系统关键性能指标.分析了大气衰减和大气湍流对信号光复振幅的影响,研究了大气衰减和弱湍流相位起伏下的光外差探测效率.研究表明,大气衰减不会造成外差效率...     

闪光式焦平面激光成像雷达方程改进及仿真

推导了一个适用于闪光式焦平面激光成像雷达的雷达方程。该方程以传统的激光雷达方程为基础,使用双向反射分布函数描述目标,可以更准确地反应目标上各点的光反射情况。并且讨论了新的雷达方程与原有理论方法之间的关系。根据得到的雷达方程编写了仿真程序,对成像结果进行了仿真计算,针对难以给出解析表达式的双向反射分布函数,使用Phong光照模型进行参数化处理。通过对仿真结果的分析,认为该雷达方程能够较好地反映焦平面激光成像雷达的工作情况。     

星对星合成孔径激光雷达成像

随合成孔径激光雷达技术的发展,对人造卫星等空间远距离高速运动目标进行高精度成像成为可能.从合成孔径激光雷达的成像原理出发,理论分析了合成孔径激光雷达在星对星成像侦察中的成像距离、成像分辨率和成像速度等特性;研究了星对星合成孔径激光雷达成像侦察的特征;辨析了激光发射功率、脉冲重频、两星相对速度等参数对成像精度和成像距离的...     

舰船气泡尾流激光雷达的关键技术

针对舰船气泡尾流激光雷达研发中的三项关键技术———复合散射理论研究、激光断层和偏振检测技术、后向散射抑制技术展开综述,总结了相关领域研究成果并提出新的技术方案。对复杂海洋环境下的激光复合散射理论进行了系统的分析,有针对性地给出了相关研究方法及研究关键点。提出利用激光断层和偏振检测技术对舰船尾流进行检测的新方法。基于Monte Carlo模型分析了尾流激光雷达近场后向散射光的大动态衰减规律,提出一种新的基于雪崩光电二极管的大动态范围信号接收技术。在国内首次成功研发尾流激光雷达样机并首次获得大量详实的海试数据。海试结果表明,该样机对8节航行下的千吨级民用船舶尾流探测距离大于3.7 km。     

高层薄卷云消光后向散射比的求解方法

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量,我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比.在无大的天气系统过境的情况下,通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解,得出间歇性卷云的消光后向散射比,并与其他方法进行了对比分析,指明了该方法的可靠性和局限性.     

悬空波导的激光雷达探测能力个例研究

以无线电探空仪实测的悬空波导为例,开展了激光雷达对其探测能力的仿真研究.通过振-转拉曼散射信号测量大气湿度,纯转动拉曼散射信号测量大气温度.再结合探空仪测量的大气压强,计算得到大气折射率.在拉曼激光雷达系统的四个探测通道中加入了泊松分布的信号起伏,以符合真实测量过程.仿真结果表明:对于较弱的悬空波导,中型激光雷达系统对其具有较好的捕获能力.基于蒙特卡洛方法研究了几种时空分辨率下激光雷达探测该悬空波导的辨识概率、波导层厚度及波导强度.