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。     

增益调制非扫描激光雷达测距精度的理论分析

非扫描成像激光雷达是激光雷达重要发展方向之一.介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统的成像原理.根据该激光雷达的成像原理可以得出,脉冲宽度和背景光积累将会对激光雷达的测距精度产生较大影响.分析了脉冲宽度、回波展宽以及背景光会对距离精度产生的影响.在考虑脉冲宽度和背景光积累,忽略其他噪声和目标表面粗糙度的情况下,对大气传输和目标对回波脉冲展宽的影响进行了分析,对增益调制型非扫描激光雷达在不同的系统及目标参数情况下的回波波形和测距精度进行了仿真计算,为系统性能参数的选择和距离图像的后续处理提供了理论依据.     

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。     

一种无扫描三维成像激光雷达的实验研究

研究了一种无扫描三维成像激光雷达.采用脉冲固体激光器作为发射光源,而带有像增强器的CCD(ICCD)作为成像探测器.激光器发射光脉冲的同时用随时间单调变化的高压调制ICCD中的像增强器,使其产生随时间单调变化的增益调制,这样不同距离的目标回波被放大的程度不同.通过对被放大信号能量的比较分析,就可以解算符个脉冲的飞行时间,从而得到各个脉冲对应的距离.结果验证了这种成像系统可有效地消除回波强度不均匀性的影响.通过室内成像实验验证系统成像,在35～41 m的距离上成功地获取了目标的距离像,测距精度可达1 m以下.     

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。     

脉冲激光测距机相对增益曲线测试方法

脉冲激光测距机为了抑制近距离大气后向散射的干扰,采用时间程序增益(TPG)控制电路,使测距机接收系统的增益随目标距离即回波时间变化.相对增益就是不同距离上的增益与最大增益的比值,其对运动小目标测距的影响十分明显,合理控制增益曲线是测距机设计中需要考虑的重要因素.相对增益曲线测量是由光电转换、距离设置、模拟回波激光器和准...     

一种直接应用灰度叠加提高面阵激光雷达测距精度的方法

相比传统的点扫描激光雷达,基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达,具有测距速度快的优点,但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理,建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型,基于该精度模型和机载面阵激光雷达成像的特点,提出了一种应用灰度图像配准叠加提高测距精度的方法。对飞机姿态、光源均匀性、叠加帧数等因素在采用该方法时是否对测距精度有影响进行了分析。分析结果表明,图像完全匹配后,飞机姿态对测距精度没有影响,光源均匀性优于40%时对测距精度影响可以忽略,一定叠加帧数内时灰度叠加不会影响目标之间的相对距离。进行了地面动态实验和机载航拍实验,并将此方法应用于图像的校正,实验结果验证了该方法的有效性。     

机载三维成像激光雷达实时探测精度分析

为了提高机载增益调制型三维成像激光雷达系统实时探测时的测距精度,推导了该激光雷达的测距公式,可以得出距离精度与探测器探测到的光强密切相关,机载实时探测时各种运动引起的像移会通过强度图来影响测距精度和成像质量。基于光学成像原理和坐标变换矩阵原理,分析了该激光雷达实时探测时飞行器姿态变化对成像质量的影响,分析结果显示,飞行器姿态变化对z方向的位移影响最大为0.0298个像素,可以忽略不计,而对x,y方向像移影响比较大。研究了飞行器同一个姿态变化对地面点的像移影响,研究结果表明,像移会随着地面物点对光轴的夹角和飞行方向的夹角改变而改变。     

混沌脉冲激光雷达水下目标探测

海水对光波的吸收和散射,严重制约了激光雷达水下目标探测的性能。通过对激光在海水传输过程中产生后向散射的定量分析,说明了激光回波信号被海水后向散射影响的严重性。分析比较了距离选通技术和强度调制技术抑制海水后向散射的能力,提出了使用自身具有高频强度调制特性的混沌脉冲激光进行水下目标探测,设计了基于相关法测距的混沌脉冲激光雷达水下目标探测方案。通过对后向散射光以及带有不同后向散射强度的回波信号光的时域和频域特性的研究,使用互相关噪声水平算法判定混沌脉冲激光雷达抑制海水后向散射的能力。理论仿真分析表明,当后向散射光强度是混沌脉冲激光强度36倍时,仍能提取出目标信号。     

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。     

量子增强星载光子计数激光雷达阈值检测性能

星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理,建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能达到最小检测信噪比的光子,并根据光量子统计规律重构信噪比检测公式,接收端的最小可检测信噪比相对经典光强检测方案进一步降低。同时分析了新型量子阈值检测方案的检测概率与虚警概率,数值仿真的结果表明,基于光子数可分辨探测的量子阈值检测方案的信噪比在少光子到达的条件下优于经典光强检测方案,且利用量子压缩态发射源可进一步增强量子阈值的检测性能。最后,进行了星载光子数可分辨激光雷达测高的仿真实验,结果表明在少量返回光子信号情形下的量子阈值检测方案的性能获得了显著增益。     

非共轴激光雷达消光反演中参考高度的标定

非共轴激光雷达的几何重叠因子对系统性能具有重要的影响,其直接决定激光雷达探测中消光系数反演的精度。文中提出了系统装配完成后标定激光雷达几何重叠因子的方法。首先,利用最小二乘法以及二次曲线拟合,得到一种确定Klett反演算法中参考高度的方法;其次,通过拟合还原近场回波信号,并利用雷达原始回波信号与拟合信号之比,得到系统的几何重叠因子;然后,再利用所得几何重叠因子对近场回波进行修正并作全程范围信号的拟合,确定消光系数边界值,以此作为Klett算法的参考高度;最后,利用2012年初春激光雷达资料对大气消光系数进行反演计算,证明该标定方法简单可行,能对激光雷达进行室内标定、降低对系统参数的要求,理论计算误差小。     

宽带运动目标回波的多普勒特性模拟方法

宽带雷达系统测试和性能评估中目标信息模拟精度和分辨率要求很高。针对宽带线性调频雷达运动目标的回波脉冲内多普勒频率呈现线性调频（LFM）变化特征、回波脉冲之间具有时移分布和相位相干特性的问题,采用基于数字射频存储（DRFM）系统的回波脉冲内LFM多普勒频率调制、多回波相参脉冲信号之间时移模拟的方法。探讨了基于宽带DRFM系统的高精度和高分辨率的运动目标多普勒频率信息实时模拟方法。采用仿真分析和实验验证方法,证实算法性能,运动目标的多普勒频率模拟精度/分辨率在特定条件下可达到Hz级。     

基于粒子群算法的3维激光雷达回波分解

为了提高3维激光雷达回波分解的精度和准确度,采用粒子群算法与最小二乘法相结合的方法,分析了激光雷达回波分解原理以及粒子群算法原理,研究了粒子群算法在激光雷达回波信号分解中的应用;进行了理论分析与实际数据验证,取得了实际激光雷达回波数据的分解结果。结果表明,采用粒子群算法与最小二乘法相结合的分解方法,激光雷达回波可以更高精度地分解为一系列单个波形的叠加,并获得了延时、强度及脉宽等参量,拟合度提高至0.989,一定程度上抑制了噪声的干扰。该算法可以有效提高激光雷达回波分解的精度。     

伪随机码调制的高精度星载激光测距雷达

伪随机码调制激光测距系统通过发射高阶调制激光,实现高频率、低峰值功率探测,利用高频率探测和统计实现高信噪比,具有系统体积小、质量轻的特点,是一种适合远距离的激光雷达系统。但是测距精度与调制频率有关,以往研究中通常使用高调制频率实现高精度测量。文中研制了一台伪随机码调制的激光雷达样机,采用调制重复频率100 MHz、入瞳直径0.1 m的光学天线,通过对周期内回波信号进行高斯统计,在信噪比为5时的实验室环境下实现了0.1 m的高精度测距。通过理论和试验分析证明了通过提高时钟频率和信噪比可以有效提高测距精度。     

713C天气雷达的回波强度定标

为了抵消天气雷达的参数变化所引起的雷达回波强度的误差 ,根据天气雷达回波强度定标的基本原理 ,结合我们多年来在天气雷达的参数测量、系统调整及回波强度定标中累积的经验 ,将详细地论述 713C天气雷达回波强度定标的内在过程 :给出了回波强度定标的软件流程、介绍了雷达定标前的准备工作及定标过程、说明了 713C天气雷达回波强度定标文件的形成方法、又提出了几种对天气雷达定标结果的验证方法。这样才能使得定标后天气雷达残存的回波强度误差在整个接收系统对数动态线性范围内控制在 2dB以内 ,保证天气雷达定量探测降水回波的准确性