【摘要】：激光外差探測是一種可以獲得目標方位、距離、強度和速度信息的多維探測手段,在目標識別領域有著重要的應用。傳統(tǒng)的激光外差探測采用的線性APD探測器收到靈敏度的限制,在超遠距離探測和極微弱信號探測領域無法正常工作。光子外差探測是將外差探測技術(shù)與光子計數(shù)計時相結(jié)合的全新探測技術(shù),通過采用具有單光子探測能力的Gm-APD作為探測器,極大提升了光子外差探測的靈敏度,但是也帶來了諸如本振光過強將淹沒掉本振光與回波差頻的中頻信號等一些列問題。因此,本論文圍繞光子外差的探測精度這一重要指標,研究影響光子外差探測精度的影響因素,并尋求提升光子外差探測精度的方法和手段。光子外差探測技術(shù)比直接探測方法的數(shù)量級高很多,分辨率更高,而且因為光子外差探測技術(shù)可以實現(xiàn)對于弱至光子量級的回波信號進行檢測,因此大大提高了探測系統(tǒng)的作用距離。本文首先研究了光子外差探測的物理機理,從激光外差探測理論和光子計數(shù)理論出發(fā),建立了光子外差探測的物理模型,進而對光子外差探測過程進行數(shù)學仿真。分析了光子外差探測過程中信號光子的時間分布規(guī)律,光子外差探測結(jié)果與傳統(tǒng)外差中頻信號的映射規(guī)律,為光子外差信號的頻譜信號提取奠定了理論基礎。圍繞光子外差信號的頻譜解析開展研究,以信噪比為評判標準,對光子外差系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)開展分析工作,重點研究了本振光對信噪比的影響規(guī)律。研究了傅里葉變換法、光子到達時間間隔法、窗口分割法等三種光子外差信號頻譜解析的方法,提出將光子計數(shù)器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)閭鹘y(tǒng)外差中頻信號的處理方法,使后續(xù)的信號處理能夠大大的提升探測精度。利用優(yōu)化后的頻譜解析方法可以獲得線寬較小的光子時間分布的功率譜密度,完成了光子外差探測系統(tǒng)光子計數(shù)率的分析,完成了光子外差探測系統(tǒng)功率譜密度分析,得到了最優(yōu)化探測實驗的重要條件,提高系統(tǒng)的信噪比。通過優(yōu)化本振光強和信號處理的方法獲得高信噪比、窄線寬的功率譜密度進而提升系統(tǒng)的探測精度,確定了本振光強為信號光強的4倍。最后針對光子外差探測系統(tǒng)進行了實驗研究,設計了驗證實驗光路,從實驗上驗證了之前所提出的頻譜解析方法的有效性,驗證了本振光強對光子外差探測精度的影響規(guī)律,根據(jù)驗證結(jié)果對光子外差探測系統(tǒng)進行了參數(shù)優(yōu)化。測量得到勻速運動目標的速度為1.0622 m/s,測速誤差為0.005 m/s。變速目標的速度由1.0622 m/s變到1.5940 m/s。實驗結(jié)果表明,對于勻變速運動目標的光子外差探測結(jié)果測速誤差與勻速目標一致。
【圖文】：

圖1-2兩種成像方法對比

光子計數(shù)器探測得到外差信號40MHz頻譜峰值
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN249

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 謝丁龍;;基于光子脈沖的外差探測高精度測距系統(tǒng)[J];光通信技術(shù);2014年05期

2 羅韓君;元秀華;;光子脈沖外差探測系統(tǒng)的測距精度[J];中國激光;2013年12期

3 鄧禮茂;魯新平;周�；�;陳東;;激光雷達距離像噪聲模型分析及噪聲抑制方法[J];微處理機;2011年06期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 劉立生;光子計數(shù)激光外差探測及拍頻信號頻譜識別[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2014年

2 趙彬;空間近距離非合作目標光學主被動復合探測技術(shù)研究[D];北京理工大學;2010年

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本文編號：2636105