復雜的水體環(huán)境,特別是水中微粒的吸收和散射作用,使得水下激光雷達測距系統的接收信號中存在大量的后向散射雜波。隨著距離的增大,目標回波會逐漸淹沒在雜波中,而副載波調制技術可以有效地提升目標對比度,實現水下激光雷達的測距增程。首先建立了光子在海水中傳輸的蒙特卡洛仿真模型,然后研究了結合激光雷達優(yōu)勢和微波雷達優(yōu)勢的副載波調制技術,給出了偽隨機序列作為副載波時發(fā)射、接收和相關處理的詳細步驟,最后對四種不同類型的副載波（方波、鋸齒波、正弦波和偽隨機序列波）在不同的水質和發(fā)射脈沖寬度的情況下進行了仿真研究。結果表明:偽隨機序列對于目標對比度的提升方面性能最好。 

【文章來源】：紅外與激光工程. 2020,49(S2)北大核心EICSCD

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

不同衰減系數下的沖激響應頻譜

按照之前所說的蒙特卡洛方法進行仿真，得到了回波如圖5所示。可以看出：改為有脈寬的脈沖之后，雜波所占比重更大了，目標回波的光強很低；同時注意到，目標回波已經包含了偽隨機數的調制波形的成分，說明調制脈沖的仿真成功。但是由于脈寬的增加，接收信號出現時域的拓寬，目標回波的峰值對應的傳輸距離比40 m(兩倍目標距離)要大一些，這里需要減去一個修正量△s，以減小測距誤差。接下來進行互相關操作，由于筆者采用的m序列有0和1個數只差1個的性質，故可以通過變換N′=2N-1，將1變?yōu)?,0變?yōu)?1，來實現使得發(fā)射波的平均值盡量為零的目的，方便進行相干檢測[14]。其次將N′序列與接收波序列進行互相關，并求取了互相關圖的頻譜。圖6為進行了互相關操作后的函數圖，圖7為其頻譜。可以看出，互相關函數中包含大量的低頻分量，而這些低頻分量主要由海水的后向散射噪聲引起的，而后面100～1 200 MHz的頻譜則是目標反射回來的用于調制的副載波的頻譜，我們需要做的是通過一個高通濾波器把雜波濾除。

接下來進行互相關操作，由于筆者采用的m序列有0和1個數只差1個的性質，故可以通過變換N′=2N-1，將1變?yōu)?,0變?yōu)?1，來實現使得發(fā)射波的平均值盡量為零的目的，方便進行相干檢測[14]。其次將N′序列與接收波序列進行互相關，并求取了互相關圖的頻譜。圖6為進行了互相關操作后的函數圖，圖7為其頻譜。可以看出，互相關函數中包含大量的低頻分量，而這些低頻分量主要由海水的后向散射噪聲引起的，而后面100～1 200 MHz的頻譜則是目標反射回來的用于調制的副載波的頻譜，我們需要做的是通過一個高通濾波器把雜波濾除。圖7 互相關函數的頻譜

【參考文獻】：
期刊論文
[1]橢圓渦旋光束在海洋湍流中的傳輸特性[J]. 盧騰飛,張凱寧,吳志軍,劉永欣.  中國光學. 2020(02)
[2]星載海洋激光雷達最佳工作波長分析[J]. 劉群,劉崇,朱小磊,周雨迪,樂成峰,白劍,賀巖,畢德倉,劉東.  中國光學. 2020(01)
[3]混沌脈沖激光雷達水下目標探測[J]. 沈振民,趙彤,王云才,鄭永超,尚衛(wèi)東,王冰潔,李靜霞.  紅外與激光工程. 2019(04)
[4]載波調制高斯脈沖激光水下傳輸特性的仿真分析[J]. 劉娜,柯杰耀,楊蘇輝,趙長明,張海洋.  光學學報. 2018(04)
[5]基于不同偽隨機碼調制的光纖激光測距系統[J]. 楊芳,張鑫,賀巖,陳衛(wèi)標.  中國激光. 2014(06)
[6]水霧對激光引信的衰減[J]. 沈娜,張祥金,郭婧.  光學精密工程. 2013(04)
[7]深海目標探測中載波調制激光雷達技術的仿真分析[J]. 張洪敏,榮健,李濤,田磊,湯林,梁國棟.  紅外與激光工程. 2011(12)
[8]載波調制激光雷達水下目標探測的仿真分析[J]. 冀航,馬泳,楊克成.  光學技術. 2007(05)

博士論文
[1]基于解析蒙特卡洛方法的載波調制水下激光通信研究[D]. 黎靜.華中科技大學 2013

碩士論文
[1]激光水下目標探測的Monte Carlo模擬[D]. 李源慧.西南交通大學 2009



本文編號：3319446