【摘要】：光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)傳統(tǒng)的成像方法以固定的長積分時間對目標(biāo)場景逐點(diǎn)掃描采樣,通過獲得105～106個光子的飛行時間信息累積生成光子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖,再通過分析直方圖獲得目標(biāo)場景的深度和強(qiáng)度信息。傳統(tǒng)的成像方法需要較長的成像時間限制了光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)在快速主動成像場合下的應(yīng)用。另一方面,光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)使用工作在蓋革模式的雪崩光電二極管作為單光子探測器。由于蓋革模式的雪崩光電二極管具有超高的靈敏度,對激光回波信號和背景噪聲都是無差別的響應(yīng)輸出數(shù)字信號,再加上傳統(tǒng)的成像方法對信號和噪聲采取相同的處理策略,光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)在背景噪聲比較強(qiáng)的環(huán)境下容易出現(xiàn)虛警率過高的問題。為了能夠快速準(zhǔn)確地獲得目標(biāo)場景的三維圖像,本文深入地研究了時間相關(guān)光子計(jì)數(shù)激光測距和三維成像激光雷達(dá)的基本原理,分析了單光子探測器的原理和響應(yīng)模型。在上述理論基礎(chǔ)上,針對光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)傳統(tǒng)成像方法采用固定積分時間帶來的成像時間過長問題,提出了能夠根據(jù)目標(biāo)場景不同區(qū)域反射的激光回波的不同特性改變積分時間的自適應(yīng)成像算法。同時,為了解決光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)傳統(tǒng)成像方法在強(qiáng)背景噪聲環(huán)境下受背景噪聲影響嚴(yán)重的問題,基于激光回波信號光子之間的時域相關(guān)性,提出了深度成像快速去噪算法,通過在強(qiáng)背景噪聲的環(huán)境下分辨信號和噪聲,實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確地估計(jì)目標(biāo)場景的三維圖像�；跁r間相關(guān)光子計(jì)數(shù)激光測距的基本原理,提出了一種光子計(jì)數(shù)激光測距的實(shí)現(xiàn)方案,搭建了光子計(jì)數(shù)激光測距樣機(jī),實(shí)現(xiàn)了在白天日光下8.4公里遠(yuǎn)的測距。
【圖文】：

辨能力強(qiáng)、速度快等優(yōu)點(diǎn)。激光測距方法按工作方式不同分主要有脈沖式和相位式。逡逑２．１．１脈沖式激光測距逡逑脈沖式激光測距的原理如圖２．１所示，首先脈沖式激光光源向待測物體發(fā)射激光脈逡逑沖并記錄脈沖發(fā)射時間，然后系統(tǒng)接收激光物體反射的回波脈沖并記錄接收時間，發(fā)射逡逑時間和接收時間的間隔就是光子的飛行時間，得到飛行時間就可以計(jì)算出待測物體與探逡逑測器之間的距離。假設(shè)待測物體距離為Ｄ，測量得到的飛行時間為ｒ，光速為ｃ。可得待逡逑測距離￡＞為：逡逑￡＞＝—邋（２．１）逡逑Ａ邋２邋Ａ逡逑發(fā)射激光脈沖／邋＾邐脈沖周期邐ｆＨ＼逡逑邐ｔ邐時間軸逡逑接收激光脈沖逡逑‘邋－．Ｖ．邐＾邐．．．邐－．．．．．．邐．．．ｇ－逡逑時間軸逡逑圖２．１脈沖激光測距工作原理逡逑７逡逑

＝Ｔ逡逑圖２．３超導(dǎo)納米線單光子探測器工作過程曑逡逑超導(dǎo)納米線吸收一個光子后會在局部產(chǎn)生一個非平衡熱點(diǎn)（ｈｏｔ－ｓｐｏｔ），如圖２．３所逡逑示。非平衡熱點(diǎn)的存在使得其周圍的電流密度大于超導(dǎo)臨界電流密度，從而在非平衡熱逡逑點(diǎn)周圍形成有阻區(qū)。有阻區(qū)的能量可以通過薄膜材料襯底馳豫掉，同時在超導(dǎo)納米線的逡逑兩端產(chǎn)生一個電壓脈沖，最終通過對電壓脈沖的檢測實(shí)現(xiàn)了對單光子級別的響應(yīng)。逡逑與其他的單光子探測器相比，超導(dǎo)納米線單光子探測器具有更高的探測概率，，更低逡逑的暗計(jì)數(shù)，更短的時間抖動，更快的探測速度�，F(xiàn)如今，超導(dǎo)納米線單光子探測器己經(jīng)逡逑廣泛應(yīng)用于激光測距與成像、量子通信、深空探測和生物熒光光譜等眾多領(lǐng)域。但是超逡逑導(dǎo)納米線單光子探測器存在需要依靠制冷設(shè)備和成本高等問題。隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，逡逑更高的光子分辨響應(yīng)能力，大規(guī)模集成陣列和制冷技術(shù)等是超導(dǎo)納米線單光子探測以后逡逑主要的研宄方向。逡逑２．３激光雷達(dá)探測模型逡逑本文使用的時間相關(guān)光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)系統(tǒng)如圖２．４所示ｔ５４Ｌ系統(tǒng)的激光器首先發(fā)逡逑射激光脈沖信號
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2602110