發(fā)布時(shí)間：2022-02-14 12:19

　　激光雷達(dá)是一種主動(dòng)式遙感探測(cè)工具,在大氣物理參數(shù)、環(huán)境探測(cè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。工作時(shí),通過探測(cè)其所發(fā)射的窄脈沖激光與大氣分子、氣溶膠粒子相互作用的后向散射信號(hào),來獲得被探測(cè)區(qū)域的大氣溫濕度、消光系數(shù)等參量。激光雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)中,回波信號(hào)的光電探測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理是重要環(huán)節(jié),其性能直接影響到激光雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)性能。本論文針對(duì)激光雷達(dá)回波光信號(hào)具有動(dòng)態(tài)范圍大,遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)異常微弱、背景噪聲大的特點(diǎn),開展回波信號(hào)光電探測(cè)、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的相關(guān)研究,主要開展的工作如下:針對(duì)激光雷達(dá)回波信號(hào)探測(cè)中兩種常見的光電轉(zhuǎn)換器件——光電倍增管（PMT）和雪崩二極管（APD）,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換電路及調(diào)理電路:根據(jù)電流輸出特性,選擇高精度的I/V轉(zhuǎn)換芯片,并利用Pspice對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)回波信號(hào)的精細(xì)探測(cè);依據(jù)可重構(gòu)思想,設(shè)計(jì)了PMT和APD的高增益控制電源,為了滿足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和遠(yuǎn)端控制的需求,提供了手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制模式。以便攜式、多通道數(shù)字示波器Picoscope 4824作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備,采用基于可視化虛擬儀器平臺(tái)LabVIEW,設(shè)計(jì)了激光雷達(dá)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道,最... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

激光雷達(dá)應(yīng)用

常見光電

緒論3圖1-3光電探測(cè)電路Fig.1-3Photoelectricdetectioncircuit2018年，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的張子儒等人，針對(duì)光電探測(cè)電路中的光電二極管模型和前置放大器，基于Pspice軟件電路進(jìn)行了噪聲分析與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析了時(shí)域頻域特性，得到了系統(tǒng)的等效噪聲功率[6]。2019年，中北大學(xué)的張銳舟、張丕狀等人，進(jìn)行了創(chuàng)新的光電二極管前置放大電路的設(shè)計(jì)，采用T型網(wǎng)絡(luò)代替單個(gè)反饋電阻，利用較小的電阻實(shí)現(xiàn)了較大增益，減小了寄生電容對(duì)帶寬的影響。設(shè)計(jì)了一種帶寬為5MHz以上，有一定增益的前置放大器，并通過理論分析及仿真驗(yàn)證，證明該方法有較好的效果[7]。以上研究針對(duì)的都是單一的光電探測(cè)元件，只能針對(duì)一部分波長(zhǎng)的激光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。同時(shí)缺少對(duì)窄脈沖激光雷達(dá)回波信號(hào)的研究，要實(shí)現(xiàn)窄脈沖激光雷達(dá)信號(hào)的探測(cè)，需要對(duì)放大器的帶寬提出很高的要求，往往需要在100MHz以上。本文針對(duì)兩種不同的光電探測(cè)器件PMT和APD，分別設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換模塊，并且設(shè)計(jì)可重構(gòu)式的高增益集成模塊，可以實(shí)現(xiàn)不同光波段窄脈沖激光雷達(dá)回波信號(hào)的探測(cè)。1.2.2激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀激光雷達(dá)回波信號(hào)采集有兩種模式，分別為模擬數(shù)據(jù)模式及光子計(jì)數(shù)模式。圖1-4為兩種采集模式所需的硬件設(shè)備。針對(duì)模擬采集模式，常用的采集設(shè)備為高速示波器，如圖(a)所示為泰克公司開發(fā)的TBS2000示波器，帶寬為200MHz，具有4個(gè)模擬通道及2GS/s的采樣率；針對(duì)光子計(jì)數(shù)模式，常用的采集設(shè)備為光子計(jì)數(shù)器，如圖(b)所示為德國(guó)licel公司開發(fā)的光子計(jì)數(shù)器，可以將模擬和光子計(jì)數(shù)兩種模式探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，實(shí)現(xiàn)線性動(dòng)態(tài)范圍的大幅提升。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[7]基于小波去噪算法的全天時(shí)大氣水汽拉曼激光雷達(dá)探測(cè)與分析[J]. 王玉峰,曹小明,張晶,湯柳,宋躍輝,狄慧鴿,華燈鑫.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
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博士論文
[1]可重構(gòu)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)研究[D]. 高昕.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[2]大氣水汽探測(cè)激光雷達(dá)系統(tǒng)仿真與數(shù)據(jù)反演[D]. 陳勝哲.北京理工大學(xué) 2014
[3]激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架研究[D]. 文斐.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[4]大氣溫度及氣溶膠激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)研究[D]. 劉君.西安理工大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于CPCI總線的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集及濾波技術(shù)研究[D]. 曹忠魯.西安理工大學(xué) 2017
[2]基于拉曼激光雷達(dá)的全天時(shí)大氣水汽含量探測(cè)與分析[D]. 曹小明.西安理工大學(xué) 2017
[3]散射差分吸收激光雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 田飛.中國(guó)工程物理研究院 2012
[4]基于小波變換的激光雷達(dá)弱信號(hào)處理方法的研究[D]. 王麗娜.黑龍江大學(xué) 2009
[5]氣溶膠消光系數(shù)空間分布及斜程能見度的激光雷達(dá)探測(cè)[D]. 陳敏.蘇州大學(xué) 2006
[6]光電特性綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[D]. 朱輝.浙江大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3624541