相較于微波而言,激光具有良好的帶寬和更好的方向指向性,因此是更理想的測距測速工具。現有激光測距雷達工作方式為連續及脈沖兩種,其中以脈沖激光作為光源的雷達因其能量高、峰值功率高,因而發射距離遠,可以作為遠距離探測雷達。而常用的激光探測方式包括直接探測和相干探測,傳統的激光測距主要通過測距雷達的直接探測方式進行,其靈敏度較低,抗干擾能力弱,實際應用受到極大限制。而相干探測具有探測能力更強、穩定性好和可靠性更高的優勢,但其現有技術中主要應用于測速,難以直接、高效地應用于測距中。鑒于脈沖激光以及相干探測二者的優點以及當下研究現狀,本文對1.6μm人眼安全波段脈沖相干工作方式的激光測距雷達進行了研究,對測距理論進行推導并進行算法仿真,搭建雷達系統進行外場實驗。主要做了以下工作:首先,介紹了課題研究背景及目的意義,并對國內外激光測距雷達的研究現狀進行介紹與分析,同時調研了國內外雷達測距回波信號的數據處理方法,引出本文主要研究內容。其次,對相干探測激光雷達的工作方式以及工作原理進行了介紹,并對常見的激光測距方法進行介紹及對比,同時對不同種類的雷達信號處理算法進行介紹以及相應的理論推導,并著重對基于小... 

【文章來源】：哈爾濱工業大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SwansonE等人的集成光學系統結構圖

哈爾濱工業大學工程碩士學位論文-4-圖1-2PoultonCV等人測距系統原理及性能參數示意圖2018年，ZhaoQ等人首次演示了無噪聲邊帶和超低相對強度噪聲（RIN）的1.5μm單頻光纖激光器。利用自注入鎖定系統和增強型光放大器，完全抑制了相對幅度高達20dB的噪聲邊帶功率，獲得能量高度集中的脈沖信號光。該激光測距系統發射激光的線寬小于600Hz，偏振消光比大于23dB，光信噪比大于73dB。其極高的光信噪比以及極窄的線寬范圍特性使得此種激光器在相干光檢測領域具有很強的競爭力，包括相干多普勒測風雷達，高速相干光通信和高精度絕對距離測量[19]，其結構如圖1-3所示。圖1-3激光測距系統結構圖對于商業化產品方面，當前世界知名的激光測距儀品牌有美國的Bushnell、Trupulse，日本Nikon以及德國Leica公司，這四家激光測距企業包攬了全球激光測距儀市場的絕大部分。其中，美國Bushnell的測距儀注重于測距范圍的開發，其測程高達幾千米，在有效測程內的測量精度為1米；Trupulse的測距儀測量范圍可以達到1千米，測量精度為30厘米。日本Nikon的測距儀測量范圍一般為幾百米，測量精度為0.5米。德國Leica的測距儀測量范圍在0.05-200米范圍內，可實現1毫米[20]的精度。由以上研究現狀可知，國外激光測距領域注重近距離高精度測量，而對于遠距離探測方面，尚未實現高精度測距。

哈爾濱工業大學工程碩士學位論文-4-圖1-2PoultonCV等人測距系統原理及性能參數示意圖2018年，ZhaoQ等人首次演示了無噪聲邊帶和超低相對強度噪聲（RIN）的1.5μm單頻光纖激光器。利用自注入鎖定系統和增強型光放大器，完全抑制了相對幅度高達20dB的噪聲邊帶功率，獲得能量高度集中的脈沖信號光。該激光測距系統發射激光的線寬小于600Hz，偏振消光比大于23dB，光信噪比大于73dB。其極高的光信噪比以及極窄的線寬范圍特性使得此種激光器在相干光檢測領域具有很強的競爭力，包括相干多普勒測風雷達，高速相干光通信和高精度絕對距離測量[19]，其結構如圖1-3所示。圖1-3激光測距系統結構圖對于商業化產品方面，當前世界知名的激光測距儀品牌有美國的Bushnell、Trupulse，日本Nikon以及德國Leica公司，這四家激光測距企業包攬了全球激光測距儀市場的絕大部分。其中，美國Bushnell的測距儀注重于測距范圍的開發，其測程高達幾千米，在有效測程內的測量精度為1米；Trupulse的測距儀測量范圍可以達到1千米，測量精度為30厘米。日本Nikon的測距儀測量范圍一般為幾百米，測量精度為0.5米。德國Leica的測距儀測量范圍在0.05-200米范圍內，可實現1毫米[20]的精度。由以上研究現狀可知，國外激光測距領域注重近距離高精度測量，而對于遠距離探測方面，尚未實現高精度測距。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于卡爾曼濾波的高精度相干激光測距方法[J]. 趙瀟,楊海馬,強佳,劉瑾,王建宇.  光學學報. 2020(14)
[2]相干激光測距中的多普勒頻率動態補償研究[J]. 顏子恒,周壽桓,眭曉林,劉波,曹昌東,吳姿妍.  激光與紅外. 2019(06)
[3]新型雙頻相干脈沖壓縮測速測距激光雷達[J]. 余楊,眭曉林.  激光與紅外. 2019(02)
[4]基于相干探測技術的遠程激光雷達[J]. 董光焰,潘靜巖,張鵬飛.  現代雷達. 2018(06)
[5]脈沖激光探測平面目標特性對測距分布的影響[J]. 徐孝彬,張合,張祥金,陳杉杉,張偉.  物理學報. 2016(21)
[6]礦用相位式激光測距傳感器的應用研究[J]. 邱飛,丁業平,饒家龍.  自動化與儀器儀表. 2016(01)
[7]激光在大氣中傳輸衰減特性研究[J]. 楊瑞科,馬春林,韓香娥,蘇振玲,鑒佃軍.  紅外與激光工程. 2007(S2)
[8]國內近年來紅外光電測距儀的發展情況[J]. 楊俊志.  測繪科技動態. 1987(03)
[9]國外電磁波測距儀發展概況[J].   測繪通報. 1975(01)
[10]國外激光測距與雷達發展概況[J]. 學身.  激光與紅外. 1973(03)

博士論文
[1]大動態范圍高精度激光測距關鍵技術研究[D]. 程鵬飛.中國科學院研究生院（上海技術物理研究所） 2014

碩士論文
[1]基于激光雷達的能見度探測及回波信號去噪方法研究[D]. 朱玲嬿.南京信息工程大學 2018
[2]相干激光測風雷達大氣探測方法實驗研究[D]. 邢曉晴.哈爾濱工業大學 2016
[3]亞ns量級脈沖激光與相干探測技術研究[D]. 李彪.電子科技大學 2016
[4]調頻連續波激光測距系統及其信號處理算法研究[D]. 職廣濤.天津大學 2014
[5]精密激光干涉測距電路系統研究[D]. 李兵.中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所） 2013
[6]陣列激光測距系統調制與解調技術研究[D]. 張漢芯.大連海事大學 2012
[7]脈沖式半導體激光測距儀的設計[D]. 喬曉峰.南京農業大學 2010
[8]相位式激光測距儀接收系統設計[D]. 巢定.長春理工大學 2010
[9]相位法激光測距儀設計及其關鍵技術研究[D]. 丁燕.同濟大學 2007
[10]用FPGA實現高精度時間間隔測量[D]. 張延.中國科學院研究生院（上海天文臺） 2006



本文編號：2910801