副载波调制水下激光雷达测距性能仿真

发布时间：2021-08-03 10:18

　　复杂的水体环境,特别是水中微粒的吸收和散射作用,使得水下激光雷达测距系统的接收信号中存在大量的后向散射杂波。随着距离的增大,目标回波会逐渐淹没在杂波中,而副载波调制技术可以有效地提升目标对比度,实现水下激光雷达的测距增程。首先建立了光子在海水中传输的蒙特卡洛仿真模型,然后研究了结合激光雷达优势和微波雷达优势的副载波调制技术,给出了伪随机序列作为副载波时发射、接收和相关处理的详细步骤,最后对四种不同类型的副载波（方波、锯齿波、正弦波和伪随机序列波）在不同的水质和发射脉冲宽度的情况下进行了仿真研究。结果表明:伪随机序列对于目标对比度的提升方面性能最好。 

【文章来源】：红外与激光工程. 2020,49(S2)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

不同衰减系数下的冲激响应频谱

按照之前所说的蒙特卡洛方法进行仿真，得到了回波如图5所示。可以看出：改为有脉宽的脉冲之后，杂波所占比重更大了，目标回波的光强很低；同时注意到，目标回波已经包含了伪随机数的调制波形的成分，说明调制脉冲的仿真成功。但是由于脉宽的增加，接收信号出现时域的拓宽，目标回波的峰值对应的传输距离比40 m(两倍目标距离)要大一些，这里需要减去一个修正量△s，以减小测距误差。接下来进行互相关操作，由于笔者采用的m序列有0和1个数只差1个的性质，故可以通过变换N′=2N-1，将1变为1,0变为-1，来实现使得发射波的平均值尽量为零的目的，方便进行相干检测[14]。其次将N′序列与接收波序列进行互相关，并求取了互相关图的频谱。图6为进行了互相关操作后的函数图，图7为其频谱。可以看出，互相关函数中包含大量的低频分量，而这些低频分量主要由海水的后向散射噪声引起的，而后面100～1 200 MHz的频谱则是目标反射回来的用于调制的副载波的频谱，我们需要做的是通过一个高通滤波器把杂波滤除。

接下来进行互相关操作，由于笔者采用的m序列有0和1个数只差1个的性质，故可以通过变换N′=2N-1，将1变为1,0变为-1，来实现使得发射波的平均值尽量为零的目的，方便进行相干检测[14]。其次将N′序列与接收波序列进行互相关，并求取了互相关图的频谱。图6为进行了互相关操作后的函数图，图7为其频谱。可以看出，互相关函数中包含大量的低频分量，而这些低频分量主要由海水的后向散射噪声引起的，而后面100～1 200 MHz的频谱则是目标反射回来的用于调制的副载波的频谱，我们需要做的是通过一个高通滤波器把杂波滤除。图7 互相关函数的频谱

【参考文献】：
期刊论文
[1]椭圆涡旋光束在海洋湍流中的传输特性[J]. 卢腾飞,张凯宁,吴志军,刘永欣.  中国光学. 2020(02)
[2]星载海洋激光雷达最佳工作波长分析[J]. 刘群,刘崇,朱小磊,周雨迪,乐成峰,白剑,贺岩,毕德仓,刘东.  中国光学. 2020(01)
[3]混沌脉冲激光雷达水下目标探测[J]. 沈振民,赵彤,王云才,郑永超,尚卫东,王冰洁,李静霞.  红外与激光工程. 2019(04)
[4]载波调制高斯脉冲激光水下传输特性的仿真分析[J]. 刘娜,柯杰耀,杨苏辉,赵长明,张海洋.  光学学报. 2018(04)
[5]基于不同伪随机码调制的光纤激光测距系统[J]. 杨芳,张鑫,贺岩,陈卫标.  中国激光. 2014(06)
[6]水雾对激光引信的衰减[J]. 沈娜,张祥金,郭婧.  光学精密工程. 2013(04)
[7]深海目标探测中载波调制激光雷达技术的仿真分析[J]. 张洪敏,荣健,李涛,田磊,汤林,梁国栋.  红外与激光工程. 2011(12)
[8]载波调制激光雷达水下目标探测的仿真分析[J]. 冀航,马泳,杨克成.  光学技术. 2007(05)

博士论文
[1]基于解析蒙特卡洛方法的载波调制水下激光通信研究[D]. 黎静.华中科技大学 2013

硕士论文
[1]激光水下目标探测的Monte Carlo模拟[D]. 李源慧.西南交通大学 2009



本文编号：3319446