光波导相控阵激光雷达接收系统设计

发布时间：2017-05-08 11:07

  本文关键词：光波导相控阵激光雷达接收系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光学相控阵光束扫描方法不同于传统的平面镜等机械扫描手段,能够高速地完成无惯性随机指向。光波导光学相控阵扫描器件相对其他电控扫描器件,产生的功耗较小,扫描速度高,扫描角度大,具有发展潜力。光波导相控阵电光扫描系统驱动电压低,扫描频率可达到1MHz,扫描角度可达±10°,其大扫描角度和极快的扫描速度给接收系统的设计带来了困难,针对极高扫描频率下的相控阵扫描器件的接收系统的设计具有一定的挑战。针对光波导相控阵扫描系统,论文分别基于直接探测和外差探测的方法设计了两种接收系统。首先,使用直接探测的方法,基于扫描系统MHZ量级的扫描频率,采取了凝视型光学接收系统;针对强背景光产生的背景噪声,采用了阵列光学接收系统,在保证接收系统总视场角的前提下,减小了单个光学接收系统的视场角,从而有效抑制了背景噪声;设计了单个视场为1°,口径为50mm的阵列接收光学系统,综合考虑日光环境下背景光影响和探测激光信号的强弱,选用灵敏度较高的APD探测器,使接收系统既具有一定微弱光探测能力,同时可用于普通白天室外环境。其次,论文设计了针对光波导相控阵扫描系统的外差探测方案。为了实现大视场角接收,采用爱里斑原理法降低本振光与信号光的空间相干条件;为了保证本振光与信号光的相干性,两束光源于同一个窄线宽激光器。最后,分析了直接探测与外差探测方案的信噪比,并对两种方案的实现条件进行了比较,结果显示外差探测方法对微弱信号有极高的探测能力,信噪比较高,但实现条件较为复杂;直接探测实现条件简单,但由于背景光影响,不适用于微弱光的探测。
【关键词】：激光雷达 光学相控阵 外差探测 背景噪声
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 符号对照表9-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 光学相控阵概念介绍14
• 1.2 光学相控阵扫描器件发展14-15
• 1.3 光学相控阵激光雷达发展概况15-16
• 1.4 激光雷达外差探测接收体制发展概况16-17
• 1.5 本文的研究内容与结构安排17-20
• 第二章 光波导相控阵原理及激光雷达相关知识20-32
• 2.1 光波导相控阵扫描原理20-23
• 2.1.1 光波导相控阵的扫描原理20-21
• 2.1.2 基于光栅衍射理论的扫描分析21-23
• 2.2 激光雷达方程与系统探测性能分析23-27
• 2.2.1 激光雷达方程23-26
• 2.2.2 激光雷达接收系统背景光噪声的计算方法26-27
• 2.3 直接探测与外差探测基本原理27-29
• 2.3.1 直接探测基本原理27-28
• 2.3.2 激光外差探测基本原理28-29
• 2.4 光波导相控阵介绍29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 直接探测接收系统设计32-46
• 3.1 直接探测接收系统噪声分析32-38
• 3.1.1 接收光学系统回波功率32-33
• 3.1.2 背景噪声分析33-34
• 3.1.3 光电探测器的选择34-36
• 3.1.4 探测器噪声分析36-38
• 3.2 直接探测接收光学系统设计38-43
• 3.2.1 光学系统设计概论38-39
• 3.2.2 光电探测器的光敏面尺寸和光学系统视场角39-41
• 3.2.3 接收光学系统设计41-43
• 3.3 直接探测接收系统方案43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 外差探测接收系统设计46-54
• 4.1 外差探测的空间相干条件46-49
• 4.1.1 信号光与本振光夹角对外差探测的影响46-48
• 4.1.2 爱里斑原理法降低空间相干条件48-49
• 4.2 大视场接收光学系统设计49-50
• 4.3 外差探测的频率条件50-51
• 4.3.1 光源的选取50-51
• 4.3.2 信号光的调制和移频51
• 4.4 外差接收系统总体设计方案51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 两种接收方案的比较54-62
• 5.1 信噪比分析54-58
• 5.1.1 直接探测信噪比54-55
• 5.1.2 外差探测信噪比55-58
• 5.2 直接探测与外差探测方案比较58-59
• 5.3 本章小结59-62
• 第六章 结论和展望62-64
• 6.1 研究结论62
• 6.2 研究展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 作者简介70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王迎强;;相干多普勒激光雷达技术[J];雷达科学与技术;2007年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 卢兆林;宽光谱激光探测光学系统设计[D];西安电子科技大学;2006年

  本文关键词：光波导相控阵激光雷达接收系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：351002