光子外差微多普勒测量机理和实验研究

发布时间：2020-07-16 04:39

【摘要】：针对在远距离激光微多普勒探测领域中对于高精度探测的迫切需求。本论文通过对光子外差微多普勒探测的探测机理进行创新性研究,提出基于光子外差的微多普勒探测系统,填补了微弱光信号的微多普勒探测技术空白。本文首先对光子外差和微多普勒探测的国内外研究现状进行了分析和归纳。对光子外差探测系统的机理进行了研究,对光子外差探测系统的工作原理、系统构成、响应模型、传输机理以及频谱提取方法进行了概述。针对目标的微多普勒信息的探测及分析进行了研究,给出了光子外差微多普勒的建模方案和基本模型,通过对进动目标的信号模型的分析,将信号分解为匀速、振动和匀变速三种基本运动所产生的微多普勒信号的叠加。研究了光子外差的多普勒信息提取方法,进行了光子外差探测多普勒的方案设计,对光子级信号和本振光的作用过程进行了理论分析,在此基础上对作用过程进行了简化模型并进行了仿真研究。在此基础上进行了光子外差微多普勒信息提取的研究,论证了光子外差对目标的微多普勒信息的提取方案,并进行了相应的仿真与分析。开展了光子外差微多普勒测量的实验研究,设计并搭建了本论文提出的光子外差探测简化模型验证实验系统,验证了本振光强相对信号光强度为1时系统的频率探测率最高,验证了多普勒频谱展宽与信号强度成反比,验证了信号相对标准差与总探测数的倒数成正比。进行了光子外差微多普勒探测的实验研究,对光子外差微多普勒探测系统的器件参数进行了选取,通过光子外差微多普勒探测系统对匀变速转动的转动速度进行探测,获取了相应的时频图并估算出目标的转动速度加速度为6.34 rad/s~2。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O572.31
【图文】：

差频信号,差频光,死时间,外差

这一概念最初是 2006 年麻省理工提出的，最开始时应r(MPPC)对本振光和信号光差频后的差频光进行探测，的光强条件下对信号进行近似的线性响应）直接采用傅后续的研究思路大多延续其出发点，忽略 Geiger-M-APD)的死时间，或假设死时间相对于探测的差频信子外差的主流探测器件为 GM-APD 和 MPPC。相对而言的差频光信号，应用 GM-APD 探测相对低频的差频光差探测系统国外研究现状省理工的 JaneX.Luu 等人，首先提出了应用 MPPC 对，给出了在多光子情况下光子外差的探测模型并讨论效应对于频谱测量的影响，最终给出了光子外差探测光强的关系[1]。其应用 MPPC 作为探测器提取不同光 1-1 所示，不同强度的光强引起的频谱展宽不同，光功越大。

概率分布,概率分布,信号频率,和信号

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文工的 JaneX.Luu 等人，在应用 MPPC 探测器研究了本振光信号的光强度很弱的情况下，信过程，并给出了镜面目标和漫反射目标的回基于强度统计模型的探测信噪比公式，进行，在信号强度和噪声强度一定时，探测到的频率密度的仿真结果。红线代表噪声在信号频频率的峰值的概率密度。通过比较两概率分布信号探测的信噪比。

分布图,计数率,分布图

图 1-2 在信号频率处噪声和信号峰值的概率分布图[2]希德马丁相干技术的 PhilipGatt 等人，基于单元应模型[3]。给出了在脉冲信号作用下 GM-APD 的时对平均计数率的影响，并通过仿真验证了死时所示，在噪声强度恒定情况下 GM-APD 的计数大图。图中虚线 1 为 GM-APD 第一次产生光子流信为 GM-APD 第二次产生信号时的时间分布概率密。

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