1.6μm脉冲相干激光雷达时频融合测距方法研究
发布时间：2020-12-11 15:47
相较于微波而言,激光具有良好的带宽和更好的方向指向性,因此是更理想的测距测速工具。现有激光测距雷达工作方式为连续及脉冲两种,其中以脉冲激光作为光源的雷达因其能量高、峰值功率高,因而发射距离远,可以作为远距离探测雷达。而常用的激光探测方式包括直接探测和相干探测,传统的激光测距主要通过测距雷达的直接探测方式进行,其灵敏度较低,抗干扰能力弱,实际应用受到极大限制。而相干探测具有探测能力更强、稳定性好和可靠性更高的优势,但其现有技术中主要应用于测速,难以直接、高效地应用于测距中。鉴于脉冲激光以及相干探测二者的优点以及当下研究现状,本文对1.6μm人眼安全波段脉冲相干工作方式的激光测距雷达进行了研究,对测距理论进行推导并进行算法仿真,搭建雷达系统进行外场实验。主要做了以下工作:首先,介绍了课题研究背景及目的意义,并对国内外激光测距雷达的研究现状进行介绍与分析,同时调研了国内外雷达测距回波信号的数据处理方法,引出本文主要研究内容。其次,对相干探测激光雷达的工作方式以及工作原理进行了介绍,并对常见的激光测距方法进行介绍及对比,同时对不同种类的雷达信号处理算法进行介绍以及相应的理论推导,并着重对基于小...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SwansonE等人的集成光学系统结构图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-2PoultonCV等人测距系统原理及性能参数示意图2018年，ZhaoQ等人首次演示了无噪声边带和超低相对强度噪声（RIN）的1.5μm单频光纤激光器。利用自注入锁定系统和增强型光放大器，完全抑制了相对幅度高达20dB的噪声边带功率，获得能量高度集中的脉冲信号光。该激光测距系统发射激光的线宽小于600Hz，偏振消光比大于23dB，光信噪比大于73dB。其极高的光信噪比以及极窄的线宽范围特性使得此种激光器在相干光检测领域具有很强的竞争力，包括相干多普勒测风雷达，高速相干光通信和高精度绝对距离测量[19]，其结构如图1-3所示。图1-3激光测距系统结构图对于商业化产品方面，当前世界知名的激光测距仪品牌有美国的Bushnell、Trupulse，日本Nikon以及德国Leica公司，这四家激光测距企业包揽了全球激光测距仪市场的绝大部分。其中，美国Bushnell的测距仪注重于测距范围的开发，其测程高达几千米，在有效测程内的测量精度为1米；Trupulse的测距仪测量范围可以达到1千米，测量精度为30厘米。日本Nikon的测距仪测量范围一般为几百米，测量精度为0.5米。德国Leica的测距仪测量范围在0.05-200米范围内，可实现1毫米[20]的精度。由以上研究现状可知，国外激光测距领域注重近距离高精度测量，而对于远距离探测方面，尚未实现高精度测距。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-2PoultonCV等人测距系统原理及性能参数示意图2018年，ZhaoQ等人首次演示了无噪声边带和超低相对强度噪声（RIN）的1.5μm单频光纤激光器。利用自注入锁定系统和增强型光放大器，完全抑制了相对幅度高达20dB的噪声边带功率，获得能量高度集中的脉冲信号光。该激光测距系统发射激光的线宽小于600Hz，偏振消光比大于23dB，光信噪比大于73dB。其极高的光信噪比以及极窄的线宽范围特性使得此种激光器在相干光检测领域具有很强的竞争力，包括相干多普勒测风雷达，高速相干光通信和高精度绝对距离测量[19]，其结构如图1-3所示。图1-3激光测距系统结构图对于商业化产品方面，当前世界知名的激光测距仪品牌有美国的Bushnell、Trupulse，日本Nikon以及德国Leica公司，这四家激光测距企业包揽了全球激光测距仪市场的绝大部分。其中，美国Bushnell的测距仪注重于测距范围的开发，其测程高达几千米，在有效测程内的测量精度为1米；Trupulse的测距仪测量范围可以达到1千米，测量精度为30厘米。日本Nikon的测距仪测量范围一般为几百米，测量精度为0.5米。德国Leica的测距仪测量范围在0.05-200米范围内，可实现1毫米[20]的精度。由以上研究现状可知，国外激光测距领域注重近距离高精度测量，而对于远距离探测方面，尚未实现高精度测距。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卡尔曼滤波的高精度相干激光测距方法[J]. 赵潇,杨海马,强佳,刘瑾,王建宇. 光学学报. 2020(14)
[2]相干激光测距中的多普勒频率动态补偿研究[J]. 颜子恒,周寿桓,眭晓林,刘波,曹昌东,吴姿妍. 激光与红外. 2019(06)
[3]新型双频相干脉冲压缩测速测距激光雷达[J]. 余杨,眭晓林. 激光与红外. 2019(02)
[4]基于相干探测技术的远程激光雷达[J]. 董光焰,潘静岩,张鹏飞. 现代雷达. 2018(06)
[5]脉冲激光探测平面目标特性对测距分布的影响[J]. 徐孝彬,张合,张祥金,陈杉杉,张伟. 物理学报. 2016(21)
[6]矿用相位式激光测距传感器的应用研究[J]. 邱飞,丁业平,饶家龙. 自动化与仪器仪表. 2016(01)
[7]激光在大气中传输衰减特性研究[J]. 杨瑞科,马春林,韩香娥,苏振玲,鉴佃军. 红外与激光工程. 2007(S2)
[8]国内近年来红外光电测距仪的发展情况[J]. 杨俊志. 测绘科技动态. 1987(03)
[9]国外电磁波测距仪发展概况[J]. 测绘通报. 1975(01)
[10]国外激光测距与雷达发展概况[J]. 学身. 激光与红外. 1973(03)
博士论文
[1]大动态范围高精度激光测距关键技术研究[D]. 程鹏飞.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
硕士论文
[1]基于激光雷达的能见度探测及回波信号去噪方法研究[D]. 朱玲嬿.南京信息工程大学 2018
[2]相干激光测风雷达大气探测方法实验研究[D]. 邢晓晴.哈尔滨工业大学 2016
[3]亚ns量级脉冲激光与相干探测技术研究[D]. 李彪.电子科技大学 2016
[4]调频连续波激光测距系统及其信号处理算法研究[D]. 职广涛.天津大学 2014
[5]精密激光干涉测距电路系统研究[D]. 李兵.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[6]阵列激光测距系统调制与解调技术研究[D]. 张汉芯.大连海事大学 2012
[7]脉冲式半导体激光测距仪的设计[D]. 乔晓峰.南京农业大学 2010
[8]相位式激光测距仪接收系统设计[D]. 巢定.长春理工大学 2010
[9]相位法激光测距仪设计及其关键技术研究[D]. 丁燕.同济大学 2007
[10]用FPGA实现高精度时间间隔测量[D]. 张延.中国科学院研究生院（上海天文台） 2006
本文编号：2910801
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SwansonE等人的集成光学系统结构图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-2PoultonCV等人测距系统原理及性能参数示意图2018年，ZhaoQ等人首次演示了无噪声边带和超低相对强度噪声（RIN）的1.5μm单频光纤激光器。利用自注入锁定系统和增强型光放大器，完全抑制了相对幅度高达20dB的噪声边带功率，获得能量高度集中的脉冲信号光。该激光测距系统发射激光的线宽小于600Hz，偏振消光比大于23dB，光信噪比大于73dB。其极高的光信噪比以及极窄的线宽范围特性使得此种激光器在相干光检测领域具有很强的竞争力，包括相干多普勒测风雷达，高速相干光通信和高精度绝对距离测量[19]，其结构如图1-3所示。图1-3激光测距系统结构图对于商业化产品方面，当前世界知名的激光测距仪品牌有美国的Bushnell、Trupulse，日本Nikon以及德国Leica公司，这四家激光测距企业包揽了全球激光测距仪市场的绝大部分。其中，美国Bushnell的测距仪注重于测距范围的开发，其测程高达几千米，在有效测程内的测量精度为1米；Trupulse的测距仪测量范围可以达到1千米，测量精度为30厘米。日本Nikon的测距仪测量范围一般为几百米，测量精度为0.5米。德国Leica的测距仪测量范围在0.05-200米范围内，可实现1毫米[20]的精度。由以上研究现状可知，国外激光测距领域注重近距离高精度测量，而对于远距离探测方面，尚未实现高精度测距。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-2PoultonCV等人测距系统原理及性能参数示意图2018年，ZhaoQ等人首次演示了无噪声边带和超低相对强度噪声（RIN）的1.5μm单频光纤激光器。利用自注入锁定系统和增强型光放大器，完全抑制了相对幅度高达20dB的噪声边带功率，获得能量高度集中的脉冲信号光。该激光测距系统发射激光的线宽小于600Hz，偏振消光比大于23dB，光信噪比大于73dB。其极高的光信噪比以及极窄的线宽范围特性使得此种激光器在相干光检测领域具有很强的竞争力，包括相干多普勒测风雷达，高速相干光通信和高精度绝对距离测量[19]，其结构如图1-3所示。图1-3激光测距系统结构图对于商业化产品方面，当前世界知名的激光测距仪品牌有美国的Bushnell、Trupulse，日本Nikon以及德国Leica公司，这四家激光测距企业包揽了全球激光测距仪市场的绝大部分。其中，美国Bushnell的测距仪注重于测距范围的开发，其测程高达几千米，在有效测程内的测量精度为1米；Trupulse的测距仪测量范围可以达到1千米，测量精度为30厘米。日本Nikon的测距仪测量范围一般为几百米，测量精度为0.5米。德国Leica的测距仪测量范围在0.05-200米范围内，可实现1毫米[20]的精度。由以上研究现状可知，国外激光测距领域注重近距离高精度测量，而对于远距离探测方面，尚未实现高精度测距。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卡尔曼滤波的高精度相干激光测距方法[J]. 赵潇,杨海马,强佳,刘瑾,王建宇. 光学学报. 2020(14)
[2]相干激光测距中的多普勒频率动态补偿研究[J]. 颜子恒,周寿桓,眭晓林,刘波,曹昌东,吴姿妍. 激光与红外. 2019(06)
[3]新型双频相干脉冲压缩测速测距激光雷达[J]. 余杨,眭晓林. 激光与红外. 2019(02)
[4]基于相干探测技术的远程激光雷达[J]. 董光焰,潘静岩,张鹏飞. 现代雷达. 2018(06)
[5]脉冲激光探测平面目标特性对测距分布的影响[J]. 徐孝彬,张合,张祥金,陈杉杉,张伟. 物理学报. 2016(21)
[6]矿用相位式激光测距传感器的应用研究[J]. 邱飞,丁业平,饶家龙. 自动化与仪器仪表. 2016(01)
[7]激光在大气中传输衰减特性研究[J]. 杨瑞科,马春林,韩香娥,苏振玲,鉴佃军. 红外与激光工程. 2007(S2)
[8]国内近年来红外光电测距仪的发展情况[J]. 杨俊志. 测绘科技动态. 1987(03)
[9]国外电磁波测距仪发展概况[J]. 测绘通报. 1975(01)
[10]国外激光测距与雷达发展概况[J]. 学身. 激光与红外. 1973(03)
博士论文
[1]大动态范围高精度激光测距关键技术研究[D]. 程鹏飞.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
硕士论文
[1]基于激光雷达的能见度探测及回波信号去噪方法研究[D]. 朱玲嬿.南京信息工程大学 2018
[2]相干激光测风雷达大气探测方法实验研究[D]. 邢晓晴.哈尔滨工业大学 2016
[3]亚ns量级脉冲激光与相干探测技术研究[D]. 李彪.电子科技大学 2016
[4]调频连续波激光测距系统及其信号处理算法研究[D]. 职广涛.天津大学 2014
[5]精密激光干涉测距电路系统研究[D]. 李兵.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[6]阵列激光测距系统调制与解调技术研究[D]. 张汉芯.大连海事大学 2012
[7]脉冲式半导体激光测距仪的设计[D]. 乔晓峰.南京农业大学 2010
[8]相位式激光测距仪接收系统设计[D]. 巢定.长春理工大学 2010
[9]相位法激光测距仪设计及其关键技术研究[D]. 丁燕.同济大学 2007
[10]用FPGA实现高精度时间间隔测量[D]. 张延.中国科学院研究生院（上海天文台） 2006
本文编号：2910801
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