基于时频变换的脉冲外差激光雷达信号检测技术研究
发布时间：2021-01-22 18:18
近年来相干激光雷达凭借其在微弱回波信号高灵敏度探测能力优势,已在测风、战场侦查、弱小目标探测等领域有广泛应用。与直接探测相比,其探测灵敏度约高1-2个数量级,能先天抑制背景噪声,一直是国际研究热点。本论文围绕脉冲外差相干激光成像雷达微弱回波信号检测提取展开研究,分别从时域和频域两个方面研究回波信号检测能力和适用范围,对实际相干激光雷达信息处理应用起到理论指导作用。首先,通过对比分析脉冲外差相干激光雷达信号检测提取方法,设计了基于时频域变换的脉冲外差回波信号检测提取总体方案,重点研究外差回波噪声抑制和傅里叶变换提取差频信号方法,确立了信号检测评价指标体系。其次,为了验证和评估时频信号检测提取方法,设计和建立了脉冲外差激光雷达仿真系统模型,能获得与实际脉冲外差信号特性一致的仿真回波波形,在此基础上评估了时域峰值法、频域FFT和小波噪声抑制等方法,经仿真实验验证,在信噪比为6d B时,频域处理算法可以使系统探测概率比在时域处理高出近19%,目标还原度要比时域处理高出14.25%;在高噪比为12d B时,频域处理算法可以使系统探测概率比在时域处理高出近25%,频域处理下的目标还原度要比时域处理...
【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】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CV990上雷达装置[8]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-对于传统探测方式的优越性能[7]。相继在1984年，美国的NASA[8]将一台脉冲波长为10.6μm的激光测风雷达系统安装在了Convair990上，同时进行了飞行实验。其装置图如图1-1所示。图1-1CV990上雷达装置[8]1989年，Kavaya等人[9]研制了一套1.06μm的脉冲相干激光雷达系统，并进行了外场测风实验。系统的单脉冲能量约为5mJ，脉冲宽度为500ns，重复频率为10Hz，速率分辨率为0.42m/s，探测最大探测距离可达3.75km。2001年，日本的三菱电机有限公司[10]研制开发出一套脉冲相干测风激光雷达，其波长主要在1.54μm波段，激光单脉冲的能量为10.9mJ，脉冲宽度为228ns，其重复频率设置为15Hz。系统的装置外观如图1-2所示。本系统使用非相参积累的方法对300个脉冲回波信号进行积累处理，且探测范围可达1.4km。系统的最大有效探测距离为5km，测速的精度为0.14m/s。图1-2三菱公司研制的脉冲外差激光雷达[10]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-同样是三菱公司在2012年，又新研发出一套探测距离大于30km的脉冲相干激光雷达系统[11]，系统的发射峰值功率为2.4kw，脉冲宽度为580ns，重复频率为4kHz，由系统探测到的外差信号按照距离分成若干个距离门，通过频域快速傅里叶分析方法进行非相干叠加处理来提高系统的探测概率及速度精度。其研制的系统框图如图1-3所示。图1-3超远距离脉冲相干激光雷达框图[11]2002年，英国的Pearson[12]等人基于全光纤技术，研制开出一套1.548μm波段的脉冲相干测风激光雷达，其单脉冲能量为50μJ，脉冲宽度设置为24ns，重复频率为50kHz，有效探测距离为500m，在进行30000发激光脉冲非相干累积的情况下，测量的速度精度为0.29m/s。其装置系统框图如图1-4所示。图1-41.5μm脉冲外差激光雷达系统[12]相对的来看，我国在脉冲外差激光雷达的研究方面起步较晚，现有中国科技技术大学、中国海洋大学和中国科学院上海光学精密机械研究所等一些单位在脉冲外差激光雷达系统研制方面，也取得了一定的科研成果。2012年中科院上海光学精密机械研究所[13]研制了一套1064μm波段的用于测
本文编号：2993692
【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】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CV990上雷达装置[8]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-对于传统探测方式的优越性能[7]。相继在1984年，美国的NASA[8]将一台脉冲波长为10.6μm的激光测风雷达系统安装在了Convair990上，同时进行了飞行实验。其装置图如图1-1所示。图1-1CV990上雷达装置[8]1989年，Kavaya等人[9]研制了一套1.06μm的脉冲相干激光雷达系统，并进行了外场测风实验。系统的单脉冲能量约为5mJ，脉冲宽度为500ns，重复频率为10Hz，速率分辨率为0.42m/s，探测最大探测距离可达3.75km。2001年，日本的三菱电机有限公司[10]研制开发出一套脉冲相干测风激光雷达，其波长主要在1.54μm波段，激光单脉冲的能量为10.9mJ，脉冲宽度为228ns，其重复频率设置为15Hz。系统的装置外观如图1-2所示。本系统使用非相参积累的方法对300个脉冲回波信号进行积累处理，且探测范围可达1.4km。系统的最大有效探测距离为5km，测速的精度为0.14m/s。图1-2三菱公司研制的脉冲外差激光雷达[10]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-同样是三菱公司在2012年，又新研发出一套探测距离大于30km的脉冲相干激光雷达系统[11]，系统的发射峰值功率为2.4kw，脉冲宽度为580ns，重复频率为4kHz，由系统探测到的外差信号按照距离分成若干个距离门，通过频域快速傅里叶分析方法进行非相干叠加处理来提高系统的探测概率及速度精度。其研制的系统框图如图1-3所示。图1-3超远距离脉冲相干激光雷达框图[11]2002年，英国的Pearson[12]等人基于全光纤技术，研制开出一套1.548μm波段的脉冲相干测风激光雷达，其单脉冲能量为50μJ，脉冲宽度设置为24ns，重复频率为50kHz，有效探测距离为500m，在进行30000发激光脉冲非相干累积的情况下，测量的速度精度为0.29m/s。其装置系统框图如图1-4所示。图1-41.5μm脉冲外差激光雷达系统[12]相对的来看，我国在脉冲外差激光雷达的研究方面起步较晚，现有中国科技技术大学、中国海洋大学和中国科学院上海光学精密机械研究所等一些单位在脉冲外差激光雷达系统研制方面，也取得了一定的科研成果。2012年中科院上海光学精密机械研究所[13]研制了一套1064μm波段的用于测
本文编号：2993692
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