基于1.5μm单光子探测的机载偏振激光雷达

发布时间：2022-08-02 11:50

　　自1971年偏振激光雷达诞生以来,其在大气探测中一直发挥着重要的作用。由于偏振激光雷达的双路探测属性,相对于普通大气探测激光雷达如能见度雷达和云雷达,它需求更高的系统稳定性。传统偏振激光雷达采用增加激光出射功率、增大望远镜接收面积的方法来提高探测信噪比,但由于技术和工艺限制,现阶段已达极限。本文采用1.5μm单光子探测的方案,提升系统的探测效率,降低探测噪声,大幅提升探测信噪比。并且利用1.5μm波段能够使用全光纤光路的优势,将偏振激光雷达进行小型化设计,研发机载平台雷达系统,旨在提升激光雷达可重部署能力,解决地基激光雷达视野受限的问题。本工作涉及三套1.5μm单光子探测激光雷达系统的研发:1、基于多模InGaAs/InP单光子探测器的气溶胶和云探测激光雷达;2、基于超导纳米线单光子探测器的偏振激光雷达;3、无人机载偏振激光雷达。本文的主要工作如下:1.研发了基于多模InGaAs/InP单光子探测器的气溶胶和云探测激光雷达。优化设计了InGaAs/InP单光子探测器的工作参数;提出了死时间和后脉冲几率修正算法,提升了动态响应范围和信噪比。多模探测器搭配商用150mm 口径望远镜,实现了... 

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 激光雷达简介
        1.1.1 激光雷达和大气研究
        1.1.2 激光雷达的发展简介
        1.1.3 激光雷达基本原理
    1.2 单光子探测器简介
        1.2.1 理想单光子探测器的参数
        1.2.2 非光子数分辨探测器
        1.2.3 光子数分辨探测器(PNR)
        1.2.4 单光子探测器中的电子学
    1.3 本文研究内容
第二章 基于多模InGaAs/InP APD的1.5μm气溶胶和云激光雷达
    2.1 气溶胶和云激光雷达简介
    2.2 基于1.5μm多模InGaAs/InP单光子探测器的气溶胶和云激光雷达
        2.2.1 1.5μm波长探测气溶胶和云的优势
        2.2.2 系统结构
        2.2.3 探测数据和校准方案
    2.3 本章小结
第三章 基于SNSPD的1.5μm偏振激光雷达
    3.1 大气偏振探测的意义和手段
        3.1.1 光的偏振简介
        3.1.2 退偏振的探测
        3.1.3 激光雷达退偏振的原因
    3.2 激光雷达的退偏振源种类
        3.2.1 纯分子散射
        3.2.2 气溶胶散射
        3.2.3 中高层云散射
        3.2.4 水云散射
        3.2.5 冰晶云散射
        3.2.6 混合态云散射
        3.2.7 降水散射
    3.3 基于超导纳米线单光子探测器的1.5μm偏振激光雷达
        3.3.1 系统结构
        3.3.2 系统校准和数据处理
        3.3.3 外场实验和数据分析
        3.3.4 小结
第四章 机载偏振激光雷达
    4.1 无人机载偏振激光雷达系统方案和结构设计
        4.1.1 系统方案
        4.1.2 结构设计
    4.2 地面退偏振探测实验
    4.3 飞行扫描探测实验
    4.4 小结
第五章 总结
参考文献
攻读博士期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3668470