聲光相關激光雷達測距性能的理論和實驗研究.pdf

1、激光雷達測距系統(tǒng)在測距分辨率上有著突出的表現(xiàn),但是在作用距離上卻無法與微波雷達相比。測距微波雷達的作用距離可以達到幾百公里,而測距激光雷達的作用距離則很難超過10km,陣列成像測距激光雷達的作用距離則更小,最大不超過4km。這成為了限制成像激光雷達發(fā)展的瓶頸。本文將聲關相關器應用到成像激光雷達測距系統(tǒng)中,利用聲光相關方法對激光回波時間進行并行測量,設計了一種基于聲光相關器的新型成像激光雷達系統(tǒng),并對其性能進行了理論分析和實驗研究。

2、>　　綜述了國內外測距激光雷達的發(fā)展動態(tài),列舉了不同種類測距激光雷達的技術特點。介紹了脈沖壓縮微波雷達的發(fā)展動態(tài),歸納了聲光相關器研究熱點。
　　介紹了飛行時間法與相位測距法兩種典型激光雷達測距方法的原理,總結激光雷達測距方法的共同點。介紹了聲光晶體的工作原理和聲關相關器的信號相關原理。根據(jù)信號相關原理分析飛行時間測量的基本方法,從理論上證明聲光相關器可以用于成像激光雷達飛行時間測量。通過頻域的分析,證明了存在一個攜帶目標距離信息

3、的相關峰。設計了基于聲光相關器的測距激光雷達系統(tǒng)。
　　分析了系統(tǒng)的工作過程。對于目標距離與相關峰位置進行了理論分析,分析出射光信號特征。得到了目標距離的理論表達。研究了系統(tǒng)的性能指標。得到了距離分辨率的理論表達,應用弗朗禾費衍射模型分析衍射光斑,分析出射光信號特征分析了衍射光斑大小對于距離分辨率的影響;計算了系統(tǒng)的最大作用距離。通過對距離分辨率和作用距離的研究,我們發(fā)現(xiàn)基于聲光相關器的測距激光雷達系統(tǒng)具有實際應用的價值,在保證分

4、辨率的前提下,可以實現(xiàn)作用距離的提高。
　　搭建了基于聲光相關器測距激光雷達的實驗平臺,對分析結果進行實驗驗證。完成了聲光相關器的掃描性能的實驗,證明了聲光相關器具有實現(xiàn)系統(tǒng)性能的能力。完成了聲光相關器超聲光柵單元獨立性的實驗,證明了理論推導中若干重要假設的可行性。完成了相關峰位置與目標距離的關系的實驗,通過電延遲模擬距離信息,獲得了相關峰位置與目標距離關系的實驗數(shù)據(jù),證明了理論推導結果的正確性。完成了系統(tǒng)并行處理能力的實驗,證明