光纖陣列成像激光雷達(dá)成像性能分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文闡述一種光纖陣列成像激光雷達(dá),它采用光纖陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)成像激光雷達(dá)中的光電探測(cè)器陣列,在接收系統(tǒng)前端制成高像素的光纖陣列,同時(shí)利用光纖的柔韌性,陣列后端尾纖連接分立的單點(diǎn)光電探測(cè)器。這種設(shè)計(jì)既保證不會(huì)降低雷達(dá)系統(tǒng)的成像速率,又巧妙的避免了制作大型光電探測(cè)器陣列的難題,并且可利用光纖陣列前置掃描窗口的方法,減少對(duì)探測(cè)器數(shù)量的需求。所以光纖陣列成像激光雷達(dá)是一種成像速率高又對(duì)探測(cè)器要求很低的雷達(dá)系統(tǒng)。
　　本文綜述了光纖陣列成像激光

2、雷達(dá)的研究背景、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。然后提出本文設(shè)計(jì)的光纖陣列成像激光雷達(dá)系統(tǒng),介紹該系統(tǒng)的工作原理,并對(duì)系統(tǒng)各部分器件進(jìn)行分析,包括光纖的選擇,光纖陣列的設(shè)計(jì),重點(diǎn)分析聚焦透鏡對(duì)光纖陣列接收系統(tǒng)傳輸效率的影響,得到聚焦透鏡F值的最優(yōu)解公式。隨后對(duì)光纖陣列成像激光雷達(dá)的傳輸效率以及測(cè)距精度進(jìn)行理論研究,由傳統(tǒng)激光雷達(dá)的雷達(dá)方程出發(fā),在考慮光纖端面反射、光纖傳輸?shù)裙饫w獨(dú)有的損耗因素后,推導(dǎo)得到光纖陣列成像激光雷達(dá)的傳輸效率分布公式。

3、進(jìn)一步引入時(shí)域高斯脈沖信號(hào)對(duì)雷達(dá)的測(cè)距精度進(jìn)行分析,利用得到的傳輸效率公式,推出閾值測(cè)距方法的雷達(dá)測(cè)距精度分布。為獲得光纖陣列端面相同的精度誤差,采用變閾值法研究雷達(dá)精度,并給出了變閾值分布。之后文章完成了對(duì)光纖陣列成像激光雷達(dá)成像畸變的討論,分析了光纖陣列成像激光雷達(dá)畸變產(chǎn)生的原因,講述了光纖孔徑對(duì)應(yīng)視場(chǎng)面積的畸變和光纖對(duì)應(yīng)視場(chǎng)方位的畸變,并完成了對(duì)雷達(dá)成像畸變的推導(dǎo),得到了從光纖陣列端面到等距目標(biāo)面的關(guān)系公式。再?gòu)睦走_(dá)畸變產(chǎn)生原理和

4、推導(dǎo)的公式出發(fā),采用修正光纖坐標(biāo)位置的方式,消除雷達(dá)的成像畸變。模擬了光纖陣列成像激光雷達(dá)成像畸變和修正,驗(yàn)證了雷達(dá)的成像畸變的存在。
　　文章還展示了搭建的9×9光纖陣列成像激光雷達(dá)的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái),介紹了實(shí)驗(yàn)所使用的各器件,包括激光器、探測(cè)器、透鏡、以及光纖陣列,之后介紹了本文進(jìn)行的光纖陣列成像激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)。在光纖陣列數(shù)值孔徑的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,測(cè)定得到光纖陣列的數(shù)值孔徑大小為0.52,在光纖陣列傳輸效率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,得到了光纖陣列的傳