论文摘要
FM/cw焦平面无扫描激光成像雷达是一种小型化、全固态、高帧频、高精度的三维成像激光雷达,在商业和军事上均具有重要实用价值,因此该激光雷达已经成为国内外的研究热点之一。国外已经取得了一系列的研究进展,而国内还处于初始研究阶段,本课题是国内第一代采用32×32的MSM自混频阵列探测器进行FM/cw非扫描激光雷达成像的探索。本课题的研究工作正是适应焦平面激光成像雷达的发展要求,分析了美国陆军实验室的研究进展及存在的问题,研究并确立雷达系统中的关键技术及实现方法,并进行相应的测试和分析,从多角度深入分析各部分的性能,指出存在的不足,提出改进方法。首先研究FM/cw激光雷达的测距原理,研究并确定了FM/cw无扫描雷达系统的成像方案,理论上分析了影响雷达系统的探测距离、距离分辨率和测距精度的因素,总结了大功率宽带调幅激光发射系统、1.55μm波段焦平面阵列探测器、32路混频信号的读出及鉴频作为雷达系统的三个关键技术。然后研究了功率调制激光发射机需满足的功率、带宽、调制速率、调制深度等要求及各参数对于雷达成像的影响,确立了调制低功率种子光和线性光放大相结合的实现方案。测试了线性扫频信号源、调制种子光源及双级光纤放大系统性能,从时频关系、信噪比、谐波噪声分量等多角度深入激光发射机的性能。接下来研究了MSM焦平面自混频探测器的设计要求、工作原理及关键技术,设计并制作了32×32像元的MSM自混频探测器。测试了探测器的固定光功率下的光响应度、频率响应、混频效率和滤波特性,对其性能进行评价,并从材料和结构两个方面对探测器提出改进方法。最后为实现32路混频信号的读出及鉴频,设计了分时行混频再列合成图像的方案,解决了1024个鉴频系统的庞大问题。设计并制作了基于FPGA的全固化图像信号采集板,用QuartusⅡ逻辑分析软件结合CollectDemo成像显示对图像信号的采集过程进行了调试,并对各个信号处理模块进行定性和定量分析。
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标签：焦平面成像论文; 大功率宽带调幅激光论文;