激光雷达信号接收电路的研究

论文摘要

激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物,其分辨率高,抗干扰能力强,并且可以三维成像,被广泛用于测距、测角、精确跟踪、引信传感、飞船导航、气象测量等,在民用和军事上都具有巨大的应用价值。本文着重于对激光雷达信号接收电路的研究,首先系统地阐述了激光雷达理论和高速光电探测理论,在此基础上研究和设计了激光信号接收电路。其中包括光电转换电路,电压放大电路,时刻鉴别电路。论文中采用PIN-FET光电接收组件作为光电转换器件;选用了宽带、低噪声、增益可变放大器AD8330作为电压放大器;时刻鉴别采用高通定时法,采用高速比较器ADCMP567,可以有效地减小因信号幅度变化引起的误差,提高系统的分辨率。论文根据系统的特点,结合相关的电路设计理论,给出了带宽、噪声等性能参数的计算公式。经测试,论文研制的激光雷达信号接收电路性能满足需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 激光雷达的测距方式和技术发展
• 1.3.1 激光雷达的测距方式
• 1.3.2 激光器的发展
• 1.3.3 激光测距技术的发展
• 1.4 本文的研究内容和结构安排
• 第二章 激光雷达理论
• 2.1 激光雷达方程
• 2.1.1 单基地激光雷达方程
• 2.1.2 双基地激光雷达方程
• 2.2 激光雷达系统及原理
• 2.2.1 激光雷达系统
• 2.2.2 脉冲激光测距雷达
• 2.2.3 脉冲激光测距的原理
• 2.2.4 激光测距系统分析
• 2.3 直接探测系统的性能分析
• 2.4 激光雷达的噪声分析和背景光分析
• 2.4.1 激光雷达的噪声分析
• 2.4.2 激光雷达背景光分析
• 2.5 探测概率虚警概率与信噪比
• 2.6 本章小结
• 第三章 高速光电探测理论
• 3.1 光电探测器
• 3.1.1 普通光电二极管结构和原理
• 3.1.2 光电探测器的主要参数
• 3.1.3 PIN 光电二极管
• 3.1.4 雪崩光电二极管
• 3.2 放大电路设计
• 3.2.1 前置放大电路
• 3.2.2 电压放大电路
• 3.3 几种时刻鉴别法
• 3.3.1 前沿定时法
• 3.3.2 恒比定时法
• 3.3.3 高通定时法
• 3.4 本章小结
• 第四章 接收电路的设计和研究
• 4.1 接收电路的组成及带宽要求
• 4.1.1 接收电路的组成
• 4.1.2 系统的带宽要求
• 4.2 光电探测器的选择和特性
• 4.2.1 光电探测器的选择
• 4.2.2 GD4251Y-4 的性能特性
• 4.2.3 PIN 光电二极管的噪声
• 4.3 中间放大电路的设计
• 4.3.1 放大器的选取
• 4.3.2 放大器的特性
• 4.3.3 电压放大电路设计
• 4.4 时刻鉴别电路的研究设计
• 4.4.1 高速比较器的选用
• 4.4.2 时刻鉴别电路设计
• 4.5 抗干扰处理
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统实验
• 5.1 探测器的灵敏度测试
• 5.2 探测器输出信号的上升时间和脉宽的测试
• 5.3 激光雷达原理系统实验测试
• 5.3.1 对单、双基地激光雷达探测可行性验证实验
• 5.3.2 单、双基地激光雷达距离方程验证
• 5.4 单、双基地激光雷达原理系统背景噪声测试
• 5.4.1 模拟背景光情况下输出的噪声测试
• 5.4.2 太阳背景光情况下输出的噪声测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录