载波调制激光雷达的蒙特卡罗仿真研究

论文摘要

随着激光雷达水下探测技术的广泛使用,更多的注意力被转移到了探测过程中遇到的严重的后向散射信号上来。如何抑制后向散射信号成为激光雷达技术的核心问题之一。近年来载波调制激光雷达技术被作为一项抑制海水后向散射信号的先进技术被提出。由于激光雷达目标反射信号可以保持探测信号的频率特性,而海水后向散射来自随机分布的散射体的反射,大量随机反射的叠加导致后向散射信号呈现出低频特性。该方法利用这一特点,提出将微波雷达成熟的相干检测技术与激光雷达能穿透海水的特性相结合,引入频域滤波法抑制后向散射,即在发射端将探测信号调制到高频、在接收端进行频域检测、利用带通滤波器滤除低频信号。为了考察该方法的正确性,本文以蒙特卡罗方法为基础,详细分析了光子从发射机发射到回到接收机的整个传播过程,构建了光子水下传输的模型,并以该模型为基础对光子水下传输的整个过程以及信号处理部分进行了软件仿真。通过仿真,可以发现目标回波信号的对比度增强,从而从微观上证明了该方法的可行性。此外,本文还通过固定滤波器带宽研究与比较不同调制频率下目标回波信号分辨率,以及固定调制频率研究和比较不同滤波器带宽下目标信号的分辨率的方法,研究了这两个参数对整个系统性能的影响,并结合实际情况给出了较合适的调制频率和滤波器带宽参数,为该方法付诸实践提供了理论研究与理论支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 激光雷达水下探测的意义
• 1.2 激光雷达水下探测的研究现状及应用前景
• 1.2.1 国内外研究状况
• 1.2.2 应用前景预测
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 载波调制激光雷达探测原理
• 2.1 激光雷达水下探测的基本原理
• 2.2 激光雷达水下探测的常规手段
• 2.3 载波调制激光雷达原理简介
• 3 光子水下传输过程研究
• 3.1 大气对激光脉冲的影响
• 3.2 大气——海水界面对激光脉冲的影响
• 3.2.1 泡沫对光束的影响
• 3.2.2 海浪对光束的影响
• 3.3 海水介质对激光脉冲的影响
• 3.3.1 海洋光学的基本参量的定义
• 3.3.2 海水介质中的光散射
• 3.3.3 海水介质的吸收
• 3.4 小结
• 4 载波调制激光雷达的蒙特卡罗仿真
• 4.1 蒙特卡罗方法简介
• 4.2 仿真总体流程设计
• 4.3 仿真过程详细设计
• 4.3.1 光子的数学模型
• 4.3.2 功能模块设定
• 4.3.3 信源仿真
• 4.3.4 信道仿真
• 4.3.5 信号处理
• 5 蒙特卡罗仿真结果与分析
• 5.1 最佳调制频率研究
• 5.2 最佳滤波器带宽研究
• 5.3 小结
• 6 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录