光纖陣列成像激光雷達(dá)成像性能分析與實驗研究.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)中的光電探測器陣列,在接收系統(tǒng)前端制成高像素的光纖陣列,同時利用光纖的柔韌性,陣列后端尾纖連接分立的單點光電探測器。這種設(shè)計既保證不會降低雷達(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,減少對探測器數(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探測器要求很低的雷達(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)勢和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。然后提出本文設(shè)計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,重點分析聚焦透鏡對光纖陣列接收系統(tǒng)傳輸效率的影響,得到聚焦透鏡F值的最優(yōu)解公式。隨后對光纖陣列成像激光雷達(dá)的傳輸效率以及測距精度進(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)一步引入時域高斯脈沖信號對雷達(dá)的測距精度進(jìn)行分析,利用得到的傳輸效率公式,推出閾值測距方法的雷達(dá)測距精度分布。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,講述了光纖孔徑對應(yīng)視場面積的畸變和光纖對應(yīng)視場方位的畸變,并完成了對雷達(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。再從雷達(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)的實驗室平臺,介紹了實驗所使用的各器件,包括激光器、探測器、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)實驗。在光纖陣列數(shù)值孔徑的測定實驗中,測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定實驗中,得到了光纖陣列的傳