新型激光雷達(dá)系統(tǒng)及其激光光源研究.pdf

1、近年來，三維成像激光雷達(dá)是遠(yuǎn)距離探測領(lǐng)域的研究熱點之一。相比傳統(tǒng)微波雷達(dá)，激光雷達(dá)具有高精度的時間分辨率、空間分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的測距、成像，因此在軍工、民用領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文主要圍繞新體制成像激光雷達(dá)的設(shè)計和實現(xiàn)展開。本文的主要工作分為三個部分:基于壓縮感知的三維成像激光雷達(dá)的實驗研究，提出了基于鎖頻技術(shù)和光子探測器的新型超遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)方案并對鎖頻激光器進(jìn)行了實驗研究，對具有潛在激光雷達(dá)應(yīng)用價值的高功率超短脈沖鎖模光

2、纖激光器進(jìn)行了實驗研究。
　　壓縮感知理論是信號采集和恢復(fù)領(lǐng)域的新興理論，它因一定程度上打破了經(jīng)典的Nyquist-Shannon采樣定理而成為研究熱點。它指出當(dāng)目標(biāo)信號是稀疏的或者具有稀疏表達(dá)的時候，可以用遠(yuǎn)低于經(jīng)典采樣定理要求的采樣次數(shù)重構(gòu)出目標(biāo)信號。本文介紹了壓縮感知的基本原理和本課題組基于該原理設(shè)計的新型三維成像激光雷達(dá)。分別對50m距離的屋頂和220m距離的合作目標(biāo)“H”進(jìn)行了壓縮感知成像，測試了系統(tǒng)的橫向空間分辨率，證

3、明了基于壓縮感知理論的激光雷達(dá)在采樣次數(shù)較低的情況下實現(xiàn)高分辨率成像的巨大潛力。
　　本文在第二部分提出了基于鎖頻激光技術(shù)的新型激光雷達(dá)方案，該雷達(dá)方案利用PDH鎖頻技術(shù)將單頻激光器鎖定在FP腔的某一諧振頻率上，以靈敏度比光電倍增管高得多的光子探測器作為探測器，并使用同一FP腔對光子探測器的入射光進(jìn)行濾波。相比現(xiàn)有的激光雷達(dá)，該新型激光雷達(dá)理論上可以實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測。為了驗證這一方案的可行性，本文在實驗中以DBR激光器為種子

4、，設(shè)計了相應(yīng)的鎖頻電路，搭建了基于空間FP腔的PDH鎖頻激光器，并實現(xiàn)了頻率的動態(tài)鎖定。同時，基于FP腔設(shè)計了新型超窄帶光學(xué)濾波器，并將該濾波器與光子探測器結(jié)合進(jìn)行了測試。實測發(fā)現(xiàn)新型濾波器可以有效濾除來自背景的雜波干擾。
　　本文在第三部分對可以輸出超短脈沖的高功率鎖模光纖激光器進(jìn)行了研究。該激光器由于光譜較寬，如果使用FP腔濾波，將可以得到一束包含數(shù)個波長且頻率間隔相同的超短脈沖激光，在激光雷達(dá)領(lǐng)域具有很大的潛在應(yīng)用價值。本部