激光雷達是一種主動式遙感探測工具,在大氣物理參數(shù)、環(huán)境探測等領域有廣泛的應用。工作時,通過探測其所發(fā)射的窄脈沖激光與大氣分子、氣溶膠粒子相互作用的后向散射信號,來獲得被探測區(qū)域的大氣溫濕度、消光系數(shù)等參量。激光雷達探測系統(tǒng)中,回波信號的光電探測、數(shù)據(jù)采集及處理是重要環(huán)節(jié),其性能直接影響到激光雷達系統(tǒng)的探測性能。本論文針對激光雷達回波光信號具有動態(tài)范圍大,遠場信號異常微弱、背景噪聲大的特點,開展回波信號光電探測、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的相關(guān)研究,主要開展的工作如下:針對激光雷達回波信號探測中兩種常見的光電轉(zhuǎn)換器件——光電倍增管（PMT）和雪崩二極管（APD）,設計了相應的光電轉(zhuǎn)換電路及調(diào)理電路:根據(jù)電流輸出特性,選擇高精度的I/V轉(zhuǎn)換芯片,并利用Pspice對電路參數(shù)進行了優(yōu)化,實現(xiàn)了激光雷達回波信號的精細探測;依據(jù)可重構(gòu)思想,設計了PMT和APD的高增益控制電源,為了滿足現(xiàn)場調(diào)試和遠端控制的需求,提供了手動、自動兩種控制模式。以便攜式、多通道數(shù)字示波器Picoscope 4824作為數(shù)據(jù)采集設備,采用基于可視化虛擬儀器平臺LabVIEW,設計了激光雷達多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可實現(xiàn)多個通道,最... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光雷達應用

常見光電

緒論3圖1-3光電探測電路Fig.1-3Photoelectricdetectioncircuit2018年，中國科學院大學的張子儒等人，針對光電探測電路中的光電二極管模型和前置放大器，基于Pspice軟件電路進行了噪聲分析與參數(shù)優(yōu)化設計，分析了時域頻域特性，得到了系統(tǒng)的等效噪聲功率[6]。2019年，中北大學的張銳舟、張丕狀等人，進行了創(chuàng)新的光電二極管前置放大電路的設計，采用T型網(wǎng)絡代替單個反饋電阻，利用較小的電阻實現(xiàn)了較大增益，減小了寄生電容對帶寬的影響。設計了一種帶寬為5MHz以上，有一定增益的前置放大器，并通過理論分析及仿真驗證，證明該方法有較好的效果[7]。以上研究針對的都是單一的光電探測元件，只能針對一部分波長的激光信號進行探測。同時缺少對窄脈沖激光雷達回波信號的研究，要實現(xiàn)窄脈沖激光雷達信號的探測，需要對放大器的帶寬提出很高的要求，往往需要在100MHz以上。本文針對兩種不同的光電探測器件PMT和APD，分別設計了相對應的光電轉(zhuǎn)換模塊，并且設計可重構(gòu)式的高增益集成模塊，可以實現(xiàn)不同光波段窄脈沖激光雷達回波信號的探測。1.2.2激光雷達數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀激光雷達回波信號采集有兩種模式，分別為模擬數(shù)據(jù)模式及光子計數(shù)模式。圖1-4為兩種采集模式所需的硬件設備。針對模擬采集模式，常用的采集設備為高速示波器，如圖(a)所示為泰克公司開發(fā)的TBS2000示波器，帶寬為200MHz，具有4個模擬通道及2GS/s的采樣率；針對光子計數(shù)模式，常用的采集設備為光子計數(shù)器，如圖(b)所示為德國licel公司開發(fā)的光子計數(shù)器，可以將模擬和光子計數(shù)兩種模式探測到的數(shù)據(jù)進行拼接，實現(xiàn)線性動態(tài)范圍的大幅提升。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[3]激光雷達數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架研究[D]. 文斐.中國科學技術(shù)大學 2013
[4]大氣溫度及氣溶膠激光雷達探測技術(shù)研究[D]. 劉君.西安理工大學 2008

碩士論文
[1]基于CPCI總線的激光雷達數(shù)據(jù)采集及濾波技術(shù)研究[D]. 曹忠魯.西安理工大學 2017
[2]基于拉曼激光雷達的全天時大氣水汽含量探測與分析[D]. 曹小明.西安理工大學 2017
[3]散射差分吸收激光雷達關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 田飛.中國工程物理研究院 2012
[4]基于小波變換的激光雷達弱信號處理方法的研究[D]. 王麗娜.黑龍江大學 2009
[5]氣溶膠消光系數(shù)空間分布及斜程能見度的激光雷達探測[D]. 陳敏.蘇州大學 2006
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本文編號：3624541