激光雷达回波信号探测及数据处理技术研究
发布时间：2022-02-14 12:19
激光雷达是一种主动式遥感探测工具,在大气物理参数、环境探测等领域有广泛的应用。工作时,通过探测其所发射的窄脉冲激光与大气分子、气溶胶粒子相互作用的后向散射信号,来获得被探测区域的大气温湿度、消光系数等参量。激光雷达探测系统中,回波信号的光电探测、数据采集及处理是重要环节,其性能直接影响到激光雷达系统的探测性能。本论文针对激光雷达回波光信号具有动态范围大,远场信号异常微弱、背景噪声大的特点,开展回波信号光电探测、数据采集及数据处理的相关研究,主要开展的工作如下:针对激光雷达回波信号探测中两种常见的光电转换器件——光电倍增管（PMT）和雪崩二极管（APD）,设计了相应的光电转换电路及调理电路:根据电流输出特性,选择高精度的I/V转换芯片,并利用Pspice对电路参数进行了优化,实现了激光雷达回波信号的精细探测;依据可重构思想,设计了PMT和APD的高增益控制电源,为了满足现场调试和远端控制的需求,提供了手动、自动两种控制模式。以便携式、多通道数字示波器Picoscope 4824作为数据采集设备,采用基于可视化虚拟仪器平台LabVIEW,设计了激光雷达多通道数据采集系统,可实现多个通道,最...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光雷达应用
常见光电
绪论3图1-3光电探测电路Fig.1-3Photoelectricdetectioncircuit2018年，中国科学院大学的张子儒等人，针对光电探测电路中的光电二极管模型和前置放大器，基于Pspice软件电路进行了噪声分析与参数优化设计，分析了时域频域特性，得到了系统的等效噪声功率[6]。2019年，中北大学的张锐舟、张丕状等人，进行了创新的光电二极管前置放大电路的设计，采用T型网络代替单个反馈电阻，利用较小的电阻实现了较大增益，减小了寄生电容对带宽的影响。设计了一种带宽为5MHz以上，有一定增益的前置放大器，并通过理论分析及仿真验证，证明该方法有较好的效果[7]。以上研究针对的都是单一的光电探测元件，只能针对一部分波长的激光信号进行探测。同时缺少对窄脉冲激光雷达回波信号的研究，要实现窄脉冲激光雷达信号的探测，需要对放大器的带宽提出很高的要求，往往需要在100MHz以上。本文针对两种不同的光电探测器件PMT和APD，分别设计了相对应的光电转换模块，并且设计可重构式的高增益集成模块，可以实现不同光波段窄脉冲激光雷达回波信号的探测。1.2.2激光雷达数据采集研究现状激光雷达回波信号采集有两种模式，分别为模拟数据模式及光子计数模式。图1-4为两种采集模式所需的硬件设备。针对模拟采集模式，常用的采集设备为高速示波器，如图(a)所示为泰克公司开发的TBS2000示波器，带宽为200MHz，具有4个模拟通道及2GS/s的采样率；针对光子计数模式，常用的采集设备为光子计数器，如图(b)所示为德国licel公司开发的光子计数器，可以将模拟和光子计数两种模式探测到的数据进行拼接，实现线性动态范围的大幅提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]创新光电二极管前置放大电路设计方法[J]. 张锐舟,张丕状,姚金杰,陈明,刘畅. 国外电子测量技术. 2019(11)
[2]HgCdTe雪崩光电二极管的研究进展[J]. 宋淑芳,王小菊,田震. 激光与红外. 2019(10)
[3]基于新阈值函数的小波阈值去噪方法研究[J]. 宿常鹏,王雪梅,许哲,李骏霄. 战术导弹技术. 2020(03)
[4]光电倍增管特性及应用研究[J]. 陈超. 数字通信世界. 2018(07)
[5]光电探测电路噪声分析与Pspice仿真[J]. 张子儒,丁雷,张冬冬. 电子测试. 2018(09)
[6]基于小波阈值法的激光雷达回波信号去噪研究[J]. 王涛,沈永辉,姚建铨. 激光技术. 2019(01)
[7]基于小波去噪算法的全天时大气水汽拉曼激光雷达探测与分析[J]. 王玉峰,曹小明,张晶,汤柳,宋跃辉,狄慧鸽,华灯鑫. 光学学报. 2018(02)
[8]小波去噪在成像激光雷达仿真信号中的应用[J]. 孙国栋,秦来安,程知,侯再红. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[9]微弱光电信号检测电路设计及性能分析[J]. 郭涛,王超,魏明明. 电子器件. 2016(04)
[10]Mie散射激光雷达回波信号小波去噪方法[J]. 周智荣,华灯鑫,杨蓉,闫庆,陈浩,宋跃辉. 光子学报. 2016(07)
博士论文
[1]可重构激光雷达数据采集平台研究[D]. 高昕.中国科学技术大学 2014
[2]大气水汽探测激光雷达系统仿真与数据反演[D]. 陈胜哲.北京理工大学 2014
[3]激光雷达数据采集系统框架研究[D]. 文斐.中国科学技术大学 2013
[4]大气温度及气溶胶激光雷达探测技术研究[D]. 刘君.西安理工大学 2008
硕士论文
[1]基于CPCI总线的激光雷达数据采集及滤波技术研究[D]. 曹忠鲁.西安理工大学 2017
[2]基于拉曼激光雷达的全天时大气水汽含量探测与分析[D]. 曹小明.西安理工大学 2017
[3]散射差分吸收激光雷达关键技术研究[D]. 田飞.中国工程物理研究院 2012
[4]基于小波变换的激光雷达弱信号处理方法的研究[D]. 王丽娜.黑龙江大学 2009
[5]气溶胶消光系数空间分布及斜程能见度的激光雷达探测[D]. 陈敏.苏州大学 2006
[6]光电特性综合测试实验系统研究[D]. 朱辉.浙江大学 2005
本文编号：3624541
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光雷达应用
常见光电
绪论3图1-3光电探测电路Fig.1-3Photoelectricdetectioncircuit2018年，中国科学院大学的张子儒等人，针对光电探测电路中的光电二极管模型和前置放大器，基于Pspice软件电路进行了噪声分析与参数优化设计，分析了时域频域特性，得到了系统的等效噪声功率[6]。2019年，中北大学的张锐舟、张丕状等人，进行了创新的光电二极管前置放大电路的设计，采用T型网络代替单个反馈电阻，利用较小的电阻实现了较大增益，减小了寄生电容对带宽的影响。设计了一种带宽为5MHz以上，有一定增益的前置放大器，并通过理论分析及仿真验证，证明该方法有较好的效果[7]。以上研究针对的都是单一的光电探测元件，只能针对一部分波长的激光信号进行探测。同时缺少对窄脉冲激光雷达回波信号的研究，要实现窄脉冲激光雷达信号的探测，需要对放大器的带宽提出很高的要求，往往需要在100MHz以上。本文针对两种不同的光电探测器件PMT和APD，分别设计了相对应的光电转换模块，并且设计可重构式的高增益集成模块，可以实现不同光波段窄脉冲激光雷达回波信号的探测。1.2.2激光雷达数据采集研究现状激光雷达回波信号采集有两种模式，分别为模拟数据模式及光子计数模式。图1-4为两种采集模式所需的硬件设备。针对模拟采集模式，常用的采集设备为高速示波器，如图(a)所示为泰克公司开发的TBS2000示波器，带宽为200MHz，具有4个模拟通道及2GS/s的采样率；针对光子计数模式，常用的采集设备为光子计数器，如图(b)所示为德国licel公司开发的光子计数器，可以将模拟和光子计数两种模式探测到的数据进行拼接，实现线性动态范围的大幅提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]创新光电二极管前置放大电路设计方法[J]. 张锐舟,张丕状,姚金杰,陈明,刘畅. 国外电子测量技术. 2019(11)
[2]HgCdTe雪崩光电二极管的研究进展[J]. 宋淑芳,王小菊,田震. 激光与红外. 2019(10)
[3]基于新阈值函数的小波阈值去噪方法研究[J]. 宿常鹏,王雪梅,许哲,李骏霄. 战术导弹技术. 2020(03)
[4]光电倍增管特性及应用研究[J]. 陈超. 数字通信世界. 2018(07)
[5]光电探测电路噪声分析与Pspice仿真[J]. 张子儒,丁雷,张冬冬. 电子测试. 2018(09)
[6]基于小波阈值法的激光雷达回波信号去噪研究[J]. 王涛,沈永辉,姚建铨. 激光技术. 2019(01)
[7]基于小波去噪算法的全天时大气水汽拉曼激光雷达探测与分析[J]. 王玉峰,曹小明,张晶,汤柳,宋跃辉,狄慧鸽,华灯鑫. 光学学报. 2018(02)
[8]小波去噪在成像激光雷达仿真信号中的应用[J]. 孙国栋,秦来安,程知,侯再红. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[9]微弱光电信号检测电路设计及性能分析[J]. 郭涛,王超,魏明明. 电子器件. 2016(04)
[10]Mie散射激光雷达回波信号小波去噪方法[J]. 周智荣,华灯鑫,杨蓉,闫庆,陈浩,宋跃辉. 光子学报. 2016(07)
博士论文
[1]可重构激光雷达数据采集平台研究[D]. 高昕.中国科学技术大学 2014
[2]大气水汽探测激光雷达系统仿真与数据反演[D]. 陈胜哲.北京理工大学 2014
[3]激光雷达数据采集系统框架研究[D]. 文斐.中国科学技术大学 2013
[4]大气温度及气溶胶激光雷达探测技术研究[D]. 刘君.西安理工大学 2008
硕士论文
[1]基于CPCI总线的激光雷达数据采集及滤波技术研究[D]. 曹忠鲁.西安理工大学 2017
[2]基于拉曼激光雷达的全天时大气水汽含量探测与分析[D]. 曹小明.西安理工大学 2017
[3]散射差分吸收激光雷达关键技术研究[D]. 田飞.中国工程物理研究院 2012
[4]基于小波变换的激光雷达弱信号处理方法的研究[D]. 王丽娜.黑龙江大学 2009
[5]气溶胶消光系数空间分布及斜程能见度的激光雷达探测[D]. 陈敏.苏州大学 2006
[6]光电特性综合测试实验系统研究[D]. 朱辉.浙江大学 2005
本文编号：3624541
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