光学相控阵激光雷达系统及系统性能分析

摘要

激光雷达因为极高的频域、空域和时域分辨率而在目标探测、跟踪、瞄准和成像识别等方面得到越来越广泛的应用。从扫描方式来看激光雷达经历了机械扫描激光雷达、非扫描激光雷达，光学相控阵激光雷达具有高的响应速度和控制精度、扫描方式灵活可编程，是激光雷达的一个重要发展方向。
　　本论文首先介绍了光学相控阵器件的基本原理和相控阵激光雷达的发展状况。相控阵激光雷达中的关键器件即为光学相控阵器件，在设计相控阵激光雷达系统时引入了二元光学器件Dammann光栅，提高了相控阵激光雷达系统的成像速率。
　　论文分析了所设计的光学相控阵激光雷达系统的性能。所设计的光学相控阵激光雷达系统在每帧图像为2550×的光斑点阵时成像速率为16～24帧每秒，作用距离为1.52km，距离分辨率为1.5m～1.95m，视场角为10°×10°，角分辨率为0.67mrad，作用距离1km处的探测面积为3927m2。该系统具有处理多目标的能力以及减小成像失真等优点。
　　另外，本论文给出了Dammann光栅与光学相控阵器件联合使用作为发射系统的理论模型；利用MATLAB语言给出了光学相控阵激光雷达光束偏转扫描的仿真结果，并且对出射光斑的不均匀性做了初步研究，出射光斑光强均匀、扫描图样可编程控制。结果表明，Dammann光栅与光学相控阵器件联合使用作为发射系统是切实可行的，出射光斑光强不均匀性约为2％，满足使用要求。
　　本文所设计激光雷达系统可以在现有器件水平下工程化实现。

目录

光学相控阵激光雷达系统及系统性能分析

OPTICAL PHASED ARRAYS LASER RADAR AND PERFORMANCE ANALYSIS

摘要

Abstract

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 激光雷达发展概况

1.2.1 机械扫描激光雷达

1.2.2 非扫描成像激光雷达

1.2.3 光学相控阵激光雷达

1.3 光学相控阵激光雷达研究现状

1.4 主要研究内容及研究意义

第2章 光学相控阵理论分析

2.1 引言

2.2 光学相控阵原理

2.2.1 一维光学相控阵理论

2.2.2 二维光学相控阵理论

2.2.3 非规则光学相控阵

2.3 光学相控阵器件的现有水平

2.4 本章小结

第3章 光学相控阵激光雷达系统设计

3.1 引言

3.2 光学相控阵激光雷达系统

3.3 光学相控阵激光雷达光源

3.4 不同材料的光学相控阵的比较

3.4.1 向列液晶

3.4.2 PLZT

3.4.3 AlGaAs

3.4.4 铌酸锂

3.5 发射系统方案

3.6 接收系统方案

3.7 光学相控阵激光雷达系统最优方案

3.7.1 Dammann光栅

3.7.2 OPA馈电方案研究

3.8 本章小结

第4章 光学相控阵激光雷达系统性能分析

4.1 引言

4.2 系统作用距离、距离分辨率

4.3 视场角、角分辨率

4.4 成像速率

4.5 探测面积研究

4.6 减小图像失真分析

4.7 处理多目标能力

4.8 本章小结

第5章 光学相控阵激光雷达光束扫描控制仿真

5.1 引言

5.2 光学相控阵器件光束扫描实验室验证方案

5.3 光学相控阵激光雷达系统光束扫描控制仿真

5.3.1 Dammann光栅部分

5.3.2 光学相控阵部分

5.4 光学相控阵器件效率分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢