线性调频相干激光探测技术仿真分析及实验研究

摘要

随着社会的发展，小型飞行器在军用及民用领域扮演着越来越重要的角色，如果能够研制出小型化、远距离探测、高分辨率的激光雷达将会进一步推动小型飞行器的发展。本文研究方案为对长脉冲激光进行强度线性调频，接收端采用相干探测，采集后的信号进行脉冲压缩处理。从仿真分析和实验验证两方面对该方案同时增加探测距离和提高距离分辨率进行了初步验证。
　　首先，在对比分析国内外各科研机构在相干激光雷达及激光雷达波形调制方面研究成果的基础上，对线性调频信号的频谱和时频谱、匹配滤波的调制带宽与脉冲压缩宽度及抗噪声能力进行了仿真分析；讨论了应用匹配滤波方法时如何计算距离及由此导致的误差；根据相干探测基本理论，对幅度线性调频激光信号的相干探测进行了理论推导。
　　其次，为了解决在进行多目标探测时采用匹配滤波进行脉冲压缩会造成强反射物体距离旁瓣太高而引起临近弱目标无法识别的问题，对不同压缩比信号使用7种不同窗函数，详细讨论了探测目标的主旁瓣比及脉冲压缩宽度；对不同回波强度的多目标分别采用匹配滤波，加窗处理，基于LS的脉冲压缩和基于RMMSE的自适应脉冲压缩进行信号处理，并从不同角度分析了这4种方法的优缺点。
　　最后，搭建实验装置，对线性调频相干激光探测技术进行实验验证。实验结果显示调制带宽为5 MHz，脉冲宽度为500μs的发射信号，经过相干探测及匹配滤波后信号的主旁瓣比为12.71 dB,脉冲压缩后的宽度为183.2 ns，脉冲压缩比为2729。证实了采用线性调频强度调制信号进行脉冲压缩，采用相干探测进行接收能够提高距离分辨率。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究现状分析

1.4本论文主要研究内容

第2章 线性调频相干激光探测技术基本理论

2.1引言

2.2相干探测基本理论

2.3线性调频信号的数学表示

2.4匹配滤波理论

2.5线性调频信号的脉冲压缩处理

2.6本章小结

第3章 线性调频相干激光探测技术仿真分析

3.1引言

3.2 幅度线性调频信号基本特征仿真分析

3.3 匹配滤波的仿真分析

3.4多目标探测的优化仿真

3.5本章小结

第4章 线性调频相干激光探测技术实验研究

4.1引言

4.2线性调频相干激光探测实验系统

4.3线性调频相干激光探测技术研究方案

4.4实验数据分析

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢