光子計數(shù)激光三維成像系統(tǒng)設計和實現(xiàn).pdf

1、激光雷達技術相比于微波波段的雷達技術而言具有高角度分辨率、高距離分辨率、小發(fā)散角等優(yōu)點因而在商業(yè)和軍事上都有著極為重要的應用價值和巨大的發(fā)展前景。基于時間相關單光子計數(shù)技術的激光雷達相比其他激光雷達而言，具有更高的時間分辨精度和探測靈敏度、對激光脈沖能量的要求更低、功耗更低、體積更小、可以保障發(fā)射的激光能量在人眼安全范圍內(nèi)，是下一代激光雷達的主要發(fā)展方向之一。
　　 時間相關單光子測量技術是一種采用高靈敏度探測器進行皮秒級別時間

2、分辨率光子探測的技術。在時間分辨熒光測量和量子密鑰分配中有廣泛的應用。
　　 在時間相關單光子計數(shù)技術中，每一次信號光子的探測都是一次對距離的獨立測量。經(jīng)過多次測量后，得到的光子分布數(shù)據(jù)可以用來計算精確的飛行時間。通過一定的峰值判別算法，其精確度可以超過系統(tǒng)單次測量的時間不確定度。
　　 本論文參考國外文獻在分析了時間相關單光子計數(shù)技術激光雷達原理及其重要組成元件性能的基礎上，設計并實現(xiàn)了激光雷達三維成像系統(tǒng)的試制，并通

3、過實驗檢測了其各項性能指標。實驗表明該激光雷達三維成像系統(tǒng)可以實現(xiàn)在50m范圍內(nèi)的目標進行距離分辨率達毫米級的三維成像。
　　 首先簡要敘述該激光雷達系統(tǒng)的設計背景，詳細描述各種激光雷達系統(tǒng)的特點及工作原理并在此基礎上重點分析了時間相關單光子計數(shù)技術在激光雷達中的應用，介紹了該系統(tǒng)中關鍵元件的性能及其在系統(tǒng)中的作用。然后通過仿真和實驗研究了該系統(tǒng)的三維成像性能。最后介紹了數(shù)據(jù)處理的相關算法，提出了針對時間行走誤差進行補償?shù)南嚓P方