相干激光雷达平衡外差探测方法的数值仿真

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1、第40卷第10期红外与激光工程2011年10月Vol.40No.10InfraredandLaserEngineeringOct.2011相干激光雷达平衡外差探测方法的数值仿真杨彦玲，李彦超，高龙，从海芳，王春晖(哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)摘要：建立了相干激光雷达平衡外差探测的理论模型及其数学描述，包括响应电流模型和信噪比模型。在两个模型的基础上，对平衡外差探测与一般相干探测进行比较，分析出它在消除本振相对强度噪声、提高信噪比和充分利用本振光功率上的优势。最后利用MATLAB数值仿真，着重研究了平衡外差探测方法的信

2、噪比，验证了其在相干激光雷达探测上的优越性，并分析了耦合器分束比、光电探测器量子效率匹配程度和本振光功率对平衡外差探测的影响，给出了仿真结果。关键词：平衡外差探测；数值仿真；信噪比中图分类号：O436.3文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)10-1918-05NumericalsimulationofbalancedheterodynedetectionforcoherentlidarYangYanling,LiYanchao,GaoLong,CongHaifang,WangChunhui(NationalKeyLaboratoryofTun

3、ableLaserTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Thetheoreticalmodelandmathematicaldescriptionofbalancedheterodynedetectionforcoherentlidarwereestablished,includingtheresponsecurrentmodelandsignaltonoiseratio(SNR)model.Balancedheterodynedetectionandcommonc

4、oherentdetectionwerecomparedbasedonthetwomodels,andtheadvantagesofbalancedheterodynedetectiononeliminationofLOintensitynoise,improvingofSNRandusingoftheLOpowerwereperformed.UsingMATLABnumericalsimulation,theadvantagesofbalancedheterodynedetectionforcoherentlidarwereverified,andtheim

5、pactofthecouplersplittingratio,thequantumefficiencymatchingdegreeofphotoelectricdetectorandLOpoweronbalancedheterodynedetectionwereanalyzed,andthesimulationresultsweregiven.Keywords:balancedheterodynedetection;numericalsimulation;signal-to-noiseratio收稿日期：2011-02-19；修订日期：2011-04-23基金

6、项目：国家自然科学基金(61078063)；哈尔滨工业大学重大国际科技合作培育计划(HIT.ICRST.2010024)作者简介：杨彦玲(1986-)，女，硕士，主要从事相干差分吸收雷达仿真及性能评估方面的工作。Email:wangchunhui02@sohu.com第10期杨彦玲等：相干激光雷达平衡外差探测方法的数值仿真1919振幅、频率和相位。0引言光束分束器为四端低损耗、线性可逆对称的2×2单[5]模光纤耦合器。通过耦合器后的输出光场E1和E2为：相干检测凭借其良好的灵敏度和信噪比，广泛应jπ/2用于激光雷达微弱信号光的检测，如测风雷达和相干E1(t)j

7、准姨1-ε姨εeEs(t)姨姨=e姨姨姨姨(2)差分吸收雷达[1]。一般相干探测系统为单探测器系统，E2(t)姨εejπ/2姨1-εEl(t)由于本振光的过剩强度噪声、光电探测器的散粒噪声式中：ε为耦合器的分束比；准为反射场的相移。等使得整个系统的噪声较高，信噪比降低。两个光探测器上响应的光电流分别为：平衡探测是近年来发展起来的新型相干探测技术。ηe221i={(1-ε)E+εE-2姨1-ε姨ε×1sl与一般相干探测相比，平衡探测方法有两个优点[2-3]：消hω除本振光的过剩强度噪声，加强中频信号，提高信噪EsElsin[(ωs-ωl)t+准s-准l]}+n1

8、(3)比；更充分地利用本振光功率。平衡