gm-apd激光雷达脉冲累积探测性能的研究

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1、国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文Gm-APD激光雷达脉冲累积探测性能的研究硕士研究生：徐璐导师：张宇教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONTHEDETECTIONPERFORMANCEOFGm-APDLASERRADARWITHPULSEACCUMULATEDDETECTIONCandidate

2、：LuXuSupervisor：Prof.YuZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinScienceSpeciality：OpticsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着科技的发展，激光雷达在军事、天文、工业等诸多领域均有广泛应用，已成为高科技领域的研究重点之一。Gm-APD(Geiger-ModeofAvalanchePhotodi

3、odes)具有单光子灵敏度，因此其在高精度、远距离的弱信号探测中具有很大的优势。基于Gm-APD阵列的三维成像激光雷达近十年来发展十分迅速。本文主要研究脉冲飞行时间测距体制Gm-APD激光雷达多次累积探测的探测概率、虚警概率和测距精度，提出几种提高激光雷达探测性能的方法。首先，本文介绍了Gm-APD激光雷达的国内外研究现状，明确了本文的研究内容。介绍了Gm-APD探测的基本原理，Gm-APD的探测模型，采用分立区间和泊松统计理论对雪崩概率进行分析，给出了本文中的脉冲飞行时间测距体制激光雷达系统的结构图和工作过程。其次，本文分别研究了长死时间和短死时间情况下，Gm-AP

4、D激光雷达脉冲累积探测的最值法和半阈值法的探测性能。研究了长死时间情况下，脉冲累积探测最值法的探测概率和虚警概率，分析累积次数、信号强度、距离选通门开启时刻对系统的探测概率和虚警概率的影响。分别研究了长死时间和短死时间情况下，脉冲累积探测半阈值法的探测概率、虚警概率和测距精度，分析了累积次数和衰减片透过率对探测性能的影响，发现分别存在某个最佳的衰减片透过率的范围，能够使激光雷达的探测性能达到最佳。长死时间情况下，将衰减片透过率控制在0.33~0.20之间，探测距离1.5km时，探测概率能提高1倍，测距精度可以从m量级提高到cm量级。短死时间情况下，将衰减片透过率控制在

5、0.43~0.20之间，探测距离1.5km时，探测概率能提高25%，测距精度可以从m量级提高到cm量级。之后，还研究了死时间对探测性能的影响。最后，本文利用MATLAB构造了几个存在梯次感的平行板目标模型，并对其进行32×32元Gm-APD阵列激光雷达的成像仿真来验证本文的结论。关键词：Gm-APD；死时间；脉冲累积；探测性能；激光雷达-I-AbstractAbstractWiththedevelopmentoftechnology,laserradarhasbeenwidelyusedinmanyfields,likemilitary,astronomyandind

6、ustry,ithasbeenamemberofthehigh-techfields.BecauseofsinglephotonsensitivityofGm-APD(Geiger-ModeofAvalanchePhotodiodes),ithasagreatadvantageintheweaksignaldetectionwithhigh-precisionandlong-distance.Thethree-dimensionalimaginglaserradaruesdGm-APDarrayshasdevelopedquicklyoverthepastdecade

7、.ThispaperstudiestheGm-APDlaserradarwithpulsetime-of-flightranging,researchestheprobabilityofdetectionandfalsealarm,andtherangeaccuracyofthesystemwithpulseaccumulateddetection.Severalmeasurstoimprovethedetecionperformanceofthelaserradarhavebeengiven.Firstly,thispaperdescribesth