基于高速采样的窄脉冲激光探测研究

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1、基于高速采样的窄脉冲激光探测研究李欢2016年1月中图分类号：TN958.98UDC分类号：623基于高速采样的窄脉冲激光探测研究作者姓名李欢学院名称信息与电子学院指导教师张彦梅教授答辩委员会主席韩力教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月StudyofNarrowPulseLaserDetectionBasedonHighSpeedSamplingCandidateName:LIHuanSchoolorDepartment:InformationandElectro

2、nicsFacultyMentor:Prof.Yan-meiZhangChair,ThesisCommittee：Prof.LiHanDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注

3、和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要窄脉冲激光探测技术通过使用具有低发散性的激光脉冲光束来对远距离目标进行探测。通过测量激光脉冲的飞行时间可获得距离信息。脉冲激光探测具有可通过单次测量获得距离信息和可测量动态目标距离信息的优势，并且脉冲激光峰值功率较高，在没有合作目标的情况下，可测量更

4、远距离。因此，脉冲激光探测在军事、工业、民用、工程和交通领域有着广泛的应用。本文以窄脉冲激光探测为研究背景，对基于高速采样的脉冲回波时刻鉴别处理算法进行研究。首先通过对激光发射、大气中传播、目标对激光反射特性、回波信号的激光探测器接收以及后续回波脉冲鉴别处理算法进行理论模型分析，建立了激光脉冲探测算法仿真分析软件系统。通过仿真分析，提出了匹配滤波与恒比鉴别混合鉴别新算法。其次，完成了基于AD9467的高速采样硬件电路设计，独立绘制了以FPGA为主控芯片、AD9467高速采样的PCB电路板卡。应用VerilogHDL硬件

5、语言，实现了激光脉冲的发射、高速采样芯片的功能控制以及匹配滤波与恒比鉴别混合鉴别新算法。最后，对探测系统进行试验测试并完成了测试结果分析与算法对比分析，测试结果表明混合算法设计能够在12.5kHz激光重复频率条件下，实现了对采样数据的高速处理与传输，且距离探测精度达到0.3m；算法对比分析表明三种算法实际处理数据结果中，混合鉴别算法表现最佳，且算法对比结果与理论仿真分析结果吻合。关键词：匹配滤波；恒比鉴别；高速采样；窄脉冲时刻鉴别I北京理工大学硕士学位论文AbstractNarrowpulselaserdetectio

6、nachieveslong-rangetargetdetectionusinglaserpulsewithlowdivergentbeams.Bymeasuringtheflighttimeofthelaserpulse,distanceinformationcanbeobtained.Moreover,itcanbeobtainedfromasinglepulsemeasurement,anddynamictargetcanalsobedetected.Furthermore,pulselaserhashighpea

7、kpowerwhichmakesitpossibleforlargedistancedetectionintheabsenceofcooperationtarget.Therefore,pulselaserdetectioniswidelyusedinmilitary,industrial,civil,engineeringandtransportationfield.Inthispaper，narrowpulselaserdetectionalgorithmisstudiedbasedonthehigh-speeds

8、ampling.Firstly,theoreticalmodelshasbeenbuiltandanalysisedincludingthelaseremission,reflectioncharacteristics,goaloflaserpropagationinatmosphere,echosignaloflaserdete