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

1、激光雷達(dá)技術(shù)相比于微波波段的雷達(dá)技術(shù)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(diǎn)因而在商業(yè)和軍事上都有著極為重要的應(yīng)用價值和巨大的發(fā)展前景?；跁r間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的激光雷達(dá)相比其他激光雷達(dá)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(dá)的主要發(fā)展方向之一。
　　 時間相關(guān)單光子測量技術(shù)是一種采用高靈敏度探測器進(jìn)行皮秒級別時間

2、分辨率光子探測的技術(shù)。在時間分辨熒光測量和量子密鑰分配中有廣泛的應(yīng)用。
　　 在時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)中，每一次信號光子的探測都是一次對距離的獨(dú)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(xiàn)在分析了時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)激光雷達(dá)原理及其重要組成元件性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)了激光雷達(dá)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(biāo)。實驗表明該激光雷達(dá)三維成像系統(tǒng)可以實現(xiàn)在50m范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行距離分辨率達(dá)毫米級的三維成像。
　　 首先簡要敘述該激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計背景，詳細(xì)描述各種激光雷達(dá)系統(tǒng)的特點(diǎn)及工作原理并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)在激光雷達(dá)中的應(yīng)用，介紹了該系統(tǒng)中關(guān)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(guān)算法，提出了針對時間行走誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)方