[發明專利]基于密集脈沖的激光探測方法

有效

• 申請號: 201210170169.2
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102692622A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 鞏馬理;王濤;王巍;柳強;閆平;黃磊;張海濤;劉歡
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S7/483
• 分類號: G01S7/483;G01S17/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及激光探測技術領域，尤其涉及一種基于密集脈沖的激光探測方法。

背景技術

弱光探測器件及其相應的弱信號處理電路的發展使得人們能夠探測到的光功率越來越小，某些規格的光電倍增管、雪崩光電二極管(APD)可以對單個光子產生響應，因而應用于單光子探測(Wolfgang?Becker.Advanced?time-correlated?single?photon?counting?techniques[M].2005，Berlin，Heidelberg：Springer?Verlag?Berlin?Heidelberg)，對于500nm的可見光，相應的單光子能量為4×10^-19J，可見其可探測的光能量非常小，因而可以用于極微弱的光探測。在實際應用中，進行光探測時，很多情況下除了信號光進入光探測器以外，周圍環境的雜散光也會進入，要準確測得信號光就需要信號光和雜散光之間有一定的信噪比，一般要求其強度比要大于5，這就使得探測器能夠探測的信號光的最小光功率在很大程度上依賴于雜散光的光功率，為了降低最小可探測信號光功率、提高信噪比，最簡單、直接的辦法就是提高信號光的發射功率或降低雜散光的功率。提高信號光的發射功率會帶來激光器體積的增大和耗能的增加，因而不能無限提高；降低噪聲光功率可以通過對探測器及其對應的光學天線的設計減小接收視場角或通過設計與激光器發射波長相對應的窄帶濾波器對進入探測器的光進行濾波處理，探測器的接收視場角不能很小，否則其探測對準要求就會很高，并且過小的視場角會限制進入探測器的信號光，濾波器的帶寬也不能太窄，帶寬越窄，其透過率越低，雜散光衰減的同時，信號光也會衰減，并且，帶寬越窄，制作越困難，造價也就越高，很不經濟，因此，雜散光功率也不可能無限降低。

采用多脈沖疊加的時間相關探測技術或光外差探測的方法可以有效的提高信噪比，降低最小可探測信號光功率，但這兩種方法在實際應用中都是有局限的。

多脈沖疊加的方法是發一個脈沖，接收到探測脈沖的回波信號后再發射下一個脈沖，所需要的時間較長，且不適合于較快運動目標的探測，因為當目標運動時，參與相關的各個信號脈沖的相關度會下降，相關效果會降低，且目標運動速度越快，相關效果越差，當由于目標運動引起的兩個信號脈沖之間的時間差大于脈沖本身的時間寬度時，將無法進行時間相關(胡廣書.數字信號處理--理論、算法與實現(第二版)[M]，2003，北京：清華大學出版社：33-38)。這是因為激光回波的時間相關性主要取決于相鄰脈沖的間隔，相鄰脈沖信號的時間相關性從相鄰兩個激光脈沖回波信號相對發射信號(主波)的時間差Δt₀來確定，滿足：

Δt0=2VcTP---(1)]]>

式中，V為目標相對測量點的視線距離變化速度，T_P為相鄰兩激光脈沖的時間間隔，c為光速，Δt₀的取值主要受限于探測激光的寬度(一般為15ns)，由(1)式可知，當Δt₀確定時，目標相對測量點的視線距離變化速度V和相鄰兩激光脈沖的時間間隔T_P之間成反比，T_P越大，可用多脈沖疊加的方式測量的目標的速度V越小，減小測量脈沖之間的時間間隔T_P，采用脈沖串技術，可以使V增大，但由于測量點與目標之間的距離L滿足：

L＝cT_P?????????????????????(2)