闪光激光雷达系统探测性能分析

ｕｘ ， ＝ （ｘ（ｙ＝ ｏ × Ｙ （Ｙ ） Ｖ ）Ｉ ， Ｉ・ ）， ，） ，ｚ ｚ ｘ ） ｐ
的时 间 分 布 。
（） １
Ｉ是总共的脉冲能量，Ｉ是 空间的能量分布 ， （） 。 Ｐ ｔ 是脉冲 能量
（ ）空 间 的能 量 分 布 １ 对于空间 的能量分布 ，不同的激光器产生 的形状会有所 不 同。高斯模 型产 生的空间能量分布是对称的 ，但是对于大 多数激光器 ，比如 半导体激光器产生 的脉冲能量在 空间分布 就 不 均 匀 ，会 沿 着 ｘ 一 方 向而 集 中 。对 于 闪 光激 光雷 达 选 ｙ某
（ ）闪光激 光雷 达成 像原理 分析 二
基于雪崩光 电二极管 （Ｐ ）阵列的 闪光雷达，是一种新 ＡＤ 颖的非扫描 的三维成像激光雷达，其 主要成像器件 由 Ａ Ｄ阵 Ｐ 列和一种高速 的读 出集成 电路 （ ＩＳ ＲＯ ）组成。图 １为 闪光激 光 雷 达 成 像 原 理 ，微 片 激 光 器 发 出 的脉 冲光 ， 经 准 直 扩 束 后 照射到衍射光栅上，得到很多子光束 ，经过 发射 接收分光镜 选择 得到若干子光束 （ Ａ Ｄ的像素决定） 由 Ｐ ，然后从发射透镜 出射后照射到 目标上 ，经过 目标发射 的回波信 号通 过接收透 镜 后 ，经 过 发 射一 接 收 分 光 板 发 生 ９ 。 的偏 转 ，聚 焦 在 Ａ Ｄ ０ Ｐ 阵列上。其中的 ＲＯ Ｉ Ｓ必须要足 够速度才 能保证 Ａ Ｄ的判断输 Ｐ 出和新脉冲 的接收 同步进行。
脉冲 能量 的时间分布可 以表 示为：
ｐ） ｘ一／ （ ） ｐ三 ｒ ．ｆ １ ＝ ｅ ｆ
）
表示脉冲宽度 。ｔ越小，激光脉冲 的时间能量分布越集中， 越 能获得比较高峰值 功率的回波脉冲 ；但是回波脉冲信号太
狭 窄，也会给探 测器 和滤波器带来不必要的噪声： 较大 ， 时间能量分布 比较分 散， Ｎ Ｓ Ｒ就 比较低 ，不利于 回波信号的探
【 摘 要 】为 了研 究三 维闪光激光雷达的探 测性能 ，先从激光 雷达的成像原理开始分析 ，然后依据三 维激光雷达成像 系统 的主要模块建立数值模 型。用改进 的单脉 冲检测方法对回波信号进行脉 冲识别 ，并依据仿真回波信号模 型，对 闪光激光雷达的 探测性能进行 了分析。结果表 明，仿真 系统能够客观的反映 出闪光激 光雷达 的成像过程 ，仿真结果的分析有利 于整个 系统模 块 的改进 。同时对闪光激 光雷达探测性能的研究有很 大的借鉴作 用。
测。
Ｊ】 ． ～ ｎｃ十 １， Ｉ． ｌ Ｈｆ ［ ｆ
，竹 …
（） ８
２ 大气模块 ． 当光波在大气 中传播 时，大气气 体分子及 气溶胶 的吸收 和散射使传输 的光辐射 强度衰减 。大气 吸收特 性依赖于光波 的频率 ，因此为 了减少吸收 引起 的衰减 ，激光雷达 系统系统 所使用 的光 的波长都选择在大气 窗口附近 。大气 的散射由大 气中不同大小颗粒的反射或折射 所造成 。在近地面大气层中 ， 分子散射的影 响很 小，造成光 能量衰减 的主 要是悬 浮粒 子的 散射 。可 以把大气湍流 、大气 闪烁等现象 引起 的光波 能量衰 减 归 结 为气 溶 胶 粒 子 的 影 响 ， 其衰 减 因素 有 经 验 公 式 ：
探测 距 离 。
【 稿 日期 】２ １ — ２ ０ 收 ００ １— ７ 【 作者简介 】王扶 （ ９３ ） １８ － ，男，河南项城人 ，电子科技 大学物理 电子 学院硕士研 究生，研究方向为激光雷达仿真 。
． ．
４９． ．
（ ）脉 冲 能 量 时 间分 布 ２
假 设可 以看 成激 光光束被分成 了一系列 的子 光束 ，分 别照射 到一个激光 步长 的各个子区域 内：每个子光束表示 了全部激 光脉冲 能量 的一部分，与发射脉冲 的规格化 时间能量分布相 同；所 以回波信 号可 以由所有抽样区域 的回波信号累积来表 示 ，每个抽样区域 的回波信 号，可 以由物体表面 的脉冲响应 和相应子光束 的脉冲之 间的卷 积来表示 ；有恒定能量分布 的 子光束照射 到一个平面 的脉冲响应可 以表示为：
三维闪光激光雷达是激光 雷达 系统的最新发展技术 。传 统 的扫描式激光雷达系统 ，是 依靠 发射 多重脉冲来成像 ，而 闪光激光雷达可 以由一个单独 的激 光脉 冲产生高分辨率 的激 光雷达图像 ，能快速 的捕获空 间细微 的数信 号信息 。本文将 对 三 维 闪光 激 光 雷 达 对 成 像 器 件 的 探 测 性 能 进 行 分 析 ，并 对 整个系统进行成像仿真 。
择 以下模 型：
， ， ＝ ． ｘ ｅ
ｐ毒＋ ２ ｌ ） ］ — ］ （ｌ （ ｑ （
） ＝（ ， 盯去 ｃ］ 协
其中：
＝ 盯 ｃｔ ｎ ａ
Ｉ表示总的脉冲 能量 ，ａ 。 是 ｘ 平面 的发散角 ，ａ ｚ 表示 ｙ ｚ平
面 的 发 散 角 ，Ｇ，Ｇ表 示 特 殊 高 斯 因 素 ，不 能小 于 １ ｙ ，Ｒ表 示 图 １ 闪光 激 光 雷达 成 像 原 理
一
（ ）激 光 雷达系统 的建 模仿真 三
个激光 雷达 成像 系统主要可分为 以下几部分 ：发射模 块 ，大气传输 模块 ，回波信号模块 ，数据处理模块 ，在 不同 的模块 中会产 生各 自不 同的噪声 。下面主要对模块和噪 声进
行分析 。
１发射模块 ． 激光器发 出的光脉 冲可 以由时间和空 间的分布来描述 ， 二者彼此是相互独 立的。强度公式为 ：
【 键 词 】 闪 光激 光 雷达 ； 系统 仿 真 ；回 波信 号识 别 ；探 测 性 能 关 【 图 分 类号 】Ｔ ５ ． 中 Ｎ９ ８９ ８ 【 献标 识 码 】Ａ 文 【 章 编 号 】 １０ — １１２ １）２ ０ ４ — ３ 文 ０ ８ １ ５（０ １ — ０ ９ ０ ０
（ ）引言 一
２１ ０ １年第 ２期 （ 总第 １ ８期 ） ３
Βιβλιοθήκη Baidu
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ
Ｎｏ ２， ０ １ ． ２ １
（ ｍｕａｉ ｌＮ ．３ ） Ｃｕ ｌｔｅｙ ｏ１ ８ ｖ
闪光激光雷达系统 探 测性 畿分析
王
扶
杨 小 丽
（ 电子科技 大学物理 电子 学院 ，四川 成都 ６ ０ ５ ） １０ ４