机载激光雷达水下目标探测技术的研究

论文摘要

随着激光雷达水下目标探测的广泛应用,系统探测性能成为了关注焦点。而强烈的后向散射严重影响着系统探测性能,因此如何抑制后向散射,提高探测目标对比度变得尤为重要。我们知道海水中分布着各种独立随机的散射体,这些散射体使散射回波信号呈现低频特性,而目标反射信号却保持发射信号所有频率特性。所以本文使用的载波调制激光雷达技术引入了频域滤波法来抑制后向散射,即在发射端将探测信号调制到高频,在接收端进行频域检测、利用带通滤波器滤除低频信号。为了使载波调制激光雷达系统达到最优设计,研究了系统参数与性能之间的关系,给出了调制频率、调制指数、滤波带宽等系统参数的合理取值范围。另外研究了环境参数与系统性能之间的关系,归纳出载波调制激光雷达系统适用于在常见海水水质条件下进行水下探测。此外,本文还通过使用PMT变增益控制技术来提高系统探测性能,总结出该技术可以有效抑制后向散射,压缩回波信号的动态范围。根据仿真论证,该系统对后向散射有很强的抑制能力,在常见水域可以提高目标对比度35dB以上,验证了系统在常见水质的水域具有优于传统激光雷达系统的探测效果。得出在其他各种后向散射和多次散射严重的信道中,也可以使用频域滤波法进行系统设计,实现目标识别。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状和发展态势
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 载波调制激光雷达发展状况
• 1.4 本文工作内容
• 第二章 激光雷达技术
• 2.1 机载激光雷达水下目标探测原理
• 2.1.1 机载激光雷达水下目标探测回波功率分析
• 2.1.2 背景噪声分析
• 2.1.3 激光雷达水下目标探测中抑制后向散射的方法
• 2.2 激光雷达水下目标探测仿真
• 2.3 本章小结
• 第三章 载波调制激光雷达技术
• 3.1 载波调制激光雷达基本原理
• 3.2 载波调制激光雷达信号传输
• 3.2.1 载波调制激光雷达光源仿真
• 3.2.2 海水信道的光学性质
• 3.2.3 海水中的光散射
• 3.2.4 海水中的光吸收
• 3.3 载波调制激光雷达接收系统仿真
• 3.3.1 光电倍增管（PMT）变增益控制
• 3.3.2 窄带带通滤波器
• 3.4 本章小节
• 第四章 载波调制激光雷达系统对海水散射的抑制
• 4.1 传统激光雷达回波
• 4.2 载波调制激光雷达海水散射抑制
• 4.3 本章小节
• 第五章 载波调制激光雷达系统回波仿真
• 5.1 载波调制激光雷达系统和传统激光雷达系统的探测性能分析
• 5.2 窄带带通滤波
• 5.3 PMT变增益控制
• 5.4 衰减系数对回波信号的影响
• 5.5 调制频率对回波信号的影响
• 5.6 调制指数对回波信号的影响
• 5.7 目标深度对回波信号的影响
• 5.8 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果