光子计数技术在测距型激光雷达中的应用研究文献综述

 2022-11-06 10:40:53

文 献 综 述

摘要:本文献综述分析国内外光子技术激光雷达的研究相关研究。通过了解得到光子计数激光雷达具有能充分利用回波信号中的光子能量来提高激光雷达的探测效率的优点。在国外研究现状部分主要列举了盖革模式APD的探测性能的研究发展,在国内研究现状部分列举了光子计数激光雷达的探测距离和精度的研究发展。因此,计划通过建模分析不同光噪声对光子计数激光雷达的性能影响,进而提高探测性能。

关键词:盖革模式APD,光子计数,激光雷达测距

一.引言

激光雷达是一种目前广泛应用的遥感探测技术。传统的激光雷达是建立在回波信号是一个连续信号(或者连续的光子流)的基础上,不能把回波看成是分立的光子。但当信号从足够远的距离回波时,信号弱到一个到几个光子的水平时,传统的激光雷达就不能进行检测了,一般的激光雷达方程也不适用了。对于测量极其微弱的信号,将光子计数技术与一般的脉冲激光雷达测距系统相结合,即:用传统的脉冲激光雷达时间测距方法,时间采用光子计数的办法统计。

二.研究背景

光子计数激光雷达(Photon-Counting LIDAR) 采用高重频、低能量的激光器和灵敏度极高的单光子探测器,把对目标的探测由对波形的探测转换为对光子的计数,充分利用了回波信号中的能量(单光子级别),通过对回波光子事件的计数和相关处理,从而在背景噪声和暗计数中将真实的距离数据提取出来,其优点是能够以较低的激光脉冲能量获取远距离空间目标的距离信息,极大的提高了激光雷达的探测效率,大大简化了激光雷达系统。

二.国外研究现状

2002年,林肯实验室[1]研制出4times;4阵列雪崩光电二极管,在盖革模式或者光子计数模式下工作。阵列中的16个 APD像素中的每一个配合到定制外部定时电路。视场(FOV)中的整个4times;4的APD阵列的场扫描与多达128times;128个象素,以产生更大的图像。

2002年, M. A. Albota[2]等开发出一种三维成像激光雷达,具有3cm的距离分辨率和单光子探测灵敏度。该原型直接检测激光雷达采用激光和探测器阵列的全固态技术。其中,激光雷达的电光探测器即为林肯实验室研制的4times;4阵列雪崩光电二极管。并预测了三维成像激光雷达的应用潜力。

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