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第1章 绪论 1

1.1 典型激光探测技术体制基本原理及特点 1

1.1.1 典型激光探测技术体制分类 1

1.1.2 脉冲飞行时间激光探测技术基本原理与特点 2

1.1.3 脉冲增益调制激光探测技术基本原理与特点 4

1.1.4 光子计数激光探测技术基本原理与特点 6

1.1.5 鉴相式连续波激光探测技术基本原理与特点 8

1.1.6 调频连续波激光探测技术基本原理与特点 10

1.1.7 激光三角探测技术基本原理与特点 12

1.2 调频连续波激光探测技术优势与应用前景 13

1.2.1 调频连续波激光探测技术优势 13

1.2.2 调频连续波激光探测技术应用前景 15

1.3 调频连续波激光探测技术现状及发展趋势 16

1.3.1 调频连续波激光探测技术总体现状及趋势 16

1.3.2 调制与发射关键技术现状及趋势 19

1.3.3 光电混频接收关键技术现状及趋势 23

1.3.4 信号处理关键技术现状及趋势 25

参考文献 26

第2章 调频连续波激光探测机理 30

2.1 调频连续波激光探测基本原理 30

2.2 调频连续波激光探测系统基本组成 34

2.3 调频连续波激光测距方程 35

2.4 距离分辨力和测距精度 37

2.5 激光测距的多普勒效应 41

参考文献 43

第3章 调频连续波激光探测调制发射 45

3.1 调频连续波激光调制发射原理及系统组成 45

3.1.1 调频连续波激光调制原理 45

3.1.2 调制发射系统组成及关键技术 46

3.2 线性调频信号生成 48

3.2.1 线性调频信号的生成方法概述 48

3.2.2 基于DDS的Chirp信号生成 51

3.2.3 Chirp信号参数对FMCW激光探测系统性能的影响分析 61

3.3 激光高频宽带调制与放大 62

3.3.1 常用激光调制方法及原理 62

3.3.2 FMCW激光探测系统大功率宽带调制 68

3.3.3 已调激光的放大 79

3.4 激光发射光学系统 81

3.4.1 激光传输特性与准直扩束 81

3.4.2 常用激光发射光学系统 85

3.4.3 FMCW激光探测发射光学系统构建 86

参考文献 87

第4章 调频连续波激光探测混频接收技术 92

4.1 调频连续波激光混频接收原理及系统组成 92

4.1.1 调频连续波激光探测光电混频原理 92

4.1.2 混频接收系统组成 94

4.2 FMCW激光探测接收系统的实现结构 96

4.2.1 电混频光接收机前端实现结构 96

4.2.2 光电混频光接收机前端实现结构 100

4.2.3 电混频与光电混频接收机性能比较 101

4.3 基于量子阱电光反射调制器和电压调制光电探测器的光电混频 112

4.3.1 基于量子阱电光反射调制器的光电混频方法 112

4.3.2 基于电压调制光电探测器的光电混频方法 113

4.4 基于ICCD的光电混频 114

4.4.1 基于ICCD的光电混频方法概述 114

4.4.2 ICCD电子轰击倍增过程过剩噪声因子 115

4.4.3 ICCD光电混频模型 116

4.5 基于EBAPS的光电混频 117

4.5.1 EBAPS概述 117

4.5.2 EBAPS电子轰击倍增过程过剩噪声因子 118

4.5.3 EBAPS光电混频模型 119

4.6 基于MSM的光电混频 121

4.6.1 MSM概述 121

4.6.2 MSM电压—电流模型 124

4.6.3 MSM光电混频模型 127

4.6.4 MSM光电混频性能 128

4.7 基于APD的光电混频 131

4.7.1 APD概述 131

4.7.2 APD电压—电流模型 135

4.7.3 APD光电混频模型 138

4.7.4 APD光电混频性能 140

参考文献 142

第5章 调频连续波激光探测信号处理方法 144

5.1 调频连续波激光探测回波信号特性 144

5.1.1 中频信号时域分析 144

5.1.2 中频信号频域分析 145

5.1.3 FMCW激光探测信号的多普勒效应分析 146

5.1.4 近距高速目标回波信号频谱及TBP影响分析 149

5.1.5 中频信号的噪声频域统计特性 155

5.2 调频连续波激光探测信号检测方法 158

5.2.1 频域过门限检测方法 159

5.2.2 基于频域自适应阈值的恒虚警检测方法 166

5.3 回波信号的距离—速度解耦 169

5.3.1 距离—速度解耦合分析 169

5.3.2 调频连续波激光探测信号模糊函数 171

5.3.3 距离—速度解耦原理 174

5.4 中频信号频谱细化方法 176

5.4.1 频谱细化方法概述 176

5.4.2 时域补零法 177

5.4.3 基于实输出结构的ZFFT变换法 178

5.4.4 Chirp-Z变换法 181

5.4.5 FFT-Chirp-Z频谱细化方法 182

5.4.6 频谱细化方法性能分析 183

5.5 调频连续波激光探测目标信息提取方法 184

5.5.1 基于二维傅里叶变换的目标信息提取方法 184

5.5.2 基于距离补偿的目标信息提取方法 186

5.5.3 基于速度补偿的目标信息提取方法 191

5.5.4 基于参数估计的目标距离与速度信息快速提取方法 193

5.5.5 基于二次混频和变周期调频解耦的多目标信息提取方法 200

5.5.6 基于余弦变换的多目标分辨方法 203

参考文献 208

第6章 调频连续波激光探测性能分析 211

6.1 调频连续波激光探测性能影响因素 211

6.1.1 发射子系统对探测性能的影响因素分析 211

6.1.2 接收子系统对探测性能的影响因素分析 213

6.1.3 传输介质对探测性能的影响因素分析 213

6.1.4 信号处理子系统对探测性能的影响因素分析 214

6.2 激光器调制发射对探测性能的影响 214

6.2.1 探测系统光源的影响分析 215

6.2.2 发射激光信号调制特性的影响分析 221

6.3 调频连续波激光探测接收对探测性能的影响 230

6.3.1 接收光学系统对信噪比的影响 230

6.3.2 探测器对信噪比的影响 231

6.3.3 信号解调系统对信噪比的影响 235

6.3.4 中频信号调理模块对信噪比的影响 238

6.4 传输介质对调频连续波激光探测性能的影响 240

6.4.1 激光探测系统在气溶胶环境下的探测过程分析 241

6.4.2 气溶胶的散射特性 242

6.4.3 气溶胶对FMCW激光信号传输的影响 250

6.4.4 FMCW激光探测系统气溶胶后向散射特性分析 259

参考文献 266