脉冲激光雷达最佳鉴别电平的确定方法

【摘要】：脉冲激光雷达以其波束窄、作用距离远、无需合作目标等独特优势,在气象检测、动态目标跟踪、地形地貌测绘等领域得到越来越广泛的应用。但与相位激光雷达测距精度可达厘米量级相比较,脉冲激光雷达的测距精度一般在米的量级,因此如何有效提高脉冲激光雷达的测距精度,是使该类设备实现技术突破和更新换代,从而大幅度拓宽其应用领域的核心问题。事实上,从总体来说,脉冲激光雷达的研究已较成熟,而对测距精度问题的研究,是该技术领域中仅有的值得作出持续努力的关键环节。根据常规脉冲激光雷达的实际工作状态,以钟型脉冲模型来表征发射激光的时域特性,以高斯光束来描述其空域的光场分布,阐明了激光发射系统的关键参数——激光发散角对回波信号的影响,即随着激光发散角的增大,激光回波的幅度降低且脉宽展宽;进而讨论了在恒电压幅度鉴别模式下,回波信号幅度变化和宽度变化对测距精度的影响,证明在一定范围内,由回波幅度变化所造成的测距误差与由回波脉宽变化引起的测距误差,随鉴别电平的取值不同,呈现出相反的变化趋势,因而为了尽可能把总的时延误差控制在较低的水平,从而达到提高测距精度的目的,需要综合考虑鉴别电平的选取对回波幅度变化和脉宽变化所带来的两种误差的影响,在此基础上,提出了激光雷达最佳门限比(回波脉冲所形成的电压幅值与鉴别电平的比值)的概念并导出了相应的计算公式。通过对不同门限比条件下大量测距实验结果的分析,验证了最佳门限比的存在。在我们的实验条件下,最佳门限比的取值在1.6附近,实验结果与理论计算吻合良好。