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简论相干激光相干检测在动目标频谱识别中的运用论文格式

摘要:激光相干检测由于具有高增益及抗干扰能力强等优点,在弱回波信号及复杂背景目标探测方面具有较大优势。随着高相干性稳频激光的进展,激光相干检测所需光源逐渐得从解决,目前正朝着远距离目标探测跟踪及近距离目标成像方向进展。在远距离目标探测跟踪方面,国外相联系统可实现几千公里空间目标精密跟踪,同时具备几百公里目标多普勒成像能力,而国内在远程激光相干检测方面探讨较少,主要受制于高稳定、高相干大功率激光发射源。在近距离成像方面,国外已有多个波段实验测量装置,可用于埋藏地雷及伪装目标探测与识别,国内主要有距离成像,对多普勒成像探讨较少。由此,无论远距离目标探测跟踪,还是近距离目标成像,都将是未来进展的方向。本论文采取论述仿真与实验探讨结合的办法,对光学相干检测在动目标频谱识别中的运用展开论述与实验探讨,主要内容如下:(1).光学相干检测在国内外远程及进程运用的进展近况分析,凝练出针对不同运用场景下的关键技术,提出在国内进展该项技术需解决的不足,为后续深入探讨提供指导。(2).深入分析光学相干检测的外差效率及信噪比,并根据相应物理模型进行仿真计算,为体系总体设计提供论述支持;同时对影响相干检测体系性能的主要因素进行论述分析。(3).开展传统的强本振光干涉实验,完成室内、室外100m、360m、1000m、7000m距离干涉实验,掌握光学相干检测需满足的条件;并使用Si-APD对直线运动目标、旋转漫反射目标进行测速实验,测速误差0.06m/s。(4).采取多像素光子计数器MPPC模块,分别对弱本振光干涉中的相干光场和赝热光场统计特性进行探讨,获得光场F参数和对称参数,并通过曲线拟合模式,推算出探测器对应的窜扰概率和增益因子。并在连续光子流注入状况下,获得MPPC探测器的饱和阈值为1200kcps。(5).使用MPPC对旋转漫反射目标实现弱本振信号相干检测。其中对运动漫反射目标,采取功率谱累积,可提升信噪比;进一步采取数据段细分功率谱累积技术,能在较少数据量前提下,提升信噪比。本论文中,采取数据细分功率谱累积法至少能将数据使用率提高10倍,并分析限制信噪比提高的因素。(6).采取MPPC作为光子计数单元,分别实现30m、45m和60m距离漫反射目标激光干涉。为提升探测概率,需进行功率谱累积,获得具有一定信噪比的频谱分布,然后采取匹配滤波技术,进一步提升信噪比。结果表明,在45m距离,信噪比提高5.90倍;在60m距离,信噪比提高2.73倍。(7).使用示波器采集数据,提取振动信号振幅、频率、速度等。每个速度点对应数据长度1ms,为保证1ms时间内具有较多数据,采样率不能过低,本论文选取5MHz,记录200ms时长数据,处理可得某目标振动频率83.3Hz、最大振幅5μm、最大振动速度0.6mm/s,并获得几类典型目标二维振动频谱。(8).分别采取频谱分析仪、高速采集卡存储数据,并使用扫描振镜对目标二维空间进行扫描。频谱分析仪记录数据较慢,自动性能差;为此,采取80MHz采集卡对干涉电信号进行数字化采集,并结合FFT技术,获得转动目标表面转动频谱,初步实现运动目标二维频谱识别的信号处理。(9).针对运动速度快且具有较大动态范围的目标,信号处理体系需具有GHz量级处理带宽,要实现该信号频率提取,可用外差频谱分析法。与某单位合作开发的信号处理模块指标如下:信号输入带宽1GHz,频谱提取从及上位机存储优于20Hz,在100MHz扫宽及100kHz分辨带宽下,扫描时间优于50ms。综上,本课题通过对光学相干检测关键技术的论述与实验探讨,逐步解决了该探测模式的主要难点,为后续远程激光相干跟踪或近程二维频谱识别提供必要的技术储备。 关键词:相干检测论文 频谱识别论文 外差效率论文 光学匹配论文 信号处理论文
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    摘要5-7

    Abstract7-13

    第1章 绪论13-41

    1.1 课题探讨背景及作用13-14

    1.2 相关领域的探讨近况14-37

    1.3 激光相干检测信号处理探讨近况37-40

    1.4 论文探讨思路及结构安排40-41

    第2章 激光相干检测论述分析41-69

    2.1 信噪比及外差效率41-53

    2.2 相干检测性能影响因素53-68

    2.3 本章小结68-69

    第3章 强本振信号光干涉实验69-97

    3.1 激光拍频实验69-80

    3.2 直线运动镜面目标相干测速80-84

    3.3 旋转漫反射体目标相干测速84-95

    3.4 本章小结95-97

    第4章 弱本振信号光干涉实验97-135

    4.1 相干和赝热光场统计特性97-112

    4.2 近距离目标弱本振光干涉112-126

    4.3 较远距离目标弱本振光干涉126-133

    4.4 本章小结133-135

    第5章 动目标频谱识别信号处理135-159

    5.1 振动目标二维频谱识别135-142

    5.2 转动目标二维频谱识别142-154

    5.3 相干检测信号处理模块154-158

    5.4 本章小结158-159

    第6章 结论与展望159-161

    6.1 结论159-160

    6.2 探讨展望160-161

    参考文献161-173

    在学期间学术成果状况173-177

    指导教师及作者介绍177-179

    致谢179

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