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激光探测系统用于对不同波段的激光辐射进行探测、定位、分析和识别。大视场、多波段、高定位精度、宽功率探测范围和快速响应是本课题的关键技术。本文全面地阐述了其基本原理,设计方法,并给出了实验结果。
本文首先对探测系统的关键指标进行了分析,包括目标特性以及背景和噪声特性分析,并对激光的成像特点进行了研究。在此基础上,提出系统设计过程中波段、功率范围、方向精度和响应时间等重要指标。
接着,本文介绍了激光探测系统的几种技术途径,然后提出了系统的总体方案。对连续激光采用了四象限探测的方式,并从探测器、窄带滤光片、孔径光阑、信号处理电路等方面分析了其组成单元和工作原理;对ns脉宽窄脉冲激光,采用了四象限探测和CMOS成像探测相结合的办法。
四象限测角算法和窄脉冲信号探测是系统设计的两个关键技术,本文对几种四象限测角算法进行了理论分析,得到了不同算法的误差曲线,并分析了实际应用当中,背景光、象限均匀性、孔径光阑半径等因素对测角算法性能的影响,采用并实现了实时性能更好的算法。对窄脉冲激光信号,分析了信号的特性,针对设计当中的难点,最终采用跨导峰值保持的办法,解决了实际难题。
然后,介绍整个电子学系统设计。分别对连续激光信号和脉冲激光信号设计了前放电路和信号采集电路,其中的脉冲信号电路,注意了带宽和压摆率等主要指标。设计了基于FPGA+DSP的高速信号处理平台,以DSP设计为核心,详细地给出了整个硬件电路、底层设备驱动的设计过程。
广角鱼眼镜头存在畸变,需要校正,文中分析了畸变模型,通过参考图像提出参数,再采用拟合算法对图像进行了校正。
整个系统进行了实验测试,包括视场、测向精度和动态范围等指标测试,获得了一些实验结论,论文最后对系统存在的问题进行了分析,并提出了进一步改进的意见。